反应时间测定.docx

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反应时间测定

第八章反應時間測定

第一節反應時間的定義

本章所談論的「反應時間」，乃指人從接收到一個刺激訊號後準備好要開始動作的時間（知覺時間，或稱感應時間），再加上執行反應動作的時間（動作時間）之總合。

所以，簡單的說，感應時間加上動作時間即為「反應時間」。

舉例來說：

當人騎乘機車時，忽然發現前方路口有車子衝出來，此時透過視覺神經傳達訊息至大腦，大腦做出決定要按煞車，此為感應時間。

而動手按下煞車的動作所需的時間就是動作時間，此兩個時間的總和即為反應時間。

人們可以透過不同的感覺器官接收外界各式各樣的刺激，例如：

視覺器官接收光線刺激；聽覺器官感應聲音刺激；嗅覺器官接收氣味刺激；味覺器官感應食物口味的刺激；皮膚有觸覺、痛覺和冷熱的感覺接收器。

早在1960年代，實驗心理學家已經對人類的感應時間做了相當多的實驗，從這些研究成果整理得知（Kroemer,etal.,1994）：

應用的感覺受器不同，所需的感應時間亦不相同，其間差異並不超過一秒鐘；最快的是電擊感應時間（130ms），其次是聲音與觸覺（140ms），接著是視覺與溫度感應時間（180ms），再來是嗅覺（300ms），味覺稍微慢一些（500ms），最慢的是痛覺感應時間（700ms）。

如果刺激只有一種，而且人們也知道遇到這種刺激應該做什麼反應的話，此情況下的感應時間為簡單的感應時間。

如果刺激有N種可能，每一種刺激出現的機率均為P（P=1/N），不同的刺激必須選擇做出不同的反應，此時的感應時間可稱之為「選擇感應時間」，以T代表。

則：

T=a+blog2（1/P）……………………………………………..…………………

（1）

其中a、b為實驗所得之常數，這個數學等式叫做Hick-Hyman方程式。

由這個方程式得知：

選擇感應時間會隨著選擇數量增加而增長。

另外，在人體反應動作時間的研究中，最著名的就是Fitts定律。

此定律說明動作時間（MT）與距離（D）對數值呈正比，而且又與目標寬度（W）的倒數對數值呈正比。

其關係式為：

MT=a+blog2（2D/W）…………………………………………..………………

（2）

圖8-1左右手協調訓練機

圖8-2反應速度訓練機

其中a、b為實驗常數。

所以，為了縮短人們的動作時間，理論上應該縮短肢體移動的距離，而且要避免精細地對準或受限於固定狹長的軌跡運動。

但是，人們也可以透過不斷地訓練，而縮短整個反應時間。

圖8-1是左右手協調訓練機，其中有一個曲柄的轉動會帶動機器上方繪圖筆在垂直的方向移動，另一個曲柄的轉動會使繪圖筆在紙上做水平的移動。

受試者必須用雙手各別控制轉動一個曲柄，在紙上延著圓環軌跡畫出一個圓，另一個人測量受試者畫出一個圓的時間。

另外，圖8-2是手部動作的反應速度訓練機，受試者拿著右側金屬棒插入面板上挖空的軌道左端起點，沿著軌道移動金屬棒向右端終點行進，而且金屬棒不可以碰到軌道邊緣，若碰到邊緣則有警告聲音發出，另一個人測量完成的時間。

第二節反應時間的量測與應用

大家在小時候可能有玩過這樣的一個遊戲，請一個朋友拿一支直尺的頂端，讓直尺自然往下垂，自己把右手的食指和拇指張開，並且位於直尺的正下方兩側。

當自己看到朋友放開直尺後，必須趕快用食指和拇指捏住正在往下掉落的直尺。

如果你捏住直尺的位置愈靠近尺的底部，表示你的反應速度愈快。

因為直尺受到地心引力的影響，所以往下掉落的距離（H），可以由下列物理學的公式得知：

H=1/2gt2……………………………………………………………………………（3）

其中g為重力加速度（9.8公尺/秒2），t為往下掉落的時間。

因此我們可以從捏住直尺的位置，推算出往下掉落的時間t；而這個例子的時間t也就是你的反應時間。

這個反應時間是從你的眼睛看到直尺開始往下掉落，大腦命令手指作動作，一直到食指和拇指捏住直尺為止所花費的時間。

當然，一般實驗收集反應時間都是用計時器來測量。

傳統機械式的馬錶是早期常用來精細計時的儀器，但是受限於計時人員按馬錶的速度不一，可能會有些許的誤差。

現在電子式的計時器已經相當普遍，而且可以透過機電整合，使儀器自動開始計時，並且也能自動停止計時；這樣可以避免計時人員按馬錶的誤差。

另外，我們也可以運用電腦科技，開發一些特定刺激與動作的反應時間測定程式，讓受試者自行在電腦上操作，即可測量其反應時間。

本書附贈的光碟提供一個由陳協慶教授開發的反應時間測定程式（reaction），讓學生從事反應時間相關的實習，此程式操作步驟請參見附錄二。

通常我們都希望反應時間愈快愈好，例如：

做出緊急煞車的反應時間，短跑選手起跑的反應時間，以及玩躲避球時的閃躲反應動作等。

但是，有時後為了達到精準與正確的目標，可能就不會過分要求快速的反應，例如：

品質檢驗人員做目視檢查時，應該仔細地檢查出瑕疵，而不是一味的求快；棒球打擊者也不是只求快速地揮棒，而是要精確地判斷好球，並能正確地揮棒打出安打或全壘打等。

人的知覺與動作反應可能會受到很多因素的影響而無法做出快速的反應，例如：

刺激的強度太弱、刺激的種類變化太多、刺激訊號出現的位置不易引人注意、人沒有料想到會有這種刺激訊號發生、人的年紀太大而反應遲鈍、環境因素的干擾、個人注意力不集中、需要做出反應動作的方向不順手、需要做出反應的動作太複雜，以及需要做出反應的動作與心理預期的不一致（刺激與反應動作之間的相容性太差）等。

因此，有些人因工程專家則致力於了解這些影響人類反應時間的因素，並且思考如何改善工作、器具、與作業環境，期使人類的反應時間能縮短到令人滿意的地步。

在反應時間研究的應用上，以汽車中央上方第三煞車燈（Centerhigh-mountedautomobilerearstoplamp）最為知名。

在1970年代，美國公路交通安全局（NationalHighwayTrafficSafetyAdministration）資助兩項實地研究計畫，結果發現汽車後上方加裝第三煞車燈時，能縮短跟在後面汽車駕駛的煞車反應時間，進而減少路上意外事故的發生（王明揚與卓耀宗，1998）。

第三煞車燈可以縮短後車駕駛反應時間的理由為：

第三煞車燈與左右方向燈分離，可避免視覺混淆；第三煞車燈與尾燈形成三角形配置，增加被注意到的機會；第三煞車燈的高度約位於後車駕駛的正常視線範圍內，增加了可見性（TheeuwesandAlferdinck,1995）。

我國林清泉教授對第三煞車燈的研究指出：

燈泡規格（瓦數）、燈色、環境照明（白天/夜間）、與燈色和環境照明的交互作用，對後面汽車駕駛的煞車反應時間有顯著地影響。

5瓦燈泡優於10與18瓦燈泡；黃色與紅色燈光優於藍色；夜間環境的反應時間比白天短（林清泉，2003）。

第三節實驗設計提示

單元七、選擇數對視覺與聽覺反應時間的影響

1.使用反應時間測定程式（reaction），改變選擇數（至少三種）會顯著地影響人們的視覺反應時間和聽覺反應時間嗎？

2.以上實驗受測人數至少30人，比較平均的視覺與聽覺反應時間何者較快。

3.根據實驗數據，探討人們的反應速度是否可以因為熟悉而增快。

第四節實驗設計舉例

根據上節單元七的提示，可以參考以下的實驗方法，自行設計出你們有興趣做的實驗：

一、受試者

針對身體健康、無視覺和聽覺障礙，且年齡介於16～30歲之男、女學生各15人進行實驗。

而受測者將由實驗小組組員隨機抽取大學院校學生共30人，並在受測者同意下請其簽署實驗同意書。

二、儀器設備及材料

1.手提電腦

2.喇叭

3.反應時間測定程式－Reaction

三、自變項

1.選擇數：

程式每次出現刺激的可能個數

（1）.Simple_1：

每次出現的刺激都一樣。

（2）.Choice_2：

每次會從兩種程度不同的刺激中，隨機出現一種刺激。

（3）.Choice_3：

每次會從三種程度不同的刺激中，隨機出現一種刺激。

藉由選擇數的改變來得知選擇數為何時反應最快，且探討在改變選擇數後，是否會影響人類的反應時間。

2.增加練習的次數，來探討人們的反應速度是否會因熟悉而增快。

3.分別進行視覺和聽覺刺激型態實驗，比較二種刺激型態何者反應時間較快。

四、依變項

實驗成功之反應時間，以ms為單位。

五、控制變項

1.受測時段為早上8點至下午10點前。

2.受測者身體健康、無視覺和聽覺障礙之大專學生、年齡介於16－30歲。

3.聽覺測試時，將聲音分貝大小固定為一定值（即喇叭音量調整為固定大小），如果每個受測者所接受的聲音量大小不一，將造成反應時間上的差異性。

4.受測者的手指與待反應之按鍵距離為零，也就是讓受測者直接將手指輕輕置放於按鍵上。

本實驗主要是探討人在受到刺激後，做出反應所需的時間，如果讓手遠離按鍵，將會增加手移動到反應按鍵上的時間，造成不必要的誤差，故讓受測者手放於反應按鍵上。

六、實驗程序

本實驗共分為人類視覺感官在三種選擇數之下的反應時間測定，以及人類聽覺感官在三種選擇數之下的反應時間測定。

實驗詳細步驟如下所述：

1.記錄受測者之基本資料，姓名、年齡、性別等，並請受測者簽署同意書。

2.先向受測者講解詳細的實驗流程，並教導如何操作軟體。

3.首先進行視覺反應時間之實驗（將刺激型Switch轉到視覺刺激），每一位受測者都須完成下列三項測試，順序採隨機方式進行：

（1）反應型態設為Simple（單一選擇數）。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

（2）將反應型態設為Choice，再將選擇數設為2。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

（3）將反應型態設為Choice，再將選擇數設為3。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

4.在開始聽覺實驗（將刺激型Switch轉到聽覺刺激）之前，先讓受測者練習聽電腦所發出之低頻、中頻，高頻聲音數分鐘。

接著進行聽覺反應時間之實驗，每一位受測者都須完成下列三項測試，順序採隨機方式進行：

（1）反應型態設為Simple（單一選擇數）。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

（2）將反應型態設為Choice，再將選擇數設為2。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

（3）將反應型態設為Choice，再將選擇數設為3。

a.並按照程式操作步驟進行實驗。

b.組員記錄受測者的成功反應時間（共記錄十筆資料）。

5.將實驗所得數值輸入MicrosoftExcel中，以便日後進行統計分析。

6.整個實驗流程圖請參見圖8-5。

圖8-5實驗流程圖

第五節學生實習並回答問題

一、實習目的

探討人耳朵接受訊號的反應時間會受到何種可能的因素影響，再透過SPSS統計分析軟體來驗證。

本實驗抽樣量測台灣男性15人（18~28歲）及台灣女性15人（18~28歲）在聽覺上的反應時間。

接著回答以下幾個問題：

1.在選擇測試模式下，選擇數為2時與選擇數為3時，反應時間是否有差異？

2.男性與女性的反應時間是否有差異？

3.外在的干擾是否會影響反應時間？

二、使用儀器

利用電腦軟體自行開發一種聽覺刺激的反應時間測定程式。

三、實習設計指示

1.自變項

選擇數（2,3）

外在干擾（有,無）

2.依變項

反應時間（每人每種實驗組合測試5次,取平均值）

四、實驗步驟指示

1.先記錄每位受測者的姓名、年齡、身高、體重與運動習慣。

2.實驗人員於實驗前應告知受試者聽覺刺激的反應時間測定程式操作方法，並讓受試者先練習聽三種不同的聲音。

3.量測反應時間時，順序上應採完全隨機的方式進行。

4.實驗人員記錄受試者的測試結果，且不可將實驗結果透露給受試者。

5.統計分析包括：

（1）以圖表呈現各變項之平均值、標準差

（2）以ANOVA檢定各自變項是否對反應時間有顯著影響。

6.最後根據實驗結果回答上述實習目的之三個問題。