實驗研究的基本問題3.ppt

第02章 實驗研究的基本問題,本章主要內容： 一、實驗研究中的變量及其控制 二、實驗的效度 三、實驗設計 四、實驗的信度,三、 實驗設計,主要內容： 實驗設計的概念 實驗設計的內容 實驗設計的基本類型 實驗設計的基本類型,實驗設計的概念,實驗設計乃是進行科學實驗前做的具體計劃。它主要是控制實驗條件和安排實驗程序的計劃。它的目的在于找出實驗條件和實驗結果之間的關系，做出正確的結論，來檢驗解決問題的假設。,實驗設計的內容,刺激變量(或刺激變項)的確定及其呈現(xiàn)的方式； 反應變量(或反應變項)的指標及其測量方法； 對一切有關變量(或變項)的控制措施； 確定被試總體及被試樣本人數(shù)和選擇被試的方法； 擬定主試在實驗開始前對被試者要說的指示語； 規(guī)定實驗次數(shù)； 安排實驗程序； 規(guī)定使用儀器的型號； 規(guī)定處理實驗數(shù)據(jù)的方法。,實驗設計的基本類型,從對實驗控制條件的嚴密程度的不同： 真實驗設計 準實驗設計 非實驗設計 根據(jù)實驗中要操縱變量的多少： 單因素實驗設計 多因素實驗設計 根據(jù)在各種自變量及各種處理水平中是否用相同被試： 被試內設計 被試間設計 混合設計,（一）被試內設計,也叫單組實驗設計（within-subjects design)，是每個被試須接受自變量的所有情況的處理。 基本原理：每個被試參與所有的實驗處理，然后比較系統(tǒng)被試在不同處理下的行為變化。 在實驗研究中，如果實驗者主要想研究每一個被試對實驗處理所引起的行為上的變化，可考慮采用被試內設計。 被試內設計可分為三種子類型：1、實驗前后設計；2、定時系列設計；3、抵消實驗條件的設計。,1、實驗前后設計,指在實驗條件處理前對被試進行觀測的結果與實驗條件處理所做的同樣觀測結果加以對比的設計。即，這種設計類型是實驗（處理）前后的比較設計。,實驗前與實驗后設計模式,說明：Y1表示實驗處理前對被試者觀測所得值 Y2表示實驗處理后對被試者觀測所得值 X表示實驗條件處理,實驗前后設計舉例,目的：第一次參加射擊運動的人在接受打靶訓練前后打靶成績的變化。 方法：選擇10名從來沒有參加過射擊運動的被試，在他們進行打靶練習前，先進行一次打靶測驗，記錄下他們的打靶成績（前測成績）。然后對他們進行為期1周的打靶訓練，每天2小時。訓練結束后，再次對他們的進行打靶測驗，記錄下他們的成績（后測成績）。將前后兩次成績進行比較，就可以看出1周的訓練是否有效果。,實驗前后設計評價,優(yōu)點：（1）能較明顯地檢測初實驗處理的效果如何；（2）對被試的需要量較少，一組被試當兩組被試用，無須設控制組，不但提高效率，被試變量也得到較好控制。 缺點：（1）前后兩次觀測之間存在時間間隔，會帶來外來影響；（2）易產(chǎn)生順序誤差。,（二）被試間設計,被試間設計是要求每個被試（組）只接受一個自變量的處理，對另一被試者（組）進行另一種處理，故又稱獨立組設計。 包括隨機組設計和配對組設計。 被試間設計的統(tǒng)計檢驗獨立樣本的差異顯著性檢驗。,1、隨機組設計,將被試隨機分配在不同的組內接受不同的自變量處理。 隨機組設計的基本假設是將被試隨機分配到不同的組，若對各組用同一樣的課題，在系統(tǒng)的條件下進行測量，其結果就成為系統(tǒng)組，則他們的成績在統(tǒng)計上應是相等的。,隨機組設計的優(yōu)缺點,優(yōu)點是：（1）用隨機分配被試者的方法可控制兩組被試者變量的差異，分組方法簡單可行。（2）由于對每一被試者只作一次觀測，可消除某些實驗誤差，如消除學習誤差的影響。 缺點是：（1）分成等組的方法仍欠精密。（2）若兩組在不同時期觀測，就有可能插入實驗以外的偶發(fā)事件，影響因變量的觀測結果。,2、配對組設計,也叫對等組設計、匹配組設計，是隨機組設計的一種擴展。目的是使各組的特性更加相同。這種設計可以控制組內變異和組間變異。 匹配被試就是對全部被試進行預備測驗，測驗的性質與正式實驗的性質是類似的，或者說是相關的，然后按測驗成績均勻地形成組。,配對組設計的步驟,第一步：讓所以被試做“共同作業(yè)”，即接受預備測驗，獲得作業(yè)分數(shù)； 相同任務：如打靶；根據(jù)打靶成績進行分組； 類似任務：如問題解決不同種類問題解決； 相關任務：如智力測驗問題解決。 第二步，根據(jù)作業(yè)分數(shù)形成配對組。,配對設計的優(yōu)缺點,優(yōu)點：在實驗處理之前，就把組間變異縮到最小，并使各組內變異比單獨的隨機分配更接近相等。因此，這種設計能對被試個別差異給予更多的控制，小型實驗用配對設計，其效果比用隨機分組的效果更為顯著。 缺點：實驗者因分配被試而大大增加工作量。,被試內和被試間設計比較,被試內設計：也叫單組實驗設計，是每個被試須接受自變量的所有情況的處理。 被試間設計：被試間設計是要求每個被試者只接受一種實驗處理，對另一被試者進行另一種處理，故又稱獨立組設計。,（三）混合設計,混合設計是指在一個研究中有些自變量按組內設計安排，有些自變量按組間設計安排。一般說來，如果一種自變量很可能會影響另一種自變量，那么對這些自變量按組間設計安排，其余的自變量按組內設計安排。,混合設計舉例一,Johnson等（1983）用混合設計的方法比較抑郁者和非抑郁者的記憶成績。 他們假設，抑郁者比非抑郁者對于未完成的記憶任務的記憶效果更好。 實驗中，要求抑郁組和非抑郁組完成20項記憶任務，其中，10項記憶任務在完成之前被打斷。在全部任務完成后，要求被試回憶記憶任務的名稱或盡可能多地描述記憶任務。,比較,被試變量是組間設計（抑郁、非抑郁） 任務類型是組內設計（完成、未完成）。,混合設計舉例二,讓被試以不同的背誦方式對一系列意義上沒有聯(lián)系的3個英語單詞為一組的材科進行加工，背誦的次數(shù)也不相同。 背誦方式有4種，產(chǎn)生了4種實驗條件： (1)數(shù)字條件。(2)機械背誦。 (3)造句背誦。(4)想象背誦。背誦次數(shù)分別為1， 2，4，8，10次，每次背誦時間為2秒。,混合設計,背誦方式為組間設計：所有被試分成4組，每組被試只用一種方法背誦。 背誦次數(shù)為組內設計：但在每種背誦方式下，背誦次數(shù)都有1，2，4，8，10五種每個被試都要按隨機安排的順序輪流進行這五種不同次數(shù)的背誦。,實驗程序,1、選擇被試 2、被試分組 3、安排被試接受哪些實驗處理 4、分組實驗,A、B、C、D四組,A組：數(shù)字條件 B組：機械背誦 C組：造句背誦 D組：想象背誦,A組：數(shù)字條件實驗,指導語：“你的任務是記憶數(shù)字如30、89等等，但這個任務過于容易，于是呈現(xiàn)三個一組的單詞map、wood、sand來干擾你對數(shù)字的記憶?！?每次背誦完畢，要求被試默寫剛背過的數(shù)字。 但在整個實驗結束時，卻在被試未曾料到的情況下立即要求被試把他所見過的單字默寫出來，如“地圖、木頭、紗”等等。 在這種實驗條件下，主試有意對被試進行欺騙，讓他把主要注意力用于背數(shù)字，而只用最少的注意力去觀察單字，目的是考察在最少注意時對單字的記憶成績如何。,在數(shù)字條件下，背誦次數(shù)為2次的具體程序如下,準 備,背誦一次,30 89,map wood sand,map wood sand,30 89,map wood sand,map wood sand,map wood sand,map wood sand,請寫下剛才記憶的數(shù)字,實驗結束,實驗結果,四、實驗設計的基本類型,（一）真實驗設計 （二）準實驗設計 （三）非實驗設計,（一）真實驗設計,真實驗設計對實驗條件的控制程度要求 較高，在使用這類實驗設計時，實驗者可以有效地操縱實驗變量，能有效地控制內在無效來源和外在無關因素的影響，能在隨機化 原則基礎上選擇和分配被試，從而使實驗結果更能客觀地反映實驗處理的作用。,真實驗設計類型,真實驗設計之一：完全隨機化設計 真實驗設計之二：多因素實驗設計 真實驗設計之三：隨機化區(qū)組設計,真實驗設計之一：完全隨機化設計,完全隨機化設計也稱簡單隨機化設計，是指用隨機化方法將 被試隨機分為幾組，然后依實驗的目的對各組被試實施不同的處理。 1.隨機實驗組控制組前測后測設計 2.隨機實驗組控制組后測設計 3.隨機多組后測設計,1.隨機實驗組控制組前測后測設計,隨機實驗組控制組前測后測設計是指研究者在實驗前采用隨 機分配的方法將被試分為兩組，并隨機選擇一組為實驗組；另一組 為控制組。實驗組接受實驗處理，而控制組則不給予實驗處理。 (1)設計的模式 (2)設計的評價 (3)設計的顯著性檢驗 (4)設計的實例分析,(1)設計的模式,R O1 X O2 R O3 O4,(2)設計的評價,隨機實驗組控制組前測后測設計基本控制了絕大多數(shù)影響內 部效度的因素。 這是因為該設計采用隨機布置的方法將被試分為兩組，從而可以控制選擇、被試的中途退出以及選擇與成熟的交互 作用等因素對實驗結果的干擾。 另外，由于安排了實驗組和控制組，在實驗過程中，發(fā)生在前測到后測這段時間內的事件對實驗組控制組的影響基本相同，因而可以控制歷史、成熟、測驗、儀器使用 等影響內部效度的因素對實驗結果的影響。 該設計使用了前測驗它為檢查隨機分組是否存在偏差提供了充分的 依據(jù)但它也帶來了不利的一面，即被試由于前測驗而獲得的經(jīng) 驗，可能對后測驗產(chǎn)生敏感性，出現(xiàn)測驗的反作用效果，導致對實驗設計外部效度的影響。,(3)設計的顯著性檢驗,其一是對增值分數(shù)進行統(tǒng)計分析。方法是對每一名被試，用其后測成績減去前測成績(O2-O1，O4-O3)， 分別求出兩組增值分數(shù)的平均數(shù)。對兩組增值分數(shù)進行顯著性檢 驗的方法有：t-檢驗(參數(shù)統(tǒng)計)；曼惠持尼(MannWhitney)U-檢 驗或中位數(shù)檢驗(非參數(shù)檢驗)。 另外，還有協(xié)方差分析法，這種方 法被研究者認為是很好的方法。此方法是將前測分數(shù)作為協(xié)變量，對實施實驗處理前的組間差異進行控制和調整，以便使兩組的后 測成績能夠比較不受前測成績的影響。,(4)設計的實例分析,沃坦阿貝、黑爾和洛馬克斯關于“通過一系列教學程序和方法的訓練，來培養(yǎng)學生根據(jù)報紙標題預測所報道內容的能力”的實驗。,2隨機實驗組控制組后測設計,(1)設計的模式 (2)設計的評價 (3)設計的顯著性檢驗 (4)設計的實例分析,(1)設計的模式,R X O2 R O4,(2)設計的評價,首先，由于采用實驗組接受實驗處理，控制 組不接受實驗處理，從而控制了歷史和成熟因素對內部效度的影 響； 另外，由于實驗是在同等條件下進行的，因此它控制了選擇和 被試的中途退出等影響內部效應的因素。同時由于兩組被試沒有 進行前測驗，從而控制了測驗與實驗處理交互作用對實驗外部效 度的影響。,(3)設計的顯著性檢驗,隨機實驗組控制組后測設計使用的統(tǒng)計分析方法比較簡單。 大部分研究者使用f檢驗對兩組后測成績進行比較研究；非參數(shù)檢驗也常使用曼-惠持尼U-檢驗或中位數(shù)檢驗法。,(4)設計的實例分析,盧仲街等(1981)的研究項目“初中一年級數(shù)學自學輔導教學協(xié)作實驗研究” 。,3.隨機多組后測設計,在心理學的研究中，有時要進行實驗處理的方案不只是一個 或兩個，即有時研究者要進行的實驗處理x的個數(shù)有3個或3個 以上。,設計的模式,R xl Ol R x2 O2 R x3 O3,真實驗設計之二：多因素實驗設計,多因素實驗設計是指在實驗中包括兩個或兩個以上因素(自變量)，并且每個因素都有兩個或兩個以上的水平，各因素的各個水平互相結合，構成多種組合處理的一種實驗設計，又稱完全隨機析因設計。 在完全隨機析因設計中，研究者可以考察各個自變量交互作用對因變量的主要影響效應(交互作用)，并同時考察各自變量對同一因變量的主要影效應(主效應)，以及考察一個因素的各個水平在另一個因素的某個水平上的效應(簡單效應)；在心理學的實驗研究中，這種設計具有很大的實用價值。,1.多因素實驗的優(yōu)點,多自變量實驗具有三個明顯的優(yōu)點： 效率高 實驗控制較好 實驗結果更有價值,2.完全隨機析因設計,在析因設計中，為簡化表述，常常采用一些英文字母、符號和數(shù)字，作為各個因素和因素各個水平及其相互關系的標志。 通常用英文大寫字母來表示因素，用與大寫字母相對應的小寫字母來代表因素的水平，而用乘號()表示因素之間的相互結合關系。 例如，在包括兩個因素且其中一個因家有2個水平，而另一個因素有3個水平的析因設計中，以A和B代表兩個因素，以a1、a2相b1、b2和b3分別代表因素A和因素B的水平。我們稱其為雙因素設計，又稱AB因素設計，也可稱23因素設計。,完全隨機雙因素析因設計,完全隨機雙因素實驗設計是指研究者用隨機分配的方法將被試分為若干同質組(分組的個數(shù)等于實驗處理的個數(shù))，同時用隨機的方法分配每一組被試接受一種實驗處理的實驗設計。 由于雙因家析因設計實驗處理的個數(shù)是由兩個因素的水平數(shù)交叉組合決定的，所以雙因素析因設計的模式也與各因素的水平數(shù)有關。,雙因素析因設計的主要效應與交互作用的效應,主效應是指由每個單獨因家(自變量)所引起的因變量的變化。 交互作用的效應是指當一個因素(自變量)對因變量影響大小因其他因素的水平或安排的不同而有所不同時，所產(chǎn)生的交互作用影響因變量的結果。相反，如果某一因素(自變量)對因變量影響大小，不受其他因素的水平或安排的影響，我們就說這個因素與其他因素是沒有交互作用的。,楊治良等（1981）的實驗,目的：了解年齡對再認能力的影響 第一個自變量是年齡，選取初中生年齡組和大學生年齡組。第二個自變量是實驗材料，這里我們選取具體實物圖形組和詞組兩個組。因變量取再認能力d作指標。 這個實驗的方法是采用再認法，把被試者識記過的材料和沒有識記過的材料混在一起，要求被試者把兩種材料區(qū)分開來。,真實驗設計之三：隨機化區(qū)組設計,隨機化區(qū)組設計是將被試按某種標準分為不同的組（區(qū)組），每個區(qū)組的被試接受全部發(fā)實驗處理。 隨機化區(qū)組設計的目的在于使區(qū)組內的被試差異盡量縮小，而對區(qū)組之間的差異依據(jù)設計要求而定。每種處理出現(xiàn)在每個區(qū)組中，這時區(qū)組之間的差異并不影響在各處理平均數(shù)間的差異。,隨機化區(qū)組設計的原則,隨機化區(qū)組設計的原則是同一區(qū)組內的被試盡量“同質”。 每一區(qū)組內被試的人數(shù)分配有3鐘情況： 一名被試作為一個區(qū)組。這時，每名被試(區(qū)組)均接受全部處理，在接受處理的順序上要采用隨機化的方法。 每個區(qū)組內被試的人數(shù)是實驗處理數(shù)目的整倍數(shù)。 區(qū)組內的基本單元不是一名被試或幾名被試，而是以一個團體為單元。,1.隨機化區(qū)組單因素設計,隨機化區(qū)組單因素設計與隨機多組后測設計是基本相似的，不同的是隨機化區(qū)組單因素設計要求將被試劃分為不同的區(qū)組，并且每一區(qū)組隨機接受所有不同的處理。然后觀察實驗處理后每個區(qū)組對不同處理的反應，并作為后測成績。,2隨機化區(qū)組多因素設計,隨機化區(qū)組兩因素設計與隨機化雙因素設計基本相似，只是隨機化區(qū)組兩因素設計將被試劃分為不同的區(qū)組，每個區(qū)組都隨機接受兩因素各個水平組合的全部處理，然后觀測每個區(qū)組對不同處理的反應，并將反應值作為后測成績。,（二）準實驗設計,主要類型： 1.單組準實驗設計 （1）時間序列設計 （2）相等時間樣本設計 （3）交叉滯后組相關設計 （4）回歸間斷點設計 2.多組準實驗設計 （1）不相等組實驗組控制組前測后測設計 （2）不相等組實驗組控制組前測后測時間序列設計 （3）平衡設計,1.單組準實驗設計,在心理學研究中，有時會因條件的限制和問題的性質而使研究無法采用控制組，從而選取準實驗設計進行研究。,（1）時間序列設計,時間序列設計是指對一組被試或個體進行一系列周期性測量，并在測量的時間序列中引進實驗處理（X），然后觀測引進實驗處理后的一系列測量結果，并與引入實驗處理X前的一系列測量結果相比較，研究插入實驗處理前后測量結果的變化趨勢，從而推斷實驗處理是否產(chǎn)生效果。,時間序列設計模式,系列前測,實驗處理,系列后測,時間序列設計舉例,學習心理咨詢前后學生學習興趣和學習習慣。,時間序列設計可能的實驗結果,時間序列設計評價,時間序列設計可以較好地控制“成熱”因素對內部效度的影響。,其次，該設計可以控制測驗因素的干擾。 由于每名被試都要經(jīng)過多次測驗，并得到一系列測驗結果這就能夠降低由于只作一次測驗而出現(xiàn)的有偏向性樣本成績的概率。同時，該設計有可能控制統(tǒng)計回歸的因素。,綜上所述，由于時間序列設計可以多次測量被試在處理前后的數(shù)據(jù)，因此通過觀察處理x前后的變化趨勢，也就可以判斷處理x前后在整個實驗過程中的作用。,優(yōu)點可真不少！,缺點,首先，由于該設計研究是在沒有控制組的情況下進行的，因而它不能控制與實驗處理同時發(fā)生的偶發(fā)事件的影響，不能排除那些與自變過同時出現(xiàn)的附加變量的影響。,其次，測驗與處理x的交互作用作為影響實驗外部效度的因素在該設計中不易受到充分控制。,再次，多次實施前測驗往往會降低或增加被試對實驗處理的敏感性，從而在被試身上產(chǎn)生作用而影響被試在實驗處理后的成績。,問題還真不少！運用時要小心喲！,（2）相等時間樣本設計,在心理研究中，與選擇兩等價樣本組（實驗組和控制組）相對應，當只有一組被試時，常使用兩相等的時間樣本，在其中的一個時間樣本中不出現(xiàn)實驗變量，而采用常規(guī)安排X0。,相等時間樣本設計MOSHI,記牢啊！,相等時間樣本設計舉例,教師批改作業(yè)對學生學習成績的影響。,相等時間樣本設計評價,相等時間樣本設計在控制影響內部效度的因素方面是完全有效的。 它能較好控制“歷史”作用的影響； 其他影響內部效度的因素也同時被較好地控制。,優(yōu)點還是很多的！,缺點,相等時間樣本設計在控制影響外部效度的因素方面并不理想。,為什么呢？,測驗的反作用效果會影響該設計的外部效度。,為什么？,實驗安排的反作用效果會影響該設計的外部效度。,為什么？,選擇偏差與實驗變量的交互作用可能會影響該設計的外部效度。,為什么？,重復實驗處理的干擾也會影響該設計的外部效度。,為什么？,（3）交叉滯后組相關設計,交叉滯后組相關設計要求在時間1對兩個變量（A、B）的關系作出測定和相關分析，再在時間2作相似測定和分析，當交叉滯后相關之間有顯著差異時，就可以推測變量A和B之間具有因果關系。,交叉滯后組相關設計舉例,三年級兒童對于暴力或兇殺電視片與他們的攻擊性行為之間的關系 飲食和體重之間的關系,（4）回歸間斷點設計,這種準實驗設計通過實驗處理與事后測量回歸線的間斷點的特征，確定準實驗處理的主效應。即如果實驗處理前后的的回歸線出現(xiàn)了間斷，說明實驗處理是有效果的。,回歸間斷點設計舉例,獎勵對職工工作成效的作用。,20,25,（3）交叉滯后組相關設計,交叉滯后組相關設計要求在時間1對兩個變量（A、B）的關系作出測定和相關分析，再在時間2作相似測定和分析，當交叉滯后相關之間有顯著差異時，就可以推測變量A和B之間具有因果關系。,交叉滯后組相關設計舉例,三年級兒童對于暴力或兇殺電視片與他們的攻擊性行為之間的關系 飲食和體重之間的關系,（4）回歸間斷點設計,這種準實驗設計通過實驗處理與事后測量回歸線的間斷點的特征，確定準實驗處理的主效應。即如果實驗處理前后的的回歸線出現(xiàn)了間斷，說明實驗處理是有效果的。,回歸間斷點設計舉例,獎勵對職工工作成效的作用,20,25,2.多組準實驗設計,在心理學研究中，為使實驗結果盡量少受無關因索的干擾，使實驗結果具有較高的可靠性，在條件允許的情況下應該采用多組實驗設計，即包括有實驗組和控制組存在的實驗設計。,爭取創(chuàng)造這樣的條件吧！,（1）不相等組實驗組控制組前測后測設計,不相等實驗組控制組前測后測設計的特點是研究者不能按隨機化原則和等組法來選擇對等組，有時也不能隨機安排哪個為實驗組、哪個為控制組。,限 制 不 少 喲,設計模式,舉例,思維訓練,評價,首先，由于增添了控制組，從而使該設計基本上控制了歷史、成熟、測驗等因素對實驗的干擾。 其次，由于兩組都有前測驗，研究者可以了解實驗處理實施前的初始狀態(tài)，從而也就對選擇因素有了初步的控制。,缺點,該設計沒有使用隨機化方法來分配被試或實驗處理，實驗組與控制組是不對等的，因而選擇與成熟、選擇與實驗處理的交互作用可能會降低該設計的效度。 又由于兩組都使用前測驗安排，因而其實驗結果不能校直接推廣到無前測的情境中去。,（2）不相等組實驗組控制組前測后測時間序列設計,不相等實驗組控制組前潦后測時間序列設計是在單組時間序列設計和不相等實驗組控制組前測后測設計的基礎上，組合而成的一種多組準實驗設計。,是一個混合體,設計模式,舉例,評價,（3）平衡設計,平衡設計又叫輪換設計，或拉丁方設計。在該設計中，研究者為了達到對實驗控制的目的，使各組被試都接受不同的實驗處理而對實驗處理的順序相實驗時間的順序采用了輪換的方法。,設計模式,舉例,研究4類測驗對學生問題解決的影響,評價,（三）非實驗設計,1.單組后測設計 2.單組前測后測設計 3.固定組比較設計 4.事后回溯設計,1.單組后測設計,在單組后測設計中，只有一個實驗組，而對實驗組只給予一次實驗處理，然后通過測量得到一個后測成績。,單組后測設計模式,舉例,數(shù)學課外輔導講座對學生數(shù)學學習成績的影響。,評價,2.單組前測后測設計,單組前酗后謝設計是對單組后測設計的一種改進，它增加了在實驗處理前的測驗，但還是僅有一組實驗組。,單組前測后測設計模式,舉