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实验心理学3
重量差别阈限的测定
1 引言
恒定刺激法（或称固定刺激法）又叫正误法、次数法，是心理物理法中最正确、应用最广的方法。其特点是：在整个实验中始终应用若干恒定的刺激，并以随机顺序反复呈现这些刺激，来测定绝对阈限和差别阈限。其具体做法如下：（1）主试从预备试验中选出少数刺激，一般是5～7个，这几个刺激在整个测定过程中是固定不变的。选择刺激的依据是：选定呈现的刺激范围后，再在这个范围内选取距离相等的刺激5～7个。（2）选中的每种刺激要向被试呈现多次，一般每种刺激呈现50～200次。（3）呈现刺激的次序事先经过随机安排，不让被试知道。若用以测量绝对阈限，不需要标准刺激；若用以测定差别阈限或等值，则需要包括一个标准刺激。（4）在统计结果时，必须求出各个刺激变量引起某种反应（有、无或大、小）的次数。
用恒定刺激法测定差别阈限的方法是：让被试将比较刺激与标准刺激加以比较，标准刺激是被感觉到某一刺激强度，比较刺激可以在标准刺激上下一段距离内确定，一般选定5～7个刺激强度作为比较刺激，而且它们在测定过程中是恒定不变的，要特别注意的是选定的刺激最大强度为每次呈现几乎都能为被试感觉到的强度，它被感觉到的可能性不低于95%。选定的刺激最小强度为每次呈现几乎都不能为被试感觉到的强度，它被感觉到的可能性不高于5%。选定的呈现刺激的范围之后，再在这个范围内取距离相等的刺激。。比较刺激要随机呈现，每个比较刺激与标准刺激至少要比较100次。用此方法测定差别阈限的反应变量要求被试以口头报告的方式表示，较早的方法是表示为三类反应，即“大于”、“等于”和“小于”，分别记为“+” 、“=”和“-”。后来有人提出：让被试作三类反应时，因其中有“等于”的反应，若被试较为自信则会作出“等于”的反应就较少，若被试较为谨慎则会作出“等于”的反应就较多，这样会直接影响差别阈限的大小。所以有的心理学家将“等于”的反应单列，并以此来分析被试内心心理偏向。由于它会受到被试的态度的影响，为了消除这类影响，建议只让被试作“大于”和“小于”两种判断，即使分不清时也要作出其中一种判断。但是，这样一来，让被试觉得有些勉强。可见，三类和二类反应各有利弊，实验时刻根据情况选定其中一种。
用恒定刺激法测差别阈限时，我们用了三点判断法，即要求被试做三种反应：第二个刺激比第一个刺激重、轻还是相等。为了便于比较在标准刺激不同的情况下的差别阈限，往往需要求出其相对值，即韦伯率。相对差别阈限值=绝对差别阈限∕标准刺激。上下限和差别阈限可以根据实验结果和直线内插法计算，或是通过作图法求出。

常误
本次实验目的是通过测量重量的差别阈限，加深对差别阈限的理解，并学习如何使用恒定刺激法。
2 方法
2.1 被试
某大学21岁女大学生一名。
2.2 实验仪器
重量辨别仪，本实验采用的重量器（圆柱体）的重量规格如下：100g的2个（其中一个为标准刺激为黑色，区别于比较刺激；另一个为比较刺激），88g，92g，96g，104g，108g，112g各一个。遮眼罩一个。
2.3 实验程序
选定标准刺激为100g的圆柱体，比较刺激为重88g，92g，96g，100g，104g，108g，112g的7个圆柱体重量器。
以随机抽取编号（编号为事先准备好的上面分别写着7个比较刺激的重量）的方法选定7个比较刺激的出现顺序。7个比较刺激各与标准刺激比较50次，为了消除这种空间误差，我们选择将标准刺激和比较刺激交叉放置，确定比较刺激和标准刺激的位置（即在被试的那只手上：左或右）所以各呈现25次左手比较刺激、右手标准刺激和25次左手标准刺激、右手比较刺激。
让被试坐在桌边，遮住眼睛，手伸平，掌心向上不能弯手指，主试把刺激同时放在被试手上，被试上下掂两下约2秒放下。
主试设置好比较刺激和标准刺激的位置，记录时要分清楚。主试指导语要说清，分清楚要求被试哪只手比哪只手轻，要求被试判断标准尽量保持一致。然后给被试以下指导语：“现在请你一对一对地比较圆柱体的重量，当你感觉我把圆柱体放在你手上时，你感觉一下，然后对两个物体的重量感觉进行比较。每次比较后还必须做出判断，判断标准尽量前后一致。”
主试要把圆柱体呈现给同一个位置上，被试的前臂在桌上的位置尽量保持不变。比较一段时间后可以休息，并让被试将手臂离开桌面自由活动一会儿。
在进行350次比较时，主试根据被试报告感觉到的刺激与标准刺激间的轻、重或一样，分别记为“-”、“+”或“=”。
3 结果
分别统计各变异刺激比标准刺激轻、重和相等的次数，并列出相应的百分数。根据表1的数据用平均Z分数法求差别阈限，如下。

刺激S/g P Z值
88 22 -0.77
92 42 -0.20 92g的平均Z，-0.31
96 52 +0.05
96 52 +0.05
100 54 +0.10 100g的平均Z，+0.22
104 70 +0.52

运用Z=（刺激-绝对阈限）/SD公式得出50%的次数被判断比较刺激重的重量为96.63g,同样方法求出50%的次数被判断比较刺激轻的重量为90.18g。这两个数值分别为上限和下限。根据上限和下限就可以计算：绝对差别阈限=(96.63-90.18)/2=3.23(g)。

表1 各种比较刺激与标准刺激100g之间比较结果
比较刺激
（单位：g）

+
判断次数及百分比
－

88
11／22％
32／64％
7／14％
92
21／42％
25／50％
4／8％
96
26／52％
21／42％
3／6％
100
27／54％
17／34％
6／12％
104
35／70％
13／26％
2／4％
108
38／76％
10／20％
2／4％
112
42／84％
5／10％
3／6％

图1 各种比较刺激与标准刺激100g之间比较的折线图
4 讨论
本次实验可以说是一个经典实验，存在很多相关历史研究。韦伯（Weber，1834）通过对最小可觉差（jnd，即差别阈限）与物理刺激强度之间的关系的研究发现，对于作用于同一感觉通道的刺激，其差别阈限和当前刺激强度之比为一个定值（即韦伯分数）。用公式表示为：△Φ/Φ=C，其中△Φ表示差别阈限，Φ表示刺激的强度水平，C代表韦伯分数。这就是著名的韦伯定律，它适用于中等强度范围内的刺激。
之后，费希纳（Fechner，1860）继承了韦伯的研究成果，他认为，差别阈限引起感觉量增加一个可觉差量（JND），因此JND可用作单位来测量感觉量的大小。费希纳使用差别阈限作为刺激测量单位、最小可觉差作为感觉量的测量单位，对阈上刺激进行了大量的实验研究，并对这些实验结果进行归纳与推导，得到了刺激量与心理量的对数关系定律：随着刺激强度以几何级数增加时，刺激引起的心理量则以算术级数增加，即刺激引起的心理量与刺激强度的对数成正比。对数定律的表达式为：S=k×logR。其中：S代表心理量，R代表刺激量，k为常数。该定律可由韦伯定律推导而来，所以费希纳定律也称为费希纳-韦伯定律（Fech
ner-Weber's Law）。该定律有两个假设前提：首先，假定在一种特定的感觉范畴内，差别阈限与标准刺激之比的韦伯分数是一常数；其次，在所有刺激强度水平上，最小可觉差在心理强度上是相等的，即它是一个心理量的度量单位。
费希纳-韦伯定律得到后来大量研究的证实，被看作是一种经典的心理物理学定律。但是，也有研究认为，费希纳定律只在中等刺激强度的变化范围内才能成立，在强刺激条件下就不成立了。之后，史蒂文斯（Stevens，1957）认为刺激量与心理量之间不是对数关系，而是幂函数关系，即史蒂文斯幂定律（Stevens' power law)：S=k×R^a，其中S代表心理量，R代表刺激量，k为常数，a是随刺激类型不同而变化,而且也随刺激强度而变化的常数。幂定律可用于测量几乎所有心理量，大大改进了费希纳定律，使得心理物理学关于心理量与物理量的关系描述和阐释达到了一个新的水平。
用恒定刺激法测定重量差别阈限的特点是：只用少数的几个刺激，而且它们在测定过程中是恒定不变的。要从预备实验中根据最强刺激（被感觉到的可能性不低于95%）和最弱的刺激（感觉到的可能性不高于5%）选取比较刺激，选出的7个比较刺激分别与标准刺激比较，选取的比较刺激呈现次序是随机的。从图1中可以观察出，随着重量器重量的增加，被试能够越来越清楚的感觉出比较刺激“重”，报告感觉到“重”的次数也随之增加；相反被试感觉到比较刺激“轻”的次数则减少了，越是比标准刺激轻的重量器被试感觉到“轻”的次数越高，这一结果是符合逻辑的。而被试报告“=”的次数都分布在7以内，说明在一定程度上被试还是蛮自信的，能够清晰辨别出是比较刺激“重”还是“轻”。本实验处理用平均Z分数法得出的结果为96.63g，而直线内插法作出的结果为95.2g。从数据分析中我们可以看出，50%的次数被判断比较刺激重的重量应该处于92g和96g之间，这样看直线内插法的结果更为准确些，但是从我们上课所学习的两种方法的准确性来看，平均Z分数法比直线内插法更为准确，出现这种结果只能说明我们的实验数据存在很大误差出现了问题，导致实验结果的不准确。
实验中为了保证实验的信度和效度要控制误差。首先，为了消除时间误差要求主试一定要在同时将器材放到被试手中，让被试稍微掂两下感觉一下轻重，为了节省实验时间，每次给被试感觉的时间不宜太长。第二，考虑到被试是左利手还是右利手，所以每个比较刺激做50次，那么就要有25次比较刺激在左手，25次比较刺激在右手，这样控制习惯误差。第三，由于刺激数目少且随机出现，因此不会出现习惯误差和期望误差，但会因此增加被试猜测成分，也可能产生误差，可以选用ABBA进行平衡。第四，随着时间增加被试可能产生疲劳效应和练习效应，所以可以在过程中进行适当休息。最后，由于实验一共要做350次，所以随着次数的增加，被试的实验积极性也会降低（如实验期间我们无意中让被试知道了我们两次放置的重量器是一样的，且被试也知道两次比较刺激分别放在左手还是右手上面，结果被试两次报告的结果却是截然相反的，由于实验次数太多被试已经对报告的结果出现无所谓的态度了），用平均差误法让被试亲自参与可能会提高被试的积极性。在本次实验前我们已经考虑到各方面可能存在的误差，所以在实验过程中我们也都尽量避免了。
5 结论
本次实验的目的基本实现，通过测定重量差别阈限来学习恒定刺激法。用恒定刺激法来测量差别阈限可用直线内插法计算阈限值，但要注意是三类反应还是二类反应。
参考文献
朱渶.2009.实验心理学.北京：北京大学出版社.
李寿欣,李传银.2007.心理实验的操作与演示.青岛：青岛出版社.
郭秀艳. 2004.实验心理学. 北京： 人民教育出版社.
杨治良．1988.基础试验心理学．兰州：甘肃人民出版社.
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