恒定刺激法測(cè)定重量差別閾限

1、摘要：本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)恒定刺激法測(cè)量重量差別閾限。兩名復(fù)旦大學(xué)心理系二年級(jí)本科生被隨機(jī)抽取， 通過(guò)其對(duì)不同重量物體的重量感受測(cè)量重量差別閾限，并證實(shí)了重量差別閾限的韋伯分?jǐn)?shù)。關(guān)鍵詞：韋伯定律 韋伯分?jǐn)?shù) 重量差別閾限 恒定刺激法1.引言1.1術(shù)語(yǔ)解釋重量差別閾限是指剛好（或有50%的試驗(yàn)次數(shù)）能讓被試產(chǎn)生重量差異感受的兩個(gè)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(shí)際重量的變化 之間的不同步性。換言之，對(duì)于重量不同的無(wú)勵(lì)磁機(jī)，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(fèi)希納提出的傳統(tǒng)心理物理法中最準(zhǔn)確、應(yīng)用最廣的方法之一。其特點(diǎn)是：在整個(gè)實(shí)驗(yàn) 中始終應(yīng)用若干恒定的刺激，并以隨機(jī)順序反復(fù)呈現(xiàn)這些刺激，來(lái)測(cè)定絕對(duì)閾限和差別閾限。 用該法測(cè)定差別閾限時(shí)，首先要在標(biāo)準(zhǔn)刺激上下一段距離內(nèi)（從幾乎完全覺(jué)察不到，到幾乎 完全能覺(jué)察到）選定5-7個(gè)強(qiáng)度水平的刺激作為比較刺激；然后將其與標(biāo)準(zhǔn)刺激進(jìn)行比較， 并以相同的方法記錄每個(gè)比較刺激所對(duì)應(yīng)的三類反應(yīng)（“大”、“小”和“相等”）的頻數(shù)，其 中“大”、“小”兩類反應(yīng)代表了兩類重量差異感受（比較刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激要重或輕），因此 這兩類反應(yīng)的頻數(shù)可以作為衡量重量差異感

3、受的強(qiáng)度的指標(biāo);最后以比較刺激的重量作為橫 坐標(biāo)，以每個(gè)比較刺激所對(duì)應(yīng)的某類反應(yīng)的頻數(shù)所占的百分?jǐn)?shù)作為縱坐標(biāo)，繪制出該類反應(yīng) 的曲線，進(jìn)而用直線內(nèi)插法等方法計(jì)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(guò)對(duì)最小可覺(jué)差（jnd，即差別閾限）與物理刺激強(qiáng)度之間的關(guān) 系的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于作用于同一感覺(jué)通道的刺激，其差別閾限和當(dāng)前刺激強(qiáng)度之比為一個(gè)定 值（即韋伯分?jǐn)?shù)）。用公式表示為：/=C，其中表示差別閾限，表示刺激的強(qiáng)度 水平，C代表韋伯分?jǐn)?shù)。這就是著名的韋伯定律，它適用于中等強(qiáng)度范圍內(nèi)的刺激。之后，費(fèi)希納（Fechner，1860）繼承了韋伯的研究成果，他認(rèn)為，差別閾限

4、引起感覺(jué) 量增加一個(gè)可覺(jué)差量（JND），因此JND可用作單位來(lái)測(cè)量感覺(jué)量的大小。費(fèi)希納使用差別閾 限作為刺激測(cè)量單位、最小可覺(jué)差作為感覺(jué)量的測(cè)量單位，對(duì)閾上刺激進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研 究，并對(duì)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納與推導(dǎo)，得到了刺激量與心理量的對(duì)數(shù)關(guān)系定律：隨著刺激 強(qiáng)度以幾何級(jí)數(shù)增加時(shí)，刺激引起的心理量則以算術(shù)級(jí)數(shù)增加，即刺激引起的心理量與刺激 強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比。對(duì)數(shù)定律的表達(dá)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(dǎo)而來(lái)，所以費(fèi)希納定律也稱為費(fèi)希納韋伯定律（Fech ner-Webers Law）。該定律有兩個(gè)假設(shè)前提：首先，假定在一種特定的感覺(jué)

5、范疇內(nèi)，差別閾 限與標(biāo)準(zhǔn)刺激之比的韋伯分?jǐn)?shù)是一常數(shù)；其次，在所有刺激強(qiáng)度水平上，最小可覺(jué)差在心理 強(qiáng)度上是相等的，即它是一個(gè)心理量的度量單位。費(fèi)希納-韋伯定律得到后來(lái)大量研究的證實(shí)，被看作是一種經(jīng)典的心理物理學(xué)定律。但 是，也有研究認(rèn)為，費(fèi)希納定律只在中等刺激強(qiáng)度的變化范圍內(nèi)才能成立，在強(qiáng)刺激條件下 就不成立了。之后，史蒂文斯（Stevens，1957）認(rèn)為刺激量與心理量之間不是對(duì)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(qiáng)度而變化的常數(shù)。 冪定律可用于測(cè)量

6、幾乎所有心理量，大大改進(jìn)了費(fèi)希納定律，使得心理物理學(xué)關(guān)于心理量與 物理量的關(guān)系描述和闡釋達(dá)到了一個(gè)新的水平。1.3本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的本實(shí)驗(yàn)通過(guò)恒定刺激法測(cè)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(xué)生一名，男性，19歲，手部無(wú)相關(guān)疾病。2.2材料和實(shí)驗(yàn)儀器重量鑒別器，由一套八個(gè)圓柱體組成，每個(gè)圓柱體均高2cm，直徑4cm。具體包括：100g 的圓柱體兩個(gè)，1004g，1008g，10012g的圓柱體各一個(gè)。2.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的隨機(jī)化實(shí)驗(yàn)中共進(jìn)行140次實(shí)驗(yàn)。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(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激出現(xiàn)的 先后順序都通過(guò)Excel中的Rand（）函數(shù)所得的隨機(jī)值進(jìn)行排序得到實(shí)驗(yàn)順序從而實(shí)現(xiàn)隨機(jī) 化。2.4.2程序1）每個(gè)被試都單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試。取重量為100g的圓柱體為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)簽的一面朝下放置。 讓被試坐在桌邊，手心朝上，同時(shí)要求被試閉眼。2）實(shí)驗(yàn)正式開(kāi)始后，給被試指導(dǎo)語(yǔ)：“稍后你的手上會(huì)先后放上兩個(gè)物體，請(qǐng)你比較圓 柱體的重量，當(dāng)你感覺(jué)我把圓柱體放在你手上時(shí)，你感覺(jué)一下，然后對(duì)兩個(gè)物體的重量感覺(jué) 進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)盡量前后一致， 完成判斷后說(shuō)出你覺(jué)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(biāo)準(zhǔn)刺激逐對(duì)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(duì)前后兩個(gè)圓柱體的重量進(jìn)行 比較，判斷后一個(gè)物體較輕，較重還是相等，對(duì)三類反應(yīng)分別以心、 + ”、 二 ”進(jìn)行標(biāo)記。4）刺激應(yīng)放在手的同一位置，比較刺激和標(biāo)準(zhǔn)刺激呈現(xiàn)的時(shí)間間隔不要超過(guò)1秒，以 免被試的感覺(jué)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(gè)比較刺激所對(duì)應(yīng)的三類反應(yīng)的頻數(shù)和百分比（被試一，本

9、組被試）比較刺激（克）反應(yīng)的頻數(shù)（頻數(shù)所占百分比）“+”“=”“-”883020509230155596252550100303535104603010108701515112801010表2每個(gè)比較刺激所對(duì)應(yīng)的三類反應(yīng)的頻數(shù)和百分比（被試二）比較刺激反應(yīng)的頻數(shù)（頻數(shù)所占百分比）（克）“+”“=”“-”88510859210454596250751003040301044525301087010201127015153.2三類反應(yīng)曲線圖以比較刺激的重量作為橫坐標(biāo),以每個(gè)比較刺激所對(duì)應(yīng)的某類反應(yīng)的頻數(shù)在該類反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度水平，C代表 韋伯分?jǐn)?shù)，和刺激強(qiáng)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(cuò)誤在統(tǒng)計(jì)其他小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，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?yàn)樵S多小組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)“+一”符號(hào)代表的意義理解有偏差。本實(shí)驗(yàn)中“ + ” 號(hào)代表被試認(rèn)為比較刺激比標(biāo)準(zhǔn)刺激重，-”號(hào)反之；而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中許多小組認(rèn)為“+”代 表后呈現(xiàn)的刺激比前呈現(xiàn)的刺激重，“-”號(hào)反之，這樣便導(dǎo)致了一半的數(shù)據(jù)錄入是相反的。 因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若比較刺激在標(biāo)準(zhǔn)刺激之前，應(yīng)該反向錄入數(shù)據(jù)，以免引起不必要的麻 煩。4.3實(shí)驗(yàn)誤差分析本實(shí)驗(yàn)誤差主要來(lái)自被試的主觀感受差異很大。本實(shí)驗(yàn)中的對(duì)稱設(shè)計(jì)可以抵消大部分順

12、 序誤差，并不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是在“等于”一項(xiàng)的判斷上，本實(shí)驗(yàn)的被試由于都是心理系 的學(xué)生，事先都看過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（七個(gè)比較刺激中只有一個(gè)是“等于），所以做出“等于”反 應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)格，有時(shí)對(duì)相似的重量會(huì)做出“大于”或者“小于”的猜測(cè)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)將兩條直線在縱坐標(biāo)75%處的作為上限和下限，求出75%差別閾限。此外，隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行被試會(huì)產(chǎn)生感覺(jué)疲勞，導(dǎo)致對(duì)刺激不敏感；同時(shí)實(shí)驗(yàn)本身的機(jī)械性 會(huì)給被試帶來(lái)厭倦的負(fù)面情緒，錯(cuò)誤率有階段性的顯著提升。因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每組之間的間 隔應(yīng)大大加長(zhǎng)。最后，在作圖過(guò)程中由于材料限制我們采用Excel作圖，導(dǎo)致作圖時(shí)不能很好地?cái)M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(guò)目測(cè)讀取。這樣做帶來(lái)了不小的統(tǒng)計(jì)