心理物理学方法

1、实验心理学讲义第三章心理物理学方法1 第三章 心理物理学方法 PSYCHOPHYSICAL METHOD 感觉阈限的测量 感觉阈限 感觉阈限测量的方法 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法 信号检测论 色子游戏 人对信号刺激的觉察 信号检测论的实验方法 评价法 心理量表 差别阈限法、等距量表与Fechner定律 数量估计法、比例量表与Stevens定律 心理物理判断的相对性 对偶比较法、等级排列法与顺序量表 实验心理学讲义第三章心理物理学方法2 心理物理学（1） Psychophysics 定义：就是研究心理量和物理量之间的关系的 科学。 物理量是指对身体各感官的刺激；心理量是指 各种感觉或主观

2、印象。 亮度（luminance）明度（brightness） 强度响度 实验心理学讲义第三章心理物理学方法3 心理物理学（2） Psychophysics 心理物理学的先驱是G. T. Fechner（1801-1887）。 Fechner通过对感觉强度与刺激强度之间的数量关系的长期研 究，发展出了测量感觉的基本方法。 一百多年来，心理物理学方法不断发展，但它的中心问题仍然 是物理量和心理量之间的数量关系的问题。 心理物理学方法所处理的问题大体上可以分为两大类 感觉阈限的测量； 阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作。 自从本世纪50年代，W. P. Tanner, Jr.和J. A. Swe

3、ts把信号 检测论（signal detection theory，SDT）引入心理学领域以 来，又为心理物理学的研究提供了一个新的有力工具。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法4 一、感觉阈限的测量 著名的实验心理学史专家Edwin G. Boring（1950）认为对内 部感受（internal impression）（the psycho of psychophysics）与外部世界（the physics of the psychophysics）之间关系的测量方法的引入，是科学心理学 开始的一个标志。 这主要是因为科学家使用心理物理学的方法提出了第一个心理 现象的精确定律（mathe

4、matical laws），尽管这个定律不一 定那么完美。 首先，测量感觉是非常困难的，我们不能象测量石头的重量 或光的强度那样来测量感觉。 其次，内部判断与作用于感受器的物理量之间并不是完全一 对一的。因此，我们必须把物理刺激及其引起的感觉区分开。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法5 （一）感觉阈限（1） 刚刚能引起感觉的最小 刺激强度被叫做绝对阈 限（absolute threshold）。 按照这种说法，低于绝 对阈限的刺激强度我们 总是感觉不到的，而高 于绝对阈限的刺激强度 我们总是能感觉到的。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法6 （一）感觉阈限（2） 有50%的次数 能引起感觉，

5、 50%的次数不 能引起感觉的 那一种刺激强 度。 （操作定义） 实验心理学讲义第三章心理物理学方法7 （一）感觉阈限（3） 表1 某些近似的觉察阈限 感觉种类觉察阈限值 视 觉清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光 听 觉安静条件下20ft.处表的滴答声 味 觉一茶匙糖溶于8L水中 嗅 觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间 触 觉一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部 *引自Schiffman（1996），这些阈限值仅作示意用。1ft. = 30.48cm 实验心理学讲义第三章心理物理学方法8 （一）感觉阈限（4） 差别阈限是有50%的次数能觉察出差别，50% 的次数不能觉察出差别的刺激强度的

6、差别。 差别阈限值也称最小可觉差（just noticeable difference，j.n.d）。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法9 （一）感觉阈限（5） 1846年E. H. Weber发表了他关于重量差别阈限 的研究，系统地阐明了差别阈限和标准刺激之间 的关系。 他指出差别阈限和标准刺激成正比，并且差别阈 限和标准刺激的比例是一个常数，通常用 I/I = k 表示。在这里，I代表差别阈限，I代表标准刺 激强度，k是小于1的常数。K也称作韦伯比例或韦 伯分数。 不同感觉道的韦伯分数是不同的。后来，Fechner 把这个 关于差别阈限的规律称为韦伯定律 （Weber Law）。 实验心

7、理学讲义第三章心理物理学方法10 （一）感觉阈限（6） 表2 最优条件下各种感觉道的韦伯比例 感 觉 道韦 伯 比 例 音高/2000Hz1/333 重压觉/400g1/77 视明度/100光子1/62 举重/300g1/52 响度/100dB，1000Hz1/11 橡胶气味/200嗅单位1/10 皮肤压觉/5g/mm21/7 咸味道/3mol/L（3克分子/公升）1/5 实验心理学讲义第三章心理物理学方法11 （一）感觉阈限（7） 韦伯定律的主要贡献 第一，给我们提供了一个比较辨别能力的指标。 第二，可对不同感觉道的感受性进行比较。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法12 （二）测量感觉阈限

8、的方法 测量感觉阈限的方法有三种 最小变化法 恒定刺激法 平均差误法 学习者应特别注意这三种方法的实验程序和实 验结果的统计处理。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法13 1、最小变化法（1） 最小变化法的刺激由递减和递增的两个系列组 成，每次呈现刺激后让被试报告他是否有感觉。 刺激的增减应尽可能地小，目的是系统地探求 被试由一类反应到另一类反应的转折点，即在 多强刺激时，由有感觉变为无感觉，或由无感 觉变为有感觉。每个系列的转折点就是该系列 的绝对阈限。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法14 1、最小变化法（2） 当用最小变化法进行实验时，被试会产生习惯 误差或期望误差。 所谓习惯误差就是

9、指被试因习惯于由原先的刺 激所引起的感觉或感觉状态，而对新的刺激作 了错误的判断。 期望误差是指被试因过早期望将要来临的刺激 而导致错误的判断。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法15 1、最小变化法（3） a b b a 实际 无感 觉 报告 无感 觉 报告有 感觉 实际有 感觉 实验心理学讲义第三章心理物理学方法16 2、恒定刺激法 刺激通常都由57个组成，在实验过程中维持不变， 因而这种方法叫做恒定刺激法。刺激的最大强度要大 到它被感觉的概率达到95%左右，刺激的最小强度要 小到它被感觉的概率只在5%左右。各个刺激之间的距 离相等，与最小变化法不同的是，恒定刺激法的刺激 是随机呈现的，每

10、个刺激呈现的次数应相等。 在用恒定刺激法来测量差别阈限时，标准刺激和比较 刺激是继时呈现的，这就可能产生时间误差。如主观 相等点小于标准刺激，就产生负的时间误差。反之， 就产生正的时间误差。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法17 3、平均差误法（1） 这个方法的典型实验程序是，实验者规定以某一 刺激为标准刺激，然后要求被试调节另一个比较 刺激，使后者在感觉上与标准刺激相等。 客观上一般不可能使比较刺激与标准刺激完全一 样，于是每一次比较就都会得到一个误差，把多 次比较的误差平均起来就可得到平均误差。 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受性。 实验心理学讲义第三章心

11、理物理学方法18 3、平均差误法（2） 求平均误差的方法有两种 把每次调节的结果（或每次的判断）与标准刺 激之差的绝对值平均起来作为差别阈限。 把每次调节的结果与主观相等点之差的绝对值 平均起来作为差别阈限。在这里，主观相等点 是相等地带的中点，它等于各比较刺激的平均 值。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法19 三种方法的比较 以上3种古典心理物理学方法各有自己的特点 最小变化法的实验程序和计算过程都具体地 说明了感觉阈限的含义，但它会因其渐增和 渐减的刺激系列而产生习惯误差与期望误差。 恒定刺激法的实验结果可以应用各种数学方 法加以处理，因而便于与其它测定感受性的 方法进行比较。在应用3类

12、反应的实验程序时， 被试的态度会对差别阈限值有较大影响。 平均差误法的特点是求等值，它的实验程序 容易引起被试的兴趣，但对不能连续变化的 刺激则不能用平均差误法来测其差别阈限。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法20 二、信号检测论 信号检测论（signal detection theory，SDT） 是信息论的一个重要分支。 1954年，美国心理学家W. P. Tanner和J. A. Swets把它应用于人的知觉过程，使心理物理 学方法发展到一个新的阶段。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法21 （一）色子游戏（1） 假设一次掷三颗色子：两颗是正常的，即每个 面有一个数字，依次为1到6。第

13、三颗是特殊的， 三面写0，另三面写3。 你的任务是猜测，特殊色子的哪一面朝上？ 在猜测之前，告诉你三颗色子朝上的数目总和。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法22 （一）色子游戏（2） 8= 3+ 5 0+ 8 1 + 4 2 + 3 3 + 2 4 + 1 出现3 的可 能性 为4种 总 数 特殊 色子 （三 ） 正常 色子 （二 ） 正常 色子 （二 ） + 6 + 5 + 4 + 3 + 2 出现0 的可 能性 为5种 实验心理学讲义第三章心理物理学方法23 （一）色子游戏（3） 033 三颗色子数目总和出现次数出现次数出现概率（%） 2100 3200 4300 5411/5=20 6

14、522/7=29 7633/9=33 8544/9=44 9455/9=56 10366/9=67 11255/7=71 12144/5=80 13033/3=100 14022/2=100 15011/1=100 总和3636 表3 色子数目总数与特殊色子出现 概率的关系 实验心理学讲义第三章心理物理学方法24 （一）色子游戏（4） 击 中漏 报 虚 报正确否定 色子游戏的四种情形 猜 30 3 0 特殊 色子 实验心理学讲义第三章心理物理学方法25 （一）色子游戏（5） 实验心理学讲义第三章心理物理学方法26 操作特征曲线 以虚报率作为横坐标， 击中率作为纵坐标做图 时，我们就可以形象地

15、看到随着标准的变化， 击中率与虚报率也相应 地发生变化的情形。 这个曲线上各点代表在 特定刺激条件下被试所 采用的各种反应方式， 所以叫做接受者操作特 点（特征）曲线 （receiver operating characteristic curve, ROC）。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法27 （二）人对信号刺激的觉察（1） 色子游戏 已知色子数目总和 3 判断 0 信号觉察 获得某种感觉 信号 判断 噪音 实验心理学讲义第三章心理物理学方法28 （二）人对信号刺激的觉察（2） 因此，上面对色子游戏的分析也就完全适用于人对信 号的觉察过程。 人对信号的觉察也有击中、虚报等四种情形； 随

16、着标准的变化，其击中率与虚报率也在变化； 也同样可以绘制其操作者特征曲线和分布曲线。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法29 （三）信号检测论的实验方法 有无法 d 评价法 d 实验心理学讲义第三章心理物理学方法30 1、有无法（1） 这个方法要求事先选定SN刺激和N刺激，并规 定SN和N出现的概率，然后以随机方式呈现 SN或N，要求被试回答，刚才的刺激是SN还 是N。 根据被试对呈现刺激的判断结果来估计 P(y/SN)和P(y/N)。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法31 1、有无法（2） 击中 f1漏报 f2 虚报 f3正确否定f4 反 应 yn S N N 刺 激 P(y/SN) =

17、f1/(f1+ f2) P(y/N) = f3/(f3+ f4) 实验心理学讲义第三章心理物理学方法32 1、有无法（3） 虚报率的纵坐标 击中率的纵坐标 SNN zzd 实验心理学讲义第三章心理物理学方法33 1、有无法（4） 当被试的反应方式或判 断标准发生变化时，虽 然击中率和虚报率也发 生变化，但如果信号和 噪音的差别不变，根据 击中率和虚报率计算出 来的SN分配和N分配的 平均数的距离并不变化， 也就是对于ROC曲线上 的各点来说，d是恒定 的，所以ROC曲线又叫 做等感受性曲线。 纯机遇线 实验心理学讲义第三章心理物理学方法34 2、评价法 确信程度含 义相应的概率判断 第6等十分

18、肯定有信号出现100%有信号出现 第5等肯定有信号出现80%有信号出现 第4等可能有信号出现60%有信号出现 第3等可能没有信号出现40%有信号出现 第2等肯定没有信号出现20%有信号出现 第1等十分肯定没有信号出现0%有信号出现 表4 各个确信程 度含义 实验心理学讲义第三章心理物理学方法35 三、心理量表（1） 物理刺激可由物理量表来测量。 但是，心理量的大小却不能用物理量表来测量。 首先，这是因为刺激的物理值的变化不一定会引起 心理上相应的一对一的变化。 其次，有一些物理刺激本身就难以用物理量表来测 量。 心理量表与物理量表一样，也有顺序量表、等距 量表和比例量表三类。 实验心理学讲义第三章心理物理学方法36 三、心理量表（2） Properties of Scales Type of Scale Quantitative Information? Constant Unit? Absolute Zero? Examples of Permissible Statements Examp