实验心理学——心理物理法

1、 表表1 某些近似的觉察阈限某些近似的觉察阈限 *引自引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。），这些阈限值仅作示意用。1ft. = 30.48cm 最小变化法，也称极限法或系列探索法，是心理物理学最小变化法，也称极限法或系列探索法，是心理物理学 的经典方法之一，它的主要特点就是刺激按照的经典方法之一，它的主要特点就是刺激按照“递增递增”或或 “递减递减”的两种系列逐级进行微小的变化，以探索被试对刺的两种系列逐级进行微小的变化，以探索被试对刺 激有、无觉察反应的转折点，即阈限位置。利用这种方法既激有、无觉察反应的转折点，即阈限位置。利用这种方法既 可以测定被试对刺激的绝对感觉

2、阈限，也可以测定被试对刺可以测定被试对刺激的绝对感觉阈限，也可以测定被试对刺 激的差别感觉阈限。激的差别感觉阈限。 1 1、用最小变化法测定绝对感觉阈限、用最小变化法测定绝对感觉阈限 （1 1）. . 刺激系列的确定：一般在刺激变化范围内确定刺激系列的确定：一般在刺激变化范围内确定15152020个刺激个刺激 点，其中最小刺激点应保证远在阈限值之下、最大刺激点应保证远点，其中最小刺激点应保证远在阈限值之下、最大刺激点应保证远 在阈限值之上，而且刺激的强度要按照递增和递减的两种方式等距在阈限值之上，而且刺激的强度要按照递增和递减的两种方式等距 微小地变化。微小地变化。 （2 2）. . 反应记录

3、：刺激呈现过程中，要求被试报告反应记录：刺激呈现过程中，要求被试报告“有有”感觉或感觉或 “无无”感觉并分别记感觉并分别记“”或或“”。递增系列实验从较小刺激开。递增系列实验从较小刺激开 始逐渐增加，每次记录被试的反应或报告，直到其报告从始逐渐增加，每次记录被试的反应或报告，直到其报告从“无无”变变 为为“有有”终止该次实验系列；递减系列实验从较大的刺激开始逐渐终止该次实验系列；递减系列实验从较大的刺激开始逐渐 减少，每次记录被试的报告，直到其报告从减少，每次记录被试的报告，直到其报告从“有有”变为变为“无无”就终就终 止该次实验系列。止该次实验系列。 最小变化法是采用比较精细的方法探测阈限值

4、位置，其要求的最小变化法是采用比较精细的方法探测阈限值位置，其要求的 实验次数较大，一般递增和递减系列均要达到实验次数较大，一般递增和递减系列均要达到5050次以上。此外还要次以上。此外还要 注意以下问题：注意以下问题： 第一，刺激的改变是等距的；第一，刺激的改变是等距的； 第二，刺激的起点是不确定的；第二，刺激的起点是不确定的； 第三，在实验系列中，被试出现不能确定的情况时，视为其感第三，在实验系列中，被试出现不能确定的情况时，视为其感 觉发生了变化，可以终止该系列实验，并将被试报告记为觉发生了变化，可以终止该系列实验，并将被试报告记为“？”； 第四，采用第四，采用“”“”或或“”“”方法平

5、衡系列误差方法平衡系列误差 举例举例1：用最小变化法测定音高的绝对感觉阈限：用最小变化法测定音高的绝对感觉阈限 最小变化法实验中包含两对四种误差，具体内容见下表最小变化法实验中包含两对四种误差，具体内容见下表。 （4）误差及控制）误差及控制 n多层次多层次ABBA法的控制形式法的控制形式 n比较刺激系列呈现顺序比较刺激系列呈现顺序 递增递增 递减递减 递减递减 递增递增 n标准刺激呈现位置标准刺激呈现位置 左右左右 右左右左 右左右左 左右左右 n相继呈现的先后顺序相继呈现的先后顺序 前后前后 后前后前 前后前后 后前后前 （1）. 刺激系列的确定：刺激系列的确定：测定差别阈限的刺激包括一个测

6、定差别阈限的刺激包括一个 标准刺激和一个比较刺激系列，比较刺激系列的最小刺标准刺激和一个比较刺激系列，比较刺激系列的最小刺 激点远在标准刺激之下，被试能明显感到其与标准刺激激点远在标准刺激之下，被试能明显感到其与标准刺激 相比较弱；比较刺激的最大点远在标准刺激之上，被试相比较弱；比较刺激的最大点远在标准刺激之上，被试 能明显感到其与标准刺激相比较强；其中还包括一个与能明显感到其与标准刺激相比较强；其中还包括一个与 标准刺激相等的刺激。标准刺激相等的刺激。 （2）. 反应记录：在差别阈限的测定中，被试的反应或报告反应记录：在差别阈限的测定中，被试的反应或报告 有三类：感到比较刺激小于标准刺激、感

7、到比较刺激等于标有三类：感到比较刺激小于标准刺激、感到比较刺激等于标 准刺激或拿不准、感到比较刺激大于标准刺激，三种情况要准刺激或拿不准、感到比较刺激大于标准刺激，三种情况要 求被试分别报告求被试分别报告“小于小于”、“等于等于”或或“不确定不确定”、“大大 于于”，分别记作：，分别记作：“”、“或？或？”、“”。 第一步，求各列上限、下限第一步，求各列上限、下限 第二步，求不肯定间距（第二步，求不肯定间距（IU）、主观相等点（）、主观相等点（PSE） PSE=（上限（上限+下限）下限）/2 举例举例2：用最小变化法测定时间差别阈限：用最小变化法测定时间差别阈限 请思考：如何判断最小变化法实验

8、中可能存在的系统误差？请思考：如何判断最小变化法实验中可能存在的系统误差？ ABBAABBA法的控制形式法的控制形式 （二）、恒定刺激法（二）、恒定刺激法 恒定刺激法也叫次数法、常定刺激差别法、正误示例法等，恒定刺激法也叫次数法、常定刺激差别法、正误示例法等， 其特点是：只使用从能经常感觉到的刺激到经常感觉不到的其特点是：只使用从能经常感觉到的刺激到经常感觉不到的 刺激之间的刺激之间的5 57 7个恒定刺激点，各刺激点的呈现顺序是随个恒定刺激点，各刺激点的呈现顺序是随 机的。机的。 （2）. 反应记录反应记录:用恒定刺激法测定绝对感觉阈限时，每呈用恒定刺激法测定绝对感觉阈限时，每呈 现一次刺激

9、都要求被试报告感觉到或感觉不到，即报告现一次刺激都要求被试报告感觉到或感觉不到，即报告 “有有”或或“无无”。实验者记录每种刺激呈现时被试报告。实验者记录每种刺激呈现时被试报告 “有有”或或“无无”并统计出各自的总次数。并统计出各自的总次数。 （1）. 自变量的确定和呈现：自变量的确定和呈现：首先确定刺激范围，即根据研首先确定刺激范围，即根据研 究经验或预测找到从经常感觉不到（感觉到的几率小于究经验或预测找到从经常感觉不到（感觉到的几率小于5） 至经常感觉得到（感觉到的几率大于至经常感觉得到（感觉到的几率大于95）的刺激范围，然）的刺激范围，然 后根据刺激范围的宽度确定后根据刺激范围的宽度确定

10、57个等距的刺激点。各刺激个等距的刺激点。各刺激 随机呈现且次数要相等、次数要多。随机呈现且次数要相等、次数要多。 1 1、用恒定刺激法测定绝对感觉阈限、用恒定刺激法测定绝对感觉阈限 表中表中5 5个刺激值共随机呈现个刺激值共随机呈现10001000次，每种刺激呈现次，每种刺激呈现200200次，其中各次，其中各 种刺激值呈现时被试报告种刺激值呈现时被试报告“两点两点”的次数如表的次数如表4-3 4-3 所示。如何确定该所示。如何确定该 两点阈的值呢？两点阈的值呢？ 用恒定刺激法测定两点阈用恒定刺激法测定两点阈 2 2、用恒定刺激法测定差别感觉阈限、用恒定刺激法测定差别感觉阈限 （1 1）自变

11、量）自变量 用恒定刺激法测定差别阈限，是让被试者将用恒定刺激法测定差别阈限，是让被试者将 比较刺激与标准刺激加以比较，标准刺激是能被比较刺激与标准刺激加以比较，标准刺激是能被 感觉到的某一刺激强度，比较刺激可在标准刺激感觉到的某一刺激强度，比较刺激可在标准刺激 上下一段距离内确定，一般从完全没被感觉出差上下一段距离内确定，一般从完全没被感觉出差 别到完全感觉出差别的范围内选定别到完全感觉出差别的范围内选定5 5到到7 7个刺激强个刺激强 度作为比较刺激。刺激要随机呈现度作为比较刺激。刺激要随机呈现. . （2 2）反应变量）反应变量 用恒定刺激法测定差别阈限的反应变用恒定刺激法测定差别阈限的反

12、应变 量要求被试者以口头报告方式表示。量要求被试者以口头报告方式表示。 两类反应：大于、小于两类反应：大于、小于 三类反应：大于、等于、小于三类反应：大于、等于、小于 差别阈限的计算差别阈限的计算 Lu=206.6Lu=206.6克，克，Ll=192.8Ll=192.8克克 差别阈限为：差别阈限为： DL=DL=（206.6-200206.6-200）+ +（200-192.8200-192.8）/2= 6.9/2= 6.9克克 主观相等点：主观相等点：PSE=PSE=（206.6+192.8206.6+192.8）/2=199.7/2=199.7 常误：常误：St-PSE=200-199.7

13、=0.3St-PSE=200-199.7=0.3 三类反应三类反应 三类反应的差别阈限的计算：以重量辨别为例。以三类反应的差别阈限的计算：以重量辨别为例。以200200克的重量作为标克的重量作为标 准刺激，以从准刺激，以从185185至至215215克中的克中的7 7个重量作为比较刺激，个重量作为比较刺激，7 7个重量间的间隔个重量间的间隔 各为各为5 5克，要求被试作克，要求被试作“重重”、“相等相等”和和“轻轻”这三类反应。这三类反应。 但在使用恒定刺激法测定差别阈限的实验中，如果使用三类反但在使用恒定刺激法测定差别阈限的实验中，如果使用三类反 应，被试的态度等个性因素就会对实验结果产生明

14、显影响。在三类应，被试的态度等个性因素就会对实验结果产生明显影响。在三类 反应中，包括反应中，包括“大于大于”、“相等相等”、“小于小于”三种回答三种回答 。较自信。较自信 的被试，会较少或不作的被试，会较少或不作“相等相等”的回答，其反应的不确定性区间就的回答，其反应的不确定性区间就 小；较谨慎的被试则只有较大把握时才会作出小；较谨慎的被试则只有较大把握时才会作出“大于大于”或或“小于小于” 的回答，其的回答，其“相等相等”的回答较多，不确定性区间就大，测量得到的的回答较多，不确定性区间就大，测量得到的 差别阈限值也就较大。这样看来，使用三类反应来测量差别阈限时，差别阈限值也就较大。这样看来

15、，使用三类反应来测量差别阈限时， 所测量到的似乎不是被试的辨别能力，而是被试的态度或个性因素。所测量到的似乎不是被试的辨别能力，而是被试的态度或个性因素。 平均差误法，又称调整法、再造法、均等法。平均差误法，又称调整法、再造法、均等法。 实验程序是：为被试提供一个标准刺激作为参照点，实验程序是：为被试提供一个标准刺激作为参照点， 然后让被试自己调整一比较刺激，直到被试感觉到自己然后让被试自己调整一比较刺激，直到被试感觉到自己 调整的比较刺激与标准刺激相等，记录被试调整后比较调整的比较刺激与标准刺激相等，记录被试调整后比较 刺激的实际大小与标准刺激的差异，即误差或差误值。刺激的实际大小与标准刺激

16、的差异，即误差或差误值。 重复多次后将各次测量误差或差误的绝对值平均，即得重复多次后将各次测量误差或差误的绝对值平均，即得 到被试绝对感觉阈限或差别感觉阈限。（因为平均误差到被试绝对感觉阈限或差别感觉阈限。（因为平均误差 与差别阈限成正比，所以可以用平均误差来表示差别感与差别阈限成正比，所以可以用平均误差来表示差别感 受性。受性。) ) n1、用平均差误法测定绝对阈限、用平均差误法测定绝对阈限 n（1）自变量：）自变量： 以以“零零”为标准刺激，调节比较为标准刺激，调节比较 刺激的大小。刺激的大小。 n （2）反应变量：被判断为与标准刺激相等的比）反应变量：被判断为与标准刺激相等的比 较刺激值

17、，即被试刚刚调到感觉不到时的比较刺较刺激值，即被试刚刚调到感觉不到时的比较刺 激值。激值。 n（3）绝对阈限的确定：）绝对阈限的确定： n 各次测定数值的平均数即为绝对阈限。各次测定数值的平均数即为绝对阈限。 （四）、三种经典心理物理法的比较（四）、三种经典心理物理法的比较 1. 从阈限的涵义上来比较。极限法最符合感觉阈限的操作定义，同时从阈限的涵义上来比较。极限法最符合感觉阈限的操作定义，同时 因为被试知道刺激呈现的秩序，能把注意力集中到特别需要注意的地因为被试知道刺激呈现的秩序，能把注意力集中到特别需要注意的地 方，从而取得较好的实验结果。但也正是因为被试知道实验秩序，则方，从而取得较好的

18、实验结果。但也正是因为被试知道实验秩序，则 容易产生期望误差、习惯误差。这种方法适宜于测定可以按小阶梯变容易产生期望误差、习惯误差。这种方法适宜于测定可以按小阶梯变 化的刺激的感觉阈限，不适宜于测试连续变化的、适应性强的刺激。化的刺激的感觉阈限，不适宜于测试连续变化的、适应性强的刺激。 2. 从被试者方面来比较，最小变化法和恒定刺激法都要求较大的实验从被试者方面来比较，最小变化法和恒定刺激法都要求较大的实验 次数，被试被动参与就显得单调疲乏，所以平均差误法实验中被试能次数，被试被动参与就显得单调疲乏，所以平均差误法实验中被试能 主动参与就可以激发其实验兴趣。在这方面，平均差误法优于极限法主动参

19、与就可以激发其实验兴趣。在这方面，平均差误法优于极限法 和恒定刺激法。和恒定刺激法。 3. 从误差方面看，三种方法都会有较大误差。极限法产生的是期望误从误差方面看，三种方法都会有较大误差。极限法产生的是期望误 差、习惯误差和系列误差；恒定刺激法用于那些不方便随意改变刺激差、习惯误差和系列误差；恒定刺激法用于那些不方便随意改变刺激 的感觉阈限较方便，但使用三类反应时，不确定区间受主观因素影响的感觉阈限较方便，但使用三类反应时，不确定区间受主观因素影响 明显；使用二类反应虽可避免不确定区间稳定性方面的问题，但是迫明显；使用二类反应虽可避免不确定区间稳定性方面的问题，但是迫 使被试作出某种反应很不自

20、然，容易产生逆反情绪。还有，在恒定刺使被试作出某种反应很不自然，容易产生逆反情绪。还有，在恒定刺 激法实验中，刺激随机呈现，被试具有较多猜测成分。平均差误法实激法实验中，刺激随机呈现，被试具有较多猜测成分。平均差误法实 际上测到的只是一个近似值，结果不能与其他方法的结果比较。际上测到的只是一个近似值，结果不能与其他方法的结果比较。 4. 从效率方面来说，平均差误法的效率最高。恒定刺激法的每一组数从效率方面来说，平均差误法的效率最高。恒定刺激法的每一组数 据都可以用上，效率也较高，但是极限法实验次数多、使用数据不充据都可以用上，效率也较高，但是极限法实验次数多、使用数据不充 分，所以效率不高。分

21、，所以效率不高。 把所有要比较的刺激配成对，然后一对一对地把所有要比较的刺激配成对，然后一对一对地 呈现，让被试对于刺激的某一特性进行比较，并呈现，让被试对于刺激的某一特性进行比较，并 做出判断：这种特性的两个刺激中哪一个更为明做出判断：这种特性的两个刺激中哪一个更为明 显。因为每一刺激都要分别和其他刺激比较，假显。因为每一刺激都要分别和其他刺激比较，假 如以如以n n代表刺激的总数，所以配成对的个数是代表刺激的总数，所以配成对的个数是n n （n-1n-1）/2/2。如共有。如共有1010个刺激则可配成个刺激则可配成4545对。最后对。最后 依它们各自更明显于其他刺激的百分比的大小排依它们各

22、自更明显于其他刺激的百分比的大小排 列成序，即可制成一个顺序量表。列成序，即可制成一个顺序量表。 n 是制作等距量表的一种间接方法，通过在不同是制作等距量表的一种间接方法，通过在不同 强度的基础上测量最小可觉差来实现。强度的基础上测量最小可觉差来实现。 n 具体地说，用任何一种古典的心理物理法测出具体地说，用任何一种古典的心理物理法测出 感觉的绝对阈限，并以此为起点，产生第一个最感觉的绝对阈限，并以此为起点，产生第一个最 小可觉差的刺激强度，以第一个最小可觉差为基小可觉差的刺激强度，以第一个最小可觉差为基 准，再测量第二个最小可觉差准，再测量第二个最小可觉差。这样测得许。这样测得许 多最小可觉

23、差以后，以刺激强度为横坐标，以绝多最小可觉差以后，以刺激强度为横坐标，以绝 对阈以上的最小可觉差数为纵坐标，画出的心理对阈以上的最小可觉差数为纵坐标，画出的心理 物理关系图就是等距量表。物理关系图就是等距量表。 n 费希纳定律就是一种等距量表（费希纳定律就是一种等距量表（S=KlgR S=KlgR ） 是制作感觉比例量表的一种最直接的方法。这是制作感觉比例量表的一种最直接的方法。这 是通过把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比是通过把一个感觉量加倍或减半或取任何其他比 例来建立量表的。例来建立量表的。 具体作法是呈现一个固定的阈上刺激作为标准，具体作法是呈现一个固定的阈上刺激作为标准， 让被试调

24、整比较刺激，使它所引起的感觉为标准让被试调整比较刺激，使它所引起的感觉为标准 刺激的一定比例，例如，刺激的一定比例，例如，2 2倍、倍、3 3倍、倍、1/21/2倍、或倍、或 1/31/3倍等。每个实验只选定同一比例进行比较，同倍等。每个实验只选定同一比例进行比较，同 一个标准刺激比较若干次后，再换另外几个标准一个标准刺激比较若干次后，再换另外几个标准 刺激进行比较。当把所有的标准刺激都比较完之刺激进行比较。当把所有的标准刺激都比较完之 后，便可用与各标准刺激在感觉上成一定比例的后，便可用与各标准刺激在感觉上成一定比例的 相应的物理量值制成一个感觉比例量表。相应的物理量值制成一个感觉比例量表。

25、 是制作比例量表的一种直接方法。是制作比例量表的一种直接方法。 具体步骤是主试先呈现一个标准刺激，例如，具体步骤是主试先呈现一个标准刺激，例如， 一个重量，并赋予标准刺激一个主观值，如为一个重量，并赋予标准刺激一个主观值，如为1010， 然后让被试以这个主观值为标准，把其他不同强然后让被试以这个主观值为标准，把其他不同强 度比较刺激的主观值，放在这个标准刺激的主观度比较刺激的主观值，放在这个标准刺激的主观 值的关系中进行判断，并用数字表示出来。然后值的关系中进行判断，并用数字表示出来。然后 计算出每组被试对每个比较刺激量估计的几何平计算出每组被试对每个比较刺激量估计的几何平 均数或中数，再以刺

26、激值为横坐标，感觉值为纵均数或中数，再以刺激值为横坐标，感觉值为纵 坐标，即可制成感觉比例量表。坐标，即可制成感觉比例量表。 n 在心理量和物理量关系的实验中，常会出现特在心理量和物理量关系的实验中，常会出现特 别大的数字，所以数量估计法采用的数据处理通别大的数字，所以数量估计法采用的数据处理通 常是几何平均值。几何平均值定义为常是几何平均值。几何平均值定义为n n个数值相乘个数值相乘 之积的之积的n n次方根。例如，有三个数据：次方根。例如，有三个数据：4 4、8 8、1616， 则几何平均数则几何平均数X X为：为： n n也可用下列方法计算：也可用下列方法计算： nX=X=（lg4lg4

27、lg8lg8lg16lg16）3 3的反对数的反对数=8=8 史蒂文斯定律（幂定律、史蒂文斯定律（幂定律、StevensStevens定定 律律 ） n（一）对最小可觉差的重新理解（一）对最小可觉差的重新理解 n1 1、公式：、公式： n S=bIS=bIa a n S S：心理量；：心理量；I I：物理量；：物理量；a a、b b为常数。为常数。 n2 2、含义：、含义： n 心理量是物理量的幂函数，即心理量和心理量是物理量的幂函数，即心理量和 物理量都按几何级数增长。物理量都按几何级数增长。 n 当当a a1 1时，呈正加速曲线；时，呈正加速曲线； n 当当a a1 1时，呈负加速曲线；时

28、，呈负加速曲线； n 当当a=1a=1时，是直线时，是直线 法国凯旋级战略核潜艇 “双方反声呐技术太过高端双方反声呐技术太过高端” 英国英国每日邮报每日邮报报道说，一般情况下，舰报道说，一般情况下，舰 艇可以通过声呐装置探测到与己方相近的其他舰只。艇可以通过声呐装置探测到与己方相近的其他舰只。 不过，或许双方潜艇上的反声呐技术太过高端，以至不过，或许双方潜艇上的反声呐技术太过高端，以至 于各自声呐装置均未能探测到对方。法方消息人士称，于各自声呐装置均未能探测到对方。法方消息人士称， “凯旋凯旋”号水兵听到了号水兵听到了“砰砰”的一声巨响，潜艇的声的一声巨响，潜艇的声 呐外壳几乎被撞烂。呐外壳几乎被撞烂。 n1 1如何理解：感觉阈限及其操作定义、最小变化法、恒定刺激法、平均如何理解：感觉阈限及其操作定义、最小变化法、恒定刺激法、平均 差误法、差误法、2525的差别阈限（或的差别阈限（或7575的差别阈限）、信号检测论、辨别力的差别阈限）、信号检测论、辨别力 指数、信号接收者操作特征曲线（指数、信号接收者操作特征曲线（ROCROC曲线）、有无法实验、评价法实验、曲线）、有无法实验、评价法实验、 顺序量表、等距量表、比例量表、对数定律、幂定律？顺序量表、等距量表、比例量表、对数定律、幂定律？ n2 2如何使用最小变化测定绝对感觉阈限和差别感觉阈限？如何使用最小变化测定绝