摘要：本实验的目的是通过恒定刺激法测量重量差别阈限。两名复旦大学心理系二年级本科生被随机抽取，通过其对不同重量物体的重量感受测量重量差别阈限，并证实了重量差别阈限的韦伯分数。 关键词：韦伯定律 韦伯分数 重量差别阈限 恒定刺激法
1.引言
1.1 术语解释
重量差别阈限是指刚好（或有50%的试验次数）能让被试产生重量差异感受的两个刺激之间的最小重量差异值，在重量感受方面具体表现为重量差异感受的变化与实际重量的变化之间的不同步性。换言之，对于重量不同的无励磁机，能引起被试的重量差异感受所需的重量变化值（即重量差别阈限）不同，而且两者之间比例是恒定的。
恒定刺激法（或称固定刺激法，method of constant stimmulus）又叫正误法、次数法，是由
费希纳提出的传统心理物理法中最准确、应用最广的方法之一。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。用该法测定差别阈限时，首先要在标准刺激上下一段距离内（从几乎完全觉察不到，到几乎完全能觉察到）选定5-7个强度水平的刺激作为比较刺激；然后将其与标准刺激进行比较，并以相同的方法记录每个比较刺激所对应的三类反应（“大”、“小”和“相等”）的频数，其中“大”、“小”两类反应代表了两类重量差异感受（比较刺激比标准刺激要重或轻），因此这两类反应的频数可以作为衡量重量差异感受的强度的指标；最后以比较刺激的重量作为横坐标，以每个比较刺激所对应的某类反应的频数所占的百分数作为纵坐标，绘制出该类反应的曲线，进而用直线内插法等方法计算出符合操作性定义的差别阈限。
1.2 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。
1.3 本实验的教学目的
本实验通过恒定刺激法测重量差别阈限，探究重量差别阈限与不同初始重量的关系。
2.方法
2.1 被试
心理系大二本科学生一名，男性，19岁，手部无相关疾病。
2.2 材料和实验仪器
重量鉴别器，由一套八个圆柱体组成，每个圆柱体均高2cm，直径4cm。具体包括：100g的圆柱体两个，100±4g，100±8g，100±12g的圆柱体各一个。
2.3 实验过程
2.4.1 实验设计中的随机化
实验中共进行140次实验。其中每一组刺激呈现20次，共7组。（88g，92g，96g，100g，104g，108g，112g）。其中每一组刺激的出现次序以及每一组中标准刺激和比较刺激出现的先后顺序都通过Excel中的Rand()函数所得的随机值进行排序得到实验顺序从而实现随机化。
2.4.2 程序
1）每个被试都单独进行测试。取重量为100g的圆柱体为标准刺激，取88g，92g，96g，100g，104g，108g和112g的圆柱体作为比较刺激。所有圆柱体均为有标签的一面朝下放置。让被试坐在桌边，手心朝上，同时要求被试闭眼。
2）实验正式开始后，给被试指导语：“稍后你的手上会先后放上两个物体，请你比较圆柱体的重量，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。这样一共要比较140次，每次比较后还必须做出判断，判断标准尽量前后一致，
完成判断后说出你觉得后面的物体较前面的物体轻还是重或是相等。”
狮子和鹿教学设计3）比较刺激和标准刺激逐对相继呈现。主试拿起圆柱体放在被试手心，要求其注意感受其重量，2秒后移除该圆柱体，放上另一圆柱体，要求被试对前后两个圆柱体的重量进行比较，判断后一个物体较轻，较重还是相等，对三类反应分别以“-”、“+”、“=”进行标记。
4）刺激应放在手的同一位置，比较刺激和标准刺激呈现的时间间隔不要超过1秒，以免被试的感觉消退；两次比较之间至少间隔5秒以免引起差异感受相互干扰。
3.结果
3.1 频数分布
表1 每个比较刺激所对应的三类反应的频数和百分比（被试一，本组被试）
比较刺激 （克） | 反应的频数（频数所占百分比） |
“+” | “=” | “-” |
88 | 30 | 20 | 50 |
92 | 30 | 15 | 55 |
96 | 25 | 25 | 50 |
《关于企业加强职工福利费财务管理的通知》100化学镀镍 | 30 | 35 电视剧远东阴谋 | 35 |
104 | 60 | 30 | 10 |
108 | 70 | 15 | 15 |
112 | 80 | 10 | 10 |
| | | |
表2 每个比较刺激所对应的三类反应的频数和百分比（被试二）
比较刺激 （克） | 反应的频数（频数所占百分比） |
| “+” | “=” | “-” |
88 | 5 | 10 | 85 |
92 | 10 | 45 | 45 |
96 | 25 | 0 | 75 |
100 | 30 | 后退跑 40 | 30 |
104 | 45 | 25 | 30 |
108 | 70 | 10 | 20 |
112 | 70 | 面罩共鸣15 | 15 |
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3.2 三类反应曲线图
以比较刺激的重量作为横坐标，以每个比较刺激所对应的某类反应的频数在该类反应中的总频数中所占的百分比作为纵坐标，分别绘制出三类反应的曲线。
图1 用直线内插法求解差别阈限值（被试一，本组被试）
图2 用直线内插法求解差别阈限值（被试二）
3.3 求差别阈限
被试一：以直线内插法求得50%的次数被判断为比标准刺激重的比较刺激的重量为102.6克和50%的次数被判断为比标准刺激轻的比较刺激重量为96.0克。前者即重量差别阈限的上限Lu，后者即下限Ll，由此可得：差别阈限DL=（Lu-Ll）/2=3.3克。
被试二：以直线内插法求得50%的次数被判断为比标准刺激重的比较刺激的重量为104.9克和50%的次数被判断为比标准刺激轻的比较刺激重量为98.3克。前者即重量差别阈限的上限Lu，后者下限Ll，由此可得：差别阈限DL=（Lu-Ll）/2=3.3克。
4.讨论分析
4.1 韦伯定律的印证
根据韦伯定律，△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，和刺激强度有关。重量差别阈限的C值约为0.030。两被试差别阈限均为3.3g，由此得出C=0.033，基本符合韦伯定律。
4.2 数据录入的普遍错误
在统计其他小组的实验数据时，我们发现数据的偏差非常之大，调查后我们发现造成这样的原因是因为许多小组在实验过程中对“+—”符号代表的意义理解有偏差。本实验中“+”号代表被试认为比较刺激比标准刺激重，“-”号反之；而实验过程中许多小组认为“+”代表后呈现的刺激比前呈现的刺激重，“-”号反之，这样便导致了一半的数据录入是相反的。因此在实验过程中，若比较刺激在标准刺激之前，应该反向录入数据，以免引起不必要的麻烦。
4.3 实验误差分析
本实验误差主要来自被试的主观感受差异很大。本实验中的对称设计可以抵消大部分顺序误差，并不影响实验结果，但是在“等于”一项的判断上，本实验的被试由于都是心理系的学生，事先都看过实验内容（七个比较刺激中只有一个是“等于”），所以做出“等于”反应的判断标准较严格，有时对相似的重量会做出“大于”或者“小于”的猜测，会对实验结果产生影响。为避免这种情况可以采用75%差别阈限，即只设定“大于”和“小于”两种选择，同时将两条直线在纵坐标75%处的作为上限和下限，求出75%差别阈限。
此外，随着实验进行被试会产生感觉疲劳，导致对刺激不敏感；同时实验本身的机械性会给被试带来厌倦的负面情绪，错误率有阶段性的显著提升。因此实验过程中每组之间的间隔应大大加长。
最后，在作图过程中由于材料限制我们采用Excel作图，导致作图时不能很好地拟合图像，而是采用了平滑线的处理方法，而读数也只能通过目测读取。这样做带来了不小的统计误差。
4.4 实验优化
为进一步印证韦伯定律，我们可以采用不同的标准刺激。可对应增加200g，500g的标准刺激，根据韦伯定律其重量差别阈限应该是6g和15g左右，从而采取相同的试验程序加以印证。
5.结论
以100g为标准刺激时重量差别阈限为3.3g，基本符合韦伯定律中重量差别阈限的韦伯分数。
参考文献
[1]郭秀艳，实验心理学，人民教育出版社，2004
[2]杨治良，实验心理学，浙江教育出版社，1998
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