第二章實驗設計(09級)

第二章實驗設計實驗設計概述真實驗設計非實驗設計準實驗設計實驗設計中的效度問題如何撰寫實驗報告對實驗控制條件的嚴密程度的不同實驗設計的概念

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。真實驗設計的概念真實驗設計對實驗條件的控制程度要求較高真實驗設計的類型單因素實驗設計多因素實驗設計完全隨機實驗設計隨機區(qū)組實驗設計被試間實驗設計被試內(nèi)實驗設計混合實驗設計根據(jù)實驗中自變量的個數(shù)區(qū)分這兩種實驗設計的主要區(qū)別在于控制無關變異的方法根據(jù)實驗時被試接受實驗處理的情況進行區(qū)分屬于被試間設計單因素實驗設計：

實驗中只有一個自變量，被試接受這個自變量的不同水平的實驗處理。多因素實驗設計

實驗中含有多個自變量，被試接受幾個自變量水平的結合的實驗處理。其優(yōu)點在于可以計算自變量水平之間的交互作用。

完全隨機實驗設計

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，并隨機分配被試給各個實驗處理。完全隨機分組后，各實驗組的被試之間是相互獨立的，因而這種設計又稱“獨立組”設計。隨機區(qū)組實驗設計

通過區(qū)組技術控制無關變異，其原則是同一區(qū)組內(nèi)的被試盡量“同質(zhì)”。隨機區(qū)組設計由于同一區(qū)組接受所有實驗處理，使實驗處理之間有相關，因此又稱之為“相關組”設計。

每一區(qū)組內(nèi)被試的人數(shù)分配情況每一區(qū)組內(nèi)被試的人數(shù)分配p22一名被試作為一個區(qū)組（被試內(nèi)設計）每個區(qū)組內(nèi)被試的人數(shù)是實驗處理數(shù)目的整數(shù)倍區(qū)組內(nèi)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

總之，每一區(qū)組應該接受全部實驗處理，每一種實驗處理在不同的區(qū)組中重復的次數(shù)也都應該完全相同。被試間實驗設計：又叫非重復測量實驗設計，指實驗中每個被試只接受一種自變量水平或自變量水平的結合（即只接受一種實驗處理）。被試內(nèi)實驗設計：由一個被試接受所有的自變量水平或自變量水平的結合（即一個被試接受所有的實驗處理）。當處理的實施對被試有長期影響時，如學習、記憶效應，不能使用被試內(nèi)設計。另外，被試連續(xù)接受處理時，練習、疲勞等效應是難免的，因此需要考慮平衡順序效應的問題。混合實驗設計：

指在一個實驗設計中既有被試內(nèi)自變量，又有被試間自變量。單因素完全隨機實驗設計（舉例）主題：探討文章的生字密度對小學生閱讀理解的影響。自變量：生字密度（A）自變量水平：

a1——5：1；a2——10：1；

a3——15：1；a4——20：1額外變量：文章的長度、文章的主題熟悉性、文章類型、閱讀理解能力等?？刂祁~外變量：選取四篇文章時應使它們在除生字密度以外的其他方面盡量匹配。被試：80名學生，隨機分配20人——a1，20人——a2，20人——a3，20人——a4單因素完全隨機實驗設計基本方法：把被試隨機分配給自變量的各個水平，每個被試只接受一個水平的處理。被試的分配情況自變量a1a2a3a4被試S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11s12

只有一個自變量（A），該自變量有四個水平。單因素隨機區(qū)組實驗設計（舉例）主題：探討文章的生字密度對學生閱讀理解的影響。自變量：生字密度（A）自變量水平：

a1——5：1；a2——10：1；

a3——15：1；a4——20：1額外變量：文章的長度、文章的主題熟悉性、文章類型、閱讀理解能力等。注意：選取四篇文章時應使它們在除生字密度以外的其他方面盡量匹配。單因素隨機區(qū)組實驗設計（舉例）額外變量：文章的長度、文章的主題熟悉性、文章類型、被試的年齡、閱讀理解能力等。按閱讀理解能力將被試進行分組高能力組:８人中等能力組:８人低能力組:８人被試的分配情況a1a2a3a4高能力組２人２人２人２人中等能力組２人２人２人２人低能力組２人２人２人２人單因素隨機區(qū)組實驗設計基本方法：

首先將被試在某個額外變量上進行匹配，然后將他們隨機分配給不同的實驗處理。被試的分配情況a1a2a3a4區(qū)組1S1S2S3S4區(qū)組2S5S6S7S8區(qū)組3S9S10S11s12

只有一個自變量（A），該自變量有四個水平?？刂祁~外變量的方法：匹配法單因素被試內(nèi)實驗設計（舉例）主題：探討文章的生字密度對學生閱讀理解的影響。自變量：生字密度（A）自變量水平：

a1——5：1；a2——10：1；

a3——15：1；a4——20：1額外變量：文章的長度、文章的主題熟悉性、文章類型、閱讀理解能力等。注意：選取四篇文章時應使它們在除生字密度以外的其他方面盡量匹配。單因素被試內(nèi)實驗設計（舉例）被試：

8人，每人閱讀4篇生字密度不同的文章可能的誤差：疲勞效應和順序效應疲勞效應：將4篇文章在4個下午分4次施測順序效應：以隨機順序或以拉丁方順序實施4篇文章拉丁方順序實施4篇文章1234S1,S2a1a2a3a4S3,S4a2a3a4a1S5,S6a3a4a1a2S7,S8a4a1a2a3單因素重復測量（被試內(nèi)）實驗設計單因素被試內(nèi)設計a1a2a3a4被試1S1S1S1S1被試2S2S2S2S2被試3S3S3S3S3被試4S4S4S4S4兩因素完全隨機實驗設計（舉例）主題：探討兩種教學方法對不同能力學生學習成績的影響自變量：教學方法（A）：a1—講授，a2—討論學生能力（B）：b1—高能力，b2—低能力因變量：學習成績被試：40人a1—講授a2—討論b1—高能力10人10人b2—低能力10人10人兩因素完全隨機實驗設計（舉例）主題：探討文章的生字密度和主題熟悉性對學生閱讀理解成績的影響自變量：生字密度（A）：a1——5：1，a2——10：1，a3——20：1主題熟悉性（B）：b1——熟悉，b2——不熟悉無關變量：文章的長度、文章類型、被試的年齡、閱讀理解能力等因變量：閱讀理解成績被試：72名學生2×３設計a1—5：1a2—10：1a3—20：1b1—熟悉12人12人12人b2—不熟悉12人12人12人兩因素完全隨機實驗設計基本方法：隨機分配被試接受實驗處理的結合，每個被試接受一個實驗處理的結合。兩因素完全隨機設計（2×2）A因素a1a1a2a2B因素b1b2b1b2被試S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12兩因素隨機區(qū)組實驗設計（舉例）主題：探討文章的生字密度和主題熟悉性對學生閱讀理解成績的影響自變量：生字密度（A）：a1——5：1，a2——10：1，a3——20：1主題熟悉性（B）：b1——熟悉，b2——不熟悉無關變量：文章的長度、文章類型、被試的年齡、閱讀理解能力等因變量：閱讀理解成績被試：24名學生按閱讀理解能力將被試進行分組高能力組:6人中等能力組:6人一般能力組：6人低能力組:6人兩因素隨機區(qū)組設計（2×3）A因素a1a1a2a2a3a3B因素b1b2b1b2b1b2區(qū)組11人1人1人1人1人1人區(qū)組21人1人1人1人1人1人區(qū)組31人1人1人1人1人1人區(qū)組41人1人1人1人1人1人兩因素隨機區(qū)組實驗設計基本方法：

事先將被試在額外變量上進行匹配，然后將選擇好的每組同質(zhì)被試隨機分配，每個被試接受一個實驗處理的結合。兩因素隨機區(qū)組設計（2×2）A因素a1a1a2a2B因素b1b2b1b2區(qū)組1S11S12S13S14區(qū)組2S21S22S23S24區(qū)組3S31S32S33S34完全隨機設計的優(yōu)缺點優(yōu)點：設計和實施簡單接受每個處理水平的被試數(shù)量可以不相等，不需要匹配被試統(tǒng)計分析和對結果的解釋簡單缺點:組內(nèi)變異并非全部由隨機誤差組成，其中還包括了被試的個體差異雖然完全隨機設計假設隨機分配的各組被試在統(tǒng)計上是無差異的，但實際上被試個體差異帶來的無關變異是存在的，并且混雜在組內(nèi)變異中當實驗中含有多個處理水平時，需要的被試量也會很大。隨機區(qū)組設計的優(yōu)缺點優(yōu)點：隨機區(qū)組設計可使用于含任何處理水平數(shù)的實驗中，并且區(qū)組的數(shù)量也不受限制，因而有較好的靈活性缺點:

如實驗中含有許多處理水平，可能給形成同質(zhì)區(qū)組、尋找同質(zhì)被試帶來困難

什么時候采用完全隨機設計？什么時候采用隨機區(qū)組設計呢？被試量越大，隨機分配就越能奏效。當被試數(shù)量很少時，最好采用區(qū)組技術。實驗有多少個自變量？一個兩個三個或更多兩個自變量有多少水平？隨機區(qū)組完全隨機被試如何分配的？相關樣本t檢驗獨立樣本t檢驗隨機區(qū)組完全隨機被試如何分配的？相關組單因素方差分析獨立組單因素方差分析隨機區(qū)組完全隨機被試如何分配的？相關組多因素方差分析獨立組多因素方差分析準實驗設計單組準實驗設計時間序列設計相等時間樣本設計多組準實驗設計不相等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時間序列設計平衡設計多組準實驗設計

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！不相等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。不相等組實驗組控制組前測后測的評價優(yōu)點：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。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測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。不相等組實驗組控制組前測后測時間序列設計評價具有時間序列設計的特點也具有不相等實驗組控制組前測后測設計的特點統(tǒng)計方法：M1XM2（M2-M1）M3M4（M4-M3）獨立樣本的t檢驗平衡設計

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和實驗時間的順序采用了輪換的方法。時間1時間2時間3時間4組AX1OX2OX3OX4O組BX2OX4OX1OX3O組CX3OX1OX4OX2O組DX4OX3OX2OX1O平衡設計模式很多，這只是其中的一種??！其實組別和時間都是額外變量！單因素被試內(nèi)實驗設計（舉例）被試：

8人，每人閱讀4篇生字密度不同的文章可能的誤差：疲勞效應和順序效應疲勞效應：將4篇文章在4個下午分4次施測順序效應：以隨機順序或以拉丁方順序實施4篇文章拉丁方順序實施4篇文章周1周2周3周4S1,S2a1a2a3a4S3,S4a2a3a4a1S5,S6a3a4a1a2S7,S8a4a1a2a3標準塊時間1時間2時間3時間4組AX1X2X3X4組BX2X4X1X3組CX3X1X4X2組DX4X3X2X1隨機化行時間1時間2時間3時間4組CX3X1X4X2組AX1X2X3X4組BX2X4X1X3組DX4X3X2X1隨機化列時間4時間3時間1時間2組CX2X4X3X1組AX4X3X1X2組BX3X1X2X4組DX1X2X4X3問題所在：

要求每個額外變量的水平數(shù)與自變量的水平數(shù)必須相等，這在一定程度上限制了該設計的使用！單組后測設計單組前測后測設計固定組比較設計事后回溯設計非實驗設計單組后測設計在單組后測設計中，只有一個實驗組，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。設計的基本模式：

XO

由這一設計所獲得的結果，很難做出推斷：由實驗處理X引起實驗結果O。單組前測后測設計單組前測后測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，但還是只有一個實驗組。設計的基本模式：

O1XO2缺點：歷史、成熟、前測的影響統(tǒng)計方法：相關樣本t檢驗

固定組比較設計又稱靜態(tài)組或整組比較設計。采用實驗組和控制組兩組被試，但因這兩組被試在實驗處理前就已經(jīng)形成，故它不能使用隨機化原則選擇被試?；驹O計模式：

XO1——實驗組

O2——控制組缺點：不能在隨機化基礎上選擇和分配被試統(tǒng)計方法：獨立樣本t檢驗事后回溯設計事后回溯設計是指所研究的對象是已發(fā)生過的事件。在研究過程中，研究者不需要設計實驗處理或操縱自變量，只需通過觀察存在的條件或事實，將這種已自然發(fā)生的處理或自變量與某種結果或因變量聯(lián)系起來加以分析，以便從中發(fā)現(xiàn)某種可能的簡單關系?；驹O計模式：

XO

事后回溯設計主要包括兩種類型相關研究設計準則組設計實驗中的效度問題實驗效度是指實驗方法能達到實驗目的的程度。實驗效度主要包括內(nèi)部效度和外部效度。實驗目的——驗證假設，驗證自變量和因變量之間的關系，使實驗結果的推論可用以解釋和預測其他同類現(xiàn)象。了解影響實驗效度的諸因素，將有助于我們評價實驗設計的質(zhì)量，提高實驗設計的科學性。實驗的內(nèi)部效度實驗的內(nèi)部效度是指實驗中的自變量與因變量之間的因果關系的明確程度。內(nèi)部效度高——因變量的變化確系由特定的自變量（而非額外變量）所引起的。要使實驗具有較高的內(nèi)部效度，就必須控制各種額外變量。生長和成熟前測的影響被試者的選擇偏性被試者的缺失實驗實施中（期間）發(fā)生異常統(tǒng)計回歸影響實驗內(nèi)部效度的因素

1.生長和成熟除了實驗中的自變量可能使個體行為發(fā)生變化外，個體本身的生長和成熟也是使其行為變化的重要因素。特別是在以幼小的兒童為被試者而又采用單組前測后測設計的情況下，生長和成熟因素的影響就更大。解決的主要辦法是增設同樣條件的控制組進行比較。

2、前測的影響

前測——練習效應、疲勞效應、臨場經(jīng)驗、以及對實驗目的的敏感程度等。特別是前后兩次測量時間較近，前測的影響就更顯著。

3、被試者的選擇偏性

在對被試者進行分組時，如果沒有用隨機取樣和隨機分配的方法，在實驗處理之前，他們在各方面并不相等或有偏性，從而造成實驗結果的混淆，降低了內(nèi)部效度。4、被試者的缺失如果是一項長期的實驗，要保持原實驗被試者的人數(shù)不變是相當困難的。即使開始參加實驗的被試者樣本是經(jīng)過隨機取樣和隨機分配的，但由于被試者的中途缺失，常常使缺失后的被試者樣本難以代表原來的樣本，從而降低了內(nèi)部效度。5、實驗實施中（期間）發(fā)生異常在實驗過程中，實驗儀器、控制方式的不一致等都可能混淆自變量的效果。實驗者知道實驗目的所產(chǎn)生的“實驗者效應”以及被試者知道實驗目的或其自己正被研究所產(chǎn)生的“霍桑效應”和“安慰劑效應”、“好被試效應”等都將混淆自變量的效果，從而降低內(nèi)部效度。

實驗實施中（期間）的突發(fā)性事件、歷史性大事件、被試重大的生活事件等都會降低內(nèi)部效度。6、統(tǒng)計回歸

統(tǒng)計回歸現(xiàn)象是，第一次測量平均值偏高者，第二次測量平均值有趨低的傾向（向常態(tài)分布的平均數(shù)回歸）；第一次測量平均值偏低者，第二次測量平均值有趨高的傾向（也向常態(tài)分布的平均數(shù)回歸）。

——向平均數(shù)靠攏

實驗外部效度

實驗外部效度是指實驗結果能夠普遍推論到樣本的總體和其他同類現(xiàn)象中去的程度，即實驗結果的普遍代表性和適用性。影響實驗外部效度的因素實驗環(huán)境的人為性被試者樣本缺乏代表性測量工具的局限性1、實驗環(huán)境的人為性

實驗是在控制條件下進行的，實驗環(huán)境的人為性可能使某些實驗結果難以用來解釋日常生活中的行為現(xiàn)象。實驗室中的儀器設備會影響被試者的典型行為。被試者參與實驗的動機也會影響其行為表現(xiàn)。而在實驗室之外的日常生活中，就不會有這些因素的影響。因此，實驗結果還不能完全等同于實驗室之外的日常行為現(xiàn)象。

2、被試者樣本缺乏代表性

從理論上講，從事于實驗的被試者必須具有代表性、必須從將來預期推論、解釋同類行為現(xiàn)象的總體中進行隨機取樣。但實際上這是很難做到的。如果總體很大，即使能夠隨機取樣，但心理學實驗的被試者通常是自愿的，所以也很難把被隨機選上的人全都請來做實驗。如果總體是無限的（例如，“七歲兒童”就是一個無限的總體，其包括過去的、現(xiàn)在的、將來的所有七歲兒童），隨機取樣實際上是行不通的。這樣的實驗結果自然會降低其外部效度。

3、測量工具的局限性

實驗者對自變量和因變量的操作性定義往往以所使用的測量工具的測量結果來加以考慮的。例如，把成就動機作為一個因變量，實驗者常以某種成就動機量表所測得的分數(shù)來界定并評定其強度。但成就動機的測量工具有各種不同的形式，所測量出的分數(shù)并不代表同一種成就動機及其強度。如果在實驗時采用的是某一種成就動機的量表，那么所得出的實驗結果便不能推論到采用其他成就動機的量表的情況中去。

實驗的內(nèi)部效度和外部效度是相互聯(lián)系、相互影響的。提高實驗內(nèi)部效度的措施可能會降低其外部效度，而提高實驗外部效度的措施又可能會降低其內(nèi)部效度。這兩種效度的相對重要性，主要取決于實驗的目的和實驗的要求。一般而言，在實驗中控制額外變量的程度越大，則對因果關系的測量就越有效。因此，可以在保證實驗內(nèi)部效度的前題下，采取適當措施以提高外部效度。

情緒狀態(tài)對學生創(chuàng)造性的影響1、通過本實驗進一步理解實驗的生態(tài)化效度2、找出實驗的自變量、因變量和額外變量及其控制方法3、本實驗的統(tǒng)計處理可以進行怎樣的改動？還可以進行哪些統(tǒng)計分析！實驗者成為額外變量——

實驗者效應(experimentereffe