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1、心理物理学心理物理学雷玉菊雷玉菊心理学教研室心理学教研室1a科学心理学之初科学心理学之初1860年，年，费费希希纳纳，心理物理学，心理物理学纲纲要要心理物理学方法的中心心理物理学方法的中心问题是揭示物理量是揭示物理量（对身体各感官的刺激）与心理量（各种身体各感官的刺激）与心理量（各种感感觉或主或主观印象）之印象）之间的数量关系。的数量关系。促成了科学心理学的促成了科学心理学的诞生生2a物理量与心理量物理量与心理量物理量物理量测量仪器测量仪器心理量心理量亮度亮度光度计光度计明度明度声强（声压）声强（声压）声级计声级计响度响度重量重量秤秤重量觉重量觉温度温度温度计温度计温度觉温度觉3a传统传统的心
2、理物理学的心理物理学感感觉阈觉阈限的限的测测量量阈阈上感上感觉觉的的测测量，也就是心理量表的制作量，也就是心理量表的制作4a感感觉阈觉阈限的限的测测量量绝对阈绝对阈限：限：刚刚刚刚能引起感能引起感觉觉的最小刺激的最小刺激强强度叫做度叫做绝对阈绝对阈限（限（absolute threshold）。）。差差别阈别阈限：限：刚刚刚刚能能觉觉察出两个刺激有差异察出两个刺激有差异的刺激的刺激变变化量称化量称为为差差别阈别阈限（限（difference threshold），又称最小可），又称最小可觉觉差（差（just noticeable difference，j.n.d）。）。5a某些近似的某些近似的
3、绝对阈绝对阈限限感觉种类感觉种类觉察阈限值觉察阈限值视视 觉觉清晰无雾的夜晚清晰无雾的夜晚30英里处看到的一只烛光英里处看到的一只烛光听听 觉觉安静条件下安静条件下20ft.处表的滴答声处表的滴答声味味 觉觉一茶匙糖溶于一茶匙糖溶于8L水中水中嗅嗅 觉觉一滴香水扩散到三室一套的整个房间一滴香水扩散到三室一套的整个房间触触 觉觉一只蜜蜂的翅膀从一只蜜蜂的翅膀从1cm高处落到你的背部高处落到你的背部6a操作定操作定义义绝对阈限：有限：有50%的次的次数能引起感数能引起感觉，50%的的次数不能引起感次数不能引起感觉的刺的刺激激强度度为该刺激的刺激的绝对阈限。限。差差别阈限：有限：有50%的次的次数能
4、数能觉察出差察出差别，50%的次数不能的次数不能觉察出差察出差别的刺激的刺激强度差度差别值为该刺激的差刺激的差别阈限。限。7a测测量感量感觉阈觉阈限的三种方法限的三种方法测测量感量感觉阈觉阈限的方法有三种：限的方法有三种：最小最小变变化法化法恒定刺激法恒定刺激法平均差平均差误误法法学学习习者者应应特特别别注意注意这这三种方法的三种方法的实验实验程程序和序和实验结实验结果的果的统计处统计处理。理。8a感觉阈限的测量-最小最小变变化法化法9a最小变化法什么是最小什么是最小变变化法？化法？用最小用最小变变化法化法测测定定绝对阈绝对阈限限用最小用最小变变化法化法测测定差定差别阈别阈限限 10a什么是最
5、小变化法？又称极限法又称极限法（limit method）、）、序列探索法序列探索法（method of serial explortation）、）、最小可最小可觉觉差差（或最小差异法）（或最小差异法）（method of least difference）等。等。特点：将刺激按特点：将刺激按递递减或减或递递增系列的方式，增系列的方式，以相隔相等的小步以相隔相等的小步变变化，化，寻寻求从一种反求从一种反应应到另一种反到另一种反应应的瞬的瞬时转换时转换点或点或阈阈限的位置。限的位置。11a基本程序基本程序测测定定绝对阈绝对阈限限刺激：刺激系列（刺激：刺激系列（递递增或增或递递减系列）起点的确定
6、减系列）起点的确定程序：呈程序：呈现现刺激系列，要求被刺激系列，要求被试报试报告是否感告是否感觉觉到到刺激，当被刺激，当被试试反反应变应变化化时时停止停止阈阈限的限的计计算算（1）求每个系列的）求每个系列的阈阈限限值值被被试试反反应发应发生生转转折折处处的两个刺激的两个刺激值值的中点；的中点；（2）求所有系列）求所有系列绝对阈绝对阈限的算数平均限的算数平均值值，即，即该该感感觉觉的的绝对阈绝对阈限限值值12a用最小用最小变变化法化法测测定定绝对阈绝对阈限限（1 1）自）自变变量量（2 2）因）因变变量（反量（反应变应变量）量）（3 3）阈阈限的确定（限的确定（计计算）算）（4 4）误误差及其控
7、制差及其控制13a（1）自自变变量量用极限法用极限法测测定定绝对阈绝对阈限，限，自自变变量是刺激系量是刺激系列。列。刺激系列要按刺激系列要按递递增或增或递递减系列交替呈减系列交替呈现现。递递递递增增增增时时时时，刺激要从，刺激要从，刺激要从，刺激要从阈阈阈阈限以下的某个限以下的某个限以下的某个限以下的某个强强强强度开始；度开始；度开始；度开始；递递递递减减减减时时时时，刺激系列的起点要大于，刺激系列的起点要大于，刺激系列的起点要大于，刺激系列的起点要大于阈阈阈阈限的某个限的某个限的某个限的某个强强强强度；度；度；度；一般一般一般一般应选应选应选应选10101010到到到到20202020个个个
8、个强强强强度水平。度水平。度水平。度水平。 14a为为了使了使测测定的定的阈阈限准确，并使每一刺激系限准确，并使每一刺激系列的列的阈阈限能相限能相对稳对稳定，一般定，一般递递增和增和递递减刺减刺激系列要分激系列要分别测别测定定5050次左右（共次左右（共100 100 次左次左右）、刺激右）、刺激应应由由实验实验者操者操纵纵。为为了避免被了避免被试试者形成定者形成定势势，每次呈，每次呈现现刺激刺激的起点不的起点不应应固定不固定不变变，而，而应应随机随机变变化。化。 15a（2）因因变变量（反量（反应变应变量）量）用极限法用极限法测测定定绝对阈绝对阈限的反限的反应变应变量量时时，要，要求被求被试
9、试以以口口头报头报告告方式表示。方式表示。当刺激呈当刺激呈现现之后，被之后，被试试感感觉觉到有刺激，就到有刺激，就报报告告“有有”，当被，当被试试没感没感觉觉到有刺激，就到有刺激，就报报告告“无无”，其，其依据是被依据是被试试的内省，而不的内省，而不是刺激是否呈是刺激是否呈现现。16a被被被被试报试报试报试报告后，主告后，主告后，主告后，主试试试试以以以以“有有有有”“”“”“”“无无无无”或或或或“”“-”“-”“-”“-”记录记录记录记录被被被被试试试试的反的反的反的反应应应应，每个系列都需要被，每个系列都需要被，每个系列都需要被，每个系列都需要被试试试试作作作作“有有有有”到到到到“无无
10、无无”、或、或、或、或“无无无无”到到到到“有有有有”这这这这两种两种两种两种报报报报告，亦即，告，亦即，告，亦即，告，亦即，递递递递增增增增时时时时直到第一次直到第一次直到第一次直到第一次报报报报告告告告“有有有有”之后，之后，之后，之后，这这这这一系列才一系列才一系列才一系列才停止；停止；停止；停止；递递递递减减减减时时时时直到第一次直到第一次直到第一次直到第一次报报报报告告告告“无无无无”之后，之后，之后，之后，这这这这一一一一系列才停止，然后再系列才停止，然后再系列才停止，然后再系列才停止，然后再进进进进行下一个系列。行下一个系列。行下一个系列。行下一个系列。若被若被若被若被试试试试者
11、在者在者在者在这这这这二二二二类类类类判断中有判断中有判断中有判断中有“说说说说不准不准不准不准”的情况，的情况，的情况，的情况，则则则则可以猜，但不可放弃。可以猜，但不可放弃。可以猜，但不可放弃。可以猜，但不可放弃。 17a（3）阈限的确定（计算）在一个刺激系列中，被试者报告“有”和“无”这两个报告相应的两个刺激强度的中点就是这个系列的阈限。 下表是用最小变化法测音高的感觉阈限。18a20a测定差别阈限刺激：一个标准刺激（Sl）和比较刺激（Sv）序列（递增或递减）序列：呈现比较刺激序列，要求被试将之与标准刺激比较，直到被试反应发生转折，以“+”“-“”=“”？”记录被试反应。21a（3）差别
12、阈限的确定（计算）阈阈限的确定：限的确定：每个系列中最后一次每个系列中最后一次“+”到非到非“+”之之间间的中点是差的中点是差别阈别阈限的上限限的上限(Lu)，最后一次，最后一次“-”到非到非“-”之之间间的中的中点是差点是差别阈别阈限的下限限的下限(Ll)上限和下限之上限和下限之间间的距离是不肯定的距离是不肯定间间距距(Iu)不肯定不肯定间间距的距的1/2定定义为义为差差别阈别阈限限(DL)不肯定不肯定间间距的中点是主距的中点是主观观相等点相等点(PSE)，理，理论论上上PSE与与标标准刺激准刺激(St)相等，两者之相等，两者之间间的差距称常的差距称常误误(CE)将所有系列的上限平均，下限平
13、均，即可求得将所有系列的上限平均，下限平均，即可求得该该刺激的刺激的绝对绝对差差别阈别阈限限 DL=(Lu-Ll)/222a最小变化法测定时间差别阈限(标准刺激0.4)23a（4）误差及其控制用极限法求用极限法求绝对阈绝对阈限限经经常会常会产产生一些生一些误误差。差。在在这这些些误误差中，有些是由直接差中，有些是由直接对对感感觉产觉产生干生干扰扰的的因素引起的；因素引起的；还还有些是非感有些是非感觉觉方面的因素引起的，方面的因素引起的，如如习惯习惯和期望、和期望、练习练习和疲和疲劳劳、时间时间和空和空间间等等。等等。这这些因素在些因素在测测定定阈阈限的限的过过程中程中经经常起作用，以致常起作用
14、，以致使使测测定定结结果果产产生一定生一定倾倾向的向的误误差。差。这类误这类误差叫做差叫做常常误误（constant errorconstant error）。）。24a极限法测定绝对阈限的主要误差习惯误差和期望误差练习误差和疲劳误差。25a在极限法实验中，由于刺激是按一定的顺序呈现的，被试在长序列中有继续给同一种判断的倾向，如在下降序列中继续说“有”或“是”，在上升序列中继续说“无”或“否”，这种被试习惯于前面几次刺激所引起的感觉叫作习惯误差。由于由于习惯误习惯误差差在在递递增法序列增法序列中，即使刺激中，即使刺激强强度度早已超出早已超出阈阈限，被限，被试试仍仍报报告感告感觉觉不到，不到，这
15、这就会就会使使测测得得阈值阈值偏高偏高 。相反，相反，在在递递减法序列减法序列中，即使刺激中，即使刺激强强度早已小度早已小于于阈阈限，被限，被试试仍仍报报告有感告有感觉觉，这这就会就会使使测测得的得的阈阈值值偏低偏低。 26a与习惯误差相反的是另一种误差叫期望误差（error of anticipation）。它表现为被试在长的序列中给予相反判断的倾向，期望转折点的尽快到来。用递增法测定时，阈值就会偏低；用递减法测定时，阈值就会偏高。 27a递增递减系列中的习惯误差abba实际无感觉报告无感觉报告有感觉实际有感觉28ap测测定定绝对阈绝对阈限限时产时产生的生的误误差以及控制差以及控制u习惯误习
16、惯误差：差：继续继续作同一种判断的作同一种判断的倾倾向；使向；使递递增系列增系列阈阈限限值值偏高，偏高，递递减系列减系列阈阈限限值值偏低；偏低；当当递递增系列的增系列的阈阈限大于限大于递递减系列的减系列的阈阈限且差异限且差异显显著著时时，可以判定存在，可以判定存在习惯误习惯误差差u期望期望误误差：期望差：期望转转折点的尽快到来的折点的尽快到来的倾倾向；使向；使递递增系列增系列阈阈限限值值偏低，偏低，递递减系列减系列阈阈限限值值偏高；偏高；当当递递减系列的减系列的阈阈限限大于大于递递增序列的增序列的阈阈限且差异限且差异显显著著时时，存在期望，存在期望误误差差 抵消抵消习惯习惯和期望和期望误误差的
17、方法差的方法为递为递增和增和递递减序列数量一致减序列数量一致29a怎样消除习惯误差和期望误差？采用抵消平衡采用抵消平衡设计设计（即（即ABBAABBA设计设计）：）：第一次：第一次：递递增（增（A A）第二次：第二次：递递减（减（B B）第三次：第三次：递递减（减（B B）第四次：第四次：递递增（增（A A）30a练习误差和疲劳误差练习误练习误差差（error of practiceerror of practice）是由于）是由于实验实验的多的多次重复，被次重复，被试试逐逐渐渐熟悉了熟悉了实验实验情景，情景，对实验产对实验产生生了了兴兴趣和学趣和学习习效果，而效果，而导导致反致反应应速度速度
18、加快和准确加快和准确性逐步提高性逐步提高的一种系的一种系统误统误差。差。与此相反，由于与此相反，由于实验实验多次重复，随着多次重复，随着实验进实验进程而程而发发展的疲倦或展的疲倦或厌烦厌烦情情绪绪的影响，而的影响，而导导致被致被试试反反应应速度减慢和准确性逐步速度减慢和准确性逐步降低降低的一种系的一种系统误统误差，称差，称之之为为疲疲劳误劳误差差（error of fatigueerror of fatigue）。）。 随着随着时间时间的的进进展，展，练习练习可能使可能使阈阈限降低，而疲限降低，而疲劳劳可能使可能使阈阈限升高。限升高。 31a误差计算习惯误习惯误习惯误习惯误差和期望差和期望差和
19、期望差和期望误误误误差哪一种差哪一种差哪一种差哪一种倾倾倾倾向更大？向更大？向更大？向更大？分分分分别别别别求上升序列和下降序列的求上升序列和下降序列的求上升序列和下降序列的求上升序列和下降序列的阈值阈值阈值阈值练习误练习误差和疲差和疲劳误劳误差差哪一种哪一种哪一种哪一种倾倾倾倾向更大？向更大？向更大？向更大？分分分分别计别计别计别计算出前一半算出前一半算出前一半算出前一半实验实验实验实验中中中中测测测测定的定的定的定的阈阈阈阈限与后一半限与后一半限与后一半限与后一半实验实验实验实验中中中中测测测测定的定的定的定的阈阈阈阈限。限。限。限。32a+ ?2423222120191918171615
20、1413121110987+?+?+1 2 3 4 5 6 7 8 9 10阈限 16.5 15.5 14.5 14.5 14.5 14.5 14.5 13.5 14.5 14.5M=14.50.45刺激Hz33a34a用最小变化法测定差别阈限 （1）自变量（2）因变量（反应变量）（3）差别阈限的确定（计算）（4）误差及其控制35a（1）自变量用极限法用极限法测测定差定差别阈别阈限限时时，每次要呈，每次要呈现现两个刺激，两个刺激，让让被被试试比比较较，其中一个是，其中一个是标标准刺激准刺激，即，即刺激是固刺激是固定的，其定的，其强强度大小不度大小不变变；另一个是；另一个是比比较较刺激刺激又称又
21、称变变异刺激，即异刺激，即刺激的刺激的强强度按由小而大或由大而小度按由小而大或由大而小顺顺序排列序排列。标标准刺激和比准刺激和比较较刺激可同刺激可同时时呈呈现现，标标准刺激在每准刺激在每次比次比较时较时都出都出现现，比，比较较刺激按刺激按递递增或增或递递减系列，减系列，以以测测定定绝对阈绝对阈限的同限的同样样方法与方法与标标准刺激匹配呈准刺激匹配呈现现。 36a（2）因变量（反应变量）用极限法测定差别阈限的反应变量要求被试以口头报告方式表示，一般用三类反应，将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，主试记录“=”；当比较刺激小于标准刺激时，
22、主试记录“-”。当被试在比较时表示怀疑，可记作“？” 。37a38a（3）差别阈限的确定确定差确定差别阈别阈限限时时先要求得一系列的数据，先要求得一系列的数据，这这些数些数据有：据有：（1 1）在）在递递减系列减系列中最后一次中最后一次“”到非到非“+” “+” 之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的限的上限上限 ；第一次非；第一次非“-”“-”到到“-” “-” 之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的限的下限下限 ；（2 2）在）在递递增系列增系列中最后依次中最后依次“-”“-”到非到非“-” “-” 之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的限的下限下限；第一次非；第一次非“”到到“”之
23、之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的限的上限上限。 39a（3）在上限与下限之间的距离为不肯定间距。（4）不肯定间距的中点是主观相等点。在理论上主观相等点（或主观等点）应与标准刺激相等，但实际上两者有一定的差距，这个差距称为常误。（5）取不肯定间距的一半或者取上差别阈和下差别阈之和的一半为差别阈限。 40a差差别阈别阈限的确定限的确定： A、在、在递递减系列中最后一次减系列中最后一次“+”到非到非“=”之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的上限（限的上限（Lu） 第一次非第一次非“-”到到“-”之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的下限（限的下限（Ll）B、在、在递递增系列中的最后一次增
24、系列中的最后一次“-”到非到非“-”之之间间的中点的中点为为差差别阈别阈限的下限（限的下限（Ll） 第一次非第一次非“+”到到“+”之之间间的中点的中点为为差差别别阈阈限的上限（限的上限（Lu）41aC、上限与下限之、上限与下限之间间叫不肯定叫不肯定间间距距IUD、不肯定、不肯定间间距的中点叫主距的中点叫主观观相等点相等点（PSE）理）理论论上上PSE应应与与标标准刺激（准刺激（St）相等，但相等，但实际实际有差距，叫常有差距，叫常误误（CE）E、取不肯定、取不肯定间间距的一半或取上差距的一半或取上差别阈别阈（DLu=Lu-St）和下差）和下差别阈别阈（DLl=St-Ll）之和的一半之和的一半
25、为为差差别阈别阈限限42aDLu=Lu-StDLl=St-LlPSE=（Lu-Ll）/2CE=St-PSEDL=（Lu-St）+（St-Ll）/2 =DLu+DLl/2 =Lu-Ll/243a（4）误差及其控制 与用极限法求绝对阈限一样，在测定差别阈限时，也必须想方设法控制常误。除了要控制习惯和期望误差外，还要控制因标准刺激和比较刺激同时呈现所造成的误差（空间误差）或者因先后呈现所造成的（顺序误差）。控制方法可采用多层次的ABBA法。 44a比较刺激系列呈现顺比较刺激系列呈现顺序序标准刺激呈现位置标准刺激呈现位置相继呈现的先后顺序相继呈现的先后顺序 左右左右 右左右左 左右左右 右左右左前后前
26、后 后前后前 前后前后 后前后前多多层层次的次的ABBA法法45a最小变化法的变式阶梯法最小最小变变化法是按一定的梯化法是按一定的梯级级增加或减少刺激增加或减少刺激强强度度来来测测定定阈阈限的，并且限的，并且渐渐增系列和增系列和渐渐减系列是完全减系列是完全分开的。分开的。阶阶梯法和最小梯法和最小变变化法不同的地方，就在于它化法不同的地方，就在于它把增把增加和减少刺激加和减少刺激强强度的程序度的程序连续进连续进行行。当被。当被试报试报告告感感觉觉不到开始呈不到开始呈现现的刺激的刺激时时，主，主试试就按一定梯就按一定梯级级来增加刺激来增加刺激强强度；而当增加到被度；而当增加到被试试感感觉觉到了到了
27、时时，又按一定的梯又按一定的梯级级来减少刺激来减少刺激强强度。度。实验实验按按这样这样的的顺顺序序继续继续下去，直至达到一个先定的下去，直至达到一个先定的标标准或先定准或先定的的实验实验次数次数为为止。止。46aXXXXXXXXXX47aXXXXXXXXXXXXXXX48aXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX49a确定刺激确定刺激变变化梯度的原化梯度的原则则被被试试改改变变反反应应前，前，连续连续相同的反相同的反应应次数不得多次数不得多于于3次次阶阶梯太大，刺激梯太大，刺激变变化，反化，反应应也也变变化，化，测测量精确量精确性下降；性下降；阶阶梯太小，梯太小，连续连续相同的反相同的反应
28、应次数增加，次数增加，测验测验的效用降低的效用降低50a恒定刺激法基本程序基本程序选择选择距离相等的距离相等的5到到7个刺激，最大刺激个刺激，最大刺激强强度被感知的可能性大于度被感知的可能性大于95%，最小刺激，最小刺激强强度被感知的可能性低于度被感知的可能性低于5%每种刺激呈每种刺激呈现现到到50到到200次次刺激呈刺激呈现顺现顺序随机安排，序随机安排，测测量量绝对阈绝对阈限限时时，无需无需标标准准值值，测测量差量差别阈别阈限限时时，需将以上，需将以上刺激与某一刺激与某一标标准准值值比比较较求出各个刺激求出各个刺激变变量引起某种反量引起某种反应应的次数，的次数，如有、无或大、小如有、无或大、
29、小51a绝对阈绝对阈限的限的计计算算以两点以两点阈阈的的测测定定为为例例 实验程序：5个等距的刺激8、9、10、11、12毫米，每个呈现200次，要求被试报告是“两点还是“一点”u用直线内插法求绝对阈限：将刺激作为横坐标，以正确判断的百分数作为纵坐标画曲线从纵轴的50%处画出与横轴平行的直线，与曲线相交于点a,从点a向横轴画垂线，垂线与横轴相交处就是两点阈。应用比例算式计算：11-10/66-29=X-10/50-2952a差差别阈别阈限的限的计计算算以重量辨以重量辨别实验为别实验为例例 实验实验程序：以程序：以200克克为标为标准刺激，以从准刺激，以从185到到215克克间间隔隔为为5克的克的7个重量作个重量作为为比比较较刺激，要求被刺激，要求被试试做做“重重”“相等相等”“轻轻”三三类类反反应应用直用直线线内插法求差内插法求差别阈别阈限：限：以三种反以三种反应应的次数作的次数作为纵为纵坐坐标标画曲画曲线线直直线线内插求得内插求得50%次被判断次被判断为为比比标标准刺激准刺激重重的重的重量和量和50%次被判断比次被判断比标标准刺激准刺激轻轻的重量，分的重量，分别别作作为为上限和下限，根据上限和下限，上限和下限，根据上限和下限，计计算差算差别阈别阈限限=1/2(上限上限-下限下限)。 53a54a55a
