恒定刺激法測定重量差別閾限

1、摘要：本實驗的目的是通過恒定刺激法測量重量差別閾限。兩名復旦大學心理系二年級本科生被隨機抽取， 通過其對不同重量物體的重量感受測量重量差別閾限，并證實了重量差別閾限的韋伯分數(shù)。關(guān)鍵詞：韋伯定律 韋伯分數(shù) 重量差別閾限 恒定刺激法1.引言1.1術(shù)語解釋重量差別閾限是指剛好（或有50%的試驗次數(shù)）能讓被試產(chǎn)生重量差異感受的兩個刺激 之間的最小重量差異值，在重量感受方面具體表現(xiàn)為重量差異感受的變化與實際重量的變化 之間的不同步性。換言之，對于重量不同的無勵磁機，能引起被試的重量差異感受所需的重 量變化值（即重量差別閾限）不同，而且兩者之間比例是恒定的。恒定刺激法（或稱固定刺激法，method of

2、constant stimmulus）又叫正誤法、次數(shù)法， 是由費希納提出的傳統(tǒng)心理物理法中最準確、應用最廣的方法之一。其特點是：在整個實驗 中始終應用若干恒定的刺激，并以隨機順序反復呈現(xiàn)這些刺激，來測定絕對閾限和差別閾限。 用該法測定差別閾限時，首先要在標準刺激上下一段距離內(nèi)（從幾乎完全覺察不到，到幾乎 完全能覺察到）選定5-7個強度水平的刺激作為比較刺激；然后將其與標準刺激進行比較， 并以相同的方法記錄每個比較刺激所對應的三類反應（“大”、“小”和“相等”）的頻數(shù)，其 中“大”、“小”兩類反應代表了兩類重量差異感受（比較刺激比標準刺激要重或輕），因此 這兩類反應的頻數(shù)可以作為衡量重量差異感

3、受的強度的指標;最后以比較刺激的重量作為橫 坐標，以每個比較刺激所對應的某類反應的頻數(shù)所占的百分數(shù)作為縱坐標，繪制出該類反應 的曲線，進而用直線內(nèi)插法等方法計算出符合操作性定義的差別閾限。1.2歷史研究韋伯（Weber，1834）通過對最小可覺差（jnd，即差別閾限）與物理刺激強度之間的關(guān) 系的研究發(fā)現(xiàn)，對于作用于同一感覺通道的刺激，其差別閾限和當前刺激強度之比為一個定 值（即韋伯分數(shù)）。用公式表示為：/=C，其中表示差別閾限，表示刺激的強度 水平，C代表韋伯分數(shù)。這就是著名的韋伯定律，它適用于中等強度范圍內(nèi)的刺激。之后，費希納（Fechner，1860）繼承了韋伯的研究成果，他認為，差別閾限

4、引起感覺 量增加一個可覺差量（JND），因此JND可用作單位來測量感覺量的大小。費希納使用差別閾 限作為刺激測量單位、最小可覺差作為感覺量的測量單位，對閾上刺激進行了大量的實驗研 究，并對這些實驗結(jié)果進行歸納與推導，得到了刺激量與心理量的對數(shù)關(guān)系定律：隨著刺激 強度以幾何級數(shù)增加時，刺激引起的心理量則以算術(shù)級數(shù)增加，即刺激引起的心理量與刺激 強度的對數(shù)成正比。對數(shù)定律的表達式為：S=kXlogR0其中：S代表心理量，R代表刺激量， k為常數(shù)。該定律可由韋伯定律推導而來，所以費希納定律也稱為費希納韋伯定律（Fech ner-Webers Law）。該定律有兩個假設(shè)前提：首先，假定在一種特定的感覺

5、范疇內(nèi)，差別閾 限與標準刺激之比的韋伯分數(shù)是一常數(shù)；其次，在所有刺激強度水平上，最小可覺差在心理 強度上是相等的，即它是一個心理量的度量單位。費希納-韋伯定律得到后來大量研究的證實，被看作是一種經(jīng)典的心理物理學定律。但 是，也有研究認為，費希納定律只在中等刺激強度的變化范圍內(nèi)才能成立，在強刺激條件下 就不成立了。之后，史蒂文斯（Stevens，1957）認為刺激量與心理量之間不是對數(shù)關(guān)系， 而是冪函數(shù)關(guān)系，即史蒂文斯冪定律（Stevens power law）: S=kXR*，其中S代表心理 量，R代表刺激量，k為常數(shù)，a是隨刺激類型不同而變化,而且也隨刺激強度而變化的常數(shù)。 冪定律可用于測量

6、幾乎所有心理量，大大改進了費希納定律，使得心理物理學關(guān)于心理量與 物理量的關(guān)系描述和闡釋達到了一個新的水平。1.3本實驗的教學目的本實驗通過恒定刺激法測重量差別閾限，探究重量差別閾限與不同初始重量的關(guān)系。方法2.1被試心理系大二本科學生一名，男性，19歲，手部無相關(guān)疾病。2.2材料和實驗儀器重量鑒別器，由一套八個圓柱體組成，每個圓柱體均高2cm，直徑4cm。具體包括：100g 的圓柱體兩個，1004g，1008g，10012g的圓柱體各一個。2.3實驗過程2.4.1實驗設(shè)計中的隨機化實驗中共進行140次實驗。其中每一組刺激呈現(xiàn)20次，共7組。（88g，92g，96g，100g， 104g，10

7、8g，112g）。其中每一組刺激的出現(xiàn)次序以及每一組中標準刺激和比較刺激出現(xiàn)的 先后順序都通過Excel中的Rand（）函數(shù)所得的隨機值進行排序得到實驗順序從而實現(xiàn)隨機 化。2.4.2程序1）每個被試都單獨進行測試。取重量為100g的圓柱體為標準刺激，取88g，92g，96g， 100g，104g，108g和112g的圓柱體作為比較刺激。所有圓柱體均為有標簽的一面朝下放置。 讓被試坐在桌邊，手心朝上，同時要求被試閉眼。2）實驗正式開始后，給被試指導語：“稍后你的手上會先后放上兩個物體，請你比較圓 柱體的重量，當你感覺我把圓柱體放在你手上時，你感覺一下，然后對兩個物體的重量感覺 進行比較。這樣一

8、共要比較140次，每次比較后還必須做出判斷，判斷標準盡量前后一致， 完成判斷后說出你覺得后面的物體較前面的物體輕還是重或是相等?！?）比較刺激和標準刺激逐對相繼呈現(xiàn)。主試拿起圓柱體放在被試手心，要求其注意感 受其重量，2秒后移除該圓柱體，放上另一圓柱體，要求被試對前后兩個圓柱體的重量進行 比較，判斷后一個物體較輕，較重還是相等，對三類反應分別以心、 + ”、 二 ”進行標記。4）刺激應放在手的同一位置，比較刺激和標準刺激呈現(xiàn)的時間間隔不要超過1秒，以 免被試的感覺消退；兩次比較之間至少間隔5秒以免引起差異感受相互干擾。結(jié)果3.1頻數(shù)分布表1每個比較刺激所對應的三類反應的頻數(shù)和百分比（被試一，本

9、組被試）比較刺激（克）反應的頻數(shù)（頻數(shù)所占百分比）“+”“=”“-”883020509230155596252550100303535104603010108701515112801010表2每個比較刺激所對應的三類反應的頻數(shù)和百分比（被試二）比較刺激反應的頻數(shù)（頻數(shù)所占百分比）（克）“+”“=”“-”88510859210454596250751003040301044525301087010201127015153.2三類反應曲線圖以比較刺激的重量作為橫坐標,以每個比較刺激所對應的某類反應的頻數(shù)在該類反應中3.3求差別閾限被試一：以直線內(nèi)插法求得50%的次數(shù)被判斷為比標準刺激重的比較刺激的

10、重量為 102.6克和50%的次數(shù)被判斷為比標準刺激輕的比較刺激重量為96.0克。前者即重量差別閾 限的上限Lu，后者即下限Ll，由此可得：差別閾限D(zhuǎn)L=（Lu-Ll）/2=3.3克。被試二：以直線內(nèi)插法求得50%的次數(shù)被判斷為比標準刺激重的比較刺激的重量為 104.9克和50%的次數(shù)被判斷為比標準刺激輕的比較刺激重量為98.3克。前者即重量差別閾 限的上限Lu，后者下限Ll，由此可得：差別閾限D(zhuǎn)L=（Lu-Ll）/2=3.3克。討論分析4.1韋伯定律的印證根據(jù)韋伯定律，/=C，其中表示差別閾限，表示刺激的強度水平，C代表 韋伯分數(shù)，和刺激強度有關(guān)。重量差別閾限的C值約為0.030。兩被試差別

11、閾限均為3.3g， 由此得出C=0.033，基本符合韋伯定律。4.2數(shù)據(jù)錄入的普遍錯誤在統(tǒng)計其他小組的實驗數(shù)據(jù)時，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的偏差非常之大，調(diào)查后我們發(fā)現(xiàn)造成這 樣的原因是因為許多小組在實驗過程中對“+一”符號代表的意義理解有偏差。本實驗中“ + ” 號代表被試認為比較刺激比標準刺激重，-”號反之；而實驗過程中許多小組認為“+”代 表后呈現(xiàn)的刺激比前呈現(xiàn)的刺激重，“-”號反之，這樣便導致了一半的數(shù)據(jù)錄入是相反的。 因此在實驗過程中，若比較刺激在標準刺激之前，應該反向錄入數(shù)據(jù)，以免引起不必要的麻 煩。4.3實驗誤差分析本實驗誤差主要來自被試的主觀感受差異很大。本實驗中的對稱設(shè)計可以抵消大部分順

12、 序誤差，并不影響實驗結(jié)果，但是在“等于”一項的判斷上，本實驗的被試由于都是心理系 的學生，事先都看過實驗內(nèi)容（七個比較刺激中只有一個是“等于），所以做出“等于”反 應的判斷標準較嚴格，有時對相似的重量會做出“大于”或者“小于”的猜測，會對實驗結(jié) 果產(chǎn)生影響。為避免這種情況可以采用75%差別閾限，即只設(shè)定“大于”和“小于”兩種選 擇，同時將兩條直線在縱坐標75%處的作為上限和下限，求出75%差別閾限。此外，隨著實驗進行被試會產(chǎn)生感覺疲勞，導致對刺激不敏感；同時實驗本身的機械性 會給被試帶來厭倦的負面情緒，錯誤率有階段性的顯著提升。因此實驗過程中每組之間的間 隔應大大加長。最后，在作圖過程中由于材料限制我們采用Excel作圖，導致作圖時不能很好地擬合圖 像，而是采用了平滑線的處理方法，而讀數(shù)也只能通過目測讀取。這樣做帶來了不小的統(tǒng)計