CN104616231B - 一种基于云端的心理实验室系统和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于云端的心理实验室系统和使用方法，该系统包括通用型测验和实验运行子系统、底层编译子系统、测验脚本管理子系统、测试数据记录采集管理子系统、用户注册管理子系统、信息发布子系统以及数据库子系统；其中，通用型测验和实验运行子系统运行在客户端，其余子系统运行在云端。
Description
技术领域
本发明涉及心理学和计算机科学，具体地，本发明涉及一种基于云端的心理学实验流程控制、刺激呈现、数据采集和结果发布的系统。
背景技术
1879年德国心理学家冯特在莱比锡大学建立了第一个心理学实验室，标志了科学心理学的诞生。自科学心理学诞生至今的100多年间，心理学研究基本上都离不开实体实验室。
二十世纪四十年代的信息科技革命以来，包括心理学在内的行为科学在研究方法上经历了两次革命。70年代前后计算机在心理学研究中的应用导致了第一次革命，计算机使得心理学研究实现了从人工控制到自动化控制的转变，心理学家开始运用计算机实施实验，即呈现刺激、控制流程、记录数据等。
二十世纪九十年代初，计算机网络在心理学研究中的应用导致了第二次革命，1994年，具有交互功能的HTML2.0问世，为网络数据采集提供了可能。同年，世界上第一个基于网络的心理学问卷诞生（Musch&Reips,2000）；1995年夏天，第一个基于网络的心理学实验完成（Krantz,Ballard,Scher,&Reips,1997）；同年秋天，世界上第一个虚拟网络心理实验室(http://www.wexlab.eu)在瑞士苏黎世大学正式对外开放。1996年，在芝加哥召开的计算机心理学大会报告了第一个利用网络进行的心理学研究；1997年，在德国科隆召开的德国在线研究学术大会上，多个基于在线调查、网络实验、数据挖掘、社交网络分析的研究在大会报告（http://www.gor.de/gor97/abstracts.htm）；同年，第一个基于网络实验的研究在Science正式发表(Krantz,Ballard,&Scher,1997)。
到2000年，据不完全统计，全球利用网络进行心理学研究的网站只有50多个。但此后，随着计算机和互联网的普及，全球为研究服务的心理学网站如雨后春笋、发展迅猛，迄今已经多达数万个。网络使心理学研究摆脱了对实体实验室的依赖，最大限度、最为高效地扩充了潜在研究对象或被试库，为心理学研究进入了云计算、大数据时代奠定了基础。
和实体实验室相比，网络实验室具有许多优势：不依赖于实体空间；可以收集到大样本、多样化的数据；可以全天候、无间断地进行；高效、经济、成本低等，代表大数据时代心理学研究发展的一大趋势。中国心理学经过近三十年的高速发展，已经超过美国成为心理学第一大国，心理系的数量居全球第一。但是受时间、空间、经济等条件制约，实验条件不能满足教学和研究所需。
心理学研究主要有两种类型:相关研究和实验研究，与此相对应，研究形式主要有测验和科学实验两种。测验则又有两种类型：外显测验（问卷），内隐测验（间接测验）；科学实验的根本特点是有实验处理和被试分配的随机化。不管是测验、还是实验，心理学行为研究所采用的指标主要有：行为反应和行为反应发生的时间（或反应时）。因此，理想的功能完全的网络心理实验室不仅能做外显、内隐测验，还应该能做实验，不仅能记录行为反应本身、还应该能记录反应时间。
现有的网络数据采集平台主要有四种类型：1）专门采集内隐心理学数据的内隐测验平台(www.implicitproject.org);2）专门提供外显数据采集的外显数据采集平台（www.surveymonkey.com）;3）专门进行实验数据采集的实验平台（https:// www.isurvey.soton.ac.uk/7260；4）专门为投放各种数据采集网站链接的门户网站（http://www.socialpsychology.org/expts.htm）。
显然，这些网络实验室或网络数据采集平台虽然能满足部分研究需要，但是存在明显不足：1）每一种平台基本都只能满足某一类型或某部分心理学研究的需要，没有一种或一个网站能同时满足上述四种功能，因此如果一个研究要同时进行问卷和实验，或同时收集准确率和反应时数据，则无法满足要求；2）目前网站在反应时数据采集上精确度都不够高，容易受网络、软硬件环境等的影响，许多对反应时精度要求高的实验或测验都无法进行，比如，情感西蒙启动实验等；3）大多数网站都是封闭式，不仅能够编制的实验程序有限，非专业技术人员很难编制自己的测验或实验，限制了网站的使用；4）网站后台数据管理功能弱，无法实现对数据高端处理和管理；5）系统集成度差，不同的研究功能以来的平台都不同，无法进行数据交换和进行综合性研究；6）无法使心理学研究摆脱对实体实验室的依赖。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种基于云端的心理学网络数据采集系统和采集方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种基于云端的心理实验室系统，包括：通用型测验和实验运行子系统、底层编译子系统、测验和实验脚本管理子系统、测试数据记录采集管理子系统、用户注册管理子系统、信息发布子系统以及数据库子系统；其中，通用型测验和实验运行子系统运行在客户端，其余子系统运行在云端。
根据本发明的另一方面，提出了一种基于云端的心理实验室系统的使用方法，包括：步骤1、被试者通过客户端进入位于云端的应用服务器选择测验或实验，服务器调用测试脚本，编译子系统加载测试脚本到客户端；步骤2、客户端接受测试脚本，将刺激材料呈现给被试者，记录被试的行为，根据被试的行为呈现相应的刺激材料和结果；其中，测试脚本包括内隐、外显、能力测验、心理实验的一个或者多个测试类型；该多种测试类型的测验脚本统一配置、数据类型整合分布，数据包括显示参数、脚本描述内容、脚本类别和标题。
本申请建立网络实验室的数据采集系统和采集方法可以为心理学研究者和其他潜在用户提供一种能同时具有上述四种功能、具有强大数据管理、处理和展现功能、能够提供精确到毫秒以下级别的精确计时功能、能满足用户多种注册需要、具有强大用户管理功能、后台管理功能的网络实验平台，实现对所有类型数据统一格式、统一管理；对所有实验或测验统一管理、统一解析、并实现后台管理和数据处理的完全自动化。
该数据采集系统集中了世界上各种心理数据采集平台的所有功能，集实验设计、数据采集、数据管理、用户管理、研究管理等多项功能于一身，能满足几乎所有行为实验的要求。对心理学等行为科学来说，该网站的建立将是一次革命性的变革。
该发明将带来心理学教学、研究和数据采集等领域一场革命性变革，使心理学逐步摆脱对实体实验室的依赖、对心理学仪器的依赖等，逐步淘汰功能单一的心理学数据采集平台以及一些简单的心理学仪器，使心理学实验和心理学数据采集变成一个全天候24小时、彻底动态连续的过程，实现对人类心理活动的动态把握.,也使大样本大数据的采集成为可能，完成以前实验室研究所不可能完成的许多研究。
该系统能够获得数量大、多样化、异质化的样本，甚至获得一般情况下极难获得的特异样本；不受时间、空间的限制、不需要把被试带到实验室、允许大量被试同时研究、管理成本低，经济、效率高；参加者是真正意义上的自愿，动机相对单纯，能减少社会期许效应和其他动机性污染；没有主试的参与，减少实验者效应；结果更具有生态效度、更具有可推广性；研究程序的透明度高，增强了结果的可信性和可重复性。
附图说明
图1根据本发明的数据采集系统的系统逻辑结构图；
图2根据本发明的数据采集系统的测试运行流程图；
图3根据本发明的数据采集系统的测试程序发布和收据回收运行流程图；
图4根据本发明的数据采集系统的测试实现流程图。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构或者方法，在图中标注了特定的标记符号，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定设备和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些元件、标号、环境进行调整、修改，所进行的调整和修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于云端的心理实验室的网络数据采集系统和采集方法进行详细描述。
在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。
总的来说，本申请的心理实验室系统能同时实现上面描述的网络数据采集的四种方式，并且整合到一个统一的系统中，形成一个通用型系统，不仅可以完成以上四种实验，还能完成心理学大部分行为等实验，通用型系统底层采用同一个语法解释系统，所有任务通过该系统完成他们的特定功能。任务完成后采集的数据集中汇集到后台数据库中，所有数据实现统一记录、统一管理，并且有特别的数据信息发布系统进行呈现。
该心理实验室系统如图1所示，包括通用型测验和实验运行子系统、底层编译子系统、测验和实验脚本管理子系统、测试数据记录采集管理子系统、用户注册管理子系统、信息发布子系统以及数据库子系统。其中，通用型测验和实验运行子系统运行在客户端，其余子系统运行在云端的服务器端，数据库子系统运行在数据库服务器。
其中，通用型测验和实验运行子系统用于运行刺激对象流程的程序、记录被试的行为（按键，反应时，声音等）、发送用户测验数据到服务器端，主要在客户端用于被试的行为记录。
其中，通用型测验和实验运行子系统是对于客户运行和使用的呈现，是客户端和服务器端连接的媒介，该子系统可以表现为一个移动终端应用、一个互联网网站应用或者布置在一个独立的测试硬件上。
其中，用户注册管理子系统用于管理用户、研究者的注册信息管理、用户角色权限管理和用户注册验证。其中，该管理的数据保存在数据库子系统的用户注册信息数据库中。一般的情况下，输入输出信息有邮箱，姓名，性别，密码，年龄，教育程度，家乡，职业等。
其中，测试数据记录采集管理子系统用于管理测试数据、采集用户测试数据和对用户测试数据进行格式化的记录。其中，用户测试数据保存在数据库子系统的测验数据记录数据库，其输入输出数据有block（区块），trial（试次），反应时，反应按键，刺激材料等。
其中，信息发布子系统用于对测试数据进行筛选审核、统计分析，并且进行发布管理和信息发布的呈现。该子系统是对测验数据筛选和图形化展示的一个系统，数据保存在数据库子系统的信息发布数据库中，其输入输出数据有显示型式、结果参数和信息描述等。
其中，底层编译子系统用于测验脚本的编译、接受请求命令对测验脚本进行加载，并且对测验脚本进行验证审核。该测试脚本由实验者通过客户端也即通用型测验运行子系统提供，通过审核的测试脚本作为系统的运行程序发布在客户端。该测验脚本数据和审核数据保存在数据库子系统的脚本信息数据库，其输入输出数据有脚本文件、时间参数等。
其中测验和实验脚本管理子系统用于对内隐、外显、能力测验、心理实验和科学研究的管理。通过一个通用型数据库，将多种测试类型的测验脚本统一配置，多个测试脚本的数据类型整合分布，统一管理。测试脚本的数据保存在数据库子系统的脚本信息数据库中，其输入输出数据有显示参数、脚本描述内容、脚本类别、标题和显示参数等。
其中，在服务器中测验和实验脚本管理子系统，设置测验和实验内容，提交到底层编译子系统对脚本进行编译，并且存储在数据库服务器的脚本信息数据库中。
其中，在信息发布子系统对该脚本信息发布进行管理发布，并存储到数据库服务器的信息发布数据库中。
其中，被试发送测验和实验请求后，通过Web应用服务器的底层编译子系统和测试脚本管理子系统将测试内容发送给客户端，客户端中通用型测验和实验运行子系统接受数据，将刺激材料等呈现给被试者，记录被试的行为，根据被试的行为呈现相应的刺激材料。被试的人机接口模块是多样化的：触屏，键盘，声音，鼠标等都可以被记录。
测验结束后，通用型测验和实验运行子系统将数据发送到Web应用服务器的测试数据记录采集管理子系统，该系统对用户测试数据进行采集记录管理，并存储到数据库服务器的测验数据记录数据库中。
其中，用户注册管理子系统用于对用户注册信息进行判断，如果注册就关联到用户注册信息数据库；如果没有注册，被试需要填写测验用户基本信息，并存储到数据库服务器的用户注册信息数据库中。在另一个实施例中，用户可以不进行注册直接进行测试，并且提供测试结果。
其中，信息发布子系统用于对该测验的所有被试数据进行审核，筛选，统计分析，生成该测验的信息发布报告，可从多个维度：地域，职业，年龄，性别，教育程度等进行分析，并存储到数据库服务器的信息发布数据库中，并且发送到客户端。被试的结果在被试客户端的信息发布中呈现。
如图2所示，被试（注册不注册都可以）通过客户端进入位于云端的应用服务器选择测验或实验，也可以通过云端来搜索系统搜索到想要的测验或实验。服务端调用编译程序，编译子系统加载编译程序到客户端。客户端在同意保密声明之后，点击开始测验或实验。
云后台系统则将相应测验或实验程序等材料从服务器先加载到本地，加载完成后，程序运行、测验或实验实施，程序按流程执行，相应的刺激材料、行为反应和反应时等数据会按照事先设定好的要求被记录下来，测验或实验完成。
除一些科学研究和经典实验外，还会给被试呈现一些测试结果，数据自动上传到服务器，被试可以到网站上看自己所处的水平，实验指数等数据，注册用户还会有一份数据档案，可以记录注册用户的测试档案，方便用户查阅自己的历史数据。
如图3所示，研究者通过客户端在端进行注册，将写好的测验或实验程序通过服务器在云心后台进行上传，由云心后台系统进行程序的编译，解析成可web端运行的程序，管理测验或实验，如发布时间，结束时间，程序描述，显示形式等，通过审核后，前台被试测试记录下来的数据，返回给研究者的客户端记录成功的信息。
研究者可以通过客户端在后台提交采集程序的数据请求信息，下载数据，进行科学研究等。
如图4所示，对于测试的基本流程，提取刺激材料，呈现刺激材料，等待反应，记录刺激材料、反应行为和反应时间等信息。按照测验或实验预定设置重复上述基本流程，可以记录各种反应行为，反应键，各种输入设备等，反应时可以精确到0.01毫秒。
其中，将一个实验或测验，以指数（直方图，条形图，线性图等），地图等形式在信息发布页进行程序。指数X轴为用户信息选择，如性别，年龄，职业等，Y轴为用被试测验结果分数分布。地图则主要以地域分布，用户得分，用户身份信息为因素进行信息展示。所有测验信息都不是基于测验的原始分数，而是基于转化后的量表分数。我们采用的量表分数是一种类似于智商的分数。100分为平均分，平均分表示量表的理论中点或样本的平均水平；理论上讲，大约68%的分数在85-115之间，95%的分数在70-130之间。这样用统一的标准进行计分，统一了量表（度量衡），便于不同测验或实验之间结果比较，或者说不同测验或实验的结果分数进行类似的意义解释。发布的所有测验结果定期进行发布，帮助大家了解当代中国人的心理状况，特别是无意识的心理状态。
对于团体用户具备研究者的功能同时，还具有批量导入用户，管理用户的功能，为团体用户提供更加快速，全面的用户管理系统。同时管理团体用户的数据与程序。
团体用户管理员，进入运行后台团体管理界面，导入用户excel，将事先编写好的花名册上传到云心后台，管理自身团体下的用户，查看用户，选择相应的用户，进行用户信息管理，也可以进行批量管理。
对于系统管理，通过进入后台来管理所有前台和后台，包括：通用型测验或实验运行系统；测试数据记录采集管理系统；用户注册管理系统；信息发布系统；底层编译系统；测试分类管理系统；栏目内容管理系统；测试脚本管理系统；用户角色权限管理系统等。
所有上述流程的程序都要经过底层编译器的编译执行，编译过程在服务器完成，自动下载到本地计算机执行；执行后数据按照事先设好的数据库结构自动记录并传回服务器。
可以完美支持Windows,Mac Os系统的运行。通过对按键和扫描码的设定，使得云心测验或实验程序能够在Windows平台（2000,XP,vista，win7，win8等）和Mac Os系统中流畅运行。不受本地浏览器，环境的限制，也不受时空的限制，使得被试可以在自己习惯熟悉和良好的环境下进行实验或测验，通过编译器系统的输入接口设置，测验或实验程序还可以在触摸屏，移动终端，遥感器，眼动仪，脑电等设备上进行测试。
输入输出设备多样性，支持的可输入设备多样性，如鼠标（可记录按键和鼠标点击位置），键盘，声音，眼动仪，脑电，遥感，触摸屏，移动设备等。
该系统可以为广大的心理系提供一种新型的网络实验室，为大量的行为研究提供一个投放和收集数据的云平台，为心理学所有学科的教学提供一个教学演示云平台，为政府机构、公司等一切可能需要采集数据的单位团体提供数据采集云平台，为大众提供一个体验心理学、了解自我的云平台，提供一个功能强大齐全的信息发布云平台。
本系统集成度高，所有类型的数据采集实现采用统一工具、数据统一结构、统一管理：能满足心理学或行为科学几乎所有的行为研究的需要；系统集成度高，能进行外显测验、内隐测验、实验设计、实验控制等所有功能，并且所有数据采集功能共享一个底层执行单元；实现数据自动采集、自动管理、自动处理；实现对用户的自动管理；实现对全网站的后台管理，包括数据后台导出excel；实现对所有测验或实验的自动反馈；计时能精确到0.01毫秒左右；能自动记录几乎所有研究可能用到的数据；功能强大的信息发布系统（各种指数图，地图展示）；多系统平台支持，让拥有各种终端的用户都可以测试，也可以用不同的输入设备，满足不同的实验要求。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
Claims (7)
1.一种基于云端的心理实验室系统，包括：通用型测验和实验运行子系统、底层编译子系统、测验脚本管理子系统、测试数据记录采集管理子系统、用户注册管理子系统、信息发布子系统以及数据库子系统；其中，
通用型测验和实验运行子系统运行在客户端，用于运行刺激对象流程的程序、记录被试的行为、发送用户测验数据到服务器端，
其余子系统运行在云端，
底层编译子系统用于测验脚本的编译、接受请求命令对测验脚本进行加载，并且对测验脚本进行验证审核，测验脚本由实验者通过所述通用型测验和实验运行子系统提供，通过审核的测验脚本作为系统的运行程序发布在客户端；
测验脚本管理子系统，用于设置测验和实验内容，提交到底层编译子系统对脚本进行编译，并且存储在数据库服务器的脚本信息数据库中；
测试数据记录采集管理子系统，用于管理测试数据、采集用户测试数据和对用户测试数据进行格式化的记录；
用户注册管理子系统，用于用户、研究者的注册信息管理、用户角色权限管理和用户注册验证；
信息发布子系统，用于对测试数据进行筛选审核、统计分析，并且进行发布管理和信息发布的呈现。
2.根据权利要求1所述的心理实验室系统，其中，测验脚本管理子系统用于对内隐、外显、能力测验、科学研究实验和心理实验的管理，多种类型的脚本统一配置，多个测试脚本的数据类型整合分布。
3.根据权利要求2所述的心理实验室系统，其中，测验脚本管理子系统的管理数据包括显示参数、脚本描述内容、脚本类别和标题。
4.根据权利要求1所述的心理实验室系统，其中，通用型测验和实验运行子系统用于运行测验和实验脚本、呈现刺激对象流程、记录被试行为、发送用户测验数据到服务器端。
5.根据权利要求1所述的心理实验室系统，其中，测试数据包括区块、试次、反应时、反应按键和刺激材料。
6.一种基于云端的心理实验室的使用方法，包括：
步骤1、被试者通过客户端进入位于云端的应用服务器选择测验或实验，服务器调用测试脚本，编译子系统加载测试脚本到客户端；
步骤2、客户端接受测试脚本，将刺激材料呈现给被试者，记录被试的行为，根据被试的行为呈现相应的刺激材料和结果；
其中，测试脚本包括内隐、外显、能力测验、科学研究实验和心理实验的一个或者多个测试类型；该多种测试类型的测验脚本统一配置、数据类型整合分布，数据包括显示参数、脚本描述内容、脚本类别和标题；
其中，在云端能够对测验或实验程序进行编译，解析成可在Web端运行的程序。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，步骤1还包括：在云端进行测验和实验脚本的管理，设置测验和实验内容，提交到底层编译子系统对脚本进行编译。
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