Метод определения реакции человека. Скорость умственных действий и измерение времени реакции

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.

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.

Определение быстроты реакции

Есть ли человек, который не слышал словосочетание «быстрота реакции»? Сколько раз мы в последний момент «спасали» кружки и тарелки? Сколько раз она определяла результат соревнований, эстафет и конкурсов? С любым человеком и дома, и на улице в любую минуту могут случиться неожиданности, и тогда
его здоровье будет напрямую зависеть от быстроты реакции. Но требуется она не только для обычной жизни. Это профессионально-важное качество для космонавтов, летчиков, моряков, военных, спортсменов, водителей, операторов. Сотни профессий, тысячи ситуаций, ежедневно.

Наверное, у многих возникает желание узнать быстроту своей реакции или получить ответ на вопрос: «Смогу ли я сравняться с Шумахером». Смогу ли я стать летчиком или просто немного увеличить быcтроту реакции?
Что для этого надо сделать?

Для начала её надо измерить. Нетрудно догадаться, что быстрота или скорость реакции измеряется временем, точнее - временем простой условнорефлекторной реакции.

Измеряют его, и сложными приборами - хронорефлексометрами,

и очень простыми и доступными средствами, например, школьной линейкой. Кстати, не менее точно.
Помните, … всё гениальное - просто.

Измерение простой условнорефлекторной реакции

Простая условнорефлекторная реакция осуществляется как простое движение в ответ на простой сигнал. Соотношение сигнал - движение задается инструкцией, произносимой лаборантом.

Инструкция
«Вам предлагается тест измерения времени реакции с помощью школьной линейки. Требуется поймать её
в свободном падении.

Измерение производится стоя. Ведущую руку (для правшей - правую) держать на уровне груди. Большой
и указательный палец необходимо максимально сблизить, но не касаться поверхности линейки. Нулевая отметка должна располагаться на уровне верхнего края указательного пальца. Как только Вы увидите, что линейка падает Вам следует её схватить. Никакой дополнительной команды подаваться не будет.
Измерение проводится 3 раза. Готовы? Будьте внимательны.»

Процедура проведения
Измерение проводится вдвоём. Показания считываются у верхней границы указательного пальца.

Интерпретация результатов измерений
После измерения вычисляется среднее арифметическое трёх измерений и сравнивается с нормами.

Нормы

Видеофайл «Измерение времени реакции»

А теперь информация для тех, кто всё-таки хочет получить ответы на вопросы.

Как перевести сантиметры в миллисекунды?

Чем ограничена скорость реакции человека

Скорость реакции человека определяется работой нервной системы. Когда человек реагирует на очень сильное раздражение, опасное для жизни, например, когда отдергивает руку от горячего предмета -
в действие вступает простой рефлекс, в котором головной мозг не принимает участия. От рецептора сигнал
по нервному волокну идет в спинной мозг и затем сразу к мышце, проходя всего по трем нервным клеткам - чувствительному нейрону, вставочному нейрону в спинном мозге и двигательному нейрону. Скорость нервного импульса по отросткам нервных клеток здесь - несколько десятков метров/сек. Определяющим является время синаптической передачи - порядка 0,1 сек.

Сначала человек отдергивает руку, а затем чувствует боль. Это связано с тем, что от болевых рецепторов в
мозг сигнал идет по нервным волокнам другого типа с меньшей скоростью.

Если речь идет о реакции человека на летящий в него камень, то здесь тоже рефлекторная реакция: глаз передает сигнал о быстром движении не только в отделы головного мозга, где они обрабатываются (и мы понимаем: «летит камень»), но и по специальным нервным путям - к мышцам, что обеспечивает быструю реакцию избегания - ухода в сторону, отпрыгивания и т.п.

Если речь идет о реакции при игре в теннис, то постепенное улучшение реакции связано с формированием стереотипных рефлексов, позволяющих реагировать без участия коры больших полушарий (без размышления), и, главное, такие реакции осуществляются без обратной связи, то есть не происходит постоянной корректировки движения. А когда мы только учимся делать новое движение, идет сложное взаимодействие: мышце подается сигнал о действии, от нее обратно поступает сигнал о результате действия,
и идет корректировка, т.е. мышца движется под постоянным контролем, на что требуется много времени.
Во всех этих процессах участвуют разные области мозжечка и некоторые другие структуры головного мозга.

Как повысить скорость реакции

Скорость реакции человека можно увеличить. Можно научиться реагировать на раздражители, предшествующие действию. Например, не на удар боксёра, а на подготовку к нему - ведь прежде чем
ударить противник обязательно посмотрит на цель, сменит позу, напряжет мышцы, вдохнет... Времени более чем достаточно. Нужно только выработать условный рефлекс, заложить в подсознание новый раздражитель
и ответную реакцию на него.

В этом Вам может помочь упражнение:

Игра в хлопушки.
Первый партнер становится и располагает открытую ладонь так, чтобы второму было удобно по ней бить. Например, становится боком ко второму, открытую ладонь держит перед собой. Второй партнер бьет по
ладони первого в произвольные моменты времени. Задача первого - убрать ладонь, задача второго - попасть. Можно вести счет. Затем партнеры меняются. Принцип, заложенный в этой игре можно перенести на другие технические действия, например, на подсечки и уходы от ударов ног по нижнему уровню.

Известно, что подсознательная реакция, связанная с правым полушарием головного мозга, намного быстрее сознательной, связанной с левым полушарием. Логично предположить, что именно в подсознании должны
быть заложены ответные действия на определенный раздражитель. А это достигается путем многократного повторения движений на тренировках. Всего нужно набрать около 5-10 тыс. повторений, причем за раз не имеет смысла делать более 300 повторений. 300 цифра достаточно большая, в основном получается
не более 200 движений за тренировку, тогда выходит, что для подсознательного усвоения двигательного шаблона требуется в идеале около двух месяцев. Двигательные реакции должны осуществляться на уровне условных рефлексов, а для этого, как видите, необходима серьезная тренировка.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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 .
6. 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 .
7. 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.
8. 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

Урок изобретательства " Измерение реакции человека пр помощи линейки". Как при помощи линейки измерить время реакции человека? «Время реакции - это протяженность от начала сигнала до реакции организма человека на этот сигнал. Она зависит от возраста, тренированности и самочувствия человека. Например, время реакции на слуховой сигнал 0,12 - 0,14 с, а на зрительный 0,13 - 0,15 с. Время реакции является одним из важнейших критериев отбора водителей, операторов, летчиков и космонавтов». Как вы думаете, чему равно время реакции у вас?

Просмотр содержимого документа
«Измерение времени реакции человека при помощи линейки урок изобретательства»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

города Керчи Республики Крым

«Школа № 25»

Разработка открытого урока физики по теме:

« ИЗМЕРЕНИЕ ВРЕМЕНИ РЕАКЦИИ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ПОМОЩИ ЛИНЕЙКИ»

Подготовила учитель

физики Дротенко И.Н.

2017 г.

Измерение времени реакции человека при помощи линейки.

Урок изобретательства

Цели:

Образовательные: научиться измерять время реакции человека при помощи линейки;

Развивающие: содействовать развитию речи, мышления, познавательных и общеучебных умений: планировать действия, готовить рабочее место, оформлять результаты работы; содействовать овладению методами научного исследовании: анализа и синтеза.

Воспитательные: формировать добросовестное отношение к учебному труду, положительной мотивации к учению, коммуникативных умений; способствовать воспитанию гуманности, дисциплинированности и взаимопониманию при работе в группе.

Оборудование: линейки (деревянные), микрокалькуляторы, таблицы, бумага, клей.

Ход урока

Вступление.

Учитель: Как при помощи линейки измерить время реакции человека?

(Высказывания учеников)

Учитель: Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны понять, а что же такое время реакции человека? Чему оно равно?

В энциклопедии говорится: «Время реакции – это протяженность от начала сигнала до реакции организма человека на этот сигнал. Она зависит от возраста, тренированности и самочувствия человека. Например, время реакции на слуховой сигнал 0,12 – 0,14 с, а на зрительный 0,13 – 0,15 с. Время реакции является одним из важнейших критериев отбора водителей, операторов, летчиков и космонавтов».

Как вы думаете, чему равно время реакции у вас? Сможете ли вы быть космонавтом, летчиком или оператором?

Чтобы ответить, нужно это время измерить. Оказывается, это нетрудно сделать при помощи обыкновенной … линейки. Не верится? Но это правда, причем время мы сумеем измерить с точностью до одной тысячной доли секунды! Есть ли у вас предложение, как это сделать?

(Предложения учащихся)

Учитель: Хорошо. Итак, чтобы начать изготавливать этот прибор, давайте вспомним из кинематики некоторые сведения, так как в своей работе мы будем основываться на них.

Повторение.

Вопросы по кинематике:

Учитель: Ну, а теперь придумали, как с помощью линейки измерить время реакции человека?

(Высказывания учеников)

Физическая идея создания прибора.

Позволить вертикально падающей линейке падать свободно (разжав пальцы).

Она будет двигаться вниз равноускоренно с ускорением g.

Если сразу после начала падения линейку поймать, то по участку между пальцами (отметками в начале и в конце) можно судить о том, сколько времени она падала.

Это время равно времени реакции человека.

Остается связать участок пути h и время t свободного падения.

Учитель: Как это сделать?

(Предложения учащихся)

Запись на доске:

h = =t 2 = = t = = 0,447 , т.к. g 10 м/с 2

Учитель: Округлим десятичную дробь до тысячных долей и имеем расчетную формулу:

t = 0,447 (с)

Вычисления по формуле и заполнение таблицы.

Вычисления по вариантам, самостоятельно. Обсуждение и уточнение результатов.

Изготовление прибора.

Градуировка линейки в соответствии с табличными данными.

Измерение времени реакции, сравнение результатов.

Домашнее задание.

Изготовить новую красивую линейку с временной шкалой по данным вышеприведенной таблицы.