第五章反应时法

第五章反应时法 第一节反应时间概述第二节用反应时间分析信息加工的方法（反应时技术）第三节影响反应时的因素第四节测量反应时的仪器第五节反应时法的相关和应用

第一节反应时间概述 一、反应时间的概念反应时间（或反应时）（reaction time，简称RT）不是指反应的延续时间，而是指刺激施于有机体之后到明显反应开始所需要的时间，即刺激和反应之间的时间间隔。这个过程包括：刺激作用于感官、引起感官的兴奋，并将兴奋传递到大脑，大脑对这些兴奋进行加工，再通过传出通路传到运动器官，运动反应器接受神经冲动，产生一定的反应。其中脑内消耗的时间最多。又称“反应的潜伏期”。二、反应时间研究的简史 1、Bessel 人差方程式：B--A=1.22s 2、Helmhotz 用反应时间测定神经传导速度 3、Donders 相减法 4、Wundt及其学生 5、认知心理学利用反应时间分析信息加工的过程：相减法、相加法、开窗实验、速度和准确率权衡实验等

三、反应时实验的要求 1、避免过早反应和其他错误反应：侦察测试（detection test） 2、选择反应的数目和辨别的刺激数目要相等，一种刺激对应一种反应。 3、综合考虑速度和准确率。 4、避免环境干扰，确保仪器的精确性和可靠性。

第二节用反应时间分析信息加工的方法 反应时间测量有两个用途：（1）作为成就的指标，因为你对一件工作越精通，你就完成得越快；（2）也可作为借以产生一种行为结果的内部过程复杂性的指标，因为内部过程越复杂，它所消耗的时间便越长。认知心理学家强调研究内部心理过程，并将它看作一系列连续阶段的信息加工过程。要把握这个过程，则需要将输入和输出联系起来进行推论。反应时实验恰好可以为此提供极为重要的客观材料。应用反应时间分析人类信息加工过程的两种基本方法是减数法和加因素法。我们一般把心理学上反应时间的研究划分为两个时期。第一时期称减数法时期，它是由唐德斯（Franciscus CornelisDonders，1818～1889）奠定基础的。又称唐德斯反应时ABC（Donders ABCof reaction time）或唐德斯三成分说（Doders three components）。第二个时期称加因素法时期，它是由斯顿伯格（Sternberg，1969）奠定基础的。

一、减数法（substractive method） （一）什么叫减数减数法的基本逻辑思想是：在安排的两种或者两种以上的反应时作业中，其中一个作业中包含另一个作业所没有的加工阶段，而其他方面相同，从这两种作业的反应时的差异即可判断出那个特有的加工阶段所需要的时间。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。唐德斯的减数法把反应分为三类，即A、B、C 三种反应 A-反应时间：S1→R1 B-反应时间：S1→R1 S2→R2 C-反应时间：S1→R1 S2 图示反应时的相减法最初是用来测定某一心理过程所需的时间的，但反过来，也可以从两种反应时的差数来判定某个心理过程的存在。认知心理学正是这样做的……

A反应时 C反应时 C−A B反应时 C反应时 B−C 基线时间 baseline time 辨别时间 identification time 选择时间 selection time

（二）减数法的典型实验 1、证明心理旋转存在的实验（Cooper&Shepard，1973）扩展阅读：北京大学认知心理学p213-225 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

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：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：

实验结果：

2、句子－图画匹配实验（Clark&Chase，1972） 在实验中，向被试视觉呈现两种材料，一种是句子，如“星形在十字之上”；一种是一幅图画，如“×”，实验中所用的主语有“星形”和“+字”，介词有“之上”和“之下”，句子的陈述有肯定和否定两类。要求被试尽快判定，该句子是否真实地说明了图画并作出是或否的反应。记录反应时间。 Clark等人设想，当句子出现在图画之前时，这种句子和图画匹配作业的完成要经过几个加工阶段，并提出度量这些加工持续时间的参数。第一阶段是将句子转换为其深层结构，即以命题来表征句子，而且对“之下”的加工时间比对“之上”的加工时间要多（参数a），对否定句的加工需时多于对肯定句子的加工（参数b）。第二阶段是将图画转换为命题，并带有前面句子中所用的介词，即“之上”或“之下”。第三阶段是将句子和图画两者的命题表征进行比较。若两个表征的第一个名词相同，则比较所用的时间就会少于不同的（参数c）；若两个命题都不含有否定，则比较所用的时间将少会少于任一命题含有否定时的时间（参数d）。第四阶段是作出反应，其所用时间被认为是恒定的（参数t）。这样，在此实验中测得的各种反应时，其中包含的参数不同，就可使用减法反应时方法，求得各种参数的时间。

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（Poser，1990）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（Poser，1990）在实验中安排了两种材料：一种是形同音同的两个字母如AA；另一种是形状不同但读音相同的两个字母如Aa。并安排了两种呈现方式：一种是同时呈现；另一种是继时呈现，时间间隔为0.5s、1s和2s。要求被试判定所呈现的两个字母是否相同并按键反应，记录反应时间。在这两种情况下，正确反应都是“相同”。实验结果如图

二、加因素法（ additive factors method ） （一）什么是加因素法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（如图，g1、g2 为g 因素的两个水平，f1、f2 为f 因素的两个水平）。这样两个因素的影响效应是相加的。

（二）加因素法的典型实验 ——短时记忆信息提取任务（Sternberg，1969）扩展阅读：北京大学认知心理学p154-164 Sternberg通过一系列的实验，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）

加因素法的缺陷是：该法的基本前提是人的信息加工是系列加工；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。（三）开窗（open window）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：

KENC+4 ＝？ a、b、c、……、k、l、m、n、o a、b、c、d、e、f、g、h、I …… oirg

三、速度－准确率权衡 反应时实验中的一个很突出的问题是反应速度和反应准确性的相互关系。研究者们注意到，被试有时会以牺牲准确率为代价去换取反应速度，有时则会以牺牲反应速度为代价去换取反应准确率，亦即被试能根据不同的实验要求或在不同的实验条件下，建立一个反应速度与反应准确率的标准来指导他的反应。这就是反应速度与准确率的权衡（speed-accuracy trade-off, SAT）。

Theios（1975）对刺激呈现的概率和反应时的关系进行了研究。Theios（1975）对刺激呈现的概率和反应时的关系进行了研究。被试所要完成的任务相当简单，只需说出呈现在屏幕上的某个数字。自变量是数字出现的概率，变化范围在0.2到0.8之间。 Theios认为，刺激出现的概率对反应时没有影响。如果丢开反应准确率这个情况，这个结论是颇有道理的。帕彻拉（Pachella，1974）的实验结果表明，为了使错误率降低到 2％，对0.2 概率刺激条件的反应时将增加100毫秒。这说明根据速度-准确性权衡，在低刺激概率条件下，为了减少错误率，反应时间就会延长。

奈特和坎特威茨（Knight和Kantowitz，1974）的实验更明白地阐述了速度－准确性权衡的道理。他们用两个间隔很短的刺激作为自变量呈现给被试，这种刺激称之为间隔刺激。因变量有两个：一个是反应时，另一个是反应错误率。起初，奈特和坎特威茨发现，对于不同的刺激间隔不影响反应时，如图右上图。但是后来奈特和坎特威茨发现：刺激间隔和错误率间存在某种关系，刺激间隔越短，错误率就越高，如图右下图。奈特和坎特威茨（Knight和Kantowitz，1974）的实验更明白地阐述了速度－准确性权衡的道理。他们用两个间隔很短的刺激作为自变量呈现给被试，这种刺激称之为间隔刺激。因变量有两个：一个是反应时，另一个是反应错误率。起初，奈特和坎特威茨发现，对于不同的刺激间隔不影响反应时，如图右上图。但是后来奈特和坎特威茨发现：刺激间隔和错误率间存在某种关系，刺激间隔越短，错误率就越高，如图右下图。

在SAT实验中，通过控制被试作出反应的时间长短来作为实验自变量，测定在各种时间条件下的反应准确率。然后以反应时间为横坐标，以反应准确率为纵坐标，可得到一条速度与准确率权衡曲线。下图是一条用反应信号法进行再认实验的SAT曲线。从图中可知，反应时和准确率之间的权衡关系在加工早期是很显著的。当接近或达到A值之后，随反应时的延长，准确率变化很小。

第三节影响反应时的因素 刺激： 1、接受刺激的感觉通道人们发现，对光反应时要比对声音和皮肤触觉的反应时长。 2、刺激作用的位置以视网膜为例

3、刺激强度 一般而言，当刺激强度较弱时，反应时间较长；并且随刺激强度增加，反应时间会逐渐缩短，但缩短的速度越来越慢；当刺激强度增加到一定程度时，反应时间会停留在某一水平上而不再减少。以听觉刺激为例

刺激的时间和空间累积会增加刺激的强度； 刺激的联合作用也会增加刺激强度。

4、刺激的复杂程度 刺激越相似，选择数目越多，则刺激越复杂，反应时就越长。

P S R 前期反应时间后期机体： 1、适应水平 2、准备状态（1）反应前期的长短（2）反应前期肌肉紧张程度（3）感觉准备还是动作准备

3、额外动机 4、年龄

5、练习 6、酒精及药物作用 7、其他个体差异

第四节测量反应时的仪器 一个有效的测量反应时的仪器应包括：刺激呈现装置、反应装置、计时装置 • 自由落体直尺计时器 • 机械钟表计时器 • 电子计时器 • 特殊摄影 • 刺激键和反应键

第五节反应时间的相关和应用 一、相关的研究对反应时间相关法的研究，可对有关的反应变量作出相互预测，还有助于增进人们对反应时间的可能影响因素的了解。 1、席斯克（Sisk， 1926）等人的研究:同一手指对光、声和触觉的简单反应时间，两两间的相关系数是在+0.43 到+0.85 之间。对声音的反应，两手之间的相关系数是+0.92，两足之间是+0.93，手与足之间是+0.81。一般认为，对某个人来说，他的各种反应时间变量之间的高相关有很大的一致性。但不能由此得出结论，反应时间短的人，其他动作必然也迅速。 2、赖伊（Lahy，1939）的系列反应实验结果发现，反应时间和恢复时间的相关差不多是零。画字、敲击、目标追踪等许多快速反应是由一系列刺激所引起的，这些作业的时间并不是完全取决于简单反应时间的长短，不能把简单反应时间当作连续性作业速度的有效指标。

标准：50mm 比较：40-60mm A B -100 0 100 3、洪伟等（1986）作视、听简单反应时间和短时记忆能力的测定。结果表明，反应时间和短时记忆这两种心理功能指标之间有较大的负相关，且都有极显著意义（r 视、记=-0.46，r 听、记=-0.36；p＜0.001）。这说明有了其中一个指标，在某些条件下，就可估计另一个指标的情况。 4、反应时间、判断信心和判断次数之间的关系反应时间和判断信心存在相关。

二、应用的研究 （一）应用于心理现象的研究任何心理活动都需要一定时间，因而几乎所有的心理学问题，都可以应用反应时间的原理和方法。彭瑞祥等（1983）应用视听反应时间方法，对由于掩盖而造成不完整的汉字进行再认的研究实验，材料为39 个常用汉字，分整体字、左右分隔字及上分隔字三类，每类13 个。笔划8～10，有以横竖为主，也有以撇捺为主的。10 名被试具有中等以上文化程度，分成甲、乙两组。在速示条件下要被试尽可能迅速、准确地说出所呈现的字。字的大小为50×50 毫米，观察距离为2.5 米。甲组再认左上角被掩的字，乙组再认右下角被掩的字。实验结果列于表下表。

由表可见，对三类汉字的再认，甲组的平均反应时间都长于乙组。表明字的左上角的特征或信息比右上角的较重要，这一现象在可分隔型的字，特另是左右分隔型的字表现尤其明显。甲组被试反应时间长，再认字困难，原因就在于此。这类研究对于识字教学、计算机识别汉字等工作无疑是有意义的。由表可见，对三类汉字的再认，甲组的平均反应时间都长于乙组。表明字的左上角的特征或信息比右上角的较重要，这一现象在可分隔型的字，特另是左右分隔型的字表现尤其明显。甲组被试反应时间长，再认字困难，原因就在于此。这类研究对于识字教学、计算机识别汉字等工作无疑是有意义的。（二）在实际领域中的应用在现实生活中，有许多领域需要研究人的反应时间，尤其是在工业生产、交通驾驶、体育运动、设备设计和科学管理等实际部门，反应时间的应用更有其重要意义。

本章思考题 • 名词解释：人差方程式、反应时、Donders ABC反应时、速度准确率权衡现象、减数法、加因素法、开窗实验。 • 试述反应时的研究简史。 • 减数法的原理是什么？引用实验加以说明。加因素法的原理是什么？引用实验加以说明。要求掌握典型的反应时实验。 • 影响反应时的因素有哪些？ • 如何才能准确的测量反应时间？

第五章 反应时法