减法反应时实验分析

1、减法反应时实验分析1引言在认知心理学中，有些心理学家Clark和 Chase （1972）所做的句子-图画匹配实验推 崇为减法反应时实验的范例。在这种实验 里，给被试看一个句子和紧接着的一幅图 画，如“星形在十字之上，*+”，要求被试尽 快地判定，该句子是否真实地说明了图画， 作出是或否的反应，记录反应时。实验应用 的介词有“之上”和“之下”，主语有星形和十 字，句子的陈述有肯定的和否定的，共有8 个不同的句子。Clark和Chase设想，当句 子出现在图画之前时，这种句子和图画匹配 作业的完成要经过几个加工阶段，并提出了 度量一些加工持续时间的参数。依照他们的 看法，第一个阶段是将句子转换为

2、其深层结 构，即以命题来表征句子，而且对，之下”的 加工要比对“之上”的加工需时较多（参数 a），对否定句的加工需时多于肯定句的加工 （参数b）；第二个阶段是将图画转换为命 题，并带有前句中所应用的介词即“之上”或 “之下”；第三个阶段是将句子和图画两者的 命题表征进行比较，如果两个表征的第一个 名词相同，则比较所需的时间比不同时为少 （参数c），如果两个命题都不含有否定，则 比较所需的时间比任一命题含有否定时为 少（参数d）；最后的阶段为作出反应，其所 需的时间被认为是恒定的（参数t0）。这样， 对句子和图画匹配作业来说，减法反应时实 验就在于将依赖所呈现的句子和图画的诸 反应时加以比较。例

3、如，“星形在十字之下” 这个句子真实说明了图画，那么它只有参数 a和t0；如果“星形在十字之上”这个句子真 实说明了图画，那它就只有参数t0；这两个 反应时之差就为参数a的时间。但参数b和 d只出现在否定句中，所以无法分别测量。在研究快速的住信息加式过程如识别、 短时记忆时，常应用这种反应时实验。这个 方法最初是荷兰生理学家Donders（1868） 提出的，目的是测量包含在复杂反应中的辨 别、选择等心理过程反需要的时间。在这种 实验里，通常需要安排两种不同的反应时作 业，其中一种作业包含另一种作业所没有的 某个心理过程，即所要测量的过程，这两种 反应时的差即为该过程所需的时间。具体地说，在一

4、个反应时实验中，要求 被试觉察一个灯光刺激并以右手按键作出 反应，这种就测得一个简单的视觉反应时（RT；）。如果实验安排红绿光刺激，并要求 被度看到红光时以右手按键来反应；而看到 绿光时不反应，这样测到的复杂反应时（RT2）要长于前面的简单反应时（RT）。 这两种反应时作业的区别仅仅在于后者需 要将红绿两个色光刺激区分开来，反以这两 个反应的差就是辨别过程所需要的时间，即 RT2-RT1=g别过程时间。同理，如果实验 仍安排红绿两个色光刺激，但要求被试在看 到红光时，以右手按键来反应；而在看到绿 光时，以左手按键来反应，这时被不仅要对 两个色光刺激进行激进辨别，而且还要对反 应作出选择，将这样

5、测到的复杂反应时（RT3）减去含有辨别过程的复杂反应时 （RT2），就可得到选择过程所需要的时间，即rt3-rt2=选择过程时间。从上述实验可以看出，减法反应时实验 起初是用来确定某个心理过程所需要的时 间的，但是反过来看，也可以从两种反应的 差数来判定某个心理过程的存在。认知心理 学正是这样来应用减去反应时实验的。在认知心理学中，减法反应时实验既可 用于研究某一个信息加工阶段或操作，也可 用于研究一系列连续的加工阶段。例如，自 60年代以来，一般认为人的自顾不短时记忆 信息如字母是以听觉形式表征的，即有听觉 编码。但是Posner等（1969, 1970）却表明， 这种信息可以有视觉编码。P

6、osner等（1969, 1970）用实验证明了人的短时记忆信息如字 母等不单单是以听觉形式表征的，还可以有 视觉编码。在其中一个实验中，给被试并排 呈现两个字母，这两个字母可以同时给被试 看，或者插进短暂的时间间隔，让被试指出 这两个字母是否相同并按键来反应，记下反 应时。所用的字母对有两种，一种是两个字 母的读音和书写都一样，即为同一个字母（AA）；另一种是两个字母的读音相同而书 写不同（Aa）。在这两种情况下，正确的反 应都为“相同”。两个字母如果相继呈现，其 时间间隔为0.5s和1s，或1s和2s等。实验 结果发现，在两个字母同时呈现时，AA对 的反应时小于Aa对；随着两个字母的时间

7、间隔增加，AA对的反应时急剧增加，但Aa 对的反应时则没有发生大的变化，并且对 AA对和Aa对的反应时的差别也逐渐缩小， 当两个字母呈现的时间间隔达到2s，这个差 别就很小了。这意味着AA对的匹配是在视 觉编码的基础上进行的，至少部分如此，而 Aa对必须在听觉编码的基础上才能进行匹 配，需要从视觉编码过渡到听觉编码，因此 用时也较多。根据这些实验结果Posner等认 为，某些短时记忆信息可以有视觉编码和听 觉编码两个连续阶段。减法反应时实验的逻辑是安排两种反 应时作业，其中一个作业包含另一个作业所 没有的一个因素，而在其他方面均相同，从 这两个作业的反应时之差来判定与之相应 的加式阶段。这种实

8、验在原则上有一定的合 理性，在实践上是可行的。但用这种实验来 研究各种具体的心理过程，特别是在复杂的 过程中，区分出不同的加工阶段，还是存在 一些困难的。需要依照不同课题的特点，进 行精心设计，以避免或减少一些困难。2方法2.1被试11名浙江大学心理系大三本科生，年龄 范围在19-21岁之间。2.2刺激与工具实验工具包括相应数量的PC计算机及 试验程序。包括A、a、B、b的不同读音、外形的字 母的两两组合。呈现方式包括同时呈现、继 时呈现（时间间隔为0.5s）和继时呈现（时 间间隔为2s）三种，采用拉丁方设计。2.3实验设计本次实验为被试内设计，也即重复测量 设计，自变量1为字母组合A（3个水

9、平， A1=音同字同，A2=音同字异，A3 =音异）； 自变量2为字母呈现间隔时间B （3个水平， 0s，0.5s和2s）；因变量是被试的反应时和 被试判断的正确率。实验材料采用拉丁方设 计。2.4实验程序2.4.1进入系统被试使用已被告知的用户名和密码进入 心理实验系统，输入简要个人信息并选择所 需进行的实验组的序号（共有3组可选）。2.4.2实验准备进入系统后，被试阅读屏幕上显示的指 导语，并进行随后的操作练习。在练习过程 中，同组字母以时间间隔0.5s继时呈现，如 果反应错误，系统会给以提示，以帮助被试 了解正确的操作方法。2.4.3正式实验练习结束后，被试进入正式实验。正式 实验包括3

10、大组刺激呈现，每大组包含3个 不同刺激呈现方式的小组，每小组包含不同 的字母组合的所有16个刺激。每小组开始 前，系统会提示本小组的刺激呈现方式；每 大组结束后，会有60秒的强制休息时间。 被试对音同字同（AA）以及音同字异（Aa）刺 激均应判断为“相同”，并以最快的速度用食 指按下键盘上的“J”键；对音异的刺激应判 断为“不同”，并以最快的速度用食指按下键 盘上的“K”键。正式实验要重复进行4次，每次实验组 的选择要符合拉丁方设计，本次试验中4次 正式实验分别选用1、3、3、1实验组作为 实验材料。2.4.4数据记录每位被试的正式试验结束后，系统会在 程序根目录下生成两个文件，分别为“减法

11、反应时原始数据”和“减法反应时结果”。所 有被试的实验结果经过统计处理，剔除错误 反应、超时反应数据及超过3g范围内的数 据后，得到的数值结果填入如下表格：表1反应时结果记录表（单位：ms）音同字同音同字异音异排列及间隔0s0.5s2s0s0.5s2s0s0.5s2s平均值标准误标准差3结果与分析由于本实验中被试错误率较低，因此仅 以反应时数据作为分析对象。以下结果为全部11位被试数据经过统计 处理，剔除错误反应、超时反应及超过3g 范围内的数据后得到。其中，共分析反应数 据6600个，其中错误反应数据249个，超 时反应数据3个，因超过3g范围而被剔除 的数据120个，有效数据6228个。3

12、.1反应时记录统计结果由表1可知，各组合情况下被试的平均 反应时随呈现间隔的增大趋势相近。最大值 均出现在0s，最小是出现在0.5s，间隔时间 为2s的反应时居中。同条件下数值最不稳 定的为音同字异组合，波动最小的为音同字 同组合。表2反应时结果记录表（单位：ms）排列及间隔音同字同音同字异音异0s0.5s2s0s0.5s2s0s0.5s2s平均值524.228451.360499.556664.174541.348559.297641.826531.641556.301标准误4.35504.20094.78577.14595.05475.59454.01833.70193.5537标准差98

13、.63895.147108.288164.822115.154127.207129.460119.670114.5503.2反应时与字母间隔关系曲线由图1可知，音同字同、音同字异以及 音异三种刺激类型下反应时随字母呈现时 间间隔的增大的变化趋势相近，即先急剧下 降，再缓慢上升。在时间间隔在0-0.5s的变 化区间内，三条曲线的变化幅度达 70-120ms，而在0.5-2.0s内的变化相对平缓。其中，音同字异及音异两种刺激类型反 应时的变化趋势更为接近，只是有相对稳定 的绝对水平上的差异；而“音同字同”曲线由于在整个区间范围内绝对水平均明显其余 其他两种组合方式，且在0-0.5s的区间内下 降趋

14、势较小，在0.5-2.0S内上升幅度相对较 大。字母间隔时间(s)(SE)J,=回1反应时与字母间隔关系曲线图4讨论4.1音同字同反应时与音同字异反应时 比较分析由以上描述以及图1可知，音同字同反 应时始终小于音同字异反应时，且二者差别 随字母呈现间隔时间的增大而减小。音同字同反应时较小的原因在于对于这 类刺激的判断完全可以直接按照视觉特征 来比较；而A与a、B与b之间有着一定的 外形差异，因此必须在听觉编码的基础上才 能进行判断，又因为被试接受的刺激材料是 视觉刺激，由视觉编码过渡到听觉编码需要 一段时间，因此才有了音同字异刺激下较长 的反应时。以上分析说明，视觉编码先出现 后，保持一个短暂

15、的瞬间，然后出现听觉编 码。音同字同反应时与音同字异的反应时的差别随字母呈现间隔时间的增大而减小，是 因为随着时间间隔的增大，音同字同刺激产 生的瞬时视觉编码的效应减弱，听觉编码的 作用增大，因此与建立在听觉编码基础上的 音同字异反应时的差距减小。4.2总体趋势分析音同字同、音同字异以及音异三种刺激 类型下反应时随字母呈现时间间隔的增大 的变化趋势相近，即先急剧下降，再缓慢上 升，这种趋势的产生可能是因为，较之同时 呈现的情况，在0.5s的间隔时间下，被试有 更多的的时间处理接收到的第一个字母的 刺激，进行相应的视觉编码，为第二个字母 的呈现以及作出相应的判断提供思考的间 隙；而在同时呈现的情

16、况下，被试被迫在瞬 间做出反应，因此编码的过程需在计时已经 开始的时候进行，反应时增加。由于被试事先已知所测试小组的时间间 隔，因此在2s的间隔时间下，被试倾向于 选择在接收到第一个字母的刺激后主动产 生瞬时记忆以应对第二个字母的呈现，其具 体方式与0.5s的间隔时间下较为相似，而相 比之下对于刺激的处理方式上更具主观性， 且间隔时间长达两秒，等待过程可能影响注 意力的集中，因此反应时较0.5s下有小幅度 增加。5结论5.1被试对于音同字同刺激的判断基于 视觉编码；对于音同字异刺激的判断基于听 觉编码。5.2随着时间间隔的增大，音同字同刺 激产生的瞬时视觉编码的效应减弱，听觉编 码的作用增大。5.3适当的时间间隔可以为被试提供对 接收到的第一个字母的刺激进行相应的视 觉编码过程的时间，减少反应时。5.4过长的呈现时间间隔会导致被试对 于刺激的处理方式上主观性增强，同时影响 注意力的集中，引起反应时小幅度增加。序系统所提供的实验材料并不是Posner的 实验的完全重复。就笔者个人的理解，在 Posner的实验中，继时呈现的两个字母是不 同时呈现给被试的，即在第