实验心理学

实验心理学 盐城师范学院 YANCHENG TEACHERS UNIVERSITY 全国高等师范院校

第三章心理物理法 • 第一节心理物理学产生的历史背景 • 第二节阈限及其操作定义 • 第三节测定感觉阈限的三种方法 • 第四节信号检测理论和信号检测实验 • 第五节心理量表法 • 第六节幂定律

心理物理学 • 心理物理学(Psychophysics)这个名词由两个希腊字根Psyche和physike所组成，它是研究物理量与心理量之间的关系。 • 费希纳1860年出版《心理物理学纲要》一书，试图用科学的方法解决心理和物理之间的关系，从而提出了心理物理法。 • 以费希纳为代表的研究称为古典心理物理法，或称为传统心理物理学；以斯蒂文森为代表的研究称为近代心理物理学，或称新心理物理学。

最初心理实验的特点（1） • 心理实验在它发展的最初阶段(大约从18世纪中叶到19世纪中叶)具有下列特点：企图以实验方法解决简单现象的量的问题。 • 把这样或那样的刺激渐渐从量上加以改变，直到不再产生效应为止，以后再确定最初产生效应的强度。 • 如，渐渐把物体从受试者跟前移开直到受试者不再看见它为止，以后确定相应视角的大小； • 渐渐增加转盘的速度(在转盘的边上固定着一个光亮)，直到受试者看到一个连续不断的亮圈为止，以后确定转盘的相应速度；

心理实验的最初特点（2） • 渐渐增加两脚规上两脚之间的距离，直到两脚之尖端同时接触皮肤时，第一次获得两点的印象，以后测定两脚之间相应的距离。 • 这些最初的心理实验应用的一般方法十分类似于某些简单的物理实验。在这些最初的心理实验中自我观察是初级的，受试的陈述通常只涉及到某些效果的存在或不存在等等。实验的技术也是很简单的，但是上述研究无论从方法和内容上都为以后的心理物理学奠定了基础。

韦伯简介 • 韦伯(E．H．Weber，1795—1878) 是德国莱比锡大学的解剖学和生理学教授，也是著名的生理心理学家。他在1820年开始研究触觉，他的创造性工作是用实验证明了赫尔巴特的阈限概念。 • 韦伯对心理学有两大贡献。

韦伯对心理学的两大贡献（1） • 第一，他最早系统地用实验证明了阈限的概念。这个概念从实验心理学的建立之日起直到今天仍在沿用。后来他把这个方法推广到身体各部分阈限的测量，而且用于不同的人，并用“感觉圈”(sensory circle)来加以解释。 • 所谓“感觉圈”是指每一外界部位都有一族神经纤维，且设想大脑皮层有与外周系统相适应的投射区。目前这种解释已无多大意义，但他的实验方法仍具有很大影响。

韦伯对心理学的两大贡献（2） • 第二，也是他最大的贡献，即提出了心理学上第一个定量的法则—韦伯律。 • 他的发现被总结为一个公式，即： • K＝ΔI/I • 公式中：K＝常数，Δ＝强度刺激增加量， I＝强度，ΔI＝刚能引起较强感觉的刺激增加量。 • 只适用于中等强度的刺激。

对韦伯的简评 • 后人在评价韦伯律时写道：“当哲学为对心灵的实验研究铺平了道路时，生理学就从实验上来研究作为心理现象的基础的生理机制，下一步就是要应用实验方法于心灵本身了。” • 韦伯说：“因为对心理过程的准确测量的机会来得那么稀罕，所以我介绍这些研究请心理学家注意”。因此可以说韦伯已经预见到了实验与数量测定的结合对于心理学的意义。

费希纳简介 • 费希纳(1801—1887)是德国一位有名的物理学家，是心理物理学的创始人。 • 在哲学上费希纳是个唯心主义的泛灵论者，他认为凡物都有灵魂，而心与物都是同一的、不可分的，不过心是主要的，物只是心的外观。 • 他感到要使他所宣扬的哲学观点有科学的根据，必须求得心与物关系的法则，而要达到这个目的，则需要对它们作精确的数学测量。

对数定律 • 费希纳假设：①每一个最小可觉差可以看作感觉上的一个最小变化，每个最小可觉差的主观量是相等的；②一个阈上感觉量可能是由绝对阈限以上有多少个最小可觉差来定量，即假设韦伯定律普遍适用。 • 对数定律：S=KlgR。其中S代表感觉量， R代表刺激量，K为常数。对数定律表明，心理量是物理量的对数函数，即当物理刺激强度以几何级数增加时，心理量以算术级数增加。

心理物理学的诞生 • 《心理物理学纲要》标志着心理物理学的诞生。 • 心理物理学实验和以前的心理学实验有着很大区别：（1）心理物理学利用了专门为研究心理物理学制定的实验方法——最小觉差法，正误法和平均差误法；（2）心理物理学为了尽可能得到准确可靠的结果乃多次重复同一实验，并对所得结果作数学处理。上述两个特点在心理实验的发展中，标志着心理学的研究方法向前迈了重要的一步。

对费希纳的评价（1） • 著名心理学家詹姆士(w．James，1842—1910)在费希纳逝世三周年后，作了这样的评论：“费希纳的书是新心理学著作的起点，在正确和技巧上可以说是世无其匹，但据笔者鄙陋之见，其结果实无足称。”

对费希纳的评价（2） • “世如有所谓‘洞穴的偶像’，那么费希纳的测量公式及以此公式为最后的心理物理律的一个概念，将永为这样的偶像。费希纳本身确为德国的一个理想的学者，既简朴，又灵敏；既为一玄秘者，又为一实验家；既谦逊，又勇敢；既忠于事实，而又忠于理论。……最可笑的，批评费希纳的学者，对于他的学说力加攻击，务使他体无完肤，其后，却又常回头来说他建立的那些学说，使心理学变成一个精密的科学，这就是他的不朽的英誉。”

对费希纳的评价（3） • 近代著名心理学家波林(E．G．Boring，1886—1968)在他的《实验心理学史》一书中曾经写道； • 没有费希纳或类似于费希纳的人物，固仍可以有实验心理学，仍可以有冯特和赫尔姆霍兹，但在实验里头，可决没有科学的气息，因为一个学科，若没有测量以为其工具之一，则必不能成为科学的。……我们称费希纳或冯特为实验心理学的“创始者”，这是毫无问题的。

对费希纳的评价（4） • 创建了对数定律：费希纳提出的对数定律的功绩是无可非议的，也引起了许多争论。概括起来主要有四个方面： • （1）以詹姆士为代表的内省心理学家认为，每个感觉是完整的，是不能分析成部分的。他说：“粉红色的感觉显然不是深红色感觉的一部分”；屈尔佩说道：“这个‘灰色’的感觉非二倍于或三倍于那个‘灰色’的感觉”，

对费希纳的评价（5） • （2）认为韦伯定律并不是到处都适用的，这种局限性势必给费希纳定律带来同样的局限性。 • （3）有人对最小可觉差的主观量是否相等提出了疑问。 • （4）20世纪中期，史蒂文森根据他多年研究的结果建立了一个新的心理物理定律—幂定律。

对费希纳的评价（6） • 创建了心理物理学方法： • 费希纳在《心理物理学纲要》中提出了心理物理学的三种基本方法：（1）最小可觉差法(the method of just noticeable differences)，后称极限法（the method of limits）；（2）正误法(the method Of right and wrong cases)，后称常定刺激法或常定法（the constant method ）；（3）平均差误法(the method of average error)，后称调整法(the method Of adjustment)和复制法(the method Of reproduction)。

对费希纳的评价（7） • 局限性——形而上学气氛甚浓 • 这主要表现在它在测量感觉阈限和阈上感觉时，没有考虑人的情绪、动机、欲望、生活经历等因素的影响，而且其实验条件也与实际生活情景相去甚远，因此所得结果难于说明现实生活中人的感知能力。 • 尽管经典心理物理学也曾在一定程度上注意到了这类因素的某些影响，并且采取了一些补救措施，但并不能把受试的反应偏好和辨别力区分开来。

操作定义（1） • “操作定义”是由物理学家布里奇曼(P．N.Bridgman)于1927年提出的，他主张一个概念应由测定它的程序来下定义。 • 在心理学上，对一个心理现象根据测定它们的程序下的定义就叫做操作定义。 • 阈限定义为：有50％实验次数能引起积极反应的刺激值，差别阈限定义为：有50％实验次数能引起差别感觉的那个刺激强度之间的差别。

心理物理学方法测定阈限特征（1） • 1．测定的次数多 • 阈限的定义明确指出，阈限值不是一个突然的分界点，而是一个逐渐的过渡区，因此测定阈限时，一定要经过反复测量才能确定某一刺激强度是否是阈限值，一般需要测量上百次，常定刺激法所需次数更多。

心理物理学方法测定阈限特征（2） • 2．反应较简单 • 心理物理法测定阈限的实验对受试的要求比较简单，不要求受试作复杂的反应，因为复杂的反应反而影响测定阈限值的准确性。受试对刺激作简化的判断，不外乎下列几种： • （1）有A或无A；（2）A等于B，或A不等于B； • （3）A大于B，或A小于B；（4）A是B的两倍，或C等于D的一半；（5）A与B之差与C与D之差相等。

心理物理学方法测定阈限特征（3） • 3．刺激系列大于反应系列 • 用心理物理学方法测定感觉阈限，一般都经过预备实验，预备实验的首要目的就是确定和选择刺激系列和反应系列。 • 例如，一系列强弱不同的声音称为刺激系列，当这一系列强弱不同的声音作用于人耳会引起一系列大小不同的感觉，这一系列大小不同的感觉，称为反应系列。一般而言，刺激系列的范围总要大于反应系列的范围。

心理物理学方法适用的问题 • 心理物理学方法适用于两大类问题：感觉阈限的测量，阈上感觉的测量，也就是心理量表的制作。具体可分为七个问题：（1）绝对阈限；（2）差别阈限；（3）等值；（4）次序；（5）等距；（6）等比；（7）刺激的估计。

最小变化法（1） • 最小变化法又称系列探查法和极限法。用最小变化法测定阈限时，刺激是按大小的顺序呈现的，每次呈现的刺激系列变化很小并间隔相等。每次呈现刺激后，要求被试作出报告，如觉察到有刺激出现，就报告“有”，如觉察不到，就报告“无”。刺激系列的顺序分为两种，一种从小到大的顺序呈现，这种刺激系列称为渐增法，以“↑”表示，另一种从大到小的顺序呈现，这种刺激系列称为渐减法，以“↓”表示。

最小变化法（2） • 在以渐增法进行测定时，刺激系列的起点刺激强度要低于预计阈限值，然后逐渐以较小而相等的梯级增加，每增一梯级，让被试报告，直到被试报告“有”为止。被试最后一次报告“无”和第一次报告“有”的刺激强度的算术平均数就是这一次测定的绝对阈限值。以渐减法进行测定时，刺激系列起点刺激强度要在预计阈限值以上，然后逐渐以较小并相等梯级减少，每减一梯级，让被试报告，直到被试报告“无”为止。被试最后一次报告“有”和第一次报告“无”刺激强度算术平均数就是这一次测定的绝对阈限值。

最小变化法测定绝对阈限(1) • 自变量 • 自变量是刺激系列。刺激系列要按渐增和渐减系列交替方式呈现。渐增时，刺激要从阈限以下的某个强度开始；渐减时，刺激的起点要大于阈限的某个强度，一般应选15—20个检查点，为了使测定的阈限准确，并使每一刺激系列的阈限能相对稳定，一般渐增和渐减系列要分别测50次左右(共100次左右)，刺激应由实验者操纵和变化。

最小变化法测定绝对阈限(2) • 反应变量 • 反应变量要求被试以口头报告方式表示。当刺激呈现之后，被试感觉到有刺激，就报告“有”，当被试没感觉到刺激，就报告“无”，其依据是被试的内省，而不是依刺激是否呈现。被试报告后，主试以“有”、“无”或“+”、“—”记录被试的反应，渐增时直到第一次报告“有”之后，这一系列才能停止；渐减时直到第一次报告“无”之后，这一系列才能停止，然后再进行下一个 • 系列，如果被试表示怀疑就当作改变判断。

最小变化法测定绝对阈限(3) • 阈限的确定 • 在一刺激系列中，被试报告“有”和“无”相应的两个刺激强度的中点，就是这一刺激系列的阈限。把各刺激系列的每一个阈限计算出来，然后求出渐增系列和渐减系列的平均数，再求出此两系列的平均数，这个平均数就是阈限值。

期望和习惯误差 • 由经常起作用的因素引起的一定倾向的误差，叫做常误。 • 由期望和习惯所引起的误差是最小变化法所特有的误差。这一对误差可以通过对实验结果的统计处理计算出来。(1)将所有的渐增系列的各阈限值加以平均， (2)将所有的渐减系列的各阈限值加以平均，(3)用t检验法检验两个系列的平均数的差异是否显著。如果显著，说明存在这类误差。若渐增平均数大于渐减平均数，则存在习惯误差；若渐减平均数大于渐增平均数，则存在期望误差。

练习和疲劳误差 • 无论用什么方法测定阈限，只要重复多次就有可能产生练习和疲劳误差。 • 检查方法如下：(1)计算出前一半实验中所测定的阈限值的平均数；(2)计算出后一半实验中所测定的阈限值的平均数；(3)用t检验法检验这两个平均数的差异是否显著，如果显著，就说明存在这类系统误差。若前大于后，说明存在疲劳误差；若前小于后，说明存在练习误差。

控制这两类误差的方法 • 在实验前要训练被试，让被试确实掌握判断标准，并争取被试合作，以标准判断“有”或“无”的感觉。 • 在整个实验中对渐增和渐减系列作合理的安排，一般采用ABBA法来安排实验系列，即↑↓↓↑或↓↑↑↓。以四次作一轮回来安排。实验中是否还存在哪种误差还必须用t检验法加以检验。

最小变化法测定差别阈限（1） • 自变量 • 最小变化法测定差别阈限时每次呈现两个刺激，让被试作比较，其中一个是标准刺激，另一个是比较刺激。标准刺激在每次比较时都呈现，比较刺激按渐增和渐减系列，并以测定绝对阈限的同样方法呈现。标准刺激和比较刺激可同时呈现，也可继时呈现，这要视具体实验情况而定。

最小变化法测定差别阈限（2） • 反应变量是被试的口头报告，一般用三类反应，比较刺激与标准刺激加以比较，当比较刺激大于标准刺激时，主试记录“+”，当比较刺激等于标准刺激时，记录“=”，小于时，记录“—”。当被试在比较时表示怀疑，可当作“=”记。一列标准刺激与一列比较刺激比较时，主试记录上述三类反应，直到被试的反应较稳定时停止，然后再进行下一系列。

差别阈限的确定（1） • 首先确定一系列差别阈限的上限(Lu)和下限(Ll)。确定的规则是：(1)在渐减系列中最后一次“+”到非“+” (即“=”或“—”或“?”)之间的中点为差别阈限的上限；从第一次非“负”到“负”之间的中点为差别阈限的下限。(2)渐增系列中，最后一次“负”到第一次“非负”之间的中点为差别阈限的下限；从第一次非“正”到“正”之间的中点为差别阈限的上限。(3)在上限与下限之间的距离为不肯定间距(Iu)。

差别阈限的确定（2） • (4)不肯定间距的中点为主观相等点(PSE)，在理论上PSE应与标准刺激(St)相等，但实际上两者总是有一定的差距，这个差距称为常误(CE)。(5)取不肯定间距的一半或者取上差别阈（DLu = Lu—St）和下差别阈（DLl = St—Ll）之和的一半为差别阈限。 • DLu = Lu—St DLl = St—Ll • PSE=（Lu+Ll）/2 CE=St—PSE • DL=（Lu—Ll）/2

误差及控制 • 在测定差别阈限时，必须想方设法把常误加以控制，除了要控制期望和习惯误差外，还要控制因标准刺激与比较刺激相继呈现而造成的时间误差，或者因标准刺激与比较刺激同时呈现而造成的空间误差。控制的方法可采用多层次的ABBA法。

恒定刺激法（1） • 恒定刺激法的特点是只用少数几个(例如5—7个)刺激，并且这几个刺激在整个测定过程中是固定不变的。此法要求在实验以前选定刺激并随机确定各刺激的呈现顺序。所选刺激的最大强度应是每次呈现几乎都能为被试感觉到的强度，其感觉到的可能性不低于95％，所选刺激的最小强度应是每次呈现几乎都不能为被试感觉到，其感觉到的可能性不高于5％。按此选好刺激范围之后，再在这个范围内选出5至7个等距的刺激。

恒定刺激法（2） • 在实验中每个刺激呈现的次数不可少于10次，并且各刺激呈现的次数要相同，呈现的顺序要随机安排。如果一个刺激经常处在感觉到和不被感觉到的中间地带，当其百分数为50％时，那么这个刺激的强度就处在阈限的位置。 • 这个方法因刺激按随机顺序呈现，所以它能避免期望和习惯误差。此法虽然要求较大量的实验次数，但每次试验只用很短时间，因此也比最小变化法节省时间，且测得的阈限也更准确。

恒定刺激法测定绝对阈限 • 自变量是从感觉到和不被感觉这一中间地带选5—7个等距的刺激强度。 • 反应变量是被试的口头报告，在实验中每呈现一个刺激后，被试如感觉到，就报告“有”，主试记录“+”；如感觉不到，就报告“无”，主试记录“一”，然后根据被试对不同刺激所报告的“有”或“无”的次数来求出百分数，以此来计算阈限。

恒定刺激法测定差别阈限(1) • 自变量是把比较刺激与标准刺激加以比较。首先确定一个标准刺激，常常确定一个能被感觉的某一刺激强度。 • 比较刺激可在标准刺激上下一段间距内确定，一般从完全没被感觉出差别到完全感觉出差别的范围内选定5至7个刺激强度作为比较刺激。比较刺激要随机呈现。把每个比较刺激与标准刺激相比至少要100次。在比较时有50次标准刺激在前，另50次标准刺激在后。

恒定刺激法测定差别阈限(2) • 反应变量是被试的口头报告。较早的方法是让被试作三类反应即“大于”， “等于”， “小于”。或记为“+”，“=”，“—”。后来有人提出，让被试作三类反应，因其中有“等于”的反应，所以如被试十分自信，则“等于”的反应就会少，如被试十分谨慎，则“等于”的反应就会多，这样会直接影响差别阈限的大小。为了消除这类影响，建议只让被试作“大于”，“小于”两种判断，即使分不清时也要作出其中一种判断。

三类反应差别阈限的计算 • 在提重实验里可以容许有“较重”、“相等”和“较轻”三类反应，可以测出两个介乎类与类之间的阈限。一个阈限介乎“负”和“相等”之间，另一个阈限位于“相等”和“正”反应之间。因此，这种实验方法需要中间一类判断，即“相等”。要想计算从“正”到“非正”和从“负”到“非负”两个阈限，确定其平均数、标准差和机误即可求出差别阈限。这里平均数代表从“正”到“非正”之间的平均转折点，正如在极限法里的Lu。用同法可求出Ll。Lu和Ll之间就是不肯定间距（IU），不肯定间距之半就是差别阈限。

二类反应差别阈限的计算（1） • 二类判断乃是主试采用一系列扩展到标准刺激以上和以下的比较刺激与标准刺激比较令受试作“较大”或“较小”的判断。主试动员受试放弃“相等”的判断，告诉他们在不能肯定时可以猜。 • 以重于标准刺激的比例和轻于标准刺激的比例分别画出两条曲线。这两条曲线必在50%处相交。这一点所对应的刺激与标准刺激在主观上是相等的。

二类反应差别阈限的计算（2） • 在这种情况下，就不可能取与50%点相对应的比较刺激作为上限和下限了。与标准刺激完全能够辨别的重量在100%处，与标准刺激不能分辨的重量于50%处。因此，取此两点的中点75%处作直线内插与两条曲线相交，求得上限Lu与下限Ll。 • 依此计算差别阈限DL=(Lu—Ll)/2，这样求得的差别阈限和前面的操作定义不相符，因为上限和下限与标准刺激比较都有75%的次数可以辨别，常把这种差别阈限称之为75%的差别阈限。

平均差误法 • 平均差误法是让被试去调整一个比较刺激，直到他感到与所给的标准刺激相等，如此反复试验。 • 它的主要特点是：要求被试判断在什么情况下比较刺激与标准刺激相等，直接给出主观相等点。

平均差误法测定绝对阈限 • 自变量是让被试调整一比较刺激与一标准刺激相等。不过，此时的标准刺激假设为零。亦即让被试每次调整比较刺激与“0”相比较。 • 反应变量是被试每次调整比较刺激与标准刺激相等的数值。 • 绝对阈限的确定 • 让被试每次调到刚刚感觉不到(亦即与“零”标准刺激等值)，然后把各次测定数值加以平均即为绝对阈限。

平均差误法测差别阈限（1） • 自变量是向被试呈现一个标准刺激，让其调整比较刺激。比较刺激是一连续的量。在被试认为接近时，可反复调整，直到满意为止。 • 反应变量是被试每次调整的数值，即认为与标准刺激相等的数值。由于被试反复测试，各次结果并不是一个固定的数值，是围绕一个平均数变化。这个变化范围就是不肯定间距。不肯定间距的中点，亦即多次调整结果的平均数，就是主观相等点，主观相等点与标准刺激的差就是常误。

平均差误法测差别阈限（2） • 差别阈限估计值的计算： • (1)把每次调整结果(X)与主观相等点的差的绝对值加以平均，作为差别阈限的估计值。 • (2)把每次调整的结果(X)与标准刺激的差的绝对值加以平均，作为差别阈限的估计值。 • 上述两种方法计算的结果往往并不相同，因此差别阈限只是一个估计值，而不是一个定值。

平均差误法测差别阈限（3） • 平均差误法实验，要被试自己操纵实验仪器，来调整比较刺激使之与标准刺激相等。这就会产生动作误差，即因被试所采用的动作方式不同，因而过高或过低地估计比较刺激反应的误差。若刺激是视觉的易产生空间误差，若标准刺激和比较刺激是继时呈现，又易产生时间误差。因此在实验中应加以控制。控制的方法可依具体实验情境不同而不同，一般采用多层次的ABBA法，还可使比较刺激从小到大，从大到小两方面进行调整，以便控制动作误差等。

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