实验报告11-学习曲线

系别：心理学系班级：03级姓名：范妍本组成员：廖卉、范妍、杨扬子、吴俊玮实验日期：2004年教师评定：触棒迷宫学习曲线摘要该实验绘制学习曲线研究被试学习触棒迷宫的进程，发现两种学习曲线都随着学习阶段的深入而下降，下降的速度由快变慢；集体曲线比个人曲线更光滑；错误曲线可以下降至0，而时间曲线下降到一定水平后趋于稳定；男女在触棒迷宫的学习进程上没有显著差异；观察单个被试的认知地图，发现被试在学习进程中的错误有助于被试更详细地了解迷宫线路。关键词学习曲线时间/错误曲线个人/集体曲线触棒迷宫认知地图导言学习曲线是用图解表示学习进程的方法[1]，各学习阶段所达到的学习效果都可以在曲线中显示出来。表示学习效果的指标有两类，一是每遍学习中正确反应的次数或单位时间内完成的工作量，二是每遍学习中错误反应的次数和所需要的时间。如果采用的是前一类指标，绘制的学习曲线是上升的，如果采用后一类，学习曲线就是下降的。下降曲线又因采用的指标不同分为时间曲线和错误曲线。单个被试学习的过程容易受到偶然因素的影响，绘制出来的个人曲线代表性较小，因此需要较多的被试在相同的条件下学习同一内容，然后综合每个人的学习成绩，绘制成有代表性的学习曲线，这就是集体曲线。传统的绘制集体曲线的办法把每遍中各被试的学习效果加以平均，作为这一遍中集体的学习效果，但由于每个被试从不会到学会所需要的学习遍数不同，这个平均值就无法如实反映所有被试的学习效果，这样绘制出的集体曲线也无法如实代表全体被试的学习进程。S．B．Vincent提出的方法[2]，把每个被试达到学会标准所需学习遍数都分成相等的部分，然后把每个被试相应的学习过程（如学会10%、20%……）中的学习效果加以平均。比如某被试用12遍学会了一个内容，分成10个部分，部分1就包括第一遍的学习效果加上第二遍20%的学习效果，部分2就包括第二遍的学习效果的80%加上第三遍学习效果的40%（1.2-0.8=0.4），……如此类推。这样用相对的尺度把各被试的相应阶段的学习效果进行平均，就可得出有代表性的集体学习曲线。A．W．Melton提出的另一种方法把每一被试达到同一效果所需要的学习次数求出来[2]，然后再平均。例如一个被试第一遍学会三个项目，第二遍学会5个，这样，该被试学会一个、两个、三个项目的学习次数都是一次，学会四个、五个项目的学习次数都是两次。然后求出所有被试学会一项、两项、三项……平均需要多少次，根据这些绘制集体曲线。对比这两种方法，A．W．Melton的方法更适用于一系列项目的学习，S．B．Vincent的方法则更适合于像迷宫学习这样一个连续的进程的学习。迷宫学习是研究动作学习的常用方法。迷宫是学习在空间中定向的一种实验仪器。有身体迷宫、触棒迷宫、手指迷宫等多种。迷宫中的路线包括通路、转折、支路和盲巷。从起点到终点通常只有一条路，要求被蒙上眼罩的被试以最快速度和最少错误到达终点。迷宫学习主要依靠的是触觉和动觉记忆，其进程受到被试对此类学习的经验的影响，比如盲人由于心理补偿作用，动觉和触觉比常人敏感，所以他们的迷宫学习成绩要优于正常人[3]。迷宫同时被用于研究人和动物的行为。Tolman在1948年提出“认知地图”的概念[4]，用于解释动物完成迷宫任务的成绩。他认为“在大鼠的脑中建立了某种类似于环境地图的东西”，使得它们重组获得的空间信息以建立关于环境的认知表征。虽然“认知地图说”还是一个假说，但我们也可以尝试从这个角度来看人类的迷宫学习进程。本实验绘制反映被试学习触棒迷宫的进程的学习曲线，证示动作学习的过程，学习使用触棒迷宫的方法。用S．B．Vincent的方法处理数据，并要求被试画出认知地图。观察时间曲线和错误曲线的形状和变化趋势，比较个人曲线和集体曲线，时间曲线和错误曲线，考察学习曲线的性别差异，并对比被试所画的地图和迷宫线路图，从中探究被试迷宫学习的规律。方法2.1被试被试为北京大学心理学系03级本科生14名、及物理系02、03级本科生各一名，共16人。其中男性9名，女性7名，均为右利手，以前没有做过本实验，也没有看过或用手摸过这个迷宫路线。被试的视力或矫正视力正常，没有失明的经历。2.2仪器和材料触棒迷宫（图1），迷宫中的盲巷事先装有金属块标记，连接在电路中，当与小棒的金属头接触时，会接通电路，使迷宫发出一声喇叭声，并且使计数器加一。带金属头的小棒。手表之类的计时器（精确到1s）。与电路连通的计数器，按下“1”、“+”，可以从1开始计数；按下归零键可以重新开始计数。眼罩。迷宫线路图（图2）。图1触棒迷宫俯视图图2迷宫线路图2.3实验设计本实验测量被试迷宫学习的学习曲线，学会的标准是连续两次不发生错误（即没有一次进入盲巷），学习的效果用每遍内错误（走入盲巷）的次数和走一遍所用的时间为指标，并记录学会迷宫总共用的学习遍数。用S.B.Vincent的方法把每名被试的学习进程分成相等的10阶段，把同一阶段所有被试的学习效果平均，用以画集体曲线。这是一个2×10的混合设计，考察学习阶段对学习效果的影响，故学习阶段是组内因素，通过总学习遍数换算得到，而性别是组间因素。每遍内错误次数和走一遍所用的时间是因变量。实验中控制了的变量有被试的利手性以及被试对此类迷宫的经验，并且保证被试没有过失明的经历，对被试抓握小棒的位置也做了控制，以确保被试只用小棒感觉迷宫的路径。2.4实验程序2.4.1主试连接好迷宫、小棒及计数器的电路，在计数器上按“1”和“+”键，使计数器准备好从1开始计数。安排被试坐在桌边，用优势手拿木棒的上端，戴上遮眼罩。然后主试把迷宫放在桌上，握住被试的手把小棒下端放到迷宫的入口处。主试握好计时器，喊“预备”后约2s就喊开始“开始”，并开始计时。被试于是开始拿着小棒垂直地在迷宫的槽中走动。有时被试会遇到障碍，这或者是拐弯的路，只要左拐或右拐就通过了，或者是死胡同，拐弯也走不通并且会发出喇叭声，这时被试就退出来，计数器也会自动在错误次数上加1（由于计数器开始时显示的数就是1，所以第一次错误是不加的）。如果连续几次进入同一盲巷，计数器也会照样计算。当被试的小棒一进入迷宫终点，主试立即说“到了”2.4.2用同样的方法重复做，直至被试连续两遍不发生一次错误。实验中，如果被试因迷宫学习的困难而感到烦躁，主试要鼓励他坚持走下去完成实验，如果被试觉得手腕很累，可以适当休息一下。2.4.3达到学会的标准后，先撤走迷宫，再为被试取下遮眼罩，让被试画出他所学会的迷宫的路线，然后加上盲巷的位置（被试可能不能画出全部盲巷的位置，甚至可能一个也画不出来，但必须让他根据记忆画出一张迷宫路线图）。结果附录1和附录2中分别是全体被试学会迷宫所需的学习遍数以及学习进程中每走一遍的错误次数和所花时间（这些是原始数据，并未按10阶段换算）。附录3和附录4是把每名被试的学习进程按S.B.Vincent的方法划分成10阶段的结果。其中附录3是每阶段所花的时间，附录4是每阶段的错误次数。其中，由于第六组两名被试的时间只精确到1min，不能用于绘制学习曲线，故在时间的表格里除去了他们的数据，但他们的错误次数还是可用的，所以保留了这一部分数据。研究本组单个被试的学习进程。表1是该被试每阶段的错误次数和所花时间。表19号被试每阶段错误次数和所花时间（s）阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10时间（s）469.0480.0106.4117.8206.8178.4169.0140.8132.6141.2错误次数63.244.615.210.023.028.28.88.83.20.0根据表1以学习阶段为横坐标，分别以所花时间和错误次数为纵座标，画出该被试的个人学习曲线。图39号被试以时间（s）为指标的学习曲线图49号被试以错误次数为指标的学习曲线分别求出每阶段的平均错误次数和平均所花时间，列在表2中。表2每阶段平均错误次数和平均时间（s）阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10时间（s）306.8229.1159.4102.8109.3120.989.680.078.567.0错误次数30.619.614.48.29.46.85.44.12.10.0根据表2以学习阶段为横坐标，分别以所花时间和错误次数为纵座标，画出全体被试的集体的学习曲线。图5全体被试以时间为指标的学习曲线图6全体被试以错误次数为指标的学习曲线把被试按性别分成两组，分阶段对比其平均时间和错误次数，如表3和表4所示。表3男女被试每阶段平均所花时间（s）对比性别时间（s）阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10男354.1271.2187.4112.9118.0135.199.681.284.474.1女243.8173.1122.289.497.7101.976.478.570.657.6表4男女被试每阶段平均错误次数对比性别错误次数阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10男35.922.517.69.411.17.75.34.32.60.0女23.815.910.26.77.15.85.63.91.50.0根据表3和表4，以学习阶段为横坐标，分别以时间和错误次数为纵座标，画出男女两组的学习曲线对照图，如图7和图8。图7男女以时间（s）为指标的学习曲线对比图8男女以错误次数为指标的学习曲线对比用0.05水平的独立样本t检验（双尾）考察阶段1、阶段1+2、阶段1+2+3中男女之间错误次数的差别，结果显示，第一个阶段、前两个阶段、前三个阶段男女之间没有显著差异：t（14）=0.824，p=0.424；t（14）=1.042，p=0.315；t（14）=1.249，p=0.232。用0.05水平的独立样本t检验（双尾）考察同样阶段的男女在时间（s）上的差异，结果也显示，第一个阶段、前两个阶段、前三个阶段男女之间没有显著差异：t（12）=0.909，p=0.381；t（12）=1.320，p=0.212；t（12）=1.621，p=0.131。以10个学习阶段为组内因素，以性别为组间因素，分别以时间（s）和错误次数作为自变量，作2×10的混合方差分析，以及10个学习阶段的两两事后检验。结果表明：（1）考察每阶段所花时间（s），学习阶段的主效应显著：F（2.490，29.874）=13.088，p<0.001。性别的主效应不显著：F（1，12）=1.244，p=0.287。学习阶段与性别的交互作用也不显著：F（2.490，29.874）=0.819，p=0.474。两两事后检验的结果如表5。表510个学习阶段所花时间（s）的两两事后检验表阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10阶段1MD=76.823p=1.000MD=144.171p=1.000MD=197.808p=0.072MD=191.083p=0.056MD=180.421*p=0.029*MD=210.956p=0.065MD=219.106p=0.088MD=221.456p=0.095MD=233.085*p=0.041*阶段2MD=67.348p=1.000MD=120.985*p=0.041*MD=144.260*p=0.007*MD=103.598p=0.245MD=134.133*p=0.010*MD=142.283*p=0.010*MD=144.633*p=0.015*MD=156.263*p=0.004*阶段3MD=53.638p=p=1.000MD=46.913p=1.000MD=36.250p=1.000MD=66.785p=0.557MD=74.935p=0.182MD=77.285p=0.141MD=88.915p=0.095阶段4MD=-6.725p=1.000MD=-17.388p=1.000MD=13.148p=1.000MD=21.198p=1.000MD=23.648p=1.000MD=35.277p=0.166阶段5MD=-10.662p=1.000MD=19.873p=1.000MD=28.023p=1.000MD=30.373p=1.000MD=42.002p=0.361阶段6MD=30.535p=1.000MD=38.685p=1.000MD=41.035p=1.000MD=52.665p=0.837阶段7MD=8.150p=1.000MD=10.500p=1.000MD=22.129p=0.062阶段8MD=2.350p=1.000MD=13.979p=1.000阶段9MD=11.629p=1.000（2）考察每阶段错误次数，学习阶段的主效应显著：F（2.200，14.000）=12.848，p<0.001。性别的主效应不显著：F（1，14）=1.193，p=0.293。学习阶段与性别的交互作用不显著：F（2.200，14.000）=0.634，p=0.552。两两事后检验的结果如表6。表610个学习阶段错误次数的两两事后检验表阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段10阶段1MD=10.606p=1.000MD=15.937p=1.000MD=21.791p=0.214MD=20.728p=0.177MD=23.107p=0.161MD=24.411p=0.116MD=25.724p=0.138MD=27.772p=0.066MD=29.832p=0.052阶段2MD=5.331p=1.000MD=11.185p=0.114MD=10.121p=0.071MD=12.501*p=0.006*MD=13.805*p=0.009*MD=15.117*p=0.005*MD=17.116*p=0.004*MD=19.225*p=0.001*阶段3MD=5.854p=1.000MD=4.790p=1.000MD=7.170p=0.765MD=8.474p=0.066MD=9.787*p=0.015*MD=11.835*p=0.006*MD=13.894*p=0.005*阶段4MD=-1.063p=1.000MD=1.316p=1.000MD=2.620p=1.000MD=3.933p=0.919MD=5.981*p=0.016*MD=8.084*p=0.002*阶段5MD=2.379p=1.000MD=3.683p=0.826MD=4.996p=0.337MD=7.044p=0.056MD=9.104*p=0.027*阶段6MD=1.304p=1.000MD=2.617p=1.000MD=4.665p=0.781MD=6.725p=0.160阶段7MD=1.313p=1.000MD=3.361*p=0.003*MD=5.421*p=0.002*阶段8MD=2.048p=1.000MD=4.108p=0.373阶段9MD=2.060p=0.195图9是9号被试根据记忆所画的、他所学会的迷宫路线图。图中空心的矩形代表起点，实心的矩形代表终点。空心圆圈代表盲端。图99号被试记忆中的迷宫线路图讨论4.1观察图3、4、5、6学习曲线的大致形状可以看出，无论以每阶段学习时间还是错误次数为指标，学习曲线都是下降型的。随着学习阶段的增长，时间和错误次数都减小了，也就是说，学习效果改善了。无论个人曲线还是集体曲线，在阶段4以前都会有一个快速下降的过程，而在阶段4以后，下降的速度变得缓慢多了，甚至在阶段5左右会有一个反弹。反映出在阶段4以前，即学习刚开始的时候，随着学习遍数的增加，学习阶段的深入，学习的效果提升的很快，表现为时间和错误次数的快速减少；到了阶段4以后，即学习过程的后期，学习效果随学习遍数的增加变得缓慢多了，学习效果在某个水平上一边波动一边慢慢提高。至于在阶段5附近出现的波动，无论在个人曲线还是集体曲线中都能观察到，在图7和图8中也有表现。对学习效果提升趋缓甚至出现反增长波动的原因作如下推测，被试对于每次走迷宫的学习效果是能够得到反馈的，他通过小棒金属端触碰到迷宫盲端所发出的喇叭声，来判断自己错了多少次。因此，他可以明显感觉到在学习开始时学习效果的显著提高，也许已经开始在脑海中根据前几次走的经验形成认知地图。在此后走迷宫的过程中，他会根据认知地图的指导而走的更顺畅，避开一些早就注意到的盲端。但认知地图不可能刚一形成就十分完善，必然会有某几个盲端，是被试的“痼疾”，仍要在那里犯上好几次错误。被试正是通过这些错误完善认知地图，最终学会迷宫，于是这一段时间，无论时间还是错误次数都下降的很缓慢。波动也比较大，可以想象如果前一次错误次数少，被试认为离“学会”已经不远了，在下一次走迷宫的时候便没有足够地小心，导致错误次数反弹；而增加的错误加深他的印象，再下一次走的时候能细心地避开更多的盲端，错误次数再次下降。从混合方差分析和两两事后检验也看出，学习阶段对学习效果的影响非常显著，阶段1、2、3的时间和错误次数大都显著大于阶段8、9、10。也支持了学习效果随着学习阶段的深入而提高这个结论。关于学习后期的波动和反弹，从两两事后检验来看，表5中阶段4和阶段5、阶段5和阶段6、阶段4和阶段6的MD都是负值，但差异未达到显著水平；表6中阶段4和阶段5的MD也是负的，但差异也不显著。故，图3、4、5、6中阶段5附近时间曲线和错误曲线的反弹在两两事后检验中多表现为有差异但不显著。或许，这个波动属于正常的实验误差，或许可以把这理解为对学习曲线下降速度趋缓的支持，因为波动本事就是学习曲线下降速度趋缓的一个表现，即使波动只是因为实验误差，但我们可以肯定这部分的学习曲线已经不表现出显著的下降了。4.2对比个人曲线和集体曲线从图3、4、5、6中看出，无论以时间还是错误次数作为指标，集体曲线都比个人曲线光滑的多，个人曲线的波动，尤其是阶段5附近的波动非常大，而且阶段4以前的下降速度也比集体曲线快的多，到阶段5，尤其是反弹以后，下降速度突然趋缓，表现出比较大的转折，可以推测这名被试的迷宫学习过程是顿悟型的。一开始时间和错误次数都快速下降，在突然摸索到规律之后，时间和错误次数就保持在一个比较稳定的水平，最后错误次数缓缓下降到0，达到“学会”的标准。而集体曲线由于综合了全体被试的结果，参差不平和波动都因平均而被“磨平”，所以整条曲线显得平滑得多，即使下降速度上有变化，也不会转折得太突然。4.3对比时间曲线和错误曲线从图3、4、5、6中看出，时间曲线和错误曲线的趋势大致是相同的，都能反映学习效果随学习进程的深入而提升。区别在于，时间曲线下降到一定水平之后，就逐渐维持在这一水平，再没有明显下降（表5的事后分析看出）；而错误曲线可以一直下降到0。推测：由于要保证不出错，被试需要足够小心，不可能走得太快，而且越接近成功（即“学会”），被试会显得更加小心翼翼，故时间到最后会维持在一个水平上。而错误次数为0正是“学会”所要求做到的。4.4关于性别差异虽然图7、8中在学习的前阶段（阶段1、2、3）男性被试的时间曲线和错误曲线都高于女性被试的，但仍然非常接近。0.05水平的独立样本t检验（双尾）也显示，男、女在学习的前阶段（阶段1、2、3），无论时间还是错误次数都没有显著差异。也就是说男女在迷宫学习进程上的差异是不明显的。4.5对比9号被试认知地图和迷宫线路图对比观察图9和图2，被试画出了11个主要的盲端，占盲端总数（20个）的55%。对照图3、图4和表2，该被试在学习前期每走一遍迷宫所花的时间和错误次数都较多。可见被试一开始是同过“尝试—错误”来学习迷宫的，画出的11个盲端都是他曾发生过错误之处。可以推测，如果被试在学习过程中发生错误之处越多，他对迷宫盲端的位置就了解的越详细，画出来的线路图也越接近迷宫真实的线路图。由此也可以理解图3和图4中，阶段2的时间和错误次数比阶段1多。如果被试侥幸在阶段1避开了一些盲端，但他仍需要犯足够多的错误来熟悉这个迷宫，才能保证以后有意识地避开一些盲巷，达到“学会”的标准。所以说，被试在学习进程中发生的错误会帮助被试进一步了解迷宫的结构和路线，被试从这些错误中得到足够的信息来“学会”迷宫。另外，图9中同一段路线的长短比例也和图2中的有出入。在很长一段没有遇到盲端的路途中（如图9的左上角），画出来的路线会短于实际的路程，也许因为被试在这一段走得非常快、非常顺畅，所以会感觉这段路线很短。参考文献杨博民．心理实验纲要．北京：北京大学出版社，1989．280—283．赫葆源、张厚粲、陈永舒等．实验心理学．北京：北京大学出版社，1983．680—685．孟旭．正常人和盲人触棒迷宫学习对比实验研究．中国特殊教育，1998，4：26—29．王彦、苏彦捷．迷宫与动物行为研究．心理学动态，2001，9（3）：264—269．附录1学会迷宫所用遍数及每遍学习所用的时间（s）组别第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组被试号12345678910111213141516性别男女男女男女男女男男男女男女女男学习次数1681817111810716181412771622时间（s）2301651522541051407022028024524012039742127018023423816585100105315755401001124711419027023116595608033712045609611216260611037517540408512093506066154134936245125354548185444010941100100526155703550651004035721265090577770754037108100363760585380445645105351426667758377234459030119905115510330565590309986611226326394510510875531015330618510797631425227255069605079353030908065469349252910597109508140291910083115526122175750492272487152545979附录2学会迷宫所用遍数以及每遍错误次数组别第一组第二组第三组第四组第五组第六组第七组第八组被试号12345678910111213141516性别男女男女男女男女男男男女男女女男学习次数1681817111810716181412771622错误次数3414176111417381738491773743733123186994242613515156831262721724251831229786211851990148244846107356121423524022211841551100059730081800871320105113004122003014217710857362216021810001330407012132612324053516061312655310018041863042111142804000140309010103040000100023100附录3每个学习阶段所花时间（s）（按10阶段分）组别编号性别时间（s）阶段1阶段2阶段3阶段4阶段5阶段6阶段7阶段8阶段9阶段1011男392.0281.4252.8150.883.0144.8114.884.065.069.42女132.0141.0108.066.048.0107.286.876.070.064.023男339.2353.4138.297.0112.250.851.450.848.439.64女420.6343.6129.9116.5188.4180.886.149.146.730.335男175.0181.5154.570.554.569