chapter3心理物理學(xué)方法ppt課件

1、第三章第三章 心思物理學(xué)方法心思物理學(xué)方法PSYCHOPHYSICAL METHOD覺(jué)得閾限的丈量覺(jué)得閾限覺(jué)得閾限丈量的方法最小變化法恒定刺激法平均差誤法信號(hào)檢測(cè)論色子游戲人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法有無(wú)法評(píng)價(jià)法心思量表差別閾限法、等距量表與Fechner定律數(shù)量估計(jì)法、比例量表與Stevens定律心思物理判別的相對(duì)性對(duì)偶比較法、等級(jí)陳列法與順序量表心思物理學(xué)心思物理學(xué)1Psychophysics定義：就是研討心思量和物理量之間的關(guān)系的科學(xué)。物理量是指對(duì)身體各感官的刺激；心思量是指各種覺(jué)得或客觀印象。亮度luminance明度brightness強(qiáng)度響度心思物理學(xué)心思物理學(xué)2Psyc

2、hophysics心思物理學(xué)的先驅(qū)是G. T. Fechner1801-1887。Fechner經(jīng)過(guò)對(duì)覺(jué)得強(qiáng)度與刺激強(qiáng)度之間的數(shù)量關(guān)系的長(zhǎng)期研討，開(kāi)展出了丈量覺(jué)得的根本方法。 一百多年來(lái)，心思物理學(xué)方法不斷開(kāi)展，但它的中心問(wèn)題依然是物理量和心思量之間的數(shù)量關(guān)系的問(wèn)題。心思物理學(xué)方法所處置的問(wèn)題大體上可以分為兩大類覺(jué)得閾限的丈量；閾上覺(jué)得的丈量，也就是心思量表的制造。自從本世紀(jì)50年代，W. P. Tanner, Jr.和J. A. Swets把信號(hào)檢測(cè)論signal detection theory，SDT引入心思學(xué)領(lǐng)域以來(lái)，又為心思物理學(xué)的研討提供了一個(gè)新的有力工具。一、覺(jué)得閾限的丈量一、覺(jué)

3、得閾限的丈量著名的實(shí)驗(yàn)心思學(xué)史專家Edwin G. Boring1950以為對(duì)內(nèi)部感受internal impressionthe psycho of psychophysics與外部世界the physics of the psychophysics之間關(guān)系的丈量方法的引入，是科學(xué)心思學(xué)開(kāi)場(chǎng)的一個(gè)標(biāo)志。這主要是由于科學(xué)家運(yùn)用心思物理學(xué)的方法提出了第一個(gè)心思景象的準(zhǔn)確定律mathematical laws，雖然這個(gè)定律不一定那么完美。首先，丈量覺(jué)得是非常困難的，我們不能象丈量石頭的分量或光的強(qiáng)度那樣來(lái)丈量覺(jué)得。其次，內(nèi)部判別與作用于感受器的物理量之間并不是完全一對(duì)一的。因此，我們必需把物理刺激

4、及其引起的覺(jué)得區(qū)分開(kāi)。 一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限1剛剛能引起覺(jué)得的最小刺激強(qiáng)度被叫做絕對(duì)閾限absolute threshold。按照這種說(shuō)法，低于絕對(duì)閾限的刺激強(qiáng)度我們總是覺(jué)得不到的，而高于絕對(duì)閾限的刺激強(qiáng)度我們總是能覺(jué)得到的。一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限2有50%的次數(shù)能引起覺(jué)得，50%的次數(shù)不能引起覺(jué)得的那一種刺激強(qiáng)度。 操作定義一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限3 表1 某些近似的覺(jué)察閾限覺(jué)得種類覺(jué)得種類覺(jué)察閾限值覺(jué)察閾限值視 覺(jué)明晰無(wú)霧的夜晚30英里處看到的一只燭光聽(tīng) 覺(jué)安靜條件下20ft.處表的滴答聲味 覺(jué)一茶匙糖溶于8L水中嗅 覺(jué)一滴香水分散到三室一套的整個(gè)房間觸 覺(jué)一只蜜蜂的翅膀從1cm高處落到他的背部

5、 *引自Schiffman1996，這些閾限值僅作表示用。1ft. = 30.48cm一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限4差別閾限是有50%的次數(shù)能覺(jué)察出差別，50%的次數(shù)不能覺(jué)察出差別的刺激強(qiáng)度的差別。差別閾限值也稱最小可覺(jué)差just noticeable difference，j.n.d。一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限51846年E. H. Weber發(fā)表了他關(guān)于分量差別閾限的研討，系統(tǒng)地闡明了差別閾限和規(guī)范刺激之間的關(guān)系。他指出差別閾限和規(guī)范刺激成正比，并且差別閾限和規(guī)范刺激的比例是一個(gè)常數(shù)，通常用 I/I = k 表示。在這里，I代表差別閾限，I代表規(guī)范刺激強(qiáng)度，k是小于1的常數(shù)。K也稱作韋伯比例或韋伯分?jǐn)?shù)。

6、不同覺(jué)得道的韋伯分?jǐn)?shù)是不同的。后來(lái)，F(xiàn)echner把這個(gè) 關(guān)于差別閾限的規(guī)律稱為韋伯定律Weber Law。 一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限6 表2 最優(yōu)條件下各種覺(jué)得道的韋伯比例 感感 覺(jué)覺(jué) 道道韋韋 伯伯 比比 例例 音高/2000Hz1/333 重壓覺(jué)/400g1/77 視明度/100光子1/62 舉重/300g1/52 響度/100dB，1000Hz1/11 橡膠氣味/200嗅單位1/10 皮膚壓覺(jué)/5g/mm21/7 咸味道/3mol/L3克分子/公升1/5一覺(jué)得閾限一覺(jué)得閾限7韋伯定律的主要奉獻(xiàn)第一，給我們提供了一個(gè)比較區(qū)分才干的目的。第二，可對(duì)不同覺(jué)得道的感受性進(jìn)展比較。 二丈量覺(jué)得閾限的

7、方法二丈量覺(jué)得閾限的方法丈量覺(jué)得閾限的方法有三種最小變化法恒定刺激法平均差誤法學(xué)習(xí)者應(yīng)特別留意這三種方法的實(shí)驗(yàn)程序和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處置。1、最小變化法、最小變化法1最小變化法的刺激由遞減和遞增的兩個(gè)系列組成，每次呈現(xiàn)刺激后讓被試報(bào)告他能否有覺(jué)得。刺激的增減應(yīng)盡能夠地小，目的是系統(tǒng)地探求被試由一類反響到另一類反響的轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)，即在多強(qiáng)刺激時(shí)，由有覺(jué)得變?yōu)闊o(wú)覺(jué)得，或由無(wú)覺(jué)得變?yōu)橛杏X(jué)得。每個(gè)系列的轉(zhuǎn)機(jī)點(diǎn)就是該系列的絕對(duì)閾限。1、最小變化法、最小變化法2當(dāng)用最小變化法進(jìn)展實(shí)驗(yàn)時(shí)，被試會(huì)產(chǎn)生習(xí)慣誤差或期望誤差。所謂習(xí)慣誤差就是指被試因習(xí)慣于由原先的刺激所引起的覺(jué)得或覺(jué)得形狀，而對(duì)新的刺激作了錯(cuò)誤的判別。期望

8、誤差是指被試因過(guò)早期望將要降臨的刺激而導(dǎo)致錯(cuò)誤的判別。 1、最小變化法、最小變化法3abba實(shí)踐無(wú)覺(jué)得報(bào)告無(wú)覺(jué)得報(bào)告有覺(jué)得實(shí)踐有覺(jué)得2、恒定刺激法、恒定刺激法刺激通常都由57個(gè)組成，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中維持不變，因此這種方法叫做恒定刺激法。刺激的最大強(qiáng)度要大到它被覺(jué)得的概率到達(dá)95%左右，刺激的最小強(qiáng)度要小到它被覺(jué)得的概率只在5%左右。各個(gè)刺激之間的間隔相等，與最小變化法不同的是，恒定刺激法的刺激是隨機(jī)呈現(xiàn)的，每個(gè)刺激呈現(xiàn)的次數(shù)應(yīng)相等。在用恒定刺激法來(lái)丈量差別閾限時(shí)，規(guī)范刺激和比較刺激是繼時(shí)呈現(xiàn)的，這就能夠產(chǎn)生時(shí)間誤差。如客觀相等點(diǎn)小于規(guī)范刺激，就產(chǎn)生負(fù)的時(shí)間誤差。反之，就產(chǎn)生正的時(shí)間誤差。3、平均差

9、誤法、平均差誤法1這個(gè)方法的典型實(shí)驗(yàn)程序是，實(shí)驗(yàn)者規(guī)定以某一刺激為規(guī)范刺激，然后要求被試調(diào)理另一個(gè)比較刺激，使后者在覺(jué)得上與規(guī)范刺激相等?？陀^上普通不能夠使比較刺激與規(guī)范刺激完全一樣，于是每一次比較就都會(huì)得到一個(gè)誤差，把多次比較的誤差平均起來(lái)就可得到平均誤差。由于平均誤差與差別閾限成正比，所以可以用平均誤差來(lái)表示差別感受性。3、平均差誤法、平均差誤法2求平均誤差的方法有兩種把每次調(diào)理的結(jié)果或每次的判別與規(guī)范刺激之差的絕對(duì)值平均起來(lái)作為差別閾限。把每次調(diào)理的結(jié)果與客觀相等點(diǎn)之差的絕對(duì)值平均起來(lái)作為差別閾限。在這里，客觀相等點(diǎn)是相等地帶的中點(diǎn)，它等于各比較刺激的平均值。三種方法的比較三種方法的比較

10、以上3種古典心思物理學(xué)方法各有本人的特點(diǎn)最小變化法的實(shí)驗(yàn)程序和計(jì)算過(guò)程都詳細(xì)地闡明了覺(jué)得閾限的含義，但它會(huì)因其漸增和漸減的刺激系列而產(chǎn)生習(xí)慣誤差與期望誤差。恒定刺激法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以運(yùn)用各種數(shù)學(xué)方法加以處置，因此便于與其它測(cè)定感受性的方法進(jìn)展比較。在運(yùn)用3類反響的實(shí)驗(yàn)程序時(shí)，被試的態(tài)度會(huì)對(duì)差別閾限值有較大影響。平均差誤法的特點(diǎn)是求等值，它的實(shí)驗(yàn)程序容易引起被試的興趣，但對(duì)不能延續(xù)變化的刺激那么不能用平均差誤法來(lái)測(cè)其差別閾限。 二、信號(hào)檢測(cè)論二、信號(hào)檢測(cè)論信號(hào)檢測(cè)論signal detection theory，SDT是信息論的一個(gè)重要分支。1954年，美國(guó)心思學(xué)家W. P. Tanner和J.

11、A. Swets把它運(yùn)用于人的知覺(jué)過(guò)程，使心思物理學(xué)方法開(kāi)展到一個(gè)新的階段。一色子游戲一色子游戲1假設(shè)一次擲三顆色子：兩顆是正常的，即每個(gè)面有一個(gè)數(shù)字，依次為1到6。第三顆是特殊的，三面寫0，另三面寫3。他的義務(wù)是猜測(cè)，特殊色子的哪一面朝上？在猜測(cè)之前，通知他三顆色子朝上的數(shù)目總和。一色子游戲一色子游戲2 8=3+50+81 + 42 + 33 + 24 + 1出現(xiàn)3的能夠性為4種總數(shù)特殊色子三正常色子二正常色子二 + 6 + 5 + 4 + 3 + 2出現(xiàn)0的能夠性為5種一色子游戲一色子游戲3033三顆色子數(shù)目總和出現(xiàn)次數(shù)出現(xiàn)次數(shù)出現(xiàn)概率%2100320043005411/5=206522/

12、7=297633/9=338544/9=449455/9=5610366/9=6711255/7=7112144/5=8013033/3=10014022/2=10015011/1=100總和3636表3 色子數(shù)目總數(shù)與特殊色子出現(xiàn)概率的關(guān)系一色子游戲一色子游戲4擊 中漏 報(bào)虛 報(bào)正確否認(rèn)色子游戲的四種情形色子游戲的四種情形猜猜3030特殊色子特殊色子一色子游戲一色子游戲5操作特征曲線以虛報(bào)率作為橫坐標(biāo)，擊中率作為縱坐標(biāo)做圖時(shí)，我們就可以籠統(tǒng)地看到隨著規(guī)范的變化，擊中率與虛報(bào)率也相應(yīng)地發(fā)生變化的情形。這個(gè)曲線上各點(diǎn)代表在特定刺激條件下被試所采用的各種反響方式，所以叫做接受者操作特點(diǎn)特征曲線re

13、ceiver operating characteristic curve, ROC。二人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察二人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察1 色子游戲 知色子數(shù)目總和 3 判別 0 信號(hào)覺(jué)察 獲得某種覺(jué)得 信號(hào) 判別 噪音二人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察二人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察2因此，上面對(duì)色子游戲的分析也就完全適用于人對(duì)信號(hào)的覺(jué)察過(guò)程。人對(duì)信號(hào)的覺(jué)察也有擊中、虛報(bào)等四種情形；隨著規(guī)范的變化，其擊中率與虛報(bào)率也在變化；也同樣可以繪制其操作者特征曲線和分布曲線。三信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法三信號(hào)檢測(cè)論的實(shí)驗(yàn)方法有無(wú)法d評(píng)價(jià)法d 1、有無(wú)法1這個(gè)方法要求事先選定SN刺激和N刺激，并規(guī)定SN和N出現(xiàn)的概率，然后以隨機(jī)方式呈現(xiàn)SN或N

14、，要求被試回答，剛剛的刺激是SN還是N。根據(jù)被試對(duì)呈現(xiàn)刺激的判別結(jié)果來(lái)估計(jì)P(y/SN)和P(y/N)。1、有無(wú)法2擊中 f1漏報(bào) f2虛報(bào) f3正確否認(rèn)f4反 應(yīng)ynSNN刺 激P(y/SN) = f1/(f1+ f2)P(y/N) = f3/(f3+ f4)1、有無(wú)法3虛報(bào)率的縱坐標(biāo)擊中率的縱坐標(biāo)SNNzzd1、有無(wú)法4當(dāng)被試的反響方式或判別規(guī)范發(fā)生變化時(shí)，雖然擊中率和虛報(bào)率也發(fā)生變化，但假設(shè)信號(hào)和噪音的差別不變，根據(jù)擊中率和虛報(bào)率計(jì)算出來(lái)的SN分配和N分配的平均數(shù)的間隔并不變化，也就是對(duì)于ROC曲線上的各點(diǎn)來(lái)說(shuō)，d是恒定的，所以ROC曲線又叫做等感受性曲線。純機(jī)遇線2、評(píng)價(jià)法確信程度含

15、義相應(yīng)的概率判別第6等非常一定有信號(hào)出現(xiàn)100%有信號(hào)出現(xiàn)第5等一定有信號(hào)出現(xiàn)80%有信號(hào)出現(xiàn)第4等能夠有信號(hào)出現(xiàn)60%有信號(hào)出現(xiàn)第3等能夠沒(méi)有信號(hào)出現(xiàn)40%有信號(hào)出現(xiàn)第2等一定沒(méi)有信號(hào)出現(xiàn)20%有信號(hào)出現(xiàn)第1等非常一定沒(méi)有信號(hào)出現(xiàn)0%有信號(hào)出現(xiàn)表4 各個(gè)確信程度含義三、心思量表三、心思量表1物理刺激可由物理量表來(lái)丈量。 但是，心思量的大小卻不能用物理量表來(lái)丈量。 首先，這是由于刺激的物理值的變化不一定會(huì)引起心思上相應(yīng)的一對(duì)一的變化。其次，有一些物理刺激本身就難以用物理量表來(lái)丈量。 心思量表與物理量表一樣，也有順序量表、等距量表和比例量表三類。 三、心思量表三、心思量表2Properties

16、of ScalesType of ScaleQuantitative Information?Constant Unit?Absolute Zero?Examples of Permissible StatementsExamplesNominalNoNoNoABNumbering of football jerseys, social security numberOrdinalYesNoNoABRankings of football teams, military ranksIntervalYesYesNo(A-B)=(C-D)Temperature in ,time of dayRatioYesYesYesA=2BHeight, weight, cost一差別閾限法、等距量表與一差別閾限法、等距量表與Fechner定律定律假設(shè)他運(yùn)用差別閾限的方法制造等距量表，那么實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持Fechner定律。Fechner提出，可以用j.n.d為單位丈量覺(jué)得量的大小?？陀^刺激強(qiáng)度I客觀閱歷的覺(jué)得j.n.dRk = logS0 + Klog(1 + W)二數(shù)量估計(jì)法、比例量表