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《实验心理学》

作者:杨治良    文章来源:《实验心理学》    点击数:    更新时间:2006-7-30
-tion time)。
以上就是唐德斯减数法的原理,尽管很长时间以来,也有不少人反对唐
德斯的三成分说,其主要理由是:B 反应决不是在C 反应上简单地加上些什
么;C 反应也决不是在A 反应上简单地加上些什么。但是,唐得斯的减数法
在19 世纪60 年代到20 世纪60 年代这样长的时间内,在实验心理学中占有
很高的地位,他的三成分说和减数法法则曾广泛应用于许多领域。今天,认
知心理学正是这样应用减法反应时实验提供的数据来推论其现象背后的信息
加工过程。
(二)减数法的典型实验
在当今涉及快速的信息加工过程中,例如识别、注意、表象和短时记忆
等,常常应用减数反应时实验。这种实验既可用来研究信息加工的某个特定
阶段或其操作,也可用来研究一系列连续的信息加工阶段,证明某一心理过
程的存在。下面我们介绍减数法的三个典型实验。
1.证明心理移转存在的实验 70 年代初,库柏和谢波德(Cooper&
Shepard,1973)用减数法反应时实验证明了心理移转(注 3-3)的存在。
怎样证明它的存在呢?
注3-3:心理移转(或心理旋转)(mental rotation)指单凭心理运作(不靠实
际操作),
将所知觉之对象予以移转,从而获得正确知觉经验的心理历程。
库柏等取非对称性的字母或数字(J、G、2、5、7 等)为实验材料,根
据“正”、“反”以及不同的倾斜度,构成12 种情况(见图3-19)。从图
上可见,由于R 字母在垂直或水平方向均是不对称的,所以正、反也是不相
同的。在这个实验里,被试的任务是不管倾斜度如何,只要判明正或反,并
作出反应。
实验根据:有没有提示?单项提示还是双项提示?先后提示还是同时提
示?由这三个变量而分成五种实验条件(见图3-20)。具体地说,这五种
实验条件是:(1)完全没有提示,即测验前2 秒钟后呈现空白信号,持续2
秒钟;(2)提示正或反,即测验前2 秒钟呈现正或反的提示信号,持续2
秒钟;(3)提示倾斜度,即测验前2 秒钟用箭头提示倾斜度数,也是持续2
秒钟;(4)分别提示正、反和倾斜度,即用两个信号分别提示正、反和倾斜
度,而倾斜度的提示时间是可变化的,共有距测验100 毫秒、400 毫秒、700
毫秒和10O0 毫秒等四种情况;(5)同时提示正、反和倾斜度,即在测验前
用二个信号同时提示正、反和倾斜度,都持续2 秒钟。实验获得了可喜结果
(见图3-21)。我们从图上可见,反映五种实验条件的曲线是有规律的。
图中数值为“正”和“反”二种反应的平均值。有趣的是“正”反应和“反”
反应二者相差总是0.1 秒,也就是说正、反移转相差0.1 秒。
那么,如何分析实验所获得的实验结果呢?也就是说图上的几条“V”形
曲线说明了什么呢?在减数法反应时实验里,通常需要安排两种不同的反应
时作业,其中一种作业包含另一种作业所没有的某个特定的心理过程,即所
要测量的心理过程,而二者在其余方面均相同,这两种反应时的差即为这个
过程所需时间。这样,此实验中,倾斜度0°和倾斜度60°二种情况,由于
其他条件均一样,故:
RT60°-RT0°=从0°至60°心理移转所需时间
RT60°:表示倾斜度60°时的反应时间
RTO°:表示倾斜度0°时的反应时间
其余类推。同理:
RT120°-RT60°=从60°至120°心理移转所需时间
有趣的是,从图3-22 上可见,这条曲线呈倒“V”形,以中间180°相
对称。由此就可推论,在0°~180°这段范围内,心理移转的方向是顺时针
的;在180°~360°这段范围内,心理移转的方向是逆时针的,即:
心理移转所需时间=RT180°-RT240°
当然,我们从库柏和谢帕德的实验中还看到,每种反应中都包括有一个
最基本的选择反应时间,这就是在0°或360°时的反应时间。这个反应是在
这个实验中最基本的成分。
这里,我们可以从这个实验中,通过反应时减数法则,说明心理移转的
存在。也就是说,在我们每人的头脑里,有事物的映象。人们都相信自己有
心理的眼睛(mind’s eye)。
2.句子-图画匹配实验 在80 年代,心理学家克拉克和蔡斯(Clark&
Chase,1972)作了句子-图画匹配实验。我国心理学家王甦撰文,将此实验
推崇为减数法的范例。在这种实验里,给被试看一个句子,紧接着再看一幅
图画,如“星形在十字之上, ”,要求被试尽快地判定,此句子是否真实
地说明了图画,作出是或否的反应,记录反应时。实验用的介词有“之上”
和“之下”,主语有“星形”和“十字”。句子的陈述有肯定的(在)和否
定的(不在),共有8 个不同的句子。克拉克和蔡斯设想,当句子出现在图
画之前时,这种句子和图画匹配任务的完成要经过几个加工阶段,并提出了
度量某些加工持续时间的参数。照他们的看法,第一个阶段是将句子转换为
其深层结构,而且对“之下”的加工要长于对“之上”的加工(参数a),
对否定句的加工要长于对肯定句的加工(参数b);第二个阶段是将图画转
换为命题,并常有前面句子中所应用的介词(“之上”或“之下”);第三
个阶段是将句子和图画两者的命题表征进行比较,如果两个表征的第一个名
词相同,则比较所需的时间比不同时为少(参数c),如果两个命题都不含
有否定,则比较所需的时间比任一命题含有否定时为少(参数d);最后的
阶段为作出反应,其所需的时间被认为是恒定的(参数t)。这样,对句子
和图画匹配的任务来说,减法反应时实验就在于将依赖所呈现的句子和图画
的诸反应时加以比较。例如,如果“星形在十字之下”这个句子真实地说明
了图画,那它就有参数a 和t0;如果“星形在十字之上”,这个句子真实地
说明了图画,那它只有参数t0;这两反应时之差就是反应参数a 的持续时间。
但参数b 和d 只出现在否定句中,所以是无法分别测量的。克拉克和蔡斯用
这种办法计算一个实验的结果,得到如下的结果:参数a 为93 毫秒,参数b
和d 为685 毫秒,参数c 为187 毫秒,参数t0 为1763 毫秒。
克拉克和蔡斯的上述实验得到肯定的评价。
3.证明某些短时记忆信息可以有视觉编码和听觉编码两个连续阶段
的实验 20 世纪60 年代以来,根据记忆实验中对错误回忆的分析,通常认
为人的短时记忆信息(如字母)是以听觉形式来编码的。但是70 年代初波斯
纳等人(Posner et al.,1990)的实验却表明,这种信息可以有视觉编码。
他们所依据的就是减数法反应时实验的结果。实验是这样进行的:给被试并
排呈现两个字母,这两个字母可以同时给被试者看,或者中间插进短暂的时
间间隔,要被试者指出这一对字母是否相同并按键作出反应,记下反应时。
所用的字母对有两种:一种是两个字母的读音和书写方法都一样,即为同一
字母(AA);另一种是两个字母的读音相同而写法不同 (Aa)。在这两种情
况下,正确的反应均为“相同”。在两个字母相继呈现时,其间隔为0.5 秒
和1 秒,或1 秒和2 秒等。他们得到的结果见图3-22。从图3-22 可以看出,
在两个字母同时呈现时,AA 对的反应时小于Aa 对;随着两个字母的时间间
隔增加,AA 对的反应时急剧增加,但Aa 对的反应时则没有发生大的变化。
并且AA 对和Aa 对的反应时的差也逐渐缩小,当时间间隔达到2 秒,这个差
别就很小,在图上看到二条曲线趋于靠拢。
针对这有趣的结果,波斯纳等认为,既然AA 对与Aa 对的区别只在于前
者的两个字母有一样的写法,而后者没有,那么,当两个字母同时呈现给被
试,Aa 对的反应时大于AA 对是由于AA 对字母可以直接按写法来比较,但Aa
对却不能按写法而必须按读音来比较。这意味着AA 对匹配是在视觉编码的基
础上进行的,而Aa 对匹配只能在听觉编码的基础上进行。必须从视觉编码过
渡到听觉编码,因此需时也较多。Aa 对与AA 对的反应时之差反映内部编码
过程的差别。可以说,先出现视觉编码,它保持一个短暂的瞬间,然后出现
听觉编码。这样,即使是AA 对,随着两个字母之间插入时间间隔及其增大,
视觉编码的效应逐渐消失,听觉编码的作用增大,其反应时间也逐渐增大,
从而缩小与Aa 对的反应时的差别。AA 对的同时呈现和继时呈现的反应时之
差也反映信息编码的这种特点。
从以上的实验结果可以看到,波斯纳等人应用减数法反应时实验清楚地
确定,某些短时记忆信息可以有视觉编码和听觉编码两个连续的阶段,这也
是认知心理学上的重大发现。
以上介绍的“心理移转”实验、“句子-图画匹配”实验、和“视觉和听
觉编码两个连续阶段”实验,乃是减数法及反应时间的典型实验范例。
减数法的反应时间实验的逻辑是安排两种反应作业,其中一个作业包含
另一个作业所没有的一个处理(加工)阶段,并在其他方面均相同,从这两
个反应时间之差来判定此加工阶段。这种实验在原则上是合理的,在实践上
是可行的。认知心理学也正是应用减数法反应时间实验提供的数据来推论其
背后的信息加工过程的。
减数法也有其弱点:使用这种方法要求实验者对实验任务引起的刺激与
反应之间的一系列心理过程有精确的认识,并且要求两个相减的任务中共有
的心理过程要严格匹配,这一般是很难的。这些弱点大大限制了减数法的广
泛使用。二、加因素法
(一)什么叫加因素法
在20 世纪,斯顿伯格(Sternberg,1969)发展了唐德斯的减数法反应
时间,提出了加法法则,称之为加因素法(additive factors method)。这
种实验并不是对减数法反应时间的否定,而是减数法的发展和延伸。加因素
法反应时间实验认为完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别需
要的时间的总和,如果发现可以影响完成作业所需时间的一些因素,那么单
独地或成对地应用这些因素进行实验,就可以观察到完成作业时间的变化。
加因素法反应时间实验的逻辑是:如果两个因素的效应是互相制约的,即一
个因素的效应可以改变另一因素的效应,那么这两个因素只作用于同一个信
息加工阶段;如果两个因素的效应是分别独立的,即可以相加,那么这两个
因素各自作用于不同的加工阶段。这样,通过单变量和多变量的实验,从完
成作业的时间变化来确定这一信息加工过程的各个阶段。因此,重要的不是
区分出每个阶段的加工时间,而是辨别认知加工的顺序,并证实不同加工阶
段的存在。加因素法假定,当两个实验因素影响两个不同的阶段时,它们将
对总反应时间产生独立的效应,即不管一个因素的水平变化如何,另一个因
素对反应时间的影响是恒定的(模式如图3-23,图中g1、g2 为g 因素的两个
水平,f1、f2 为f 因素的两个水平)。这样称两个因素的影响效应是相加的。
加因素法的基本手段是探索有相加效应的因素,以区分不同的加工阶段。
(二)加因素法的典型实验
使用加因素法分析心理过程的一个典型实验是斯顿伯格的“短时记忆信
息提取任务”。斯顿伯格在《反应时间实验揭示的心理过程》一文(1969)
中,系统地阐述了加因素法反应时间实验和用此方法所作的短时记忆信息提
取实验。在他的实验里,先给被试看1~6 个数字(识记项目),然后看一个
数字(测试项目)并同时开始计时,要求被试判定此测试数字是否是刚才识
记过的,按键作出是或否的反应,计时也随即停止。这样就可以确定被试者
能否提取以及所需要的时间(反应时间)。通过一系列的实验,斯顿伯格从
反应时的变化上确定了对提取过程有独立作用的四个因素,即测试项目的质
量(优质的或低劣的)、识记项目的数量、反应类型(肯定的或否定的)和
每个反应类型的相对频率。因此,他认为短时记忆信息提取过程包含相应的
四个独立的加工阶段,即刺激编码阶段、顺序比较阶段、二择一的决策阶段
和反应组织阶段(先前曾将最后的两个阶段合并为一个阶段)。照斯顿伯格
的看法,测试数目的质量对刺激编码阶段起作用,识记项目的数量对顺序比
较阶段起作用,反应类型对决策阶段起作用,反应类型的相对频率对反应组
织阶段起作用。现在可以将以上所说的用图表示出来(图3-24)。图中箭头
表明信息流动的方向,虚线连接起作用的因素。从图中可以看到,从短时记
忆中提取信息的过程包括测试项目的编码、顺序比较、决策和反应组织等四
个依次进行的加工阶段,下面我们不妨分四步,每步作成一个图,进行分析:
第一步,改变检验刺激(probe)的质量,发现对一个残缺、模糊的刺激
进行编码比对一个完整、清晰的刺激花的时间较长,而且对不同大小的记忆
表影响相似,即记忆表的大小仅改变Y 截距,而不改变直线的斜率,表明系
列比较阶段之前存在一个独立的编码阶段(见图3-25)。
第二步,改变记忆表中项目的数量,得出记忆表大小与反应时间之间的
线性关系,证实了系列比较阶段的存在。他假定余下的三个阶段的反应时间
对不同的大小的记忆表是不变的。将斜线向左延伸至Y 轴,Y 轴上的点提供
了系列比较为0 时的反应时间,实际上就是编码刺激做两分决定和组织反应
共花的时间(见图3-26)。
第三步,分别计算Y 与N 反应,发现对不同大小的记忆表,都是N 反应
时长于Y 反应时,表明了两种决定阶段的存在,即在系列比较之后,有一个
被试选择反应种类的阶段,而且产生N 反应比产生Y 反应难(见图3-27)。
第四步,改变某一种类反应(Y 或N)的出现频率,发现对两类反应产生
同样的影响,提高任一类反应的出现频率,都会使这类反应的组织更为容易,
从而使反应时下降。表明反应选择之后存在一个独立的反应组织阶段(见图
3-28)。
斯顿伯格在完成了上述实验后提出,加因素反应时有二个特点:(1)实
验者可以通过操作变更阶段的持续时间,完成这项工作的自变量就称之为因
素,当然,因素可以不只是一个;(2)在这些因素中又可分为二类:一类为
影响反应时间的附加因素,亦为非交互作用的因素,这类因素称之为影响反
应的附加因素,另一类因素为影响同一阶段的因素,这类因素为交互作用的
因素。因此,斯顿伯格认为,一旦找到交互作用和附加因素的模型,心理学
家也就揭示了加工阶段是怎样相关的。
斯顿伯格的模型和方法引起了很多心理学家的兴趣,也激起了大量的研
究。虽然,斯顿伯格的实验被许多心理学家看做加法反应时典型的实验,但
它也引起一些批评和疑问。加因素法的弱点是,它的基本前提是人的信息加
工是系列加工,这一点受到很多心理学家的质疑。因为加因素法反应时实验
是以信息的系列加工而不是平行加工为前提的,因而有人认为其应用会有很
多限制。其次减数法反应时实验也同样存在这个问题。这涉及认知心理学的
一个基本原则,应当予以重视。然而更为直接的问题是关于加因素法反应时
实验的逻辑,即能否应用可相加和相互制约的效应来确认信息加工的阶段。
佩奇拉(Pachella,1974)曾经指出,两个因素也许能以相加的方式对同一
个加工阶段起作用,也许能对不同的加工阶段起作用并且相互发生影响。虽
然这两种可能性目前还不能排除,但也没有根据现在就否定加因素法反应时
实验。还有人指出,加因素法反应时实验本身并不能指明一些加工阶段的顺
序,在这个方面,它极大地依赖于一定的理论模型。这个意见也值得重视。
但斯顿伯格首创的加因素法反应时实验,终究将反应时实验向前推进了一大
步,并在很大程度上,对认知心理学的发展起着积极的影响。
(三)开窗实验
开窗(open window)实验,既和减数法反应时实验有相同之处,又和加
因素法反应时实验有相同之处。由于“开窗”实验在反应时研究历史上是发
展较晚的一种方法,因此较多的教科书上都把这种实验作为加因素法反应时
的一种变式,加以分类,而从属于加因素法反应时实验。前面谈到的减数法
和加因素法反应时实验难以直接得到某个特定加工阶段所需的时间,并且还
要通过严密的推理才能被确认。如果能够比较直接地测量每个加工阶段的时
间,而且也能比较明显地看出这些加工阶段,那就好像打开窗户一览无遗了。
这种实验技术称为“开窗”实验,它是反应时实验的一种新形式,现在以汉
米尔顿(Hamilton,1977)和霍克基(Hockey,1981)的字母转换实验为例
加以说明。在这种实验里,给被试呈现1~4 个英文字母并在字母后面标上一
个数字,如“F+3”、“KENC+4”等,当呈现“F+3”时,要求被试说出英
文字母表中F 后面第三个位置的字母即“I”。换句话说,“F+3”即将F
转换为I,而“KENC+4”的正确回答是“OIRG”,但这四个转换结果要一起
说出来,凡刺激字母在一个以上时,都应如此,只作出一次反应。现以“KENC
+4”为例说明实验的具体过程。四个字母一个一个地继时呈现,由被试者按
键自行控制,被试者第一次按键就可以看见第一个字母K,同时开始计时,
接着被试者按照要求作出声转换,说出LMNO,然后再按键看第二个字母E,
再作转换。如此循环直至四个字母全部呈现并作出回答,计时也随之停止。
出声转换的开始和结束均在时间记录中标出来。根据这种实验的反应时数
据,可以明显地看出完成字母转换作业的三个加工阶段:(1)从被试者按键
看到一个字母到开始出声转换的时间为编码阶段,被试对所看到的字母进行
编码并在记忆中找到此字母在字母表中的位置;(2)被试按规定进行转换所
用的时间即为转换阶段;(3)从出声转换结束到按键看下一个字母的时间为
贮存阶段,被试将转换的结果贮存到记忆中,有时还须将前面的转换结束加
以复述和归并。这三个阶段可用图3-29 来表示。在四个刺激字母实验里,可
以获得12 个数据,通过对数据的归类处理就可得到总的实验结果。从中可以
看到字母转换的整个过程和经过的所有加工阶段。
不难看到,这种“开窗”实验的优点是引人注目的,但也存在着一些问
题。例如,可能在后一个加工阶段出现对前一个阶段的复查,贮存阶段有时
还包含对前面字母的转换结果的提取和整合,并且它难以与反应组织分开
来。然而经过细心安排,有些问题还是可以避免的。这也促使认知心理学对
实验设计的严格要求。
我们从以上二节的介绍中看到,反应时法的发展对心理学研究带来了新
的成果,其中,特别是减数法反应时实验,是目前认知心理学应用得最广泛
的研究方法。这些实验被应用到具体课题研究时还会有具体的形式和特点。
事实证明,它们是可以有效地发挥作用的,当然也存在一些问题和困难。
应当看到,这些情况与当前整个认知心理学的理论原则和现状是分不开
的。随着认知心理学的发展,这些反应时实验也将发生变化。而对于这些实
验中存在的具体困难和弱点,则要通过精心的实验设计加以避免或减少其不
利的影响。一个带有普遍意义的重要条件是在进行实验之前作出相应的理论
模型,或作出一些假设,使实验有明确的规划,以保证实验结果的可靠性,
并得到有意义的结论。这也是认知心理学有效地应用反应时法的前提。
本章实验
一、简单反应时间实验
(一)目的:学习对视觉与听觉简单反应时间的测定方法;比较两种简
单反应时间的差别。
(二)材料:简单反应时间测定装置。
(三)程序:
1.预备实验
(1)接通仪器电源,主试者拨动信号发生开关,在光或声刺激呈现的同
时,计时器应立即进行计时。
(2)练习操作,刺激呈现器放在被试1 公尺处。被试以右手食指轻触电
键。主试者在发出“预备”口令后约2 秒呈现刺激。被试者当感觉到刺激出
现时,立即按压电键。计时器停止计时,主试者记下成绩。练习实验可作2~
3 次。
(3)为防止无关刺激的干扰,主试者与被试者可分隔在两个操作室中进
行实验。
2.正式实验
(1)刺激呈现按视——听——听——视方式安排,每单元各作20 次,
总次数为80 次。
次数光声声光
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
平均数
(2)同预备实验。
(3)为了检查被试者有无超前反应现象,在每20 次中插入一次“检查
实验”。如被试对“空白刺激”作出反应,主试者根据反馈信号灯提供的信
息须宣布此单元实验结果无效,重做20 次。
(4)做完20 次,休息1 分钟。一被试者测完80 次后,换一被试者进行
实验。
(四)结果:
(1)计算个人视觉与听觉反应时的平均数及标准差。
(2)检验全体被试两种简单反应时是否有明显差别。
(五)讨论:
(1)根据实验结果说明视与听感觉道简单反应时的差别及其原因。
(2)根据实验结果说明简单反应时是否受练习的影响。
二、选择反应时间实验
(一)目的:学习测定视觉选择反应时间的方法,了解选择反应时间与
简单反应时间的区别。
(二)材料:选择反应时测定装置。
(三)程序:
1.预备实验
(1)接通仪器电源。主试者按预先列出的程序操作信号呈现开关,发出
“红”、“黄”、“绿”、“白”四种不同光刺激。
(2)被试者以右手食指作按键状,当感觉到某种色光时,立即按压相应
的反应键(即被试对四种不同的刺激相应作出四种不同的反应)。计时器记
下时间,练习实验可作4~5 次。
2.正式实验
(1)四种色光刺激各呈现20 次,随机排列。
(2)主试者呈现刺激与被试者反应方式同预备实验。如果反应错了,计
时器不计时间,主试者根据反馈信号灯提供的信息,安排被试者重作一次。
(3)每做完20 次休息1 分钟。一被试者测完80 次,换另一被试者进行
实验。
(四)结果:
(1)计算个人不同色光的选择反应时的平均数、标准差。
(2)比较全体被试者对白光的简单与选择反应时的平均数差异。
(五)讨论:
(1)本实验结果是否与前人实验的数据一致?原因何在?
(2)举例说明反应时实验的实际应用意义。
表 3-15 对四种色光的选择反应时实验记录
(反应时单位:毫秒)
次数红光黄光绿光白光
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
平均数
被试姓名: 主试姓名:

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