第三章心理實驗設計

第三章心理實驗設計1.實驗中的各種變量及其控制2.實驗設計2.實驗設計隨機誤差：在實驗中由于一些難以控制的偶然因素常使反應變量上下波動，這樣造成的誤差稱為隨機誤差。例：同一個人在做同難度任務時表現(xiàn)得難以一致或者同時做同一件事時表現(xiàn)難以一致。措施：增加實驗次數(shù)。（考試成績）系統(tǒng)誤差：在實驗中由于某種因素的影響使反應變量有系統(tǒng)地發(fā)生變化，這種誤差稱為系統(tǒng)誤差。措施：使用ABBA法式增加人數(shù)。被試的隨機分配與隨機誤差和系統(tǒng)誤差的關(guān)系。

2.1雙獨立組設計（雙隨機組設計）基本特點：研究中有一個自變量，自變量有兩個水平（P=2）。它的基本方法是：把被試（實驗單元）隨機分配給處理（自變量）的各個水平，每個被試只接受一個水平的處理。完全隨機實驗設計是用隨機化的方式控制誤差變異的。它假設，由于被試是隨機分配給各個處理水平的，被試之間的變異在各個處理水平之間也應是隨機分布、在統(tǒng)計上無差異的，不會只影響某一個或幾個處理水平。被試的等同性――隨機2.1雙獨立組設計(雙隨機組)步驟2.1.1雙隨機設計是一種最基本的設計，最基本研究方法。2.1.2隨機組設計統(tǒng)計分析（一般采取T檢驗）2.1.3檢驗實際假設的總體步驟2.1.1雙隨機設計如，從總體中隨機抽取被試60名，隨機分成實驗組和控制組，控制組給予安慰劑，實驗組給予藥物。

處理測驗實驗組是 X

控制組否 Y

2.1.1雙隨機設計為了合乎兩者之間相等，被試一般要大于30（大樣本），可避免由于隨機波動而可能出現(xiàn)的兩組間的不平等。

2.1.2隨機組設計統(tǒng)計分析①計算平均數(shù)χ②平均數(shù)差異性檢驗t③虛無假設？④.檢驗虛無假設③虛無假設？

推斷前提：如果兩個樣本平均數(shù)差異很低，那么初步肯定總體差異是由于樣本抽取隨機性的結(jié)果。如果樣本平均數(shù)差異很大，那么總體差異顯著。

④檢驗虛無假設

確立自由度

df=n1+n2-2查T值表設定P值（概率水準）P=0.050.01或0.001等

檢驗2.1.3檢驗實際假設的總體步驟

例：RNA核糖核酸與記憶有關(guān)的實驗，通過訓練有記憶的老鼠后，它的腦子里是否有增多的RNA呢？取出老鼠腦，磨碎，提煉，得到溶液，注射到其他老鼠。7只老鼠注射受過訓練的老鼠的RNA，另外注射的是沒有受過訓練過的RNA。

受訓過RNA沒受訓RNA實驗組（7只）

接受

不接控制組（7只）

不接

接受2.1.3檢驗實際假設的總體步驟提出問題（是否真的有記憶RNA）提出假設（假若RNA具有記憶作用）（對一個假設作出顯著性檢驗相對地講是不難的，而要發(fā)現(xiàn)一個需要作出顯著性檢驗的假設則困難得多）實驗設計實驗假設確立、拒絕零假設P值抽樣實驗，收集數(shù)據(jù)檢驗虛無假設2.2雙匹配組實驗設計

被試間實驗設計—每個被試只接受一種自變量處理被試內(nèi)實驗設計―個被試接受所有的自變量的處理。

兩種假設：第一，認為他們知道哪一個被試的特征與實驗任務的成績具有高相關(guān)；第二，實驗者認為他們能夠獲得多有被試關(guān)于這個特征的分數(shù)。2.2.1原理與設計

為了使兩組被試相等，雙匹配組設計，它建立在某個因子上是完全相等的，這個因子叫匹配變量。（主要是被試變量）兩種假設：第一，認為他們知道哪一個被試的特征與實驗任務的成績具有高相關(guān)；第二，實驗者認為他們能夠獲得所有被試關(guān)于這個特征的分數(shù)。

例性別差異對短時記憶的影響其中智力當成匹配變量進行控制2.2.1原理與設計

步驟：首先，尋找匹配變量如智力其次，尋找匹配的方法：或使兩組變量的平均值和標準差近似相等。（穿插匹配法）練習：假設：沖突應激對于胃潰瘍的影響（猴子）控制組

實驗組

結(jié)果不給電擊饑餓，取食電擊實驗組有胃潰瘍分析：究竟是由于電擊而得胃潰瘍還是由于得不到食物的心理而得胃潰瘍呢？因而策略是給予控制組電擊，消除影響。

2.2.2統(tǒng)計分析

配對組T檢驗

自由度：df=n-1

只要滿足以下兩個條件就能有效地減少偏差：（1)實驗者知道哪一個被試變量與實驗任務高度相關(guān)（2)他能夠獲得這些變量的分數(shù)。

雙隨機組與匹配組設計都是相對于單因素兩水平處理的設計。

2.3多隨機組設計

原理：單因子多水平實驗水平的一種，要探討一個變量各個水平對因變量的作用。雙隨機組設計，能初步的確定一種線性關(guān)系，但有可能真實圖像為曲線，因此，對于一個自變量的各個水平選定是非常有必要的。

2.3多隨機組設計多隨機組設計，選擇自變量的多種水平，而后把被試隨機地分布到每個水平，從而考查自變量的各個水平是否存在差異，自變量的水平越多，評估的數(shù)量關(guān)系越準確，多水平可有效確定自變量與因變量的關(guān)系。（圖）

AB統(tǒng)計分析：

虛無假設：假定所有總體的平均數(shù)是相等的（沒有差異）計算組間平方和

SSB組內(nèi)平方和

SSW組間平方和――系統(tǒng)誤差

指各組平均值對總體平均值彌散程度的測定。

組內(nèi)平方和――隨機誤差指各數(shù)據(jù)對組內(nèi)平均數(shù)彌散程度的測定總平均和

SST=SSB+SSW

指總體數(shù)據(jù)對總平均值彌散程度的指標。

統(tǒng)計分析：c.自由度計算

df=nP-1

組間：df＝P-1

組內(nèi)：dfw=dft-dfb=P(n-1)

d.計算組間均方

Msb=SSb/dfbSS總變異

DF=NP-1Msw=SSw/dfwSS總變異DF=NP-1SS組間DF=P-1

SS組內(nèi)DF=P(N-1)

統(tǒng)計分析：E.F值＝MSb/MSwF=組均方估計值（I）+誤差估計值（E）/誤差估計值（E）F值顯著，只能說明至少有兩個水平的平均水平是有差異的。

F．配對檢驗多項單獨檢驗增大了不該拒絕的虛無假設的可能性。Bonferrni檢驗；Scheff檢驗；Lsp檢驗（最小差異檢驗）2.4隨機化區(qū)組實驗設計

可以分離出由于人少而造成的差異。原理（使用情況）：①研究中有一個自變量，自變量至少大于兩個水準②還考慮一個額外變量，自變量與額外變量之間沒有交互作用。2.4隨機化區(qū)組實驗設計

B.設計：額外變量為被試時，設計區(qū)組使其更加同質(zhì)

例題：可以考查文章的生字密度對閱讀理解影響此時智力是額外變量。a1a2a3a4區(qū)組1（Q=101）S1S2S3S4區(qū)組2（Q=102）S5S6S7S8區(qū)組3（Q=104）S9S10S11S12區(qū)組4（Q=107）S13S14S15S16區(qū)組5（Q=96）S17S18S19S20……..2.4隨機化區(qū)組實驗設計C統(tǒng)計分析

C.1虛無假設

假定：①每種處理水平的平均數(shù)是相等的②區(qū)組之間的總體平均數(shù)是相等的

C.2F-TEST檢驗

SS殘差DF=(N-1)(P-1)SS區(qū)組DF=N-1SSADF=P-1SS處理內(nèi)DF=P(N-1)SS處理間DF=P-1SS總變異DF=NP-12.4隨機化區(qū)組實驗設計SS總變異DF=NP-1

SS處理間DF=P-1

SS處理內(nèi)DF=P(N-1)

SSADF=P-1

SS區(qū)組DF=N-1

SS殘差DF=(N-1)(P-1)

2.4隨機化區(qū)組實驗設計優(yōu)點：①區(qū)組設計比完全隨機考察自變量更敏感一點，比完全隨機實驗設計更加有效分離出一個額外變量，可以獲得更精確。②區(qū)組的數(shù)量沒有嚴格限制，特別適合于人數(shù)少的實驗設計。

缺點：①處理越多，找到同質(zhì)被試就越困難。②要求額外變量與自變量沒有交互作用。討論：隨機區(qū)組設計與隨機組設計的區(qū)別。

（拿人工酒例子說明）

2.5單因素拉丁方實驗設計拉丁方設計廣泛應用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)研究，以及心理和教育科學研究中。適合滿足下列條件的實驗：1.研究中有一個帶有P>=2個水平的自變量，還有兩個帶有P>=2個水平的無關(guān)變量，一個無關(guān)變量的水平被分配給P行，另一個無關(guān)變量的水平被分配給P列。2.研究者事先假定處理水平與無關(guān)變量水平之間沒有交互作用。3.隨機分配處理水平給P*P個方格單元，每個處理僅在每行，每列中出現(xiàn)一次。2.5單因素拉丁方實驗設計

標準化方塊：在拉丁方格中的第一行和第一列是按字母排序的時候，叫做標準化方塊。ABABCBABCACAB2×23×32.5單因素拉丁方實驗設計1ABCD2BCDA3CDAB4DABC12343CDAB1ABCD2BCDA4DABC3124ACDBCABDDBCABDAC隨機化行隨機化列2.5單因素拉丁方實驗設計C1C2C3C4B1A1A2A3A4B2A2A3A4A1B3A3A4A1A2B4A4A1A2A3生字密度對學生閱讀理解影響的研究2.5單因素拉丁方實驗設計C1C2C3C4B1A2A1A3A4B2A4A3A1A2B3A1A4A2A3B4A3A2A4A12.5單因素拉丁方實驗設計SS總變異DF=NP-1SS處理間DF=P-1SS處理內(nèi)DF=P(PN-1)SSADF=P-1SSBDF=P-1SSCDF=P-1SS殘差DF=(P-1)(P-2)SS單元內(nèi)DF=P*P(N-1)2.5單因素拉丁方實驗設計優(yōu)點：減少實驗誤差，可以分離出兩個誤差因子。缺點（1）前提條件：自變量與額外變量之間沒有交互作用，而且兩額外變量之間無交互作用。（2）自變量的交互作用要相等。（3）有很強的順序效應。一般拉丁方實驗設計較少用。2.6因子實驗設計因變量>=2,下面以兩因子實驗設計為例適合于這樣的研究條件：1.研究中有兩個自變量，每個自變量有兩個或多個水平。2.如果一個自變量有P個水平，另一個自變量有Q個水平，實驗中含P*Q個處理結(jié)合，研究者感興趣于所有處理水平的結(jié)合效應。2.6因子實驗設計每個被試接受一個實驗處理的結(jié)合。A1A2A3A4S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16單因素完全隨機設計2.6因子實驗設計A1B1A1B2A1B3A2B1A2B2A2B3S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S20S21S22S23S24兩因素完全隨機設計，被試的個數(shù)N=npq2.6因子實驗設計交互作用（interactioneffect）：當自變量對因變量的作用隨另一個自變量的改變而改變時，我們就稱這兩自變量間有交互作用，反之則沒有?；蛞粋€自變量的影響效果依賴于另外一個自變量的水平。說明：學生學習能力的高低對學習成績的作用還受教學方法的影響，這就說明學生學習能力高低與老師教授水平之間有交互作用。低高講授討論成績講授討論高低2.6因子實驗設計虛無假設：1.自變量水平A上的效果為零2.自變量水平B上的效果為零3.A*B的作用為零2.6因子實驗設計SS總變異Df=npq-1SS處理間Df=pq-1SS處理內(nèi)Df=pq(n-1)SSADf=p-1SSBDf=q-1SSabDf=(p-1)(q-1)SS單元內(nèi)Df=pq(n-1)兩因素完全隨機實驗設計的平方和與自由度分解2.6因子實驗設計為什么要使用因子設計？1.比較經(jīng)濟，用一個被試具有多個特點而進行考查。2.可是獲得較多的信息。A,B,A*B3.實驗結(jié)果的概括能力較強。2.7因子實驗設計幾個概念說明：因子－－自變量因子水平－－自變量水平主效應－－實驗中由一個因子的不同水平引起的變異。簡單效應－－當兩因子具有交互作用時，想進一步明白，一個因子在另一個因子上的每一個水平，哪一個水平是顯著的。（定義：在因子實驗中，一個因子水平在另一個因子的某一水平上的變異。）處理效應－－實驗總變異中由自變量引起的變異。主效應，簡單效應，交互作用都屬于處理效應。2.7因子實驗設計練習：

酒的顏色與不同類型葡萄酒對酒的喜愛度的影響。2.7重復測量實驗設計也叫被試內(nèi)設計。

基本特點：

實驗中每個被試接受所有處理水平。實驗設計的目的是利用被試自己做控制，使被試的各個方面特點在所有處理中保持恒定，以最大限度地控制由被試的個體差異帶來的變異。2.7重復測量實驗設計使用前提：

研究者必須事先假設，當若干處理水平連續(xù)實施于同一個被試時，被試接受前面的處理對接受后面的處理沒有長期影響。如，兩種教學方法對學生學習成績的影響。2.7重復測量實驗設計生字密度對學生閱讀理解影響的研究1234S1S2A1A2A3A4S3S4A2A3A4A1S5S6A3A4A1A2S7S8A4A1A2A32.7重復測量實驗設計SS總變異Df=np-1SS被試間Df=n-1SS被試內(nèi)Df=n(p-1)SSADf=p-1SS殘差Df=(n-1)(p-1)2.7重復測量實驗設計兩因素被試內(nèi)設計特點：1.研究中有兩個變量。AP個水平

BQ個水平

P*Q個處理組合。主題熟悉度A(P=2)A1A1A1A2A2A2生字密度B(Q=3)B1B2B3B1B2B32.7重復測量實驗設計SS總變異Df=npq-1SS被試間Df=n-1SS被試內(nèi)Df=n(pq-1)SSBDf=q-1SSA*B*被試df=(n-1)(p-1)(q-1)SSADf=p-1SSB×被試Df=(n-1)(q-1)SSA×被試Df=(n-1)(p-1)SSABDf=(p-1)(q-1)2.7重復測量實驗設計優(yōu)點：經(jīng)濟利用被試，節(jié)約時間，減少誤差缺點：在控制誤差的同時，帶來了新的誤差－－學習遷移效應和順序效應?？刹捎玫窒胶夥绞絹砜刂七@種誤差或者可以采用隨機出現(xiàn)順序來減少誤差。2.8因子實驗設計的混合實驗設計兩因素混合實驗設計特點：1.兩個自變量一個是被試間的變量，另一個是被試內(nèi)變量。P>=2,Q>=2如，不同心算難度與不同年齡之間存在哪些關(guān)系。不同年齡是被試間變量，而心算難度則是被試內(nèi)變量。被試間變量只接受一種處理，被試內(nèi)則多種。2.研究者往往對被試內(nèi)的因素感興趣先確定被試間和被試內(nèi)自變量，然后將被試接受與被試間變量的某一個水平相結(jié)合的所有水平。2.8因子實驗設計的混合實驗設計程度

心算1000－11000－21000－71000－2320－2930－3940－4950－592.8因子實驗設計的混合實驗設計A1b1A1b2A2b1A2b2s1s2s3s4s5s6s7s8s1s1s1s1s2s2s2s2b1b2a1s1s1s2s2a2s3s3s4s4A被試間隨機處理B被試內(nèi)重復處理2.8因子實驗設計的混合實驗設計SS總變異Df=npq-1SS被試間Df=nP-1SS被試內(nèi)Df=nP(q-1)SSB*被試Adf=P(n-1)(q-1)SSADf=p-1SSBDf=q-1SS被試ADf=(n-1)pSSABDf=(p-1)(q-1)2.8因子實驗設計的混合實驗設計什么情況下使用混合設計1.當在研究中發(fā)現(xiàn)，一個是被試變量（年齡、智力、性別等）而研究者感興趣于被試變量不同水平對另一個因素的影響。2.當研究中有一個被試內(nèi)變量處理會對被試產(chǎn)生長期的影響（遷移，習得等），應該改用被試間作用。3.出于對實驗可行性的考慮，特別在兩因素中水平特別多時，使用完全隨機需要被試量很大，這時可把其中一個變量改為被試內(nèi)變量。當如果選用重復….,這樣演習次數(shù)特別多，帶來…2.9如何選擇合適的實驗設計2.9.1一個好的實驗設計A.應能夠滿足理論框架的要求，恰當回答要研究的問題。B.使同一批數(shù)據(jù)給出較多信息。C.應能提供實驗的高信度。（可重復性）D.應能夠提供實驗的高效度。