斯蒂文斯定律

斯蒂文斯定律 二、费希纳定律 在韦伯工作的基础上，费希纳提出了传统心理物理学中最著名的心理物理函数关系??费希纳定律，也称为对数定律。它预测心理量和物理量之间呈对数关系，心理量的增长慢于物理量的增长。 按照费希纳的思想，心理物理函数就是物理量表和心理量表之间的函数映射关系。物理量表方面，物理学已经提供了精确一致的测量量纲;而心理量表方面，费希纳使用的是差别阈限法构建的等距量表。差别阈限法制作等距量表的具体过程已经在上一节中进行了介绍，现简单回顾如下:设定绝对阈限为心理量表的零点，并在绝对阈限之上求差别阈限，然后将得到的新刺激(原刺激加上差别阈限)为标准刺激再求差别阈限，如此反复直到覆盖整个想要研究的刺激强度范围。每一个差别阈限都称为一个最小可觉差，而绝对阈限之上最小可觉差的个数，就是心理量表的量值。 (一)费希纳定律的推导 费希纳设想，通过差别阈限法建立心理量表，就可以把心理量和物理量的变化画成函数关系图，由此可以发现心理量和物理量的共变关系，即心理物理函数。不过实际上，费希纳定律并不是按照上述方法产生的。这是由于:如果严格按照差别阈限法建立心理量表，需要耗费大量的试验次数，其间又难免产生各种额外因素的干扰;此外用差别阈限法建立的心理量表，每一个实验只能建立一个仅包括整数量值的心理量系列，由于对最小可觉差的确定总是一个一个地依次探查，因而差别阈限量表难以精确确定心理量的小数单位。 最终，韦伯定律的提出启发费希纳采用数学推导的方式获得他的心理物理函数。韦伯定律预测了物理刺激量值与对应此刺激强度的差别阈限大小之间的关系。因此，如果韦伯定律是正确的，那么原先用于差别阈限法构建心理量表的大量试验就可以被节省下来了。如图512所示:原本差别阈限法试图通过依次确定差别阈限来得到心理量和物理量之间的对应关系(图中的每条虚线);现在同样的关系可以通过韦伯定律依次求出??这样，心理学家的工作就被减少到只需确定某种感觉的绝对阈限，然后运用韦伯定律得到绝对阈限上每一个最小可觉差对应的物理量。 图5,12 韦伯定律和费希纳定律的关系 ,采自Gescheider～1997, 假设某感觉道的绝对阈限为10个单位，而其韦伯分数为20%，则通过韦伯定律就能建立这一感觉的心理量表，详见表510的第一列和第二列。 按照韦伯定律预测，设绝对阈限的值为a，对应心理量表的零点，韦伯分数ΔΦ/Φ=C;那么:心理量表的1就对应了a(1+C)，心理量表的2就对应了a(1+C)2„„心理量表的n就对应了a(1+C)n。这就意味着，心理量值恰好就是物理量值除以a之后，并取以(1+C)为底的对数: 经过对数换底公式的变化，可以得到更简洁的形式: 表5,10 韦伯定律求得的心—物对应关系 RL上jnd的数量 刺激强度 刺激强度的对数 0 10.00 1.000 1 12.00 1.079 2 14.40 1.158 3 17.28 1.238 4 20.79 1.316 5 24.89 1.396 6 29.86 1.476 7 35.83 1.554 8 43.00 1.633 9 51.60 1.713 ,采自Gescheider～1997, 其中Ψ是心理感觉的量值，Φ是物理刺激高出绝对阈限以上的单位数量，K是固定的系数。这个公式就是费希纳定律。我们可将这个公式读为:感觉强度的变化和刺激强度的对数变化成正比。将表510的数据按照“心理量—物理量对数”关系作图，可以看出费希纳定律所描述的感觉强度和物理刺激对数之间的线性关系，如图5,13。 图5,13 阈限上的jnd数量在刺激强度的对数坐标上的图像 ,采自Gescheider～1997, (二)费希纳定律的改进 艾克玛(Ekman，1956，1959)对费希纳定律提出了修改意见。他提出最小可觉差的主观大小，不是像费希纳假设的那样是一个常数，它随感觉量成比例增长。根据这个基本原理，提出了著名的艾克玛定律，用公式可以表示为: ΔΨ是在感觉量Ψ水平的最小可觉差的主观大小。确切地讲，这个应用于心理连续体的方程式在物理连续体上和韦伯定律是相似的。假定感觉量Ψ随刺激强度Φ的增长而增长，韦伯定律意味着最小可觉差的物理大小增长，而艾克玛定律意味着最小可觉差的主观大小增长。 有趣的是，艾克玛定律本身是对费希纳定律的修正，但是以它为基础，却能通过算术变换推出幂定律。过程如下:假设最小可觉差和感觉量是成比例的，ΔΨ/Ψ,b，整合的方程是: 产生方程: 这就是幂定律的对数形式了。 泰特苏尼(Teghtsoonian，1997)认为，能经验的最弱的和最强的感觉量的比率在所有的感觉通道上都是相等的，一个单一的b值可以应用到所有的感觉通道(modality)上。使用幂函数和从九个不同感觉通道的分辨数据中搜集c值，泰特苏尼发现b几乎是不变的，它几乎总是固定在0(03这个值上。如果这一发现是正确的，艾克玛定律就能被更准确地描述为 (三)费希纳定律的成立条件 费希纳定律的成立，依赖于以下两方面的假设:第一，假设建立心理量表所用的差别阈限法是合理的;第二，假定用韦伯定律的推导代替大量差别阈限法实验来确定每个最小可觉差也是合理的。正如我们在上一节中提到的，差别阈限法本身合理性的主要问题集中于最小可觉差能否作为心理量表的等距单位上，而以韦伯定律的推导结果来代替差别阈限法实验的合理性问题，其实就是有关韦伯定律是否能普遍适用于所有类型和强度的刺激的问题。 由此可知，费希纳定律成立的条件，归根到底可以总结为两条:(1)假定韦伯定律对所有类型和强度的刺激都是正确的;(2)假定所有最小可觉差在心理上都是相等的。 对于以上第一项条件，如前所述，我们已经知道韦伯定律在刺激强度十分接近感觉阈限的情况下会失效。此外，韦伯定律尽管对绝大多数实验结果进行了准确预测，但也仍然存在例外:在研究人对纯音响度的辨别能力时，里斯(Riesz，1928)对不同频率、不同响度的刺激进行了实验，结果发现韦伯定律所预测的固定不变的韦伯分数并没有出现。图514显示的是4 000赫兹纯音在不同刺激强度水平下得到的结果，纵坐标是差别阈限和刺激量的比值。 图5,14 4 000赫兹纯音强度和ΔΦ/Φ的关系 (采自Riesz～1928, 从图中可以看到，ΔΦ/Φ的值不但在刺激强度微弱时发生了变化，而且在整个刺激强度的变化范围上都没有表现出稳定不变的特性，反而随着刺激强度的增加而不断减小。相比之下，同样是作用于听觉通道，白噪音刺激的ΔΦ/Φ数值就符合韦伯定律的描述，除了极微弱的刺激以外，它在整个的刺激强度范围内基本保持恒定。因此，韦伯定律的正确性并没有得到普遍的证明，可见费希纳定律得以成立的第一项条件，没有得到完全的实验支持。 对于费希纳定律得以成立的第二项条件??最小可觉差在心理上是否等量，也同样有着不同意见。后来的实验已经证明，随着刺激强度水平的增长，每一个最小可觉差所代表的心理感受量值并不是相等的 (Stevens,1936)。一个在感觉阈限上20个最小可觉差的声音刺激，和一个在感觉阈限上10个最小可觉差的声音刺激，被试判断前者远远比后者的两倍更响。在另一个实验中，杜那普和皮耶隆(Durup & Piéron，1933)要求被试调整蓝色光和红色光的亮度，以使它们看起来明度一致。与费希纳对所有最小可觉差都相等的假设相反，当这两种色光亮度同处于各自阈限以上同样数量的最小可觉差时，它们的明度从来都没有被认为相等过。这一实验背后的逻辑是:对红色光和蓝色光的判断都是明度感觉。如果同一感觉中所有最小可觉差都是在心理上相等的，那么若两色光一开始被判断为明度一致，则将它们同增或同减相同数量的最小可觉差，它们也仍然会在明度上被判断为一致。然而实验结果表明:明度一致的两种色光，在同样变化相同数量的最小可觉差之后，明度变得不一致了。这就反过来说明最小可觉差在心理上并不是等同的，它并不适合作为心理量表的等距单位。 综上所述，费希纳定律所依赖的两项条件??韦伯定律的有效性和最小可觉差的等距性??都没有能够得到实验数据的证明。费希纳定律在其提出之后的一百多年里，曾经被广泛地应用于心理学、生理学、工程学等领域。时至今日，它已经被证明并未精确地描绘心理量—物理量的关系图谱，但是费希纳定律对心理学发展的卓越贡献却丝毫不因此而被抹杀。费希纳工作的价值，更多的在于他在研究中所遵循的道路??正是在费希纳的工作之后，测量的概念和研究心理事件的科学方法才真正成为心理学的一部分。 第二节心理物理函数在本章第一节，我们介绍了传统心理物理学的主要研究内容:一为对感觉阈限的测量，这涉及三种传统心理物理法的应用;二为阈上感觉的测量，这被称为心理物理量表的建立。在以上两类工作的基础上，心理学家就有能力建立所谓的心理物理函数了。 心理物理函数是描述对刺激的心理感受和刺激的物理属性之间关系的函数。它可以用来描述心理感受和物理刺激的各种属性(诸如光的波长、声音的频率、皮肤刺激的面积等)的依从关系，而更常见的情况则是用来描述某种感觉如何随着刺激量的变化而变化，回答诸如“刺激量为X的时候，心理感觉Y的值是多少”这样的问题。前一种形式心理物理函数的例子有听知觉的等响度曲线、不同波长刺激的视感觉阈限曲线等;而一般意义上的心理物理函数是后一种形式，它们建立了心理感受量表和物理刺激强度量表之间的函数映射关系。在这种针对心—物关系的心理物理函数中，最为著名的例子有费希纳提出的对数定律和史蒂文斯提出的幂定律(the power law)。由于史蒂文斯的工作无论从时间先后、测量逻辑和实验验证深度上都与费希纳的传统心理物理学研究有所不同，故本书将之归入现代心理物理学的范畴。考虑到本章前两节的侧重点是传统心理物理学，因此在这一节中，我们将主要介绍费希纳定律，只对史蒂文斯的工作略作介绍，在下一节中将对幂定律进行详细论述。 一、韦伯定律 心理物理学研究中很重要的一部分，就在于确定感觉阈限(包括绝对阈限和差别阈限)是否受到各种因素的影响，以及受到怎样的影响。这种工作的成果就是得到所谓的刺激临界值函数(stimulus critical value functions)，之所以叫这个名字是因为它描述了临界刺激值(critical stimulus value)即阈限， 和刺激的其他方面属性的函数关系。而在最早被研究的刺激临界值函数中，则首推刺激强度与差别阈限之间的关系。举例来说，强度为10个单位的某刺激，其差别阈限是2个单位，那么当此刺激的强度变为30、40或50个单位时，其差别阈限是多少, (一)韦伯分数和韦伯定律 1834年，德国生理学家韦伯通过研究人对重量的感觉发现:两个较重的物体比两个较轻的物体具有更大的差异时，才能被感受为重量不等的两个物体。因此，重量较大的物体之间更难以分辨，因而也就相应地具有更大的差别阈限。精确地说来，韦伯发现刺激的差别阈限是刺激本身强度的一个线性函数。对于任何同一类的刺激，产生一个最小可觉差所需增加的刺激量，总是等于当前刺激量与一个固定分数的乘积，这个固定分数被称做韦伯分数(Weber′s fraction)。对于放置在皮肤上的重物刺激，韦伯分数大约是1/30。 不同刺激条件和不同感觉道下得到的韦伯分数差异很大，但是韦伯分数的存在说明了一个重要事实:所有刺激，无论其作用于眼、耳、鼻、舌或任何其他感觉器官，其刺激强度水平与其差别阈限的大小之间存在固定的数学关系: ΔΦ/Φ=C 其中ΔΦ和Φ分别代表差别阈限的大小和刺激的强度水平，C代表韦伯分数。这个公式也被叫做韦伯定律。 图5,8 重量判断的韦伯分数 注:除了在最小刺激量处，两名被试的韦伯分数在整个刺激全距上几乎不变。 ,采自Engen～1971, 按照韦伯定律预测，如果我们改变一个刺激的量值，并反复测量其在各个量值上的差别阈限大小，最后应能发现每一次测量中差别阈限和刺激量值的比值是一个常数，也就是韦伯分数。通过此类实验可以检验韦伯定律的有效性。从实验结果看，除了刺激强度很弱的条件下，韦伯定律在大多数情况下都是成立的。图58显示的是英格(Engen，1971)的部分实验结果:两名被试分别在六种不同重量的刺激条件下接受了差别阈限的测定。从图上可以看到，除了很轻重量刺激的差别阈限外，两名被试的其他数据点都能基本拟合成一条直线。 图5,9 Konig & Brodhun的研究中分别揭示的明度和ΔL/L的关系 ,采自Konig & Brodhun,1889, 韦伯定律的一个重要作用在于，它使得比较不同感觉道及不同条件下的感受性成为可能。如果没有韦伯定律，仅仅比较不同感觉道的差别阈限并不能说明任何问题。例如，我们可以测得重量为100克的刺激，差别阈限是3克;也能测定长度20厘米的刺激，差别阈限是0(4毫米。但是，由于3克和0(4毫米分别属于两个物理量表??质量量表和长度量表??而质量单位和长度单位不具有可比性，因而这两个差别阈限本身的比较毫无意义。 而通过韦伯定律，我们可以从差别阈限测定的实验结果推出韦伯分数，而后者经过ΔΦ/Φ的计算约去了刺激的物理量纲特征，仅仅是一个数。没有单位的数值间是可以相互比较的，因此不同感觉间的比较就可以通过韦伯分数这个中介进行了。图59和图510分别是视觉通道的明度差别阈限实验和听觉通道的噪音响度差别阈限实验的结果，横坐标是刺激量值，纵坐标是差别阈限和刺激量的比值。从两图的比较可知，明度感受的韦伯分数低于噪音响度感受的韦伯分数。因此，人们对明度的感受性要高于对噪音响度的感受性。 图5,10 用绝对阈限上分贝数表示的噪音强度和ΔΦ/Φ的关系 ,采自Miller～1947, (二)韦伯定律的修正 韦伯定律的一个修正公式能更好地拟合实证研究的数据结果，这一修正在韦伯定律基础上引入了一个新的参数，其数学形式如下: ΔΦ/(Φ+a)= C或者ΔΦ= C(Φ+a) 其中的a通常是一个数值很小的常数。最初版本的韦伯定律不包括参数a，实验表明，未经修正的韦伯定律在刺激强度水平很低的条件下会失效(如图58、图59、图510)。修正后的韦伯定律引入了参数a，实验研究表明:只要a的取值合适，韦伯定律的这一修正公式对实验数据往往拟合得十分良好，在所有刺激强度水平上都能对实验结果做出预测。图511反映的是一个假想实验:当以ΔΦ/Φ为因变量时，最低刺激强度下的因变量值偏大;而将因变量换成ΔΦ/(Φ+a)后，这一现象消失。 图5,11 当ΔΦ/Φ分别作为Φ和ΔΦ/(Φ+a)的函数时所产生的假想结果 ,采自Gescheider～1997, 参数a的出现，使得韦伯定律在极低刺激强度下也不至于失效。这说明参数a很可能与感觉系统在极微弱刺激强度下的操作特性有关系。至于参数a的具体意义是什么，目前尚没有十分明确的答案，不过最有可能的一种解释是:参数a代表了当刺激强度Φ为0时，感觉系统的背景噪音强度。感觉噪音产生的机制是神经系统的自发活动，其绝对强度并不大;但是当外界刺激强度水平接近绝对阈限时，神经系统本身噪音的相对影响增大，就会对外部刺激的心理感受产生较大的“污染”了。由于感觉噪音是在任何时候都和外界刺激同时存在的噪音背景，因此真正决定差别阈限ΔΦ的并不是单纯的刺激强度水平Φ，而是Φ与同时存在的感觉噪音强度a的和??Φ+a，这就是韦伯定律修正公式的内在含义。 神经系统噪音背景的提出，还能够将绝对阈限和差别阈限的概念统一起来。绝对阈限可以被理解为，让个体将外界物理刺激所引起的心理感受和个体神经系统本身的噪音背景区分开所需要增加的最小刺激量值;而差别阈限则可以理解为，为了使神经系统产生差异感受所需要对物理刺激强度所作的最小变化量。这样，绝对阈限和差别阈限在本质上就得到了统一:它们都是对神经系统差异感受性的描述，只不过前者关系到神经系统本身的噪音，而后者只关系到物理刺激在神经系统中引发的事件。 三、史蒂文斯定律 在心理物理函数中，和费希纳定律地位相当的就是史蒂文斯所提出的史蒂文斯定律。这一定律指出心理量和物理量之间的共变关系，并非如费希纳定律所描述的那样是一个对数函数关系，而应该是一个幂函数关系。因而这一定律也被称为幂定律。 从严格意义上说，史蒂文斯定律已经不属于传统心理物理学的范畴。幂定律的提出采用了直接数量估计法所构建的比例量表等级的心理量表。由于这一方法涉及对心理感觉的直接测量，因此史蒂文斯定律被一些心理学家认为是“新心理物理学”的开端，而所谓的“新心理物理学”就是现代心理物理学。但是，由于史蒂文斯定律和费希纳定律一样，都试图描述心理量和物理量之间的关系，即试图建立一个心理物理函数，因此在这一节中仍然会对史蒂文斯定律的由来和具体内容作简要的介绍。至于对此定律的理论解释和其他相关研究，则留待下一节中进行阐述。 (一)对最小可觉差的重新理解 神经量子理论(neural quantum theory)是由史蒂文斯等(1941)提出用来解释阈限的一种理论。他们在响度和音高的辨别实验中，推论其基本神经过程是按全或无定律(或全有或全无律)(all\|or\|none law)进行的。神经量子理论假设反应刺激变化过程的神经结构在机能上被分为各个单元或量子。具体地说，被试只有在此增量大到足以兴奋一个附加的神经量子单位时，才能察觉到刺激增量。必要的刺激增量的大小将取决于某一个刺激高于上一个兴奋了的神经单位的阈限多少。超过上一单位的阈限越多，兴奋下一个单位所需要的刺激量则越少(如图515)。图515表明两种连续体:(1)刺激连续体(stimulus continuum);(2)神经单元阶梯式的感觉连续体(sensory continuum)。在刺激连续体上，St是标准刺激值; a、b、c是肯定能够兴奋附加量子的刺激增量;ΔΦ只能部分兴奋神经量子所需要的刺激增量。 图5,15 神经量子模型基本概念图示 ,采自马谋超～1978, 在感觉连续体上，P是St所产生的“剩余”兴奋量，如果说假定 17个能量单位的刺激量足以兴奋神经量子a、b、c，而且还能部分兴奋“d”量子，那么这个剩余量只是由超出15个能量单位的那部分能量所引起的。由此可见，剩余量和感受性的波动紧密相关。只有ΔΦ和S剩余量总和达到等于或大于兴奋一个附加量子所需的能量时，才能产生可觉的感觉反应。因此剩余与能量是有关的，即剩余大，要求增量便小;反之亦然。用数学公式表述如下: 其中，ΔΦ是使附加量子活动所需要的刺激增量;Q是肯定能够兴奋一个量子的增量大小;P是标准刺激St的剩余能量所引出的部分兴奋量。 上式表明当ΔΦ?Q-P时，给定的ΔΦ就完全可以兴奋附加量子。增量越大，辨认的数量越多。诚然，这也取决于不同剩余量出现的相对频率。继续加强增量，务必达到兴奋一个附加量子才会有一个最小可觉差。这样所得到的理论上的刺激反应间关系曲线应是梯形跳跃式的。但是，在实际测量阈限的实验研究中，所得到的总是一条递加的拱形曲线(ogive curve)。对于其中的原因，史蒂文斯认为在于缺少对被试的动机、注意疲劳等随机波动因素的全面控制。未控制因素的波动可能是常态分配，因而是拱形曲线。史蒂文斯指出，如果满足下面四个条件，便能够得到理想的梯形曲线: (1)必须仔细地控制刺激，避免噪音干扰; 2)被试在整个实验过程中必须保持恒定的判断标准，最好由动机高度明确、训练有素的实验者充( 当被试; (3)如果神经量子的大小在实验期间改变了，那么曲线将变为拱形; (4)从标准刺激向比较刺激的转换必须迅速。 (二)幂定律的提出 20世纪中叶，史蒂文斯对费希纳的对数定律进行了批评。1957年，他根据多年的研究结果，提出了刺激强度和感觉量之间关系的幂定律: 其中S是感觉量，b是由量表单位决定的常数，a是感觉道和刺激强度决定的幂指数。 幂函数的指数值决定着按此公式所画曲线的形状。例如，当指数值为1(0时，便是一条直线，即刺激和感觉之间为简单的正比关系;指数大于1时，则为正加速曲线;小于1时，便为负加速曲线。 史蒂文斯用数量估计法获得了大量的实验数据。数量估计法是制作感觉比例量表的一种直接方法。具体的步骤是实验者先呈现一个标准刺激，例如一个重量(或某一明度)，并它的出现值为一个数字，例如 1(00，然后让被试以这个主观值为标准，把其他同类强度不同的主观值，放在这个标准刺激的主观值的关系中进行判断，并用一个数字表示出来。表511就是三种感觉道所获得的实验结果。 根据表5,11的实验结果，以物理量为横坐标，以心理量为纵坐标，就可绘成图516。如果把这三个感觉道的实验结果画在双对数坐标上，就形成了三条斜率不同的直线，如图517所示。我们从图516和图517上可看到，电击的感觉强度比产生电击的物理强度的增长快得多(a,3(5)，明度比光能的增长却慢得多(a=0(34)，线段的主观长度和线段的物理长度则有同样的增长率(a=1)。 表5,11 三种感觉通道的心理强度 物理量 心理量 明度 长度 电击 1 1.00 1.00 1.00 2 1.26 2.14 11.3 3 1.44 3.35 46.8 4 1.59 4.60 128 5 1.71 5.87 280 6 1.82 7.18 529 7 1.91 8.50 908 8 2.00 9.85 1450 9 2.08 11.2 2190 10 2.15 12.6 3160 ,采自Stevens～1961, 图5-16心理量和物理量的关系(直线坐标) 图517心理量和物理量的关系(对数坐标) ,采自Stevens～1961, (三)幂定律的发展 和对数定律一样，幂函数不适用于十分靠近阈限的微弱刺激。于是，史蒂文斯等人在20世纪60年代初又提出了修正的幂函数，即从刺激中减去一个常数: a S= b(I I) 0 这样，幂定律便可适用于全部可知觉的刺激范围。在某些研究者看来，I0就是绝对阈限值。从I中减去I，意味着以阈限上有效单位而不是以物理表中零点以上单位去说明刺激的。 0 幂定律在对数定律的基础上前进了一大步。但是，幂定律的有效性有赖于被试正确使用数字去标示其真正的感觉量。那么，这里要问:不同感觉通道之间的主观量能否比较，能否调节一个感觉通道中的刺激强度使其主观上感到好像同另一感觉通道中的刺激一样强,为克服这一局限，史蒂文斯于 1959年研究了跨感觉通道的匹配技术，它无须被试产生数字等判断，被试的任务是把两个不同感觉通道产生的感觉量相等起来。例如，可以要求被试调整施加于指端的振动强度，以便使振动的感觉印象和一爆破音的响度相匹配。这样，在不同的刺激水平上获得跨感觉通道的匹配，于是一条称为等感觉函数的曲线便产生了，它可表示出一感觉通道的刺激值与造成相等感觉量判断的另一感觉通道刺激的关系。这种方法称为等感觉匹配法(equal-sensation functions obtained by matches)。 史蒂文斯又将心理物理法技术推进一步，用实验证明了不同感觉通道的感觉量是可以匹配的。其原理是设有两个感觉道的主观值分别为: mS= I 11 nS= I 22 如果主观值S1和S2相等，则最后的相等感觉函数将有以下形式: mnI= I 12 lg I=n/mlg I 12 这样，在双对数坐标中相等感觉函数将是直线，而其斜率将由两个指数决定。 史蒂文斯出色的研究工作，得到实验心理学家的充分肯定，各种版本的教科书争相引用。很多研究者认为，史蒂文斯的幂定律对数量估计方面的研究是一份有效的总结，幂定律说明了感觉传导者的操作特征，或者称为将刺激能量转化为神经能以及脑形成感觉的数学描述。不同感觉通道的指数不同，说明了不同感觉传导者是以能量的不同形式转换的，即具有不同的转换特征。 总之，幂定律的重要性在于其相等的刺激比例产生相等的感觉比例这一含义。由此可以认为，如果所有的刺激强度都按百分比增加或是减少，那么感觉变化的比例则保持恒定。 二、心理学研究的基本方法 心理学的研究方法很多，可以大致分为三大类:描述研究、相关研究和实验研究。 (一)描述研究 描述(description)是心理学研究最起码的工作，研究者往往还没有一个正式的假设，目的是对心理与行为进行详细的描述，以确定某种心理现象在质和量上的特点。自然观察法、调查法和个案法都属于描述研究，即描述发生了什么，但不能解释为什么。 1.自然观察法 自然观察法(naturalistic observation method)是指在自然情境中对被观察者的行为作系统的描述。例如，以非参与方式观察记录不同班风下的师生之间的互动方式，观察不同企业文化下员工的休闲模式。 自然观察法听起来简单、很有吸引力，但做起来会遇到不少困难。 首先，如果试图在自然状态下观察人(或任何其他有机体)的行为，就必须确保被观察者没有觉察到研究者在观察他。如果被观察者知道自己正在被观察，其行为就会有显著的不同。试想，当你意识到有人正在观察你时，你是绝对不会做那些你曾在私密空间里做过的行为的。 其次，可能会产生观察者偏差(observer bias)。观察者偏差是指观察者自己的动机、期望和先前经验等因素妨碍了观察的客观性。例如，有人假设男孩比女孩更具语言攻击性，如果一位研究者预先就知道要研究这个假设，那就很难保持观察的客观性。性别偏见、文化偏见都可能导致观察者偏差。例如，在什么构成“性骚扰”这个问题上，男性和女性所持的观点往往不同，因而观察到的结果也往往不同。消除观察者偏差的有效方法是:要求观察者在不知晓研究假设的情况下对行为进行观察，或者让几位观察者同时进行工作，然后采用经几个观察者共同证实的结果。 最后，在观察时想要观察到的心理与行为未必会发生。例如，想要观察真实生活中人们自然的服从行为，到哪里去观察,在什么时候才能看到那种自然发生的服从行为,服从行为在一些情境中是比较容易发生的，但是如果特意设计某种情境以产生服从行为，那就不是自然观察了。因此，使用自然观察法研究心理与行为，需要有耐心和机遇。 虽然自然观察法存在上述问题，但对于一些心理学课题，采用这种方法仍然是最合适的。例如，心理学家想要揭示黑猩猩在自然居住地的社会性行为，想要了解婴儿的语言发展情况，采用自然观察法就最为合适;如果能借助录音机、录像机加以记录，那就可以更有效地在自然状态下进行观察。 2.调查法 调查法(survey method)是以提问题的方式，要求被调查者就某个或某些问题回答自己的想法。例如，如果我们想了解受教育水平不同的人对孝道的态度，可以就此问题去调查许多人。我们也可以针对特 定的人群(如大学生)对学校心理健康服务体系的现状进行调查。调查法可以用来探讨被调查者的机体变量(如性别、年龄、受教育程度、职业、经济状况等)、反应变量(即他对问题的理解、态度、期望、信念、行为等)以及它们之间的关系。根据研究的需要，可以向被研究者本人作调查，也可以向熟悉被研究者的人作调查。 调查法可分为问卷调查(questionnaire survey)和访问调查(interview survey)两种方式。问卷调查也称问卷法(questionnaire method)，是研究者根据研究课题的要求，设计出问题表格让被调查者自行填写以收集资料的一种方法。这种方法具有向许多人同时收集同类型资料的优点。其缺点是发出去的调查表难以全部收回，只能得到被调查者对问题的相对完整的答案。要得到一份良好的问卷，在设计时应注意以下几点:(1)要针对调查的目的来设计问卷;(2)提出的问题要适合调查的目的和被调查的对象;(3)使用方便，处理结果省时、经济。 访问调查也称晤谈法(interview method)，是一种以面对面的方式向被调查者提出问题进行调查的方法。要使晤谈法富有成效，首先应创造坦率和信任的良好气氛，使被调查者做到知无不言;同时，研究者应当有良好的准备和训练，以应对晤谈时可能遇到的问题。 与问卷法相比，晤谈法有如下优点。(1)灵活性强。可以直接向被调查者解释晤谈的目的，可以探究较具体的回答，而且当对一个问题的回答表明回答者有误解时，可以重提该问题，还可以针对不同的调查对象提出不同的问题，甚至根据晤谈情境临时决定提出问题。(2)回答率高，遗漏率少。不能读和写的人也可能愿意在晤谈中回答问题，还有一些不愿意花精力写出其回答的人也可能乐于谈话。研究者可以控制晤谈进程，可以使调查中的遗漏大为减少。(3)参照非言语行为。研究者可以在现场观察非言语行为并评估被调查者回答问题的真实程度。它的主要缺点是:(1)由于在一定时间内只能晤谈数量有限的对象，要收集较多对象的资料时间长，费用高;(2)研究者必须训练有素，才能掌握晤谈法;(3)容易导致晤谈者偏差。如果研究者言语不当，被调查者有可能拒答或谎答问题;研究者的行为，有时甚至是无意的行为也可能对被调查者的回答有暗示作用。 3.个案法 个案法(case study)是收集单个被试各方面的资料以其心理特征的方法。通常收集的资料包括个人的生活史、家庭关系、生活环境和人际关系等特点的资料。根据需要，也常对被试做智力和人格测验，从熟悉被试的亲近者那里了解情况，或从被试的书信、日记、自传或他人为被试写的资料(如传记、病历)进行采集和分析。用此种方法的研究，不同于用同一种方法或对许多被试的调查所收集到的资料经由统计分析得出一般性倾向的研究。 深入的个案研究可以使我们获得有益的启示。皮亚杰(J.Piaget，1896—1980)基于对他的几个孩子的个案研究提出了认知发展理论，为发展心理学提供了很多有待进一步研究的亮点。但个案研究可能会产生误导，因为个案可能是非典型的。个案法所收集到的资料往往缺乏可靠性，其研究结果也可能只适合于个别情况。因此，个案法通常用于提出理论假说，要进一步检验这个理论假设，则有赖于其他方法。 (二)相关研究 如果我们用自然观察法、调查法和个案法发现一种现象与另一种现象有联系，那我们就可以用相关法来考察它们之间的相关程度。相关法(correlational method)是一种探索两个或两个以上变量之间相互联系的性质与紧密程度的研究。例如，我们想考察大学新生的自我价值感和普通心理学的学习成绩之间是否有联系(相关)。我们先要给这两个概念下一个操作性定义。该怎样测量自我价值感和普通心理学的成绩呢,测量普通心理学的成绩比较简单，可以根据一个学期内某个学生这门课程的随堂考试成绩的总和来评定。而自我价值感的测量则可以选择一个设计较好的测量工具来测量，例如，可以用我国自编的青少年自我价值感量表(黄希庭、杨雄，1998)的测量分数来评定。 现在开始收集资料。将青少年自我价值感量表发放给这些大学生。测试成绩出来后我们就拥有了第一批数据。在学期末分别将每个学生的普通心理学测验成绩加起来，就获得了第二批数据。每个学生有一对分数:一个表示其自我价值感的分数，另一个是其在普通心理学课程上取得的成绩。那么，怎样知道这两项分数是否相关呢, 下一步是将所获得的成对的数据输入计算器或电脑，应用一系列数学程序即可计算出相关系数(correlation coefficient)，以字母r来表示，一个介于+1.00和-1.00之间的数用来度量两个变量或几个变量之间相互联系的性质和程度的指标。 1.相关的性质与强度 相关系数的符号正(+)或负(-)，表示两个变量联系的性质。如果一个变量值的增加伴随着另一个变量值的增加，则这个关系称为正相关;同样，如果一个变量值的下降伴随着另一变量值的下降，则这个关系称为正相关或直接相关。也就是说，一种正相关是两个变量在同一方向上变化的相关。然而，如果一个变量值的增加伴随着的是另一个变量值的下降，则这种关系称为负相关。例如，如果自我价值感的提高伴随的是考试成绩的提高，则这种关系是正相关。而如果自我价值感的提高伴随的是抑郁程度的下降，则这种关系为负相关。要注意:一个关系为负相关并不意味着这些变量的相关性不如正相关中的变量的相关性强，而是指它们在相反的方向上变化。负号所表示的是相关的方向，而不是其强度。 当我们证实两个变量确有相关之后，接下来要考察它们相关的强度如何。如果变量A和变量B相关，则不仅它们的值一起发生变化，而且通过了解一个变量的值，我们大体还能对另一变量的值作出较准确的预测。如果两个变量不相关，则了解其中一个变量(例如变量A)的值无助于我们预测变量B的值。例如，如果自我价值感与学习成绩存在着相关，那么我们知道一个人的自我价值感之后，就可能较准确地预测其学习成绩。一般预测的正确率通常高于0而低于100%。预测正确的程度(在100项预测中)称为相关的强度。r=0.00，表示不相关或预测百分之零准确;r=+1.00，表示在预测两个变量之间的正相关时为百分之百 -1.00，表示在预测两个变量之间的负相关时为百分之百准确。 准确;r= 2.相关与因果关系 虽然相关研究能有助于我们进行预测，并避免那些容易犯错误的直觉，但是相关关系不是因果关系。例如，观看暴力性质的电视和攻击行为存在着正相关(因此也可进行预测)，但是我们不能认为观看暴力电视是导致攻击行为的原因。自我价值感和抑郁存在负相关，但是我们不能认为低自我价值感导致了抑郁。不论相关的强度有多强，都不能证明相关就意味着因果关系。 为了说明两个变量之间仅仅存在相关，并不能保证一个变量的改变会导致另一个变量的改变，下面以观看暴力影视和攻击行为的相关为例。图1,2显示，观看暴力影视可能会引发攻击行为，有攻击行为的人也可能去观看暴力影视，此外还有其他因素如令人不快的事件或遗传倾向也可能导致观看暴力影视和引发攻击行为。 图1,2几种可能的因果关系 相关并不意味着因果关系的例子，还可以举出很多。下面这个例子很有趣。20世纪70年代在台湾曾做过一个大规模的调查，研究哪些因素与人们是否使用避孕方法有关。调查收集到的数据发现，人们是否使用避孕方法和一个变量??家中拥有家用电器(如烤面包机、风扇等)的数量的相关最高。很明显，这两个变量之间的高相关，并不意味着它们存在着因果关系。因为使用避孕方法和拥有小家电数量之间的联系，可能是由于这两个变量同时与一个第三变量都有关联所产生的结果。受教育水平可能就是这样一个中介变量。一个人的受教育水平与其是否使用避孕方法，以及与其社会经济地位都有关联，而社会经济地位高的家庭又倾向于拥有比较多的家用电器。这两者之间的高相关可能还有其他更多的变量在起作用。因此， 2005)。 无论家用电器的数量和使用避孕方法有多大的相关，它们之间不存在因果关系(Stanovich， 3(伪相关与中介变量相关 从上例的讨论中可以看到，虽然调查数据显示两个变量之间存在着一种明显的关系，但到最后才发现这两个变量彼此间没有影响。最现实的结论是:使用避孕方法和拥有家用电器数量两者都与这项研究尚未考察的某个第三因素(社会经济地位)有关系，从而导致这两者一起发生变化。很可能是，家庭的社会经济地位同受教育水平及拥有家用电器数量存在高相关，而受教育水平又与使用避孕方法存在高相关，从而导致这两者看起来相关。两个变量之间仅因一个第三变量之故而似乎相关，这种关系称为伪相关(spurious correlation)。图1,3a显示，变量C导致变量A和变量B两者似乎相关，这种相关称为伪相关。 两个变量之间的明显相关是由一个中介变量所导致的，即是说，变量A和变量B存在高相关是由于变量A导致了一个第三变量C发生变化，变量C又导致变量B发生变化。在这种情况下，变量C称为中介变量(interven(ing variable)。图1,3b显示，变量A导致变量C发生变化，变量C又导致变量B发生变化，从而使变量A和变量B两者相关，这种相关称为中介变量相关。 a伪相关 b中介变量相关 图1,3伪相关和中介变量相关 相关表示有可能存在因果关系。因此，相关研究对于探索性研究具有重要意义，有助于提出假设，作进一步的验证性研究。但是相关并不能得出因果关系的结论。在本书中，很多地方使用了相关系数作为研究的证据。因此读者必须要注意以下两点。第一，即使两个反应之间彼此相关，我们也不能宣称是一个反应引起了另一个反应，也不能对独立事件作出预测。如前所述，自我价值感和普通心理学成绩呈正相关。一般来说，自我价值感高的学生其心理学课程成绩也较高，同理，自我价值感低的学生一般在心理学课程学习上表现较差。所以，大体上，可以用自我价值感来预测该课业成绩，但也必须考虑到例外情况:一些自我价值感低的学生也会在心理学课程学习上取得好成绩，而一些自我价值感高的学生也会在心理学课程学习上失利。例外是可预计的。离相关系数+1.00或-1.00越远，例外也越多。正如心理学与许多其他学科一样，以相关为证据来表述预测时往往用“一般来说”、“总的来看”、“长远来看”或“可能经常是”。第二，要充分认识到相关作为研究证据的局限性，以免误入歧途。特别是当我们以为两者一定存在着因果关系，或心存偏见，或一心只想寻找出证据来支持自己的理论时就很容易将相关视为因果关系。因此，对待相关的证据要小心谨慎。 (三)实验研究 在心理学中，试图建立变量之间关系的有两种研究:相关研究和实验研究。这两种研究的实施是很不同的。在相关研究中，研究者对研究环境一般不加以控制，往往依据过去从现场收集到的资料用统计程序加以处理，建立变量之间的对称关系而不是因果关系。实验则不同。实验是当时在现场收集资料，对实验环境加以控制并操纵有关变量以便建立因果关系。 实验法(experimental method)是在控制的条件下系统操纵自变量的变化，以揭示自变量和因变量之间的内在关系的一种研究方法。为了理解心理学实验的特点，下面举一个例子加以说明。假如我们在文献中看到“咖啡因能兴奋大脑，提高大脑的功能”，于是很可能会提出一个假设:喝咖啡会提高数学能力。对于这个假设，可以设计一个实验来检验(见图1,4)。 图1,4检验咖啡因是否会提高数学能力的实验 在一个实验中，研究者选定并在实验中加以操纵变化，以影响被试行为的因素称为自变量(independent variable)，而被试的反应，实验中研究者想要预测的行为称为因变量(dependent variable)。每个实验至少有一个自变量和一个因变量。在检验咖啡因是否会提高数学能力的实验中，自变量是咖啡因的使用，因变量则是单位时间里做对数学题的分数。实验是在高度控制的条件下进行的。在实验中，除了自变量会对因变量影响之外的所有其他因素都应保持恒定或加以控制。 首先，要对环境加以控制，使可能影响实验结果的任何环境因素保持不变或加以消除。例如，被试在做数学题时室内应保持安静，光照适宜。如果在计算机上解数学题，计算机性能应良好;如果做纸质试题，则试题印刷要清晰等。 其次，要对机体变量加以控制，用随机分配法或配对法将被试分到一个实验组(experimental group)和一个控制组(control group)里。用随机化的方法将每个被试分到实验组和控制组，他们的概率是相等 的，从理论上讲这两组被试在机体变量方面大致相同，在数学能力方面也大致相同。用配对法分配被试，目的也是使实验组和控制组被试在机体变量方面大致相同。 之后，研究者操纵自变量，给被试一种实验处理。在本例中给实验组被试喝咖啡，而让控制组喝无咖啡因的替代品。这种替代品与真咖啡在色、香、味上完全相同，但不含咖啡因，具有安慰剂效应。接着，让被试在单位时间(如30分钟)里去解答数学题。在这种情况下，如果实验组被试做对的题数明显比控制组的要多，那么就可以得出结论:可能是咖啡因提高了解数学题的能力。 实验法的主要优点是它不仅可以帮助我们确定因果关系，而且通过使用安慰剂还能确定实验变量的真正效应。因而长期以来实验法一直都是心理学研究的一种主要方法。 但是，实验法也有缺点。 首先，是期望效应(expectancy effect)的干扰。如果被试知道自己是在实验组或在控制组，他们对实验的期望会影响实验结果。这可以用单盲研究(single,blind study)加以消除，即不让被试知道自己是在实验组还是控制组。研究者对实验的期望也会有意无意地影响被试的反应。这可以用双盲研究(double,blind study)即研究者和被试都不知道被试接受哪一种实验处理，来加以消除。 其次，实验中的被试并不总能代表所要研究的总体。在大学里做的心理学实验，被试绝大多数是大学生，并且主要是大学一、二年级的学生。他们在许多方面都与校外的人们有所不同。 最后，实验情境的人为性，远离了人们的现实生活。为了克服这一缺点，许多心理学家采用现场实验(field experiment)，即在实际生活情境中对实验条件作适当控制所进行的实验。例如，要研究小学一年级儿童普遍存在着的感知算式错误(把加法做成减法，或把减法做成加法)的原因，实验者在一个班里按一定的计划加强实验性训练，对另一平行班则不进行这种实验性训练，进行正常教学，对获得的材料加以整理和分析，就可以找出影响小学一年级儿童感知算式错误的原因。现场实验的优点是研究的问题来自生活实际，具有直接的实践意义;其缺点是容易受无关因素的影响，不容易严密控制实验条件。可见，实验室实验和现场实验的优缺点有互补性。 总之，心理学中各种具体研究方法都有优缺点。我们应当根据研究问题的需要选择合适的方法，扬长避短。如果能合理地使用几种方法，取长补短，那就会取得较佳的研究成果。随着研究的进展，研究方法也是在发展的(见热点问题讨论1,1)。 热点问题讨论1,1:元分析 随着科学研究的发展，心理学的研究成果层出不穷。仅美国心理学会主编的《心理学文摘》摘要收录的学术期刊就有上千种之多(该文摘只收录我国《心理学报》和《心理科学》上发表的研究报告摘要)，全年收录近四万篇摘要。在心理学的许多研究领域中，对于同一个问题，许多研究者采用不同的研究方法如实验室实验、现场实验、调查法、个案法等对不同类型被试在不同的条件下进行实证研究，得出了不同的结论。我们该怎样来看待这些研究结果,能否将这些研究结果联系起来呢, 还有一些个案研究资料十分难得。例如，在世界各地已发现的兽孩至少有54个(Armen，1974)。这些被遗弃而受到狼、野狗或老虎哺育的兽孩，为我们提供了极端“自然”实验条件下个体身心特点的记录。在世界各地还发现开始遭遗弃，生活在孤单的、被剥夺了环境刺激条件下的儿童，被解救出来后生长的环境比较正常，刺激也比较丰富。这类对比的研究资料虽然很粗糙，但相当珍贵。因为这些研究资料无论如何都不可能在控制条件下获得。我们能否把这类资料与严格的实验结果联系起来以探讨遗传与环境交互作用的问题呢, 从20世纪70年代开始，心理学家发现可以用元分析对以前具有不同研究设计和不同时期收集到的资料进行整合(Glass,1976)。元分析(meta,analysis)就是应用特定的设计和统计方法对以往的研究结果进行整体、系统的定性与定量分析。它包含特殊的设计和统计方法。这是一种回顾性的、概括以往研究结果的方法，具有全面、系统和定量的特点。 例如，海德及其助手(Hyde et al.,1990)用元分析考察了100份数学能力性别差异的研究报告(总计被试多达300万)，结果发现男性和女性平均数学能力的差异并不显著。女性在小学和初中时计算能力占优势，而男性在和大学时解决数学问题，特别是在高等数学能力方面较好。她的另一项元分析(Hyde & Linn，1988)考察了165份研究报告，结果发现在语文能力方面性别差异不显著，无论在词汇、阅读理解或相似词分辨方面，均无显著差异。仅在言语产生上，女性略优于男性。 研究方法在心理学的发展中扮演着重要的角色。随着心理学研究的深入，心理学家会创造出新的研究方法。而新的研究方法将有助于我们审视以往研究结果的真伪，将会进一步推进心理学的深入研究。 斯蒂文斯(S(S(Stevens)针对费奇纳(G(T(Fechner)的古典心理物理学倡导一种新的心理物理学，针对前者的对数法则而主张建立幂法则。这一法则，是按照标准测定一定感觉大小的法则，它以S=K(Φ-Φ)来表示(S是感觉的大小，Φ是刺激的大小， Φ是刺激0n0的阈值)。n近似1，K是常数，因种类之不同而异。如两边都取对数，则成为直线关系。 指数n是根据感觉的种类规定的，例如音的大小是0.6，光的亮度是0.33，重量是1.45。作为这一法则的生理学根据之一，可以举出这样的事实，即从单一皮肤神经记录的向心冲动的频率和对皮肤的刺激的强度之间存在着幂函数。 S.S.Stevens:斯蒂文斯(1906-1973)，美国心理物理学家，以研究声音强度的感觉性而闻名。他提出了新的感觉等级评定方法，这种方法可以用来比较不同感官的感觉强度;还提出了心理物理的幂函数定律，弥补了传统心理物理学的不足。1946年当选为国家科学院院士，1960年获美国心理学会颁发的杰出科学贡献奖。