實(shí)驗(yàn)心理學(xué)講義

第三章心理物理學(xué)方法1HunanNormalUniversity章節(jié)內(nèi)容一.感覺(jué)閾限的測(cè)量

二.信號(hào)檢測(cè)論三.心理量表2HunanNormalUniversity第三章心理物理學(xué)方法科學(xué)主義對(duì)心理學(xué)提出的嚴(yán)格要求：量化和精確性1860年，費(fèi)希納的巨著《心理物理學(xué)綱要》的出版，標(biāo)志著心理物理學(xué)這門新興學(xué)科的誕生。通過(guò)運(yùn)用各種數(shù)學(xué)方法和測(cè)量技術(shù)，心理物理學(xué)正在逐步揭示心理現(xiàn)象和物理現(xiàn)象之間對(duì)應(yīng)的數(shù)量關(guān)系，使心理學(xué)家第一次有能力像物理學(xué)家測(cè)量物體屬性那樣，精確量化人的心理事件。20世紀(jì)中葉，史蒂文斯定律和信號(hào)檢測(cè)論的同時(shí)誕生，標(biāo)志著心理物理學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了嶄新的階段。3HunanNormalUniversity一.感覺(jué)閾限的測(cè)量一般定義：是指將引起不同反應(yīng)的刺激加以區(qū)分的界限。

閾限（threshold）一詞在拉丁語(yǔ)中稱為”Limen”，它最早是由J.Herbart于1824年首先應(yīng)用到心理學(xué)中，他稱之為“意識(shí)的閾值”。

從理論上看，閾限是物理能量連續(xù)維度上的一個(gè)點(diǎn)，但實(shí)際上它是一個(gè)可變的統(tǒng)計(jì)點(diǎn)。4HunanNormalUniversity一、感覺(jué)閾限的測(cè)量種類：AL（或RL）與DL（或jnd及jnnd）閾限的操作定義：50%的測(cè)驗(yàn)次數(shù)Weber’sLaw:K=ΔI/I

韋伯定律的重要作用之一：它使比較不同感覺(jué)道及不同條件下的感受性成為可能。（即Z分?jǐn)?shù)）5HunanNormalUniversity最優(yōu)條件下各種感覺(jué)道的韋伯比例感覺(jué)道韋伯比例音高(2000Hz)1/333重壓感(400g)1/77視明度(100光子)1/62舉重(300g)1/52響度(100db,1000Hz)1/11橡膠氣味(200鼻嗅單位)1/10皮膚壓覺(jué)(5g/mm2)1/7咸味覺(jué)(3g分子/公升)1/56HunanNormalUniversity韋伯定律的修正

數(shù)學(xué)形式

ΔI/(I+a)=C或者ΔI=C(I+a)

（a是一個(gè)數(shù)值很小的常數(shù)）

實(shí)驗(yàn)研究表明：只要a的取值合適，韋伯定律的這一修正公式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往擬合得十分良好，在所有刺激強(qiáng)度水平上都能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出預(yù)測(cè)。參數(shù)a代表了當(dāng)刺激強(qiáng)度I為零時(shí)，感覺(jué)系統(tǒng)的背景噪音強(qiáng)度。

7HunanNormalUniversity閾限測(cè)定的注意事項(xiàng)（1）確定好刺激與反應(yīng)系列；（2）盡量簡(jiǎn)化被試對(duì)刺激所作的反應(yīng)；（3）測(cè)定的次數(shù)要多些。閾限測(cè)量的方法：最小變化法、恒定刺激法和平均差誤法8HunanNormalUniversity（一）最小變化法

特點(diǎn)：將刺激按遞增或遞減系列的方式，以間隔相等的小步變化，尋求從一種反應(yīng)到另一種反應(yīng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)換點(diǎn)或閾限的位置。屬于閾限測(cè)量的直接方法

9HunanNormalUniversity1、絕對(duì)閾限的測(cè)定（1）變量的確定自變量：刺激系列（遞增或遞減）反應(yīng)變量：被試內(nèi)省的口頭報(bào)告（兩類及？）（2）閾限的確定

A.計(jì)算每個(gè)刺激系列的閾限

B.求出所有系列閾限的均值（3）誤差及其控制：習(xí)慣與期望誤差（每種序列數(shù)量一致）

練習(xí)與疲勞誤差（ABBA法）10HunanNormalUniversity2、差別閾限的測(cè)定（1）變量的確定自變量：刺激系列（兩個(gè)）反應(yīng)變量：被試內(nèi)省的口頭報(bào)告（三類及？）（2）閾限的確定

計(jì)算方法：分別求出Lu與Ll

、Iu、PSE、CE、Dlu與DLl等（3）誤差及其控制時(shí)間與空間誤差（多層次ABBA法）11HunanNormalUniversity多層次ABBA法的控制形式

比較刺激系列呈現(xiàn)順序↑↓↓↑標(biāo)準(zhǔn)刺激呈現(xiàn)位置左右右左右左左右相繼呈現(xiàn)的先后順序前后后前前后后前12HunanNormalUniversityQUEST方法最小變化法是將有感覺(jué)與無(wú)感覺(jué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為閾限，但是，閾下知覺(jué)（subliminalperception）的存在，使最小變化法被逐漸淘汰。QUEST法是一種基于貝葉斯原理的閾限測(cè)量程序，由Watson和Pelli（1983）提出。QUEST方法屬于“自適應(yīng)”程序，它根據(jù)先前試驗(yàn)（trial）的刺激強(qiáng)度和被試判斷的正確/錯(cuò)誤情況來(lái)確定當(dāng)前試驗(yàn)的刺激強(qiáng)度，具有較高的效率。13HunanNormalUniversityQUEST方法QUEST假定，條件的變化只影響曲線在坐標(biāo)軸上的位置（T—閾限），T作為心理測(cè)量函數(shù)的參數(shù)，在整個(gè)試驗(yàn)中保持不變，每一次試驗(yàn)在統(tǒng)計(jì)上是獨(dú)立的。QUEST的核心是確立及不斷調(diào)整閾限的概率密度函數(shù)（p.d.f）——總體分布中不同閾限的相對(duì)概率在QUEST法的試驗(yàn)中，先確定一個(gè)初始p.d.f（先驗(yàn)p.d.f），然后通過(guò)貝葉斯原理和先驗(yàn)p.d.f信息的整合，確定一個(gè)新的函數(shù)（后驗(yàn)p.d.f），以便作為目前閾限的估計(jì)值。實(shí)驗(yàn)按如此順序進(jìn)行，直至達(dá)到先定的標(biāo)準(zhǔn)或試驗(yàn)次數(shù)時(shí)，p.d.f.的峰值對(duì)應(yīng)的測(cè)量值即為所要求的閾限。目前，QUEST法（階梯法）已運(yùn)用于有無(wú)法、迫選法的心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。14HunanNormalUniversity（二）恒定刺激法

特點(diǎn)：是心理物理學(xué)中最準(zhǔn)確、應(yīng)用最廣的方法

刺激數(shù)目：一般為5到7個(gè)固定不變刺激刺激呈現(xiàn)順序：隨機(jī)安排結(jié)果：各個(gè)刺激變量引起某種反應(yīng)（有、無(wú)或大、?。┑拇螖?shù)預(yù)試：刺激范圍的確定（全距）

15HunanNormalUniversity1.絕對(duì)閾限的測(cè)定（1）變量的確定自變量：刺激系列（遞增或遞減）反應(yīng)變量：被試內(nèi)省的口頭報(bào)告（2）閾限計(jì)算的常用方法作圖法——通過(guò)直接作圖得到閾值

直線內(nèi)插法——利用等比關(guān)系來(lái)求解16HunanNormalUniversity恒定刺激法測(cè)定兩點(diǎn)閾(AL)刺激（毫米）89101112報(bào)告“兩點(diǎn)”的次數(shù)21058132186報(bào)告“兩點(diǎn)”的比例1%5%29%66%93%17HunanNormalUniversity2.差別閾限的測(cè)定（1）變量的確定自變量：刺激系列（遞增或遞減）反應(yīng)變量：被試內(nèi)省的口頭報(bào)告（2）閾限計(jì)算

兩類反應(yīng)（75%的DL）三類反應(yīng)（Iu影響）

利用直線內(nèi)插法分別求出Lu與Ll

、Iu、PSE、CE、Dlu與DLl等18HunanNormalUniversity恒定刺激法測(cè)定重量差別閾限

比較刺激（克）比較的結(jié)果（次數(shù)的%）①“+”②“=”③“－”④“+”+“=”85549199012187030951525604010030422872105553510901107018128811585969419HunanNormalUniversity數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法直線內(nèi)插法：利用0.5比例的相鄰點(diǎn)，通過(guò)等比規(guī)則計(jì)算，獲得相應(yīng)閾限值。平均Z分?jǐn)?shù)法：將實(shí)驗(yàn)結(jié)果的P值比例轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)，以得到閾限值。最小二乘法：利用直線方程Y=a+bX（或者Z=a+bS，a、b分別為直線的截距和斜率），當(dāng)Z=0時(shí)，P=0.5，S=-a/b，S即為所求的閾限。20HunanNormalUniversity（三）平均差誤法

1.實(shí)驗(yàn)程序

呈現(xiàn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)刺激，令被試再造、復(fù)制或調(diào)節(jié)一個(gè)比較刺激，使它與標(biāo)準(zhǔn)刺激相等。

由于此實(shí)驗(yàn)要求被試親自參與，因此更能調(diào)動(dòng)被試的實(shí)驗(yàn)積極性。

當(dāng)平均差誤法用于測(cè)定絕對(duì)閾限時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)刺激被當(dāng)作零，即讓被試每次將比較刺激與“零”相比較。

21HunanNormalUniversity2.閾限計(jì)算（1）絕對(duì)閾限被試每次調(diào)節(jié)結(jié)果的算術(shù)平均數(shù)（2）差別閾限（屬于估計(jì)值）

A.把每次的調(diào)整結(jié)果（X）與主觀相等點(diǎn)（用M或PSE表示）的差的絕對(duì)值加以平均；

B.把每次調(diào)整結(jié)果（X）與標(biāo)準(zhǔn)刺激（St）的差的絕對(duì)值加以平均3.誤差控制

動(dòng)作誤差——與被試操縱儀器的方式有關(guān)時(shí)間誤差——與刺激呈現(xiàn)方式有關(guān)22HunanNormalUniversity二.信號(hào)檢測(cè)論(SDT)SDT是信息論的一個(gè)重要分支，由美國(guó)心理學(xué)家W.P.Tanner和J.A.Swets（1954）將其應(yīng)用于人的知覺(jué)過(guò)程。SDT的優(yōu)點(diǎn)在于：能夠把人的感受性與他的判斷標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分開，并以獨(dú)立的數(shù)據(jù)分別加以描述。SDT在考察人對(duì)信號(hào)刺激反應(yīng)的同時(shí)，也考察了人對(duì)噪聲刺激的反應(yīng)。23HunanNormalUniversity（一）色子游戲1.擊中與漏報(bào):P(y/SN)、1-P(y/SN)2.虛報(bào)與正確拒絕:P(y/N)、1-P(y/N)3.標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng):當(dāng)判斷標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化時(shí)，擊中率、虛報(bào)率等都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，其P(y/SN)和P(y/N)均會(huì)逐漸變小，但二者相加并不等于1。4.操作特征曲線(ROC)：以P(y/N)為橫坐標(biāo)、P(y/SN)為縱坐標(biāo)描點(diǎn)繪制。24HunanNormalUniversity實(shí)測(cè)的ROC曲線25HunanNormalUniversity（二）人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察兩個(gè)基本概念：信號(hào)與噪音信號(hào)伴隨噪音，和單獨(dú)出現(xiàn)噪音這兩種情況下，分別可以在心理感受量值上形成兩個(gè)分布：信號(hào)加噪音（SN）分布和噪音（N）分布，前者也常常簡(jiǎn)稱為信號(hào)分布。由于信號(hào)總是疊加在噪音背景之上，因此總體上信號(hào)分布總是比噪音分布的心理感受更強(qiáng)些。26HunanNormalUniversity三種不同強(qiáng)度下SN與N的理論分布27HunanNormalUniversity（二）人對(duì)信號(hào)刺激的覺(jué)察兩個(gè)獨(dú)立指標(biāo)：d’（分辨力）和β（判斷標(biāo)準(zhǔn)）影響β的因素：信號(hào)出現(xiàn)的先定概率、判斷的獎(jiǎng)懲大小28HunanNormalUniversity（三）SDT的實(shí)驗(yàn)方法1.有無(wú)法

29HunanNormalUniversity反應(yīng)偏向（β）相同時(shí)兩種敏感性（d’）的情況30HunanNormalUniversity（三）SDT的實(shí)驗(yàn)方法2、評(píng)價(jià)法：在一輪實(shí)驗(yàn)中被試使用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷，其結(jié)果需進(jìn)行累積處理。3、迫選法：主要有二擇一、四擇一等31HunanNormalUniversity三、心理量表

構(gòu)建心理量表的過(guò)程即是對(duì)閾上感覺(jué)進(jìn)行測(cè)量。心理量表的分類

（1）從是否等距和有無(wú)絕對(duì)零點(diǎn)來(lái)分，有順序量表、等距量表和比例量表。

（2）從測(cè)量手段和方法來(lái)分，有直接量表和間接量表。

32HunanNormalUniversity（一）差別閾限、等距量表與Fechner定律Fechner提出，差別閾限（ΔI）造成了最小可覺(jué)差（JND）,因而JND可用來(lái)測(cè)量感覺(jué)量的大小。兩個(gè)前提（1）假定韋伯定律對(duì)所有類型和強(qiáng)度的刺激都是正確的；（2）假定所有最小可覺(jué)差在心理上都是相等的。

按照韋伯定律，當(dāng)感覺(jué)單位（JND）的數(shù)目以算術(shù)級(jí)數(shù)增長(zhǎng)時(shí)，刺激強(qiáng)度必定按幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，二者表現(xiàn)為一種對(duì)數(shù)關(guān)系。33HunanNormalUniversityFechner定律Fechner假定，高于絕對(duì)閾限（AL）的心理量的大小可以用絕對(duì)閾限以上的JND的數(shù)目來(lái)表示，因此，AL可以作為心理量表上的0點(diǎn)，DL作為心理量表的單位。Fechner定律：

Rk=logS0+Klog(1+W)=logSk

其中：S0-AL或假定為零的特殊刺激值

W-韋伯比例

K-從S0到Sk之間的JND數(shù)目

Rk-Sk引起的心理量34HunanNormalUniversity等距量表的制作方法1.差別閾限法（

differentialthresholdmethod

）

通過(guò)可分辨的刺激來(lái)表示可分辨的感覺(jué)——間接方法2.感覺(jué)等距法（equalsensedistancemethod）

通過(guò)將一個(gè)感覺(jué)分成主觀上相等距離來(lái)制作心理量表——直接方法帕拉托（Plateau，1872）使用的二分法（bisectionmethod）是感覺(jué)等距法最早、最簡(jiǎn)單的形式。35HunanNormalUniversityFechner定律的質(zhì)疑1.Weber比例并不能在所有的刺激強(qiáng)度下保持恒定；——只適合于中等刺激強(qiáng)度2.不同刺激強(qiáng)度下的JND并不一定相等?！獰o(wú)法產(chǎn)生同等的感覺(jué)差別36HunanNormalUniversity（二）數(shù)量估計(jì)法、比例量表與Stevens定律數(shù)量估計(jì)法的原理：對(duì)一系列刺激按照人的主觀印象，分別采用相應(yīng)數(shù)字予以標(biāo)定，使每個(gè)數(shù)字與覺(jué)察的刺激相匹配。數(shù)量估計(jì)法的結(jié)果采用幾何平均數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：

幾何平均數(shù)（M）=n個(gè)數(shù)值乘積的n次方根37HunanNormalUniversityStevens定律冪定律的公式

S＝bIa

其中：S是感覺(jué)量；b是由量表單位決定的常數(shù)；a是感覺(jué)道和刺激強(qiáng)度決定的冪指數(shù)。Stevens定律表明，心理量與物理量之間是一種直線函數(shù)關(guān)系:

logS=logb+alogI

其中：a-斜率；logb-截距38HunanNormalUniversity比例量表的制作方法1.分段法（fractionmethod）

這是制作感覺(jué)比例量表的一種最直接的方法，它是通過(guò)把一個(gè)感覺(jué)量加倍或減半或取任何其他比例來(lái)建立心理量表。

——聽覺(jué)響度量表的制作（Stevens和Davis，1936）2.數(shù)量估計(jì)法（methodofmagnitudeestimation）——制作比例量表的另一種直接方法

39HunanNormalUniversity冪定律的發(fā)展

修正的冪函數(shù)

S=b(I-I0)a

（

I0—常量，或AL）等感覺(jué)交叉匹配法（cross-modalitymatching）——跨感覺(jué)道的匹配技術(shù)

冪定律在對(duì)數(shù)定律的基礎(chǔ)上前進(jìn)了一大步，但是，冪定律的有效性有賴于被試正確使用數(shù)字去標(biāo)示其真正的感覺(jué)量。

40HunanNormalUniversity部分感覺(jué)的指數(shù)（a）感覺(jué)連續(xù)體指

數(shù)刺

激

條

件響

度0.6雙

耳明

度0.5黑暗中的點(diǎn)光源嗅

覺(jué)0.55咖啡氣味味

覺(jué)1.3鹽溫度感覺(jué)1.0手臂上的冷刺激溫度感覺(jué)1.6手臂上的溫刺激壓

覺(jué)1.1在手掌上的靜止壓力提重感覺(jué)1.45提

重握力感覺(jué)1.7測(cè)力計(jì)電擊感覺(jué)3.5通過(guò)手指的60Hz電流41HunanNormalUniversity（三）心理物理判斷的相對(duì)性由于在實(shí)際中，任何刺激總是在時(shí)間或空間上相對(duì)于一定的上下關(guān)系或背景而存在，因此，對(duì)刺激的知覺(jué)受其本身及背景的影響。Laming（1984）提出了判斷的相對(duì)性原則（relativityofjudgment），認(rèn)為在數(shù)量估計(jì)法實(shí)驗(yàn)中，所有的判斷都是相對(duì)于即時(shí)的上下關(guān)系而言的。由于被試給出的數(shù)目反應(yīng)的變化區(qū)間