基于心理學實驗視角的Tatool應用研究

黃 睿，杜繼淑

(1.東北財經大學研究生院，遼寧 大連 116025;2.重慶工商大學旅游與國土資源學院，重慶 400067; 3.重慶電子工程職業學院，重慶 401331)

基于心理學實驗視角的Tatool應用研究

黃 睿1，3，杜繼淑2

(1.東北財經大學研究生院，遼寧 大連 116025;2.重慶工商大學旅游與國土資源學院，重慶 400067; 3.重慶電子工程職業學院，重慶 401331)

如何將心理學實驗中冗余與重復操作用計算機軟件來實現一直是眾多相關領域學者孜孜追求的目標;總結出Tatool工具具有開源性、跨平臺、易擴充性等三大特征，彌補了已有心理學實驗計算機軟件的不足;從Tatool涉及的客戶端界面、當前執行模塊(狀態面板、操作面板)、數據的保存與導出、下載相關技術等方面對該工具進行了研究，提出其構架的核心思想是用模塊代表某一實驗或研究，從而得知Tatool的構架與心理學實驗的設計恰好同構。

計算機軟件;Tatool;心理學實驗;同構

當今心理學行為實驗的軟件包因多數涉及知識產權問題，購買費用昂貴，且不一定能解決基于計算機的心理學研究中出現的所有問題。雖然免費的開源軟件包數量在不斷增加，一定程度上緩解了此矛盾，但很多軟件包只可用于某一操作系統，如微軟的Windows系統，蘋果的Mac OS系統。此外，有些軟件包只能用于實驗室中的線下研究。Tatool作為由Java語言編寫的開源程序設計框架，具有可擴充性、跨平臺性兩大特征［1］。該程序框架可用于心理學實驗研究中調查問卷的設計，且不受是否在線的影響，特別適用于認知訓練的研究。由于認知訓練通常要求被試人員在本地電腦自行開展上機試驗，而Java語言的跨平臺特性，使Tatool可將實驗任務的編譯版在線分發給全部被試人員供其下載使用。Tatool可提供多種特征功能，如:環節組織程序，自適應訓練算法［2］和一個用于監視被試者參與度的網絡界面。

1 Tatool原理分析

Tatool的開源發布許可由GNU Lesser General Public License公正。用戶下載Tatool后，通過自定義源代碼可實現對該軟件功能的擴展，使其滿足設計中的差異化需求。此外由于其開源性，同業人員可對Tatool的編譯提供個人見解，不斷優化其框架從而增強其應用性。用戶自行開發的程序代碼可在取得GNU Lesser General Public License后發布，在不侵害自身開發者身份的前提下與其他用戶共享實驗程序或交換代碼片段［3］。

Tatool客戶端自帶一個圖形用戶界面，如圖1所示?？蓪崿F多語言與多用戶的運行管理，用戶的個人數據可在主窗口顯示。圖形可降低短時記憶的認知負荷，有助于用戶在問題之間建立更加具體和清楚的聯系［4］。如要完成某一實驗任務(藍、綠色認知實驗)顯示在當前執行模塊，其包括狀態面板和操作面板，如圖2所示。狀態面板顯示目前測試的難度等級、已完成的測試數量、當前測試結果的正確度、以及一個可隱藏的計時器;操作面板可通過鍵盤按鍵，視窗按鈕，或文本輸入域等實現用戶與Tatool的互動。在進行測試練習時，面板有顯示與隱藏這兩種狀態供選擇，但在正式測試時無此選擇。當前執行模塊可選用視窗化或全屏化兩種顯示方式，其產生的數據會保存在Tatool自帶的本地數據庫中，需要時以逗號分隔值文件(CSV)的形式導出。CSV文件由其對應實驗的行和對應數個變量的列構成，這些變量可以是刺激變量的屬性或其他可度量的變量。CSV文件可使用電子數據表程序(如Microsoft Exel)打開并通過數據透視表對資料進行匯總;也可使用文本處理程序閱讀并將其資料導入數據處理程序(如SPSS)。為了協助資料的匯總，CSV文件中每一列的首標均對應XML模塊文件中給出的定義命名，因此實驗人員可對其所指一目了然。

圖1 Tatool客戶端自帶圖形界面

圖2 當前執行模塊

匯總后的資料既可本地導出到客戶端所在的電腦，也可在線導出到可運行Tatool Online的FTP server或Web server。Tatool Online可對所做研究進行線上管理，該組件可在任何支持PHP和MySQL的Web服務器上安裝，相關安裝示例可參閱網站:www.tatool.ch。實驗人員可在Tatool Online創建研究項目，添加分組，并將參與者按組分配。采用不同的實驗人員配置文件設置可以設計出不同復雜度的研究程序［5］，如雙盲設置(實驗人員不被告知被試者的身份或所在分組)。此外，Tatool Online還可為那些需要被試者在家中自行測試的研究(比如那些參與者數量過多的研究項目)提供有用的特征功能，如自動上傳實驗數據以減少技術問題而引發的數據丟失。與此同時，上傳的數據還被存儲于本地的嵌入式數據庫(HSQLDB)中，一旦出現技術問題，如網絡連接中斷，數據可暫停傳送待故障排除，或者執行本地導出。Tatool Online對已上傳的數據進行實時處理，并列出被試者名錄以及他們當前進行的環節，包括最近一次上傳資料的時間和該環節持續時間，以及用戶信息(如用戶表現和反應時間)。這就使得實驗人員可以對被試者的參與度進行全局瀏覽，如有必要，還可以對其干涉。此外，Tatool Online可通過提供簡要描述性數據、簡單圖形來滿足實驗人員對該研究整體進度的監視。

2 Tatool框架設計

Tatool的構架與心理學典型實驗的設計相適應，即同構。其構架的核心概念是用模塊代表某一實驗或研究。一個模塊包含多個不同類型的元素:列表元素，復合元素和可執行文件元素。如圖3所示為一個模塊的內部層級，該模塊由一個嵌套于列表元素中的可執行文件元素構成。列表元素和復合元素為可執行文件元素的分組提供服務，兩者可相互嵌套。列表元素將相關元素排序為后續執行做準備;復合元素包含一個初始元素和一個二次元素，可作為雙重任務(如1985年的 Brown-Peterson任務、1980年的 Daneman＆Carpenter，復雜跨度任務［6］)的開展基礎。每一次可執行文件的實際執行都可作為該環節中的一次試驗被記錄并存儲。如圖4所示為某一模塊中的不同元素，這些元素將以數據輸出時反映出來。

圖3 Tatool模塊構建圖

圖4 模塊對應的實驗構建圖

3 Tatool實驗測試與分析

心理學研究要揭示變量與變量的因果關系，其研究設計基本的思路:在控制了其他因素(無關因素)的情況下，引起自變量變化，看自變量變化是否引發出因變量相應的變化。一旦自變量的變化引起了因變量相應的變化，那么，可以認為自變量與因變量有因果關系。這是心理學實驗設計的基本邏輯［7］。

根據心理學實驗設計的基本邏輯，以心理學中的“記憶實驗”為例。被試需要在給定時間內記憶一組單詞，隨后實驗人員會采取一定手段來分散其注意力，最后要求該被試復述出自己所記住下的單詞。在這一實驗中，存在一個或幾個列表元素，表現形式為一組待記憶的單詞，這些列表元素作為初始元素嵌套在復合元素中。在實驗執行時，初始元素首先被執行，即顯示該列單詞;隨后執行二次元素，這里表現為一個用來分散被試注意力的程序;在二次元素執行過后，可以讓初始元素再次執行，即顯示另一組待記憶的單詞;或者直接開啟可執行元素，如要求受試者復述所記憶的內容。每一個可執行元素只能包含一個可執行文件。因此，含有多個任務的模塊就要包含多個嵌套于列表或復合元素中的可執行元素。這三種元素不一定包含所處理程序。處理程序是一種可重復使用的函數，在實驗開展的不同階段之間發揮作用，可跨越不同可執行文件。如在復合元素執行完畢后所觸發的處理程序可以統計出本次任務中被正確復述的單詞數，并將之與另外一次任務中統計出的結果進行比較。模塊層級可在XML文件中定義，XML文件可用Tatool客戶端打開，文件內容會保存在Tatool自有的本地Java數據庫(HyperSQL)中。隨著每一次模塊的執行，Tatool都會創建一個環節(Session)并且將本次環節中產生的數據保存在同一數據庫中。

4 結 論

心理學實驗不同于物理化學實驗，它的研究對象主要是人，是探索人的心理活動和心理過程的;人的復雜性與不確定性遠超過物理化學等學科中的研究對象，人本身有思想，會自己提出一系列的要求，作出自己的選擇，甚至其微妙的情感變化都會影響實驗的結果［8］。Tatool是計算機軟件與心理學實驗優秀的結合體之一，它克服了已有心理學實驗中軟件技術的不足與缺點。對于實驗環境要求非常嚴格的心理學來說，Tatool通過不斷擴充性并完善其功能力求達到理想的實驗環境。但是，在其可視化操作界面上、繁瑣的數據處理等功能上還待進一步提高。

參考文獻:

［1］GELLER A，SCHLEIFER I，SEDERBERG P.A Cross-Platform Experiment-Programming Library［J］.Behavior ResearchMethods，2007(39):950-958

［2］BRAINARD D.The Psychophysics Toolbox［J］.Spatial Vision，1997(10):433-436

［3］BROWN J.Some Tests of the Decay Theory of Immediate Memory［J］.The Quarterly Journal of Experimental Psychology，1958 (10):12-21

［4］李清茂，田昌鵬.基于認知心理學的信息服務本質探尋［J］.重慶工商大學學報:自然科學版，2008(4):380-384

［5］DANEMAN M，CARPENTER P.Individual Differences in Working Memory and Reading［J］.Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior，1980(19):450-466

［6］陳曦.視覺認知心理學反應時實驗研究的新技術［J］.華南師范大學學報:社會科學版，1996(4):70-74

［7］莫雷.談談心理學研究設計的基本邏輯［J］.心理學報，2004(2):247-252

［8］李婕.心理實驗的影響因素及對策研究［J］.實驗室科學，2011(5):93-96

Research on Tatool Application Based on the Perspective of Psychological Experiment

HUANG Rui1，3，DU Ji-shu2
(1.Graduate School，Northeast University of Finance and Economics，Liaoning Dalian 116025，China; 2.School of Tourism and National Land Resources，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China;3.Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China)

How to use computer software to deal with the redundancy and repetitive operation in psychological experiments has been the goal of the scholars in many related fields.This paper summarizes three features of Tatool instrument such as open source，trans-platform and easy extendability，which make up the insufficiency of the existed computer software for psychological experiments，studies this tool in such aspects as current executive module(status panel，operating panel)of customer-end interface related to Tatool，data storage and export，download-related techniques and so on，and points out that the core idea of its framework is using the module to represent an experiment or a research so as to know that the framework of Tatool is exact isomorphism with psychological experiment design.

computer software;Tatool;psychological software;isomorphism

TP237

A

1672-058X(2014)01-0061-04

責任編輯:代小紅

2013-07-17;

2013-08-09.

黃睿(1981-)，男，重慶渝北人，博士，講師，從事信息化管理，企業組織管理研究.