最小變化法測(cè)量明度差別閾限

1、最小變化法測(cè)量明度差別閾限摘 要 本實(shí)驗(yàn)為心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，采用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量，使用明度為192的標(biāo)準(zhǔn)刺激，用最小變化法測(cè)量一被試的明度差別閾限，并考察被試在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是否存在習(xí)慣誤差、期望誤差、練習(xí)效應(yīng)、疲勞效應(yīng)以及空間位置效應(yīng)。結(jié)果表明，該被試的明度絕對(duì)差別閾限為4.375，并存在著習(xí)慣誤差和空間位置效應(yīng)，而不存在期望誤差和練習(xí)效應(yīng)、疲勞效應(yīng)。關(guān)鍵詞 最小變化法，差別閾限，明度，心理物理學(xué)1. 導(dǎo)言心理物理學(xué)的先驅(qū)是G.T.Fechner(1801-1887)。作為一位哲學(xué)家，他始終關(guān)心心理與物理的關(guān)系問(wèn)題，千方百計(jì)的企圖在物理刺激與感覺(jué)之間發(fā)現(xiàn)某種定量的關(guān)系。他通過(guò)對(duì)感覺(jué)強(qiáng)度與刺激強(qiáng)度之間

2、的數(shù)量關(guān)系的長(zhǎng)期研究，發(fā)展出了測(cè)量感覺(jué)的基本方法。1860年，他發(fā)表了心理物理學(xué)綱要一書(shū)，為心理物理學(xué)研究方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。他給心理物理學(xué)下的定義是：一門(mén)研究心身之間或心物之間的函數(shù)關(guān)系的精密科學(xué)。它的范圍包括感覺(jué)、知覺(jué)、感情、行為、注意等等。一百多年來(lái)，心理物理學(xué)方法不斷發(fā)展，但它的中心問(wèn)題仍然是物理量（對(duì)身體各感官的刺激）與心理量（各種感覺(jué)或主觀印象）之間的數(shù)量關(guān)系問(wèn)題。 Fechner在心理物理學(xué)研究中提出, 心理物理學(xué)包括外部的心理物理學(xué)和內(nèi)部的心理物理學(xué)。他認(rèn)為: 人的感覺(jué)過(guò)程涉及外部物理世界的物理刺激,內(nèi)部物理世界的腦活動(dòng)過(guò)程,以及內(nèi)部心理世界的感覺(jué)體驗(yàn)。 外部物理世界對(duì)人的感

3、官有各種外部物理刺激, 它們引起人的內(nèi)部物理世界的活動(dòng), 也就是腦的活動(dòng)過(guò)程, 并且產(chǎn)生內(nèi)部心理世界的感覺(jué)體驗(yàn)。他認(rèn)為,外部的心理物理學(xué)研究外部物理刺激強(qiáng)度和感覺(jué)體驗(yàn)強(qiáng)度之間的關(guān)系, 而內(nèi)部的心理物理學(xué)則研究?jī)?nèi)部物理世界即腦活動(dòng)過(guò)程強(qiáng)度和感覺(jué)體驗(yàn)強(qiáng)度之間的關(guān)系。外部物理刺激的強(qiáng)度可用物理量I來(lái)表示。 外部物理刺激引起的腦活動(dòng)過(guò)程(腦區(qū)激活)的強(qiáng)度可用生理量A表示。感覺(jué)體驗(yàn)的強(qiáng)度,即外部物理刺激通過(guò)腦活動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的感覺(jué)體驗(yàn)的強(qiáng)度可用心理量S表示。 因此, 外部的心理物理學(xué)著重討論外部物理刺激的物理量I和由外部物理刺激產(chǎn)生的感覺(jué)體驗(yàn)的心理量S之間的關(guān)系; 內(nèi)部的心理物理學(xué)著重討論腦活動(dòng)過(guò)程的生理量

4、A和由內(nèi)部物理過(guò)程產(chǎn)生的感覺(jué)體驗(yàn)的心理量之S間的關(guān)系。 在心理物理學(xué)中測(cè)量感覺(jué)閾限的方法有最小變化法、平均差誤法和恒定刺激法。其中，最小變化法是最早被用來(lái)研究感覺(jué)閾限的方法。人們?cè)褂眠^(guò)最小變化法來(lái)測(cè)量音高的感覺(jué)閾限，視覺(jué)長(zhǎng)度的差別閾限等。最小變化法是把有感覺(jué)和無(wú)感覺(jué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為閾限，因此，它曾被認(rèn)為很好的表達(dá)了感覺(jué)閾限的概念：在閾限以下人們一無(wú)所知。但是，閾下知覺(jué)的存在表明這種看法是不正確的，而且由于在用最小變化法實(shí)驗(yàn)時(shí)，被試可能會(huì)產(chǎn)生習(xí)慣誤差和期望誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠，因而，最小變化法已被淘汰，現(xiàn)在人們使用階梯法來(lái)進(jìn)行感覺(jué)測(cè)量。 作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，本試驗(yàn)的目的是希望同學(xué)們能夠加深對(duì)心理物理學(xué)

5、的理解，同時(shí)掌握最小變化法測(cè)量感覺(jué)閾限的基本方法和技巧。本實(shí)驗(yàn)使用最小變化法來(lái)測(cè)量明度差別閾限，一共進(jìn)行8個(gè)系列，預(yù)期被試可能會(huì)產(chǎn)生習(xí)慣誤差或期望誤差，同時(shí)也可能出現(xiàn)練習(xí)效應(yīng)或疲勞效應(yīng)以及空間位置效應(yīng)。2. 方法2.1 被試 天津師范大學(xué)大學(xué)本科生一名，女，年齡21歲，矯正視力正常，無(wú)色盲或色弱，右利手，以前未參加過(guò)類(lèi)似實(shí)驗(yàn)。2.2 儀器和材料2.2.1 儀器 17寸純平顯示器一臺(tái)，配有紅黃綠按鍵板一個(gè)，靠背椅一張。2.2.2 刺激材料 使用大學(xué)生實(shí)驗(yàn)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件。在20cm15cm的黑色背景中同時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)4.8cm4.8cm的灰色方塊，其中一個(gè)為標(biāo)準(zhǔn)刺激，明度為192，另一個(gè)為變異刺激。被

6、試距離屏幕50cm。刺激一共呈現(xiàn)八組，標(biāo)準(zhǔn)刺激按照左左右右右右左左的位置呈現(xiàn)，變異刺激的起始明度隨機(jī)。組內(nèi)時(shí)間間隔為500ms,組間間隔時(shí)間為2000ms。2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) Fechner提出的測(cè)量感覺(jué)閾限的方法有三種：最小變化法、恒定刺激法和平均差誤法。本研究采用的是最小變化法來(lái)測(cè)量明度差別閾限。在用最小變化法測(cè)定閾限時(shí)，其特點(diǎn)是按物理量的強(qiáng)弱把刺激排成系列，各相鄰刺激的強(qiáng)度差別很小而且相等；刺激呈現(xiàn)的順序有兩種不同的操作方式，按從強(qiáng)到弱的順序叫漸減法（用表示）；按從弱到強(qiáng)的順序呈現(xiàn)叫漸增法（用表示）。4被試需判斷變異刺激與標(biāo)準(zhǔn)刺激的強(qiáng)度差別，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。 在用最小變化法測(cè)定閾限時(shí)，有

7、可能發(fā)生習(xí)慣誤差和期望誤差。如果有的被試習(xí)慣于前面幾次刺激引起的感覺(jué)，那么，在用漸減法測(cè)定時(shí)，刺激強(qiáng)度必須減到遠(yuǎn)在他的實(shí)際閾限以下時(shí)他才感覺(jué)不到。這就產(chǎn)生了使閾限值降低的誤差；當(dāng)用漸增法測(cè)定時(shí)恰好相反，刺激值必須增到他的實(shí)際閾限以上時(shí)他才感覺(jué)得到，這是就產(chǎn)生了閾限值提高的誤差。如果有的被試期望轉(zhuǎn)折點(diǎn)迅速到來(lái)，用漸減法測(cè)定時(shí)就會(huì)產(chǎn)生閾限值偏高的誤差；用漸增法測(cè)定時(shí)就會(huì)產(chǎn)生閾限值偏低的誤差。為了避免這種常誤（有一定傾向的誤差）對(duì)所測(cè)閾限準(zhǔn)確性的影響，在測(cè)定一個(gè)被試的閾限時(shí)，用漸增和漸減的次數(shù)要相等，并以二者的平均這作為所測(cè)結(jié)果。4 用最小變化法測(cè)定閾限時(shí)是否產(chǎn)生習(xí)慣誤差或期望誤差，這在不同的被試之

8、間存在著差異：有的被試有習(xí)慣誤差，有的被試有期望誤差，有的被試則二者都沒(méi)有。為了檢查被試是否有期望或習(xí)慣誤差，和的順序還需要作適當(dāng)?shù)陌才?；因?yàn)樵诙啻蔚臏y(cè)定過(guò)程中，往往會(huì)受練習(xí)或疲勞的影響而發(fā)生前后閾限值不一致的情況。要檢查和所測(cè)結(jié)果是否有差別，就要使二者受練習(xí)或疲勞影響的程度相等，也就是說(shuō)使二者在測(cè)定順序上機(jī)會(huì)均等（假設(shè)練習(xí)或疲勞的作用隨測(cè)定次數(shù)增多而等速變化）。5 本實(shí)驗(yàn)是采用最小變化法來(lái)測(cè)量明度差別閾限，需要兩類(lèi)刺激，一類(lèi)固定不變叫做標(biāo)準(zhǔn)刺激，另一類(lèi)的刺激量是可變的，叫做變異刺激。測(cè)定差別閾限時(shí)，要求被試從變異刺激中找出一個(gè)在感覺(jué)上與標(biāo)準(zhǔn)刺激相等的刺激來(lái)，也就是使變異刺激和標(biāo)準(zhǔn)刺激相匹配。

9、在匹配時(shí)，無(wú)論變異刺激按漸增或漸減的順序變化，都有兩個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：漸增時(shí)從感覺(jué)到變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激稍弱到感覺(jué)到二者相等；再?gòu)南嗟鹊礁杏X(jué)到變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激稍強(qiáng)。漸減時(shí)從感覺(jué)到變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激稍強(qiáng)到感覺(jué)到兩者相等，再?gòu)南嗟鹊礁杏X(jué)到變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激稍弱。感覺(jué)到稍強(qiáng)和相等的兩個(gè)刺激的平均值稱(chēng)為上限，感覺(jué)到相等和稍弱的兩個(gè)刺激量的平均值稱(chēng)為下限。上限減去標(biāo)準(zhǔn)刺激成為上差別閾，標(biāo)準(zhǔn)刺激減去下限成為下差別閾。上差別閾和下差別閾的平均值稱(chēng)為絕對(duì)差別閾限，絕對(duì)差別閾限和標(biāo)準(zhǔn)刺激之比成為相對(duì)差別閾限。在本實(shí)驗(yàn)中給定一標(biāo)準(zhǔn)的明度刺激（明度為192的灰色方塊），變異刺激按最小變化法排成系列，分別以遞增和遞減的順序呈

10、現(xiàn)。為了消除定勢(shì)的影響，變異刺激呈現(xiàn)的起始明度由電腦隨機(jī)選擇。實(shí)驗(yàn)共分成8組，被試的任務(wù)是判斷標(biāo)準(zhǔn)刺激與變異刺激的明度差別，然后選擇不同的按鍵做出反應(yīng)。在遞增系列中，當(dāng)被試認(rèn)為變異刺激的明度強(qiáng)于標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)，則該組實(shí)驗(yàn)結(jié)束并進(jìn)入下一組；在遞減系列中，但被試認(rèn)為變異刺激的明度小于標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)，則該組實(shí)驗(yàn)結(jié)束并進(jìn)入下一組。為了平衡被試的習(xí)慣誤差、期望誤差、練習(xí)效應(yīng)、疲勞效應(yīng)以及空間誤差，本實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刺激的呈現(xiàn)位置做出了安排，即標(biāo)準(zhǔn)刺激在八組中的位置依次為左左右右右右左左，同時(shí)，變異刺激按照的順序呈現(xiàn)。2.4 實(shí)驗(yàn)程序 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，被試首先閱讀屏幕上呈現(xiàn)的指導(dǎo)語(yǔ)： “實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，請(qǐng)你緊盯注視點(diǎn)并判斷屏幕

11、上呈現(xiàn)的兩個(gè)灰色方塊的亮度，如果你認(rèn)為左邊的方塊亮，則按紅色鍵，如果你認(rèn)為一樣亮，則按黃色鍵，如果你認(rèn)為右邊的方塊亮則按綠色鍵。明白實(shí)驗(yàn)要求后即可開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。” 實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始時(shí)，黑色的屏幕中間會(huì)呈現(xiàn)兩個(gè)灰度不同的方塊，其中一個(gè)的下方寫(xiě)有藍(lán)色的“標(biāo)準(zhǔn)刺激”，兩個(gè)方塊的下方寫(xiě)有黃色的“請(qǐng)比較兩者的亮度”。被試即按照指示語(yǔ)的要求來(lái)按鍵判斷標(biāo)準(zhǔn)刺激和變異刺激的亮度。在遞增系列中，當(dāng)被試認(rèn)為變異刺激的明度強(qiáng)于標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)，則該組實(shí)驗(yàn)結(jié)束并進(jìn)入下一組；在遞減系列中，當(dāng)被試認(rèn)為變異刺激的明度小于標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)，則該組實(shí)驗(yàn)結(jié)束并進(jìn)入下一組。當(dāng)一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，屏幕上出現(xiàn)黃色的“下一組”，則被試進(jìn)入下一組實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)一共

12、分為8組。 實(shí)驗(yàn)中，呈現(xiàn)遞增系列時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)記錄被試判斷變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激“相等”和“亮”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，呈現(xiàn)遞減系列時(shí)，電腦會(huì)自動(dòng)記錄被試判斷變異刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激“相等”和“暗”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，電腦會(huì)報(bào)告被試在八個(gè)系列中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和變異刺激的起始明度。3. 結(jié)果 按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的計(jì)算方法，分別計(jì)算被試在8個(gè)系列中的明度差別閾限的上下限以及絕對(duì)差別閾限（見(jiàn)表1）： 表1： 8個(gè)系列的明度差別閾的上下限 標(biāo) 準(zhǔn) 刺 激 在 左 在 右 在 左 順 序 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 變異刺激呈現(xiàn)方式 上 限 197.5 200.5 191.5 187.5 189

13、.5 193.5 196.5 196.5 下 限 186.5 191.5 184.5 178.5 180.5 187.5 187.5 186.5 絕對(duì)差別閾限 5.5 4.5 3.5 4.5 4.5 3.0 4.5 5.0 綜合8個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)，該被試的平均上限為194.125，平均下限為185.375，則平均絕對(duì)差別閾限為4.375，平均相對(duì)差別閾限為2.28%。 為考察被試是否存在習(xí)慣或期望誤差，分別將遞增和遞減的4個(gè)系列合并求平均值，并分別計(jì)算遞增遞減系列的絕對(duì)差別閾限，結(jié)果見(jiàn)表2： 表2：遞增遞減序列的差別閾限比較 呈現(xiàn)方式 遞 增 遞 減 上 限 192.75 195.5 下 限 18

14、3 187.75 DL 4.875 3.875 注：DL代表絕對(duì)差別閾限由以上結(jié)果可以看出，被試在遞增系列中的絕對(duì)差別閾限高于在遞減系列中的絕對(duì)差別閾限，表明被試在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在著習(xí)慣誤差。 為考察空間位置對(duì)絕對(duì)差別閾限的影響，分別將標(biāo)準(zhǔn)刺激在左和在右的系列合并求平均值，并分別計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)刺激在左和在右的絕對(duì)差別閾限，結(jié)果見(jiàn)表3：表3：標(biāo)準(zhǔn)刺激的空間位置對(duì)差別閾限影響 標(biāo)準(zhǔn)刺激 在 左 在 右 上 限 197.75 190.5 下 限 188 182.75 DL 4.875 3.875 由以上結(jié)果可以看出，被試在標(biāo)準(zhǔn)刺激在左的系列中的絕對(duì)差別閾限高于標(biāo)準(zhǔn)刺激在右的絕對(duì)差別閾限，表明在實(shí)驗(yàn)中存在著空

15、間位置的誤差。 為考察測(cè)定順序?qū)Σ顒e閾限的影響，分別將前四個(gè)和后四個(gè)系列合并求平均值，并分別計(jì)算前四個(gè)系列和后四個(gè)系列的絕對(duì)差別閾限，結(jié)果見(jiàn)表4：表4：測(cè)定順序?qū)Σ顒e閾限的影響 順 序 前 4 次 后4次 上 限 194.25 194 下 限 185.25 185.5 DL 4.5 4.5 由以上結(jié)果可以看出，被試前4個(gè)系列和后4個(gè)系列的絕對(duì)差別閾限沒(méi)有差異，即被試在實(shí)驗(yàn)中不存在練習(xí)效應(yīng)和疲勞效應(yīng)。 綜合8個(gè)系列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們得到該被試在標(biāo)準(zhǔn)刺激為明度192時(shí)的明度差別閾限的上下限，上差別閾和下差別閾，絕對(duì)差別閾限和相對(duì)差別閾限。（見(jiàn)表5）： 表5：被試在本實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù) 上 限 下 限

16、上差別閾 下差別閾 絕對(duì)差別閾限 相對(duì)差別閾限 194.125 185.375 2.125 6.625 4.375 2.28% 4. 討論 本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明該被試的絕對(duì)差別閾限為4.375，說(shuō)明物理量與心理量并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，給定一個(gè)恒定的刺激量可能在不同的被試心理上產(chǎn)生不同的感覺(jué)；同樣，給定不同強(qiáng)度的刺激量，可能在同一被試的心理上產(chǎn)生相同的感覺(jué)。 本實(shí)驗(yàn)還考察了被試是否存在習(xí)慣誤差或期望誤差。結(jié)果表明：被試在遞增系列中的絕對(duì)差別閾限高于在遞減系列中的絕對(duì)差別閾限，表明被試在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在著習(xí)慣誤差。這是因?yàn)?，在遞增系列中，刺激由小變大，被試習(xí)慣于原來(lái)的感覺(jué)，即變異刺激的亮度小于標(biāo)準(zhǔn)刺激，

17、所以，當(dāng)她實(shí)際感覺(jué)變異刺激與標(biāo)準(zhǔn)刺激相等時(shí)仍然報(bào)告變異刺激的亮度小于標(biāo)準(zhǔn)刺激，同樣，在變異刺激繼續(xù)變大的過(guò)程中，當(dāng)被試實(shí)際感覺(jué)變異刺激的亮度大于標(biāo)準(zhǔn)刺激時(shí)，仍然報(bào)告兩刺激亮度相等。在遞減系列中則情況相反。這就導(dǎo)致了被試在遞增系列中的絕對(duì)差別閾限大于在遞減系列中的絕對(duì)差別閾限。習(xí)慣誤差是不可以避免的，我們只能通過(guò)更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)盡量減少它。因此，在本實(shí)驗(yàn)中，為了平衡習(xí)慣誤差或期望誤差，我們采用了的設(shè)計(jì)，是很有必要的。 另外，我們還發(fā)現(xiàn)被試在標(biāo)準(zhǔn)刺激在左的系列中的絕對(duì)差別閾限高于標(biāo)準(zhǔn)刺激在右的絕對(duì)差別閾限，表明在實(shí)驗(yàn)中存在著空間位置的誤差。這可能是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中被試的眼睛沒(méi)有正對(duì)屏幕造成的，這是主

18、試在實(shí)驗(yàn)中不夠細(xì)心的地方，這種情況完全可以避免。另外，空間誤差也有可能是被試本身雙眼的顏色敏感度不同造成的，這種情況不能完全消除，但可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)改進(jìn) 。在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用標(biāo)準(zhǔn)刺激的位置分別在左左右右右右左左的設(shè)計(jì)，希望能減小空間位置帶來(lái)的誤差，從結(jié)果來(lái)看，這種設(shè)計(jì)也是十分科學(xué)和必要的。 在本實(shí)驗(yàn)中，我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)練習(xí)效應(yīng)或疲勞效應(yīng)。這一方面表明被試十分認(rèn)真和配合，同時(shí)也由于實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行8個(gè)系列，大約只需要15分鐘，被試不會(huì)覺(jué)得太疲勞。但是，我認(rèn)為最重要的原因是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中變異刺激的起始明度由計(jì)算機(jī)隨機(jī)選擇，同時(shí)遞增遞減系列的呈現(xiàn)順序按上文所示，這就有效的消除了或減小了練習(xí)效應(yīng)或疲勞效應(yīng)。這也證明了本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性。 但同時(shí)，由于本實(shí)驗(yàn)是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，眾多主試和被試在同一個(gè)房間里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，難免會(huì)對(duì)被試造成影