В 20-е годы имели место широкие дебаты по поводу того, измеряют ли тесты силы интеллекта и скорости умственных действий разные виды интеллекта или же примерно одно и то же. Тесты на скорость умственных действий содержали задания достаточно простые - почти любой испытуемый оказывался в состоянии выполнить их, имея достаточно времени. Тесты силы интеллекта, напротив, включали проблемы столь сложные, что многие участники не могли найти решения, даже располагая неограниченным временем. Практические результаты тестирования в основном подтверждали взгляд, согласно которому оба типа тестов измеряли примерно один и тот же тип интеллекта ; корреляция между результатами этих весьма отличных друг от друга видов тестов была весьма высока. Оценки результатов тестов, выполненных с ограничением времени, и тестов, когда испытуемым давалась возможность закончить решение задачи без ограничения времени, показали, что коэффициент корреляции между ними близок к единице.
В исследованиях Г.Айзенка и Д.Фурнье , эта проблема рассматривалась под несколько другим углом зрения. Было высказано мнение, что при тестировании интеллекта следует
принимать во внимание не количество набранных баллов, а характер решавшейся задачи, поскольку одно и то же количество баллов может быть набрано испытуемыми, которые выполнили, не выполнили или выполнили неверно совсем разные задания. Кроме того, помимо подсчета правильно решенных, нерешенных и неверно решенных задач, для каждой из них необходимо фиксировать время, прошедшее до получения решения или до отказа от дальнейших попыток. Если при этом время правильного выполнения заданий соотносилось с их трудностью, то можно было построить кривые (рис.5,А) или, используя логарифмы оценки времени решения, параллельные прямые (рис.5,Б), отражающие результаты тестирования. Сплошные линии соответствуют выполненным заданиям, курсивные - заданиям слишком трудным, от решения которых испытуемый отказался (при фиксации времени, затраченного на попытку решения). Анализ полученных данных выявил три основных фактора, характеризующих общий IQ: скорость умственных действий, настойчивость (время, которое испытуемый затрачивал на попытки решить трудную задачу) и ошибочность (тенденция испытуемого предлагать неверные решения).
Суммируя данные, отраженные на рис.5, можно предположить, что тесты силы интеллекта и скорости умственных действий на самом деле измеряют один и тот же тип интеллекта и что в качестве основного показателя следует рассматривать логарифм от времени, затрачиваемого испытуемым на выполнение заданий на том уровне трудности, при котором оказались решены 100% задач. Это говорит в пользу того, что скорость выполнения испытуемым простейших заданий может служить хорошим показателем интеллекта и что Ф.Гальтон был прав, предлагая использовать время реакции как характеристику биологического интеллекта.
Эта гипотеза была исследована и отвергнута К.Висслером , мнение которого воспринималось психологами как аксиома на протяжении последующих 65 лет, несмотря на явные пороки его работы: его измерения времени реакции были совершенно недостоверны; он не использовал тесты 1Q, а измерял показатели, не имеющие выраженной связи с интеллектом; группу испытуемых составляли
Рис. 5 . Время (А) и логарифм от величины времени (Б) принятия решения в зависимости от трудности задания
Рис. 6. Зависимость отношения количества информации к времени реакции для групп испытуемых с разным IQ (по В.Хику)
учащиеся, различия в интеллектуальных возможностях которых были столь невелики, что делали полученные результаты бессмысленными.
Только в последние годы возобновилось изучение связи IQ с временем реакции, что в значительной мере следует считать заслугой Е.Рота, который в своей работе использовал открытый В.Хиком закон для создания нового метода измерения времени реакции. Согласно закону Хика, если при исследовании времени реакции число выборов (1, 2, 4, 8 и т.д.) выразить в битах информации
Рис 7 . Структура интеллекта: Эрлангенская школа
путем логарифмирования по основанию 2, то, отложив их значения по оси абсцисс, а время реакции, измеренное в миллисекундах, - по оси ординат, получаем линейную зависимость между переменными. Е.Рот предположил, что угол наклона получаемых прямых окажется больше для испытуемых с низким IQ, и полученные им данные, отраженные на рис.6, как будто подтверждают эту гипотезу, хотя коэффициент корреляции составляет всего 0,39. Попытки воспроизведения эксперимента (например, ) показали действительное существование зависимости между интеллектом и временем реакции, как это предположил Е.Рот.
За новаторской работой Е.Рота последовали другие исследования: представителей немецкой Эрлангенской школы ( , , , , ) и других ученых ( , , , , , ).
Результаты работ Эрлангенской школы привели к созданию теоретической модели, основные положения которой отражены на рис.7. В ее основу легло хорошо известное положение о том, что сознание обладает ограниченной пропускной способностью для информации: оно способно обрабатывать лишь 16 бит в секунду, при том что количество сигналов, поступающих от сенсорных органов, составляет 10 10 . Информация от рецепторов поступает в краткосрочную, или рабочую, память, некоторая часть ее отбирается для хранения в долгосрочной памяти и используется в будущем для когнитивной деятельности.
Важность скорости умственных действий для эффективной когнитивной деятельности определяется тем, что она ограничивает число операций, осуществляемых с поступающей информацией одновременно. Она также ограничивает число операций, которые могут совершаться одновременно для обработки содержания долгосрочной или краткосрочной памяти. К тому же быстрое стирание следов стимула (иконическая память) делает особенно важной быструю обработку информации. Наконец, повторение и упорядочение (консолидация) информации требует времени, которое, таким образом, ограничивается для других когнитивных процессов. Поэтому даже совсем небольшие различия в скорости обработки информации могут иметь очень большие и важные последствия для решения когнитивных задач.
Суммируя основные эмпирические факты, полученные при изучении времени реакции, полезно остановиться на тех методах, которые применяются для его измерения. На рис.8 изображен прибор, сконструированный А.Йенсеном для этих целей. Испытуемый нажимает указательным пальцем центральную кнопку. При загорании одной из восьми лампочек, расположенных по периметру, нужно быстро переместить палец и нажать кнопку перед соответствующей лампочкой. При этом следует различать время реакции (ВР) и время движения (ВД): ВР - это время от поступления стимула до отпускания центральной кнопки, а ВД - время между отпусканием центральной кнопки и нажатием кнопки перед загоревшейся лампочкой. На приборе может измеряться простое время реакции, когда используется всего одна лампочка, а остальные заблокированы, а также время реакции выбора, когда используются два, или четыре, или все восемь стимулов, а неиспользуемые лампочки блокируются и не видны испытуемому.
Получаемые корреляции между временем реакции, измеренным различными методами, и IQ имеют довольно широкий разброс в зависимости от того, какие тесты IQ применяются (чаще всего векслеровская шкала интеллекта для взрослых или матрицы Равена), от того, какой уровень способностей тестируется в популяции, и от конкретных особенностей
Рис.8. Аппарат А.Йенсена для измерения времени реакции и времени движения
экспериментальной парадигмы. Некоторые исследователи использовали группы испытуемых, куда входили учащиеся с наиболее высокими значениями IQ и одновременно лица с задержкой развития, IQ которых наиболее низок; при этом получаемые корреляции неоправданно завышаются. Другие использовали только студенческие выборки, что излишне сужает границы исследуемой области. Результаты таких работ требуют корректировки с учетом этих обстоятельств, что, однако, не всегда делается; к тому же такая статистическая процедура может оказаться неприменимой, например, в случае тестирования лиц с задержкой развития, когда неясно, образуют ли их IQ нижнюю страту общего распределения или же подчиняются совсем другим закономерностям. Возможно, для обеспечения надежности результатов следовало бы исключить данные, полученные для испытуемых с задержкой развития, при исследованиях, направленных на выявление корреляции ВР и IQ в популяции.
Коэффициенты корреляции простого времени реакции обычно не превышают -0,20, а времени реакции выбора -0,30 или -0,40, как это имеет место для угла наклона графиков Хика. Изменчивость ВР (интра-индивидная изменчивость) имеет коэффициент корреляции между -0,40 и -0,50; эти оценки являются взвешенными для достаточно большого числа испытуемых в различных исследованиях и скорректированными по ограничению расхождений, но не учитывают влияние ошибок измерения. Корреляция времени реакции выбора и параметра g является функцией числа битов информации в наборе стимулов, возрастая с увеличением числа возможных выборов. Корреляция времени движения с IQ носит обратный характер.
Для иллюстрации вышеизложенного на рис.9 приведены графики для 60 одаренных и 72 не достигших этого уровня, но обладающих IQ выше среднего семиклассников; различие между группами статистически достоверно на уровне 0,001 применительно к ВР, ВД, углу наклона Хика и изменчивости. Коэффициент множественной корреляции между этими величинами равен 0,64 . Различия в коэффициентах корреляции между отдельными параметрами были бы более значительными, если бы не ограниченность различий в уровне интеллекта испытуемых.
Возникает вопрос: имеет ли отношение время реакции к центральному ядру интеллекта, измеряемому, например, первым, или общим, фактором, получаемым из интеркорреляции субтестов Векслера? Т.Хеммельгарн и Т.Келе нашли, что в группе из 59 обладавших высоким интеллектуальным уровнем учащихся начальной школы 12 субтестов коррелировали до такой степени отрицательно с наклоном Хика, что оказались нагружены на фактор g всей батареи тестов. Была выявлена зависимость индивидуальных различий в наклоне Хика с количеством баллов по каждому из субтестов, а хронологический возраст оказался исключен. Профиль этих 12 корреляций имеет коэффициент корреляции -0,83 с профилем нагрузки 12 субтестов на фактор g. Эти данные проливают достаточно яркий свет на природу связи между временем реакции и фактором g.
Другая статья, посвященная этому вопросу, основывается на анализе данных, полученных при проведении психологической программы в авиации США
Рис.9 . Время реакции и время движения у одаренных и не одаренных детей
во время второй мировой войны . По материалам программы была составлена матрица, отражающая корреляции между 65 переменными, входящими в 40 с лишним использовавшихся тестов. Как сообщил автору Р.Л.Торндайк, ему удалось составить на основании этой матрицы 6 батарей из 8 исследовательских тестов каждая, добавляя потом оставшиеся 17 тестов по одному в каждую из батарей; полученные батареи были подвергнуты факторному анализу, и для каждого теста и для каждой батареи была подсчитана g-нагрузка. Работа продемонстрировала стабильность g-нагрузки при включении данного теста в состав различных батарей, а также ее стабильность в значительной мере для разных батарей.
Особый интерес представляет тест 65, являющийся тестом-дискриминантом на время реакции. Его нагрузка на 6 батарей при факторном анализе составила 0,52; 0,55; 0,61; 0,59; 0,60 и 0,61, или в среднем 0,58. Это значение - второе по величине для всех 17 включавшихся в батареи тестов, лишь незначительно превышенное тестом на пространственную ориентацию, для которого средняя g-нагрузка составила 0,60. Факторная нагрузка теста времени реакции выбора превосходила таковую для тестов общей информированности, арифметических рассуждений, операций с цифрами, понимания прочитанного - тестов, представляющих собой хорошую меру оценки g. Таким образом, остается мало сомнений в независимости g-нагрузки конкретной используемой батареи.
Помимо тех параметров, которые были обсуждены выше, необходимо рассмотреть эксперименты, включавшие такие области, как минимальная степень суждения, кратковременная и долговременная память. Как пример исследования первого из них можно рассмотреть предложенную Г.Айзенком парадигму «третьего лишнего»: на приборе Йенсена загораются одновременно три лампочки - две рядом, третья на некотором расстоянии; она и есть «третий лишний», и испытуемый получает инструкцию нажимать соответствующую ей кнопку. Этот очень простой тест имеет коэффициент корреляции -0,60 с IQ. Эксперименты по делению времени реакции с учетом краткосрочной (С.Стернберг, ) или долговременной памяти (М.Познер, ) также обнаружили высокую корреляцию с уровнем интеллекта. Представляется, что усложнение заданий - от простого времени реакции через время реакции выбора к соответствующему парадигме Г.Айзенка эксперименту - приводит к росту зависимости с IQ, как и должно вытекать из предположения, что различия в скорости умственных действий кумулятивны.
Ясно теоретически и подтверждается эмпирически то обстоятельство, что по мере того как проблемы, связанные с временем реакции, усложняются, т.е. по мере вовлечения большего числа элементарных) когнитивных факторов требования к скорости различных npoцессов оказываются аддитивными или мультипликативными, и, таким образом, чем сложнее задание, тем лучший инструмент измерения интеллекта оно представляет. Самую нижнюю позицию занимает простое время реакции, реакции выбора имеет более высокую корреляцию в зависимости от количества используемой для выбора информации; парадигмы С.Стернберга, М.Познера и Г.Айзенка дают еще более высокую корреляцию. Представляется справедливым, что эксперименты с дискриминантным временем реакции дадут более точную оценку для g, и работы и подтверждают это. Авторами использовалась батарея из 10 тестов, включавшая матрицы Равена, тесты на словарный запас, на аналогии и т.д., для измерения g; кроме того, методами факторного анализа получены оценки вербальной, пространственной и сенсомоторной скорости.
Были использованы два задания на время реакции, в одном из которых, вербальном, использовалась процедура визуального поиска категории . При каждой попытке на экране высвечивались три названия аксиоматических категорий; на их запоминание отводилось 5 секунд. Затем испытуемому предъявлялись три слова, остававшиеся на экране до момента ответа или, если ответа не
поступало, в течение 5 секунд. Нужно было нажать на одну из трех кнопок в зависимости от положения нужного слова, единственного относившегося к одной из представленных ранее категорий. Подобное же задание было разработано для пространственных стимулов. Использовались стимулы двух уровней упорядоченности: последовательное появление цели и отвлекающего объекта или случайное. Первый эксперимент состоял из восьми двухчасовых занятий, второй - из пяти часовых, с целью изучения эффекта практики.
Как и можно было ожидать, последовательное появление цели имело меньшую корреляцию с фактором g, чем случайное, поскольку последнее требует вовлечения большего числа когнитивных процессов. Наиболее низкой корреляция была на первом занятии, сохраняя постоянный уровень на последующих. Все коэффициенты корреляции были положительны: наибольший (0,5-0,7) - для g, более низкие (0,2-0,3) - для характеристик вербальных и пространственных способностей, и минимальный (0,1-0,2) - для показателя скорости восприятия движения. Существует определенная вероятность того, что обследованная группа отличалась несколько менее выраженными различиями в способностях, чем это имело бы место для случайной выборки, но это не вполне ясно, да и возможные изменения дали бы минимальный эффект. Представляется несомненными, что дискриминантное время реакции имеет весьма высокую корреляцию с g.
Еще более сложные примеры когнитивной деятельности, требующие короткого ВР, представляют собой канцелярские задания такого типа, как применявшиеся Эрлангенской школой: сортировка карточек, называние серии из 20 букв, тест слежения, требующий от испытуемого упорядочения случайным образом разбросанных по листу бумаги чисел. Все эти тесты показывают весьма высокую корреляцию с тестами IQ .
Последним в этом обзоре исследований ВР мы упомянем изучение «времени инспекции»: под ним понимается минимальный промежуток, за который испытуемый может зафиксировать различие между двумя явно отличающимися по длине линиями . Две линии в течение краткого отрезка времени демонстрируются тахистоскопом, затем появляется иначе направленный маскирующий стимул. В качестве «времени инспекции» принимается то минимальное время, за которое испытуемый правильно определяет положение более длинной линии в 97,5% случаев. Пороговое значение значительно ниже для лиц с высоким уровнем интеллекта, чем для ограниченных испытуемых; аналогичный тест был разработан и для слуховой модальности. Как и большинство экспериментов для определения пороговых значений, данный тест требует значительного времени и преодоления трудностей с конструированием и использованием аппаратуры, в результате чего получаемые результаты варьируют в зависимости от того, кто проводит тестирование. Тем не менее обычно сообщается об успешном применении этой методики.
Можно предположить, что корреляция всех типов тестов ВР и измерений IQ должна зависеть от того, осуществляются ли последние с ограничением времени или без него. Это, однако, не соответствует действительности, как показали П.Вернон, С.Надор и Л.Кантор . Они нашли, что различия корреляции между результатами измерения ВР и IQ, определенным без ограничения времени, не носят статистически достоверного характера, то есть что тесты с ограничением времени и без такового характеризуют в целом одно и то же представление о факторе g.
Коэффициенты корреляции между ВР и IQ для различных тестов составляют от -0,3 до -0,6, и ясно, что любая комбинация наиболее удачных тестов даст значение коэффициента корреляции около -0,7 или даже выше для неселективных групп - значение, близкое к тому, которое имеет место для интеркорреляции различных тестов IQ. Таким образом, становится очевидным, что Ф.Гальтон был прав, предлагая использовать ВР для измерения интеллекта. Тесты ВР имеют неоспоримые преимущества: они гораздо
более фундаментальны, биологичны и независимы от влияния культуры, чем тесты IQ, неизбежно искажаемые культурными, образовательными и социоэкономическими факторами того или иного вида. Зависимости, обнаруженные в рассмотренных выше исследованиях, было бы очень трудно объяснить с позиций принципов А.Бине или триархической теории Р.Стернберга .
Лабораторная работа «Измерение времени простой сенсомоторной реакции»
Цель лабораторной работы:
Измерение времени простой сенсомоторной реакции на световой и звуковой раздражители.
Приборы и принадлежности:
Устройство психофизиологического тестирования «Рефлексометр».
Краткая теория:
Время реакции человека - интервал времени от начала воздействия на организм какого-либо раздражителя до ответной реакции организма.
Состоит из трёх фаз: время прохождения нервных импульсов от рецепторов до коры головного мозга; время, необходимое для восприятия нервных импульсов головным мозгом и организации ответной реакции в центральной нервной системе; время ответного действия организма. Время реакции зависит от типа раздражителя (звук, свет, температура, давление и т. д.) и его интенсивности, тренированности организма на восприятие этого раздражителя, его ожидаемости и др.
Время реакции на раздражители различной модальности различно. Самое короткое время реакции получается в ответ на слуховые раздражители, более продолжительные - на световые, самое длинное - на обонятельные и тактильные.
По степени сложности произвольные реакции человека можно разделить на следующие четыре вида:
1 простая сенсомоторная реакция;
2 сенсомоторная реакция различия;
3 сенсомоторная реакция выбора;
4 реакция на движущийся объект.
1 Простой сенсомоторной реакцией в психологии называют реакцию, которая осуществляется в условиях предъявления одного заранее известного сигнала и получения одного определённого ответа.
Например, в ответ на звуковой, световой, тактильный и т. д. сигналы человек должен как можно быстрее осуществить определённое действие - нажать на ключ или произнести определённый слог. Исследования показывают, что при надпороговой интенсивности раздражителя время простой реакции определяется в основном физической природой раздражителя и особенностями воспринимающего рецептора. Самая большая скорость простой реакции была получена при использовании звуковых и тактильных сигналов (105 - 180 мс). Скорость реакции на зрительный сигнал оказалась существенно меньшей (150 - 225 мс).
Это объясняется тем, что время рецепции звуковых и тактильных раздражителей намного короче времени реакции зрительного раздражителя, так как в последнем случае значительную долю времени занимает фотохимический процесс, преобразующий световую энергию в нервный импульс.
2 Сенсомоторной реакцией различения обозначают реакцию, которая производится в условиях, когда человек должен реагировать только на один из двух или нескольких сигналов (буквы, звуки, слоги), и, соответственно, ответное действие должно совершаться только на этот сигнал.
3 Сенсомоторной реакция выбора имеет место также при предъявлении двух или нескольких сигналов, но при условии, что нужно отвечать на каждый из них своим определённым действием. По сравнению с временем простой реакции время реакции различения и время реакции выбора заметно удлиняется.
Время реакции на раздражители различной модальности различно. Самое короткое время реакции получается в ответ на слуховые раздражители, более продолжительные - на световые, самое длинное - на обонятельные и тактильные .
При управлении техникой кроме времени реакции необходимо также учитывать время движения органов человеческого тела и время взаимодействия оператора с органами управления (таблица 4).
Таблица 4 - Значение времени реакции при различных движениях тела
Зависимость времени реакции от уровня тренированности, пола, возраста и различного рода влияний на организм.
Экспериментально показано (Н.И. Крылов, 1957, Н.И. Чуприкова, 1957, Е.И. Бойко, 1964, Е.Н. Сурков, 1984, В.П. Озеров, 1989), что:
1 Под влиянием тренировки время реакции не только укорачивается, но и стабилизируется, т.е. становится менее подверженным различного рода влияниям.
2 Укорочение времени реакции наиболее существенно в первые дни выполнения соответствующих упражнений.
3 Простая реакция поддается влиянию упражнений в заметно меньшей степени, чем реакция выбора. В частности, после лишь одного дня занятий время реакции выбора может сократиться на 30-40 %, тогда как простой сенсомоторной реакции - лишь на 10 %.
Каковы причины укорочения времени реакции после соответствующих тренировок? Известно, что всякий новый раздражитель сначала вызывает ориентировочную реакцию с более или менее обширной и длительной иррадиацией возбудительного процесса по коре больших полушарий, которая затем сменяется фазой концентрации. По мере повторения раздражителя имеет место привыкание, которое сопровождается все менее выраженной иррадиацией возбуждения с одновременным повышением динамичности возникающих нервных процессов. Постепенная редукция фазы иррадиации и достижение определенного уровня хронической (или статической) концентрации возбудительного процесса в коре, по-видимому, и являются одной из важнейших причин укорочения времени реакции в процессе тренировки.
Вторая причина, тесно связанная с первой, состоит в нарастающей по мере упрочения условных связей, стойкости корковых очагов возбуждения. Третья причина связана с изменением самой структуры временных связей, заменой более сложных второсигнальных ассоциаций более простыми первосигнальными.
Начиная с 3,5-4 и до 18-20 лет время реакции неуклонно сокращается. Затем оно стабилизируется, а после 40 лет по мере старения постепенно возрастает примерно в 1,5 раза (А.Г.Усов, 1960).
В ряде исследований (Е.П.Ильин, 1983, Е.Н.Сурков, 1984, Озеров, 1989) отмечаются половые различия, состоящие в том, что среднее время реакции у девочек, по сравнению с мальчиками, и у женщин, по сравнению с мужчинами, несколько длиннее .
Таблица 5 - Зависимость времени простой сенсомоторной реакции человека от физического и психоэмоционального состояния человека
Описание установки:
Измерить время позволяет устройство «Рефлексометр», в котором в качестве раздражителя использованы световой и звуковой сигналы
Установка состоит из блока формирования сигнала, имеющим буквенно-цифровой индикатор (1); блока управления с кнопками пуска (остановки) регистрирующего устройства (3) и блока светового (звукового) сигналов (2). Результаты тестирования выводятся на буквенно-цифровой индикатор и хранятся в памяти микроконтроллера.
В этом приборе микроконтроллер выполняет все основные функции, а именно, подаёт тестовые сигналы, измеряет время реакции, выводит информацию на буквенно-цифровой индикатор и хранит её в своей энергонезависимой памяти (EEPROM - электрически стираемое перепрограммируемое Постоянное Запоминающее Устройство (ПЗУ)).
Прибором управляют с помощью кнопки (Пуск/Сброс), нажатиями на которую последовательно переключают режимы работы, либо компьютерной мышью. Нажатие сопровождается звуковым сигналом.
Схема прибора показана на рисунке 6.
Рисунок 6 - Электрическая схема рефлексометра
Тактовая частота микроконтроллера стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1. Его частота (4,096 МГц) выбрана так, чтобы было удобно использовать её для измерения временных интервалов. К линии порта RA0 (вывод 17) микроконтроллера через токоограничивающий резистор R3 подключена кнопка SB1. Если её контакты разомкнуты, на этой линии порта присутствует низкий уровень, если замкнуты -- высокий. Для отображения информации применён ЖКИ HG1 со встроенным контроллером. Он отображает две строки по шестнадцать символов в каждой и снабжён светодиодной подсветкой.
Управление индикатором осуществляет микроконтроллер DD1 по линиям RBO, RB1 и RB4--RB7, загрузка данных происходит полубайтами. Подборкой резистора R7 устанавливают желаемую контрастность изображения. На линии порта RB2 формируется сигнал управления полевым транзистором VT1, который включает (выключает) подсветку ЖКИ, резистор R6 -- токоограничивающий. На линии порта RB3 формируется импульсный сигнал частотой 4 кГц, который через резистор R4 поступает на акустический излучатель НА1.
Питают устройство от внешнего источника постоянного или переменного напряжения 8... 12 В, потребляемый ток не превышает 130 мА. Диодный мост VD1 выпрямляет переменное напряжение или подводит постоянное напряжение к элементам устройства в требуемой полярности. Напряжение питания микроконтроллера и ЖКИ стабилизировано интегральным стабилизатором DA1, конденсаторы С1--СЗ, С6, С7 -- сглаживающие.
После подачи питающего напряжения происходит считывание данных из EEPROM микроконтроллера. Звучит короткий однократный звуковой сигнал и включается подсветка индикатора HG1. В его верхней строке появляется надпись «Record Рекорд». Справа выводится лучший результат текущего сеанса -- при первом включении это максимально возможный измеряемый временной интервал -- 9,999 с. Слева -- лучший результат за всё время работы прибора, при первом включении также 9,999 с.
До нажатия кнопки SB1 происходит генерация значения длительности предстартовой паузы. Она составляет от 1 до 8,2 с и носит случайный характер. После нажатия на кнопку SB1 и её отпускания начнётся отсчёт предстартовой паузы, сброс информации ЖКИ, отключение его подсветки. Затем акустический излучатель подаёт однократный звуковой сигнал. По истечении паузы наступает момент старта -- включается подсветка ЖКИ, звучит звуковой сигнал (световой сигнал) и начинается отсчёт времени. Прибор измеряет время реакции в интервале 0.001...9,999 с шагом 0,001 с.
Если испытуемый не нажимает на кнопку в течение 9,999 с, звуковой сигнал прекращается и прибор переходит в исходное состояние, когда отображаются лучшие результаты. При нажатии на кнопку в течение указанного временного интервала происходит остановка счёта, звуковой сигнал отключается. На верхней строке ЖКИ появляется надпись «Reaction Реакция», на нижней слева -- число измерений (максимум 255), справа -- измеренное время реакции.
Далее проводятся сравнения полученного результата с лучшими результатами за текущее и за всё время работы прибора. При фиксации нового рекорда происходит перезапись данных в EEPROM микроконтроллера. После нажатия на кнопку SB 1 и её отпускания прибор переходит в исходное состояние. Если нажать на кнопку до момента старта (фальстарт), зазвучит двукратный звуковой сигнал, включится подсветка ЖКИ и в верхней строке появится надпись «F.start Ф. старт». Через несколько секунд прибор перейдёт в исходное состояние .
Ход работы:
1 Включите прибор, установив тумблер в положение «Вкл.» После подачи питающего напряжения, звучит короткий однократный звуковой сигнал и включается подсветка индикатора. В его верхней строке появляется надпись «Record Рекорд». Справа выводится лучший результат текущего сеанса, слева -- лучший результат за всё время работы прибора.
2 Сядьте за столом в удобной позе. Испытуемый должен смотреть только на блок светового (звукового) сигналов. Переведите правый тумблер в положение «Звук».
3 Положите руку на панель органов управления установки (кнопка «Пуск/Сброс», компьютерную мышь) так, чтобы указательный палец правой (левой) руки свободно располагался на кнопке.
4 Нажмите кнопку «Пуск/Сброс». После нажатия на кнопку и её отпускания начнётся отсчёт предстартовой паузы, сброс информации ЖКИ, отключение его подсветки. Затем акустический излучатель подаёт однократный звуковой сигнал и начинается отсчёт времен. По истечении паузы наступает момент старта -- включается подсветка ЖКИ, звучит звуковой сигнал и начинается отсчёт времени. Прибор измеряет время реакции в интервале 0.001...9,999 с шагом 0,001 с.
5 При появлении звукового сигнала, необходимокак можно быстрее, нажать на кнопку мыши и остановить счёт, звуковой сигнал отключается. На верхней строке ЖКИ появляется надпись «Reaction Реакция», на нижней слева -- число измерений (максимум 255), справа -- измеренное время реакции.
6 Нажмите на кнопку «Пуск/Сброс», в результате чего прибор переходит в исходное состояние. Если нажать на кнопку мыши до момента старта (фальстарт), зазвучит двукратный звуковой сигнал, включится подсветка ЖКИ и в верхней строке появится надпись «F.start Ф. старт». Через несколько секунд прибор перейдёт в исходное состояние.
7 Измерение необходимо проводить от 10 до 30 раз, затем найти среднее значение времени реакции. Переключив тумблер в положение «Свет», повторите действия 1-13.
8 Из полученных результатов отнимите время, затраченное на движения фалангой пальца (0.17 сек.). Полученное значение времени реакции на световой и звуковой раздражители, сравните со значениями, приведенными в таблице 3.
Выводы: для данной лабораторной работы было создано устройство психофизиологического тестирования «Рефлексометр»» с подробным описанием заданий, с указаниями к выполнению работы.
Для определения скорости сенсомоторной реакции исследовались добровольцы обоего пола в возрасте от 19 до 23 лет в различном психоэмоциональном состоянии. Тест проводился в условиях тишины и отсутствия других раздражителей, в удобном положении тела и наличием опоры для локтя, чтобы уменьшить влияние статического сокращения мышц руки. Для определения скорости простой сенсомоторной реакции испытуемым предъявлялись визуальные раздражители в виде лампы зеленого цвета диаметром 0,3 см. и звукового сигнала. При появлении необходимого сигнала -- зеленого цвета, задача добровольца -- максимально быстро нажать на клавишу. Время между появлением сигналов было случайным и колебалось от 1 до 7 секунд. Испытуемые были предупреждены, что в каждой серии исследования сначала им будут предъявляться 10 световых (исследование времени простой сенсомоторной реакции), затем 10 звуковых, сигналов.
Испытание проводилось на 15 испытуемых, 5 из которых находились заторможенном состоянии.
Оценивалось только время сенсомоторной реакции, ошибки выполнения задания исключались. С целью борьбы с артефактами исключались первые значения в каждой реакции, время которых превышало 2000 мс. Последние заведомо превышают время сенсомоторной реакции и чаще всего связаны с отвлечением испытуемых от выполнения теста.
По результатом проведенных исследований следует, что у десяти студентов время среднее время реакции на световой раздражитель приблизительно равно 0,327 с, на звуковой - 0,302 с. Эти значения соответствуют нормой для обычного, нетренированного человека. У пятерых студентов, находящихся в заторможенном, вызванных непродолжительным сном, среднее время реакции на световой раздражитель было равным 0,497, на звуковой раздражитель - 0,472 с. Эти значения соответствуют низкой простой сенсомоторной реакции.
Тем не менее эти результаты являются нормой, т.к. время реакции человека находится в промежутке от 0,1 до 0,5 сек. Например, время продолжительности формирования ответного действия водителя на сигналы светофора в населенном пункте 0,3-0,4 с. Время реакции зависит от степени тренерованности человека. У более тренерованных людей время реакции достаточно низкая, примерно 0,13-0,15 с. На время реакции влияют такие факторы как утомляемость, невнимательность, прием тонизирующих веществ или алкоголя. При приеме небольшой его дозы алкоголя, время реакции увеличивается в 2-4 раза.
Время реакции (reaction time )
Измерение времени реакции (ВР), вероятно, - самый почтенный предмет в эмпирической психологии. Оно зародилось в области астрономии, в 1823 г., с измерением индивидуальных различий в скорости восприятия пересечения звездой линии-риски телескопа. Эти измерения были назв. личным уравнением и использовались для корректировки астрономических измерений времени, учитывающих разницу между наблюдателями. Термин «ВР» был введен в 1873 г. австрийским физиологом Зигмундом Экснером.
В психологии изучение ВР имеет двойную историю. Обе ее ветви восходят ко второй половине XIX в., и Кронбах назвал их - эксперим. психологию и дифференциальную психологию - двумя «дисциплинами научной психологии». Эти ветви зародились в лабораториях В. Вундта, основателя эксперим. психологии, и Ф. Гальтона, создателя психометрии и дифференциальной психологии. В эксперим. психологии ВР представляло интерес, в основном, как способ анализа психич. процессов и открытия общих законов, управляющих механизмами восприятия и мышления. В дифференциальной психологии ВР представляло интерес как способ измерения индивидуальных различий в умственных способностях, особенно в общей умственной способности, вытекавший из предположения Гальтона, что биолог. основой индивидуальных различий в способности является скорость умственных операций (вместе с сенсорной абсолютной и дифференциальной чувствительностью). Эти две ветви исслед. ВР рассматривались более или менее раздельно в соотв. литературе на всем протяжении истории психологии. Однако последнее десятилетие явилось свидетельством значительного «перекрестного опыления» этих двух областей, поскольку исследователи и в эксперим. когн. психол., и в дифференциальной психологии приняли на вооружение методологию ментальной хронометрии, или измерения времени обработки информ. в НС.
Исслед. ВР невозможно объяснить, не прибегая к специальной терминологии для описания существенных признаков парадигм и методологии измерений ВР. В типичном эксперименте по ВР наблюдатель (Н) приводится в состояние внимательного ожидания подготовительным стимулом (ПС), к-рый обычно относится к др. сенсорной модальности, нежели последующий стимул для реакции (СР), на к-рый Н отвечает к.-л. открытой (физ.) реакцией (Р), такой как нажатие или отпускание телеграфного ключа или кнопки, обычно указательным пальцем. Время, истекшее между окончанием ПС и началом СР, составляет подготовительный интервал (ПИ). Обычно он составляет от 1 до 4 с, меняясь случайным образом, так чтобы Н не мог научиться предвосхищать точный момент начала СР. Интервал (обычно измеряемый в мс) между предъявлением СР и появлением Р и есть ВР, тж наз. временем ответа (ВО). В нек-рых парадигмах ВР реакция Н на самом деле является сдвоенным ответом с двумя различными действиями: а) отпускание кнопки, а затем б) нажатие др. кнопки, вызывающее прекращение действия СР. В этом случае интервал между началом СР и реакцией отпускания кнопки является ВР, а интервал между реакцией отпускания и реакцией нажатия др. кнопки - временем движения (ВД), тж измеряемым в мс. (ВД обычно гораздо короче, чем ВР.) Устройство для измерения ВР и ВД обычно чрезвычайно просто, но критическим аспектом является точность и надежность механизмов отсчета времени. Более старые механические хроноскопы были весьма точны, но они нуждались в частой калибровке. В наше время микрокомпьютеры с электронными таймерами обеспечивают большую точность и устойчивость измерений ВР; вариабельность Н от испытания к испытанию значительно превосходит любую ошибку измерения, приписываемую самому устройству для измерения ВР. Точное измерение ВР оказалось полезным в психофизике для шкалирования силы и дискриминации ощущений в единицах ВР, а тж для получения объективной шкалы отношений со стандартизованными на междунар. уровне единицами.
На основе этой простой парадигмы ВР развиваются др., более сложные парадигмы ВР, преследующие цель разграничения сенсомоторных и когнитивных аспектов исполнения. Принципиальные усовершенствования были внесены в 1862 г. голландским физиологом Франсом К. Дондерсом, чьи варианты парадигмы ВР позволили измерять скорость конкретных психич. процессов в отличие от сенсомоторных компонентов ВР. Поэтому его справедливо наз. создателем ментальной хронометрии. Дондерс выделил три парадигмы, к-рые назв. А-, В- и С - реакциями: А - время простой реакции (ВПР) (т. е. одна Р на один СР); В - время реакции выбора (ВРВ), тж обозначаемое как время дизъюнктивной реакции (т. е. два (или более) различных СР и две (или более) различных Р, требующих от Н различения между разными СР и выбора соотв. Р из ряда альтернатив (напр., различных кнопок)) и С - время реакции различения (ВРР) (т. е. два (или более) СР, к-рые должен различить Н, предъявляются в случайной последовательности, но допускается лишь одна Р на единственный из СР (обозначенный экспериментатором), тогда как Н должен затормозить ответ на др. СР.
Типичная процедура, осн. на любой из этих парадигм, представляет собой ряд практ. проб с целью обеспечить понимание Н требований задачи с последующей большой серией тестовых проб для обеспечения достаточно устойчивого и надежного измерения ВР. Так как существует физиолог. предел максимальной скорости реакции (около 180 мс - для зрительных и 140 мс - для слуховых стимулов), распределение ВР любого Н заметно скошено вправо. Следовательно, предпочитаемой мерой центральной тенденции распределения ВР, полученного на основе п проб любого Н, является медиана, поскольку она менее чувствительна к асимметрии распределения, чем средняя. Часто применяется логарифмическое преобразование значений ВР, поскольку логарифм значений ВР имеет приблизительно нормальное (гауссово) распределение. Значения ВР, к-рые меньше наилучших оценок физиолог. предела ВР для данной сенсорной модальности, обычно отбрасываются как антиципаторные ошибки. Др. измеряемая характеристика данных о ВР - интраиндивидная вариабельность ВР, измеряемая как стандартное отклонение (SD ) величин ВР конкретного Н, полученных в п пробах (обозначаемое SD ВР). Эта характеристика обладает интересными свойствами - как эксперим., так и организменными, к-рые отличны от свойств ВР per se . Более сложные парадигмы, чем ВПР, такие как выделенные Дондерсом реакции выбора и различения, очевидно, допускают возможность ошибочных реакций и, следовательно, возможность принятия Н компромиссной стратегии применительно к соотношению «скорость-точность», в к-рой точность реагирования приносится в жертву чистой скорости. Ошибки можно существенно минимизировать посредством инструкции для Н, в к-рой делают акцент как на точности, так и на скорости ответа.
В теории и исслед. ВР в первую очередь принимается в расчет то, что ВПР и все более сложные парадигмы ВР включают два источника времени, к-рые можно назвать периферийным и центральным. Дункан Льюс, ведущий исследователь в области мат. моделей принятия решений, объясняет это следующим образом.
Вероятно, первое, что позволяют предположить данные о времени простой реакции, заключатся в том, что измеренное ВР является, как минимум, суммой двух совершенно различных составляющих времени. Одна из них связана с процессами решения, выполняемых ЦНС и нацеленных на принятие решения в то время, когда предъявляется нек-рый сигнал. Др. составляющая касается времени, к-рое требуется для преобразования и передачи сигнала мозгу, и времени, к-рое требуется посылаемым мозгом командам, чтобы привести в действие мышцы, обеспечивающие реакции.
Осн. предположение ментальной хронометрии состоит в том, что обработка информ. происходит в режиме реального времени, проходя нек-рую последовательность стадий, а измеренное полное время от постановки до решения умственной задачи м. б. проанализировано с т. зр. времени, необходимого для каждой стадии обработки. По существу, это следствие из предложенного Дондерсом метода вычитания. Однако предположение о последовательной, с четко очерченными стадиями, обработке информ. оказалось неск. упрощенным, так как во мн. случаях имеет место параллельная обработка и происходит взаимодействие между базовыми процессами, когда дополнительные процессы вызываются повышенной сложностью задачи. Поэтому для определения того, являются ли стадии обработки информ. разделенными во времени, частично перекрывающимися или взаимодействующими при решении любой данной задачи, были разраб. опирающиеся на дисперсионный анализ статистические методы, наподобие метода аддитивных факторов Сола Стернберга.
К осн. эксперим. переменным, влияющим на ВР, можно отнести характер ПС и длину ПИ, сенсорную модальность СР, интенсивность и продолжительность СР, характер реакции, степень совместимости между стимулом и реакцией (напр., пространственная близость СР к кнопке ответа), объем предварительной тренировки в выполнении задачи и воздействие инструкции экспериментатора на уровень побуждения или мотивации Н к установлению соотношения быстроты и точности реакций. К числу организменных факторов, влияющих на ВР, можно отнести возраст испытуемого, концентрацию на задаче, тремор пальцев рук, аноксию (напр., на больших высотах), стимуляторы и депрессанты (кофеин, табак, алкоголь), физ. форму, суточные колебания температуры тела (более высокая температура предполагает более быструю реакцию) и физиолог. состояние Н в конкретное время дня (напр., недавнее принятие пищи замедляет ВР). В общем, факторы, увеличивающие ВР, увеличивают SD ВР. Эти организменные переменные, по-видимому, оказывают большее влияние на центральный, или когнитивный, компонент ВР, чем на его периферийную составляющую, как следует из сравнительного анализа их воздействия на ВПР и ВРВ.
Один из самых устойчивых и теоретически привлекательных феноменов в области ВР, к-рый много изучался экспериментальными психологами, - это линейная связь между ВР и логарифмом числа (n ) выборов, или альтернативных реакций, в задаче на ВРВ. Хотя это явление было открыто в 1934 г. немецким психологом Г. Бланком, сама установленная зависимость получила назв. «закон Хика» благодаря опубликованной В. Е. Хиком статье, содержащей плодотворные идеи. В частности, Хик утверждал, что наклон (или угловой коэффициент) прямой ВР как функции двоичного логарифма п отражает скорость обработки информ., измеряемой как количество информ., обрабатываемой за единицу времени (напр., 40 мс на бит информ.). Обратная угловому коэффициенту величина (х 1000) выражает скорость обработки информ., оцениваемую количеством бит/с. Один бит (для двоичного знака) как единица информ., используемая в теории информ., соответствует количеству информ., сокращающей неопределенность наполовину; количество битов в задачах на ВРВ равно двоичному логарифму п. Хик и др. авторы предложили неврологические и мат. модели линейной зависимости ВР от количества обрабатываемой информ.
То, что можно было бы назвать гальтонианской ветвью применения ВР, видно на примере исслед. индивидуальных различий, особенно в умственных способностях, хотя ВР тж использовалось в психопатологических исслед. (шизофреники, напр., обладают необычайно замедленной реакцией и вариабельностью ее времени по сравнению с психически нормальными людьми того же возраста и IQ ). Гальтон первым предположил в 1862 г., что биолог. основа индивидуальных различий в общей умственной способности (позднее назв. фактором g , т. е. общим фактором, выделяемым в любой совокупности разнородных умственных тестов) м. б. измерена с помощью оценки ВР. Гальтон измерил время реакции у тысяч людей при выполнении ими разнообразных сенсомоторных заданий в зрительной, слуховой и др. модальностях. Тем не менее его измерения ВР были осн. на слишком малом числе проб для того, чтобы обладать достаточной надежностью, и не позволили обнаружить значимые корреляции с к.-л. внешними критериями умственных способностей, такими как образовательный и профессиональный уровни (тесты IQ не существовали в то время). Др. попытки подтвердить гипотезу Гальтона, предпринятые в начале столетия, принесли разочарование, и потому интерес к использованию измерений ВР в работах по дифференциальной психологии был утрачен, но, как показало развитие событий, преждевременно.
Исслед. ВР в то время были методологически наивными, и доводы для заключения о том, что нет никакой связи между ВР и интеллектом, были в равной степени наивными. Эти ранние исслед. содержали такое количество изъянов, к к-рым прежде всего относятся крайне высокая ошибка измерения, ограниченный диапазон способности в обследованных выборках, неадекватные и ненадежные меры критерия интеллекта, а тж отсутствие достаточно мощных методов статистического анализа и вывода, что практически невозможно было получить к.-л. научно значимые рез-ты. Преждевременный отказ от ВР как инструмента исслед. умственных способностей чел, был ист. прецедентом того, что статистики называют ошибкой II рода - принятие нулевой гипотезы, когда она ошибочна.
Спустя полвека, благодаря созданию теории информ., развитию эксперим. когн. психол. и формулированию на их основе концепции индивидуальных различий в интеллекте как отражения скорости или эффективности элементарных информ. процессов, гипотеза Гальтона была возвращена к жизни и заново подвергнута проверке. Ее время пришло примерно в 1970 г. Микрокомпьютеры с точными механизмами отсчета времени, изощренная теория измерений и усовершенствованные статистические методы многомерного анализа предложили преимущества, к-рых был лишен Гальтон и его непосредственные последователи. С 1970-х гг. отмечается нарастающий темп публикаций, посвященных исслед. связи между ВР и умственными способностями, особенно фактором g. Большая часть этих публикаций появилась в двух психол. журналах: «Интеллект» (Intelligence ) и «Личность и индивидуальные различия» (Personality and Individual Differences ). Нек-рые теории и эмпирические исслед. обобщены в книгах под редакцией Айзенка и Вернона.
В отличие от Гальтона и его ранних последователей, совр. исследователи используют широкое разнообразие задач, наз. элементарными когнитивными задачами (ЭКЗ), в к-рых ВР (и часто SD ВР, ВД, и SD ВД) являются зависимыми переменными. Эти ЭКЗ различаются по числу или сложности своих когнитивных требований и предназначены для отражения временных компонентов, необходимых для реализации гипотетических информ. процессов, таких как восприятие стимула, различение, выбор, визуальное сканирование множества элементов в поисках заданного «целевого» элемента, сканирование информ., удерживаемой в кратковременной памяти (напр., парадигма С. Стернберга), поиск и извлечение информ. из долговременной памяти (напр., парадигма Познера), категоризация слов и предметов и семантическая верификация коротких декларативных утверждений. Хотя здесь нет возможности описать исслед. каждой из этих ЭКЗ в деталях, полученные в каждом из них данные о ВР показали значимые корреляции с психометрическим интеллектом, или IQ . Нек-рые из осн. рез-тов в этой области воспроизводятся с достаточным постоянством, чтобы можно было сделать ряд эмпирических обобщений:
- ВР, ВД, SD ВР и SD ВД уменьшаются с младенчества до зрелости и повышаются в период поздней зрелости и пожилого возраста. Возрастные различия сильнее связаны с центральными, или когнитивными, компонентами этих переменных, чем с периферическими, или сенсомоторными, компонентами.
- Отрицательные корреляции между ВР и IQ по каждой отдельной ЭКЗ колеблются между -0,1 и -0,5, составляя в среднем -0,35. Эта корреляция не является функцией скорости прохождения теста IQ , и удивительно в этих корреляциях как раз то, что ВР измерялось при выполнении ЭКЗ, к-рые фактически не имеют интеллектуального содержания и не требуют специфических знаний и навыков, необходимых для выполнения тестов IQ . Кроме сенсомоторных компонентов, ВР и SD ВР, вероятно, являются свободными от содержания мерами скорости и эффективности информ. процессов.
- ВР сильнее коррелирует (отрицательно) с g -фактором, чем с др. факторами (независимыми от g ), к-рые составляют часть дисперсии психометрических тестов, такими как вербальный, пространственный, числовой, мнемический и скоростной конторский факторы плюс специфические факторы.
- Вариабельность корреляций между ВР и психометрическими способностями связана с нагрузками по фактору g конкретных психометрических тестов, различиями границ диапазона IQ в выборках и степенью сложности ЭКЗ, используемых для измерения ВР, к-рая, вероятно, зависит от числа различных информ. процессов, требуемых определенной задачей, и объема информ., к-рый необходимо переработать для достижения правильной реакции.
- Существует инвертированная U-образная зависимость между величиной корреляции ВР-IQ и сложностью задачи. ВР-задачи средней сложности демонстрируют наибольшую корреляцию с IQ ; дальнейшее повышение сложности задачи вызывает индивидуальные различия в когнитивных стратегиях, к-рые часто не связаны с g .
- ВР сильнее коррелирует с IQ , чем ВД. Сенсомоторный, или периферический, компонент ВР, к-рый составляет относительно большую часть дисперсии в ВПР, чем в ВРВ и др. более сложных формах ВР, не связан с IQ . Отсюда, при условии достаточной надежности мер ВР, удаление периферических компонентов из ВРВ и ВРР посредством вычитания ВПР повышает корреляцию этих мер с IQ .
- SD ВР (т. е. интраиндивидная вариабельность ВР) обнаруживает более высокую отрицательную корреляцию с IQ , чем само ВР. Кроме большой доли дисперсии, общей для ВР и SD ВР (к-рая отрицательно коррелирует с IQ ), ВР и SD ВР содержат тж уникальные компоненты, отрицательно коррелирующие с IQ . Высказывается теорет. предположение, что SD ВР отражает ошибки, или «шум», при передаче информ. в НС.
- Хотя корреляции ВР и SD ВР, осн. на выполнении одной ЭКЗ, в общем, невелики (в большинстве случаев от -0,2 до -0,4), когда используется ряд ЭКЗ, требующих для своего решения различных когнитивных процессов, их множественная корреляция (R ) с IQ (и особенно с фактором g) повышается до 0,70 (с поправкой на сжатие); величина R зависит от количества различных ЭКЗ, включенных в анализ. То, что скорректированный коэффициент множественной корреляции (R ), осн. на совокупности различных ЭКЗ, существенно больше коэффициента корреляции нулевого порядка (r ), вычисленного по данным выполнения любой одной ЭКЗ, наводит на мысль, что IQ (или психометрический g ) отражает ряд различных информ. процессов, до нек-рой степени не коррелирующих друг с другом. Люди, различающиеся по IQ , тж различаются, в среднем, по скорости или эффективности тех мозговых процессов, к-рые опосредуют выполнение данного ЭКЗ.
Эдвин Г. Боринг заявил в 1926 г., что «если в конце концов установят связь интеллекта (как его определяют с помощью тестов) с любой разновидностью ВР, это будет иметь важные последствия, как практ., так и теорет.». Сегодня в этом нет никакого «если»: связь интеллекта с ВР твердо установлена. Однако предсказание Боринга еще остается осознать и реализовать.
См. также Метод антиципации, Эргопсихометрия, Физиологическая психология, Сенсомоторные процессы
Цель работы - определение времени реакции человека. Ознакомление со статистической обработкой результатов измерений.
Приборы и принадлежности : измерительная система ИСМ - 1, выносной пульт - кнопка.
Введение Обработка результатов прямых физических измерений
Физические
измерения, проводимые достаточно точными
измерительными приборами, дают значения,
отличные от истинного значения измеряемой
величины. Причем отклонения, как в
большую, так и в меньшую
сторону равновероятны. Точность измерения
в случае небольшой серии испытаний
позволяет оценить метод
Стьюдента. За погрешность измерений
принимается полуширина доверительного
интервала
по формуле
г
де
τ (α,n
)
-
коэффициент
Стьюдента для п
измерений
при доверительной вероятности α
(таблица
коэффициентов Стьюдента приведена
в приложении в конце настоящего
сборника), < x
> - среднее
арифметическое измеряемой величины
где п
-
количество
измерений.
Результат измерений необходимо представить в стандартном виде
при α = 0,95.
Краткое описание установки
Для измерения промежутков времени в лаборатории механики используется измерительная система ИСМ - 1, которая имеет достаточно широкий набор выполняемых функций:
Измерение временных интервалов между различными событиями, в том числе с применением фотодатчиков;
измерение времени запаздывания и разности фаз колебаний;
управление исполнительными устройствами;
электропитание двигателя или других устройств постоянным или переменным напряжением.
Органы управления системой размещены на передней панели модуля ИСМ-1 (рис. 1).
В данной работе потребуются следующие органы управления:
1 - индикатор, отражающий время события в секундах или миллисекундах, в зависимости от положения переключателя 2;
3 - индикаторы включения соответствующих датчиков;
4 - переключатель количества измеряемых циклов;
5 - переключатель циклического или однократного измерения промежутка времени;
6 - кнопка ручного включения/выключения измерителя времени; 7 - кнопка приведения прибора в состояние готовности (сброс);
8 - переключатель полярности источника питания прибора (в данной работе должен стоять в верхнем или нижнем положении);
9 - включатель гироскопа;
10 - включатель прибора.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Подключите выносной пульт-кнопку к разъему №1, расположенному на задней стенке прибора.
2. Поставьте органы управления прибором в соответствующие положения: а) переключатель количества измеряемых циклов 4 - ":1"; б) переключатель циклического или однократного измерения 5- "ОДНОКР"; в) включатель гироскопа 9 - в среднее положение.
3. Включите питание прибора.
Подготовьте прибор к измерению промежутков времени: нажмите кнопку 7 "ГОТОВ".
Один студент берет в руки выносной пульт - кнопку, а другой нажимает кнопку ручного запуска измерителя времени 6.
Первый студент, услышав звуковой сигнал включения измерителя, нажимает кнопку выносного пульта. На индикаторе высвечивается время реакции первого студента на звуковой сигнал.
Время реакции занесите в таблицу. Повторите измерение времени реакции человека по пп.4 - 7 пять-семь раз.
|
t i |
t i - < t > |
( t i - < t > ) 2 |
|
8. Рассчитайте среднее время реакции человека по формуле:
где n - количество измерений.
9. Рассчитайте абсолютную погрешность Δ t измерения по формуле:
где τ(α,п) - коэффициент Стьюдента, зависящий от надежности α и количества измерений п (см. приложение в конце сборника).
1
0.
Рассчитайте относительную погрешность
измерения по формуле
11. Запишите результат измерений в стандартном виде
,
с 
при α = 0,95.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Сибирский федеральный университет»
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
Кафедра Радиотехника
Отчет по лабораторной работе
На тему: «Исследование времени реакции человека»
Выполнил: студент гр. РФ15-31Б
Должников М.О
Преподаватель: Зражевский В.М.
Красноярск 2015
1. Измерение времени реакции человека
Цель работы: определить время собственной реакции студента;
ознакомиться с методами статистической обработки результатов измерения.
Оборудование: миллиметровая линейка.
Теоретическое обоснование
Описание эксперимента. В данной лабораторной работе мы измерим время реакции человека одним из простейших способов. Для этого нам понадобится обычное оборудование.
Ход работы. Измерения производятся вдвоём. Испытуемый студент кладёт руку на край стола так, чтобы кисть свешивалась над полом и расстояние между большим и указательным пальцами было 3-4 см.
Второй студент помещает нулевое деление линейки между пальцами и отпускает её. Испытуемый должен как можно скорее поймать линейку.
Для выполнения данной лабораторной работы нам понадобятся следующие формулы:
Формула высоты, из которой следует формула времени:
Средняя высота падения линейки определяется формулой:
где N - число измерений
Дисперсию случайной величины определим по формуле:
Из формулы (1.3) видно, что чем больше число измерений, тем
меньше и, следовательно, выше точность измерений.
Для того чтобы вычислить среднеквадратичное отклонение среднего арифметического, воспользуемся формулой:
Абсолютная погрешность:
Среднеквадратичное отклонение средне арифметического по формуле:
Относительные погрешности для и:
дисперсия погрешность надежность стьюдент
2. Таблица расчетов и измерений
|
Число измерений |
Значение hi(м) |
Результаты расчетов |
||
3. Расчеты
1. По формуле (1.2) найдем среднюю длину:
2. По формуле (1.3) найдем дисперсию:
3. По формуле (1.4) найдем среднеквадратичное отклонение среднего арифметического:
4. Использовав таблицу коэффициентов Стьюдента найдем абсолютную погрешность для трёх значений коэффициента надёжности б - 0,7; 0,9 и 0,99, использовав формулу (1.5):
5. По формуле (1.6) вычислим среднеквадратичное отклонение среднего арифметического:
6. Аналогично п. 4 найдем абсолютные погрешности для различных значений коэффициента надежности б:
7. По формулам (1.7) вычислим относительные погрешности:
8. Окончательное значение времени реакции:
Среднее значение:
Абсолютные погрешности:
Относительные погрешности:
Вывод
Мы смогли определить время собственной реакции при помощи простейшего оборудования, а так же ознакомились с методами статистической обработки результатов измерений. Научились вычислять дисперсию, относительную и абсолютную погрешности, научились пользоваться таблицей коэффициентов Стьюдента.
Список литературы
Лабораторные занятия по физике / под ред. Л. Л. Гольдина. - М: Наука, 1983.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение среднеквадратического отклонения погрешности измерения, доверительного интервала, коэффициента амплитуды и формы выходного напряжения. Выбор допустимого значения коэффициента деления частоты и соответствующего ему времени счета для измерений.
контрольная работа , добавлен 15.02.2011
Определение величины сил, приложенных к отдельным участкам конструкции, силы трения, нормальной реакции. Вычисление положения точки на траектории в рассматриваемый момент времени. Применение теоремы об изменении количества движения к механической системе.
контрольная работа , добавлен 23.11.2009
Определение операторной функции ARC-фильтра. Расчет амплитудного и фазного спектров реакции. Построение графика функции времени реакции цепи. Определение переходной и импульсной функции фильтра. Реакция цепи на непериодический прямоугольный импульс.
курсовая работа , добавлен 30.08.2012
Расчет ускорения поступательного движения тела при применении уравнения динамики. Измерение массы основных и дополнительных грузов. Произведение пробных замеров времени прохождения тележкой отмеченного пути. Вычисление случайной погрешности ускорений.
лабораторная работа , добавлен 29.12.2010
Действующие нагрузки и размеры жёсткой пластины, имеющей две опоры - шарнирно-неподвижную и подвижную на катках. Расчет числовых значений заданных величин. Составление уравнений равновесия, вычисление момента сил. Определение реакции опоры пластины.
практическая работа , добавлен 27.04.2015
Энергия связи атомного ядра, необходимая для полного расщепления ядра на отдельные нуклоны. Условия, необходимые для ядерной реакции. Классификация ядерных реакций. Определение коэффициента размножения нейтронов. Ядерное оружие, его поражающие свойства.
презентация , добавлен 29.11.2015
Определение высоты и времени падения тела. Расчет скорости, тангенциального и полного ускорения точки окружности для заданного момента времени. Нахождение коэффициента трения бруска о плоскость, а также скорости вылета пульки из пружинного пистолета.
контрольная работа , добавлен 31.10.2011
Вычисление переходной характеристики цепи, определение ее реакции на импульс заданной формы с помощью интеграла Дюамеля. Вычисление спектра сигнала на выходе цепи. Связь между импульсной характеристикой и передаточной функцией. Синтез схемы цепи.
курсовая работа , добавлен 22.01.2015
Ознакомление с методами измерения показателя преломления с помощью микроскопа. Вычисление погрешности измерений для пластинок из обычного стекла и оргстекла. Угол отражения луча. Эффективность определения коэффициента преломления для твердого тела.
лабораторная работа , добавлен 28.03.2014
Закон движения груза на участке. Теорема об изменении кинетической энергии системы. Поиск реакции подпятника и подшипника с помощью принципа Даламбера. Угловое ускорение шкива. Уравнение Лагранжа. Вычисление суммы элементарных работ и момента сил.