实验研究的基本问题(二)实验设计.ppt

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1、二、 实验设计,（一）实验设计的概念 （二）实验设计的内容 （三）实验设计的基本类型 （四）实验设计的基本类型,（一）实验设计的概念,实验设计乃是进行科学实验前做的具体计划。它主要是控制实验条件和安排实验程序的计划。它的目的在于找出实验条件和实验结果之间的关系，做出正确的结论，来检验解决问题的假设。,（二）实验设计的内容,自变量：多少？分别是什么？如何呈现？各自变量有多少 处理水平？ 因变量：多少？分别是什么？行为指标及其测量方法； 对必须控制的额外变量的控制措施； 确定被试总体及被试样本人数和选择被试的方法； 如何将被试分配到各自变量的各处理水平中； 拟定主试在实验开始前对被试者要说的指示语

2、； 规定实验次数； 安排实验程序； 规定使用仪器的型号； 实验数据如何统计分析？,（三）实验设计的基本类型,从对实验控制条件的严密程度的不同： 真实验设计 准实验设计 非实验设计 根据实验中要操纵变量的多少： 单因素实验设计 多因素实验设计 根据在各种自变量及各种处理水平中是否用相同被试： 被试内设计 被试间设计 混合设计,1、被试内设计,也叫单组实验设计（within-subjects design)，是每个被试须接受自变量的所有情况的处理。 被试内设计不但节省了被试人数，而且不同组的被试个体差异也得到了最好的控制，它比被试间设计更有力，能更好考察实验组和控制组之间的差异。 缺点： （1）各

3、处理之间偶然发生的事件对实验结果的影响； （2）可能发生与时间顺序有关的误差（练习效应、疲劳效应）。 为了解决这种顺序误差，采用平衡设计技术（ABBA设计和拉丁方设计）,（1）ABBA设计,适用于自变量水平只有两个（分别用A和B表示）时的情况。 被试按照ABBA的顺序接受4次实验处理。,ABBA设计举例,鲍尔（Bower，1961）曾经以老鼠来研究奖赏对反应形成的影响。实验的任务是让老鼠走迷津，自变量是奖赏量。 实验中，每只老鼠都要接受两种奖赏水平的处理：A是走完迷津得到8粒食物，B则是得到1粒食物。 如果研究者先进行所有的A实验，然后接受所有的B实验，或者反过来，都会导致奖赏量和实验顺序本身

4、发生混淆。 所以尝试以ABBA的顺序进行以消除顺序效应。,如果时间顺序误差不是线性系统变化时,ABBA法就会遇到问题。 解决的方法有两个： （1）在实验正式开始之前，让被试按实验要求做一 些练习； （2）一半被试按ABBA顺序做，另一半被试按BAAB顺 序做。,(2)拉丁方设计,当自变量的水平有两个以上时，平衡的拉丁方设计是较为常见的设计。一个平衡的拉丁方设计是一个两维矩阵，其中列表示自变量水平，行表示被试。,六自变量水平的拉丁方设计标准块,随机块,2、被试间设计,被试间设计是要求每个被试（组）只接受一个自变量的处理，对另一被试者（组）进行另一种处理，故又称独立组设计。 由于每个被试只接受一种

5、处理方式，因此一种处理方式不可能影响或污染另一种处理方式。但问题在于：被试间的差异如何控制？等组（被试同质问题） 为了达到等组，被试间设计采用两类分组技术：随机组和匹配。 被试间设计的统计检验独立样本的差异显著性检验。,（1）随机化设计,将被试随机分配在不同的组内接受不同的自变量处理。 随机组设计的基本假设是将被试随机分配到不同的组，各随机被试组在未接受不同处理之前是相等的，即使有差异也是在统计允许的限度以内的随机误差。,随机组设计的优缺点,优点： （1）用随机分配被试者的方法可控制两组被试 者变量的差异，分组方法简单可行； （2）由于对每一被试者只作一次观测，可消除 某些实验误差，如消除学习

6、误差的影响。 缺点： （1）分成等组的方法仍欠精密； （2）若两组在不同时期观测，就有可能插入实 验以外的偶发事件，影响因变量的观测结果。,（2）匹配设计,也叫对等组设计、配对组设计，是随机组设计的一种扩展。目的是使各组的特性更加相同。这种设计可以控制组内变异和组间变异。 匹配被试就是对全部被试进行预备测验，测验的性质与正式实验的性质是类似的，或者说是相关的，然后按测验成绩均匀地形成组。,配对组设计的步骤,第一步：让所以被试做“共同作业”，即接受预备测验，获得作业分数； 相同任务：如打靶；根据打靶成绩进行分组； 类似任务：如问题解决不同种类问题解决； 相关任务：如智力测验问题解决。 第二步，根

7、据作业分数形成配对组。,配对设计的优缺点,优点：在实验处理之前，就把组间变异缩到最小，并使各组内变异比单独的随机分配更接近相等。因此，这种设计能对被试个别差异给予更多的控制，小型实验用配对设计，其效果比用随机分组的效果更为显著。 缺点： （1）实验者因分配被试而大大增加工作量； （2）匹配往往是不完全的； （3）同时匹配多个特征时，可能会发生交互作用； （4）匹配需要防止“回归假相”的介入。,被试内和被试间设计比较,被试内设计：也叫单组实验设计，是每个被试须接受自变量的所有情况的处理。 被试间设计：被试间设计是要求每个被试者只接受一种实验处理，对另一被试者进行另一种处理，故又称独立组设计。,补

8、充：小样本设计,小样本设计是被试内设计的一种变式，实验时它向人数较少的被试或单个被试呈现自变量的不同水平或处理方式。,ABA设计,A表示处理之前的基准状态； B表示处理之后的状态； 实验开始一个阶段是对A的观察和计量；然后对被试进行处理，然后对B进行观察和计量；然后再通过一定的方式让被试回到A状态，再对其进行观察和计量，比较、分析ABA的变化。,举例：比尔的哭声,哈特和其同事（Hart et al.，1964）对托儿所一位4岁儿童比尔进行了研究。该儿童看上去很健康、很正常，但却过分能哭。研究者认为是成人的注意强化了比尔哭的行为，于是他们设计了实验来检验这种假设。 这里的被试仅仅是比尔，显然是一

9、个小样本设计。,3、混合设计,混合设计是指在一个研究中有些自变量按组内设计安排，有些自变量按组间设计安排。一般说来，如果一种自变量很可能会影响另一种自变量，那么对这些自变量按组间设计安排，其余的自变量按组内设计安排。,混合设计举例一,Johnson等（1983）用混合设计的方法比较抑郁者和非抑郁者的记忆成绩。 他们假设，抑郁者比非抑郁者对于未完成的记忆任务的记忆效果更好。 实验中，要求抑郁组和非抑郁组完成20项记忆任务，其中，10项记忆任务在完成之前被打断。在全部任务完成后，要求被试回忆记忆任务的名称或尽可能多地描述记忆任务。,比 较,被试变量是组间设计（抑郁、非抑郁） 任务类型是组内设计（完

10、成、未完成）,混合设计举例二,让被试以不同的背诵方式对一系列意义上没有联系的3个英语单词为一组的材科进行加工，背诵的次数也不相同。 背诵方式有4种，产生了4种实验条件：(1)数字条件；(2)机械背诵；(3)造句背诵；(4)想象背诵。背诵次数分别为1， 2，4，8，10次，每次背诵时间为2秒。,混合设计,背诵方式为组间设计：所有被试分成4组，每组被试只用一种方法背诵。 背诵次数为组内设计：但在每种背诵方式下，背诵次数都有1，2，4，8，10五种每个被试都要按随机安排的顺序轮流进行这五种不同次数的背诵。,实验程序,1、选择被试 2、被试分组 3、安排被试接受哪些实验处理 4、分组实验,A、B、C、

11、D四组,A组：数字条件 B组：机械背诵 C组：造句背诵 D组：想象背诵,A组：数字条件实验,指导语：“你的任务是记忆数字如30、89等等，但这个任务过于容易，于是呈现三个一组的单词map、wood、sand来干扰你对数字的记忆。” 每次背诵完毕，要求被试默写刚背过的数字。 但在整个实验结束时，却在被试未曾料到的情况下立即要求被试把他所见过的单字默写出来，如“地图、木头、纱”等等。 在这种实验条件下，主试有意对被试进行欺骗，让他把主要注意力用于背数字，而只用最少的注意力去观察单字，目的是考察在最少注意时对单字的记忆成绩如何。,在数字条件下，背诵次数为2次的具体程序如下,准 备,背诵一次,30 8

12、9,map wood sand,map wood sand,30 89,map wood sand,map wood sand,map wood sand,map wood sand,请写下刚才记忆的数字,实验结束,实验结果,（四）实验设计的基本类型,1、真实验设计 2、准实验设计 3、非实验设计,1、真实验设计,真实验设计对实验条件的控制程度要求较高，在使用这类实验设计时，实验者可以有效地操纵实验变量，有效地控制内在无效来源和外在无关因素的影响，能在随机化原则基础上选择和分配被试，从而使实验结果更能客观地反映实验处理的作用。,真实验设计类型,真实验设计之一：完全随机化设计 真实验设计之二：多

13、因素实验设计 真实验设计之三：随机化区组设计,真实验设计之一：完全随机化设计,完全随机化设计也称简单随机化设计，是指用随机化方法将被试随机分为几组，然后依实验的目的对各组被试实施不同的处理。 （1）随机实验组控制组前测后测设计 （2）随机实验组控制组后测设计 （3）随机多组后测设计,（1）随机实验组控制组前测后测设计,随机实验组控制组前测后测设计是指研究者在实验前采用随机分配的方法将被试分为两组，并随机选择一组为实验组；另一组为控制组。实验组接受实验处理，而控制组则不给予实验处理。 设计的模式 设计的评价 设计的显著性检验 设计的实例分析, 设计的模式,R O1 X O2 R O3 O4, 设

14、计的评价,随机实验组控制组前测后测设计基本控制了绝大多数影响内部效度的因素。 这是因为该设计采用随机布置的方法将被试分为两组，从而可以控制选择、被试的中途退出以及选择与成熟的交互作用等因素对实验结果的干扰。 另外，由于安排了实验组和控制组，在实验过程中，发生在前测到后测这段时间内的事件对实验组控制组的影响基本相同，因而可以控制历史、成熟、测验、仪器使用等影响内部效度的因素对实验结果的影响。 该设计使用了前测验它为检查随机分组是否存在偏差提供了充分的依据但它也带来了不利的一面，即被试由于前测验而获得的经验，可能对后测验产生敏感性，出现测验的反作用效果，导致对实验设计外部效度的影响。, 设计的显著

15、性检验,其一是对增值分数进行统计分析。方法是对每一名被试，用其后测成绩减去前测成绩(O2-O1，O4-O3)， 分别求出两组增值分数的平均数。对两组增值分数进行显著性检验的方法有：t-检验(参数统计)；曼惠持尼(MannWhitney)U-检验或中位数检验(非参数检验)。 另外，还有协方差分析法，这种方法被研究者认为是很好的方法。此方法是将前测分数作为协变量，对实施实验处理前的组间差异进行控制和调整，以便使两组的后 测成绩能够比较不受前测成绩的影响。, 设计的实例分析,沃坦阿贝、黑尔和洛马克斯关于“通过一系列教学程序和方法的训练，来培养学生根据报纸标题预测所报道内容的能力”的实验。,（2）随机

16、实验组控制组后测设计, 设计的模式 设计的评价 设计的显著性检验 设计的实例分析, 设计的模式,R X O2 R O4, 设计的评价,首先，由于采用实验组接受实验处理，控制组不接受实验处理，从而控制了历史和成熟因素对内部效度的影响； 另外，由于实验是在同等条件下进行的，因此它控制了选择和被试的中途退出等影响内部效应的因素。同时由于两组被试没有进行前测验，从而控制了测验与实验处理交互作用对实验外部效度的影响。, 设计的显著性检验,随机实验组控制组后测设计使用的统计分析方法比较简单。 大部分研究者使用T检验对两组后测成绩进行比较研究；非参数检验也常使用曼-惠持尼U-检验或中位数检验法。, 设计的实

17、例分析,卢仲衡等(1981)的研究项目“初中一年级数学自学辅导教学协作实验研究” 。,（3）随机多组后测设计,在心理学的研究中，有时要进行实验处理的方案不只是一个或两个，即有时研究者要进行的实验处理x的个数有3个或3个以上。,设计的模式,R xl Ol R x2 O2 R x3 O3,真实验设计之二：多因素实验设计,多因素实验设计是指在实验中包括两个或两个以上因素(自变量)，并且每个因素都有两个或两个以上的水平，各因素的各个水平互相结合，构成多种组合处理的一种实验设计，又称完全随机析因设计。 在完全随机析因设计中，研究者可以考察各个自变量交互作用对因变量的主要影响效应(交互作用)，并同时考察各

18、自变量对同一因变量的主要影响效应(主效应)，以及考察一个因素的各个水平在另一个因素的某个水平上的效应(简单效应)；在心理学的实验研究中，这种设计具有很大的实用价值。,（1）多因素实验的优点,多自变量实验具有三个明显的优点： 效率高 实验控制较好 实验结果更有价值,（2）完全随机析因设计,在析因设计中，为简化表述，常常采用一些英文字母、符号和数字，作为各个因素和因素各个水平及其相互关系的标志。 通常用英文大写字母来表示因素，用与大写字母相对应的小写字母来代表因素的水平，而用乘号()表示因素之间的相互结合关系。 例如，在包括两个因素且其中一个因家有2个水平，而另一个因素有3个水平的析因设计中，以A

19、和B代表两个因素，以a1、a2相b1、b2和b3分别代表因素A和因素B的水平。我们称其为双因素设计，又称AB因素设计，也可称23因素设计。,完全随机双因素析因设计,完全随机双因素实验设计是指研究者用随机分配的方法将被试分为若干同质组(分组的个数等于实验处理的个数)，同时用随机的方法分配每一组被试接受一种实验处理的实验设计。 由于双因素析因设计实验处理的个数是由两个因素的水平数交叉组合决定的，所以双因素析因设计的模式也与各因素的水平数有关。,双因素析因设计的主要效应与交互作用的效应,主效应是指由每个单独因素(自变量)所引起的因变量的变化。 交互作用的效应是指当一个因素(自变量)对因变量影响大小因

20、其他因素的水平或安排的不同而有所不同时，所产生的交互作用影响因变量的结果。相反，如果某一因素(自变量)对因变量影响大小，不受其他因素的水平或安排的影响，我们就说这个因素与其他因素是没有交互作用的。,杨治良等（1981）的实验,目的：了解年龄对再认能力的影响 第一个自变量是年龄，选取初中生年龄组和大学生年龄组。第二个自变量是实验材料，这里我们选取具体实物图形组和词组两个组。因变量取再认能力d作指标。 这个实验的方法是采用再认法，把被试者识记过的材料和没有识记过的材料混在一起，要求被试者把两种材料区分开来。,真实验设计之三：随机化区组设计,随机化区组设计是将被试按某种标准分为不同的组（区组），每个

21、区组的被试接受全部实验处理。 随机化区组设计的目的在于使区组内的被试差异尽量缩小，而对区组之间的差异依据设计要求而定。,随机化区组设计的原则,随机化区组设计的原则是同一区组内的被试尽量“同质”。 每一区组内被试的人数分配有3钟情况： 一名被试作为一个区组。这时，每名被试(区组)均接受全部处理，在接受处理的顺序上要采用随机化的方法。 每个区组内被试的人数是实验处理数目的整倍数。 区组内的基本单元不是一名被试或几名被试，而是以一个团体为单元。,（1）随机化区组单因素设计,随机化区组单因素设计与随机多组后测设计是基本相似的，不同的是随机化区组单因素设计要求将被试划分为不同的区组，并且每一区组随机接受

22、所有不同的处理。然后观察实验处理后每个区组对不同处理的反应，并作为后测成绩。,2随机化区组多因素设计,随机化区组两因素设计与随机化双因素设计基本相似，只是随机化区组两因素设计将被试划分为不同的区组，每个区组都随机接受两因素各个水平组合的全部处理，然后观测每个区组对不同处理的反应，并将反应值作为后测成绩。,2、准实验设计,主要类型： （1）单组准实验设计 时间序列设计 相等时间样本设计 交叉滞后组相关设计 回归间断点设计 （2）多组准实验设计 不相等组实验组控制组前测后测设计 不相等组实验组控制组前测后测时间序列 设计 平衡设计,（1）单组准实验设计,在心理学研究中，有时会因条件的限制和问题的性

23、质而使研究无法采用控制组，从而选取准实验设计进行研究。, 时间序列设计,时间序列设计是指对一组被试或个体进行一系列周期性测量，并在测量的时间序列中引进实验处理（X），然后观测引进实验处理后的一系列测量结果，并与引入实验处理X前的一系列测量结果相比较，研究插入实验处理前后测量结果的变化趋势，从而推断实验处理是否产生效果。,时间序列设计模式,系列前测,实验处理,系列后测,时间序列设计举例,学习心理咨询前后学生学习兴趣和学习习惯。,时间序列设计可能的实验结果,时间序列设计评价,时间序列设计可以较好地控制“成熟”因素对内部效度的影响。,其次，该设计可以控制测验因素的干扰。 由于每名被试都要经过多次测验

24、，并得到一系列测验结果这就能够降低由于只作一次测验而出现的有偏向性样本成绩的概率。同时，该设计有可能控制统计回归的因素。,综上所述，由于时间序列设计可以多次测量被试在处理前后的数据，因此通过观察处理x前后的变化趋势，也就可以判断处理x前后在整个实验过程中的作用。,缺点： 首先，由于该设计研究是在没有控制组的情况下进行的，因而它不能控制与实验处理同时发生的偶发事件的影响，不能排除那些与自变过同时出现的附加变量的影响。,其次，测验与处理x的交互作用作为影响实验外部效度的因素在该设计中不易受到充分控制。,再次，多次实施前测验往往会降低或增加被试对实验处理的敏感性，从而在被试身上产生作用而影响被试在实

25、验处理后的成绩。, 相等时间样本设计,在心理研究中，与选择两等价样本组（实验组和控制组）相对应，当只有一组被试时，常使用两相等的时间样本，在其中的一个时间样本中不出现实验变量，而采用常规安排X0。,相等时间样本设计模式,相等时间样本设计举例,教师批改作业对学生学习成绩的影响。,相等时间样本设计评价,相等时间样本设计在控制影响内部效度的因素方面是完全有效的。 它能较好控制“历史”作用的影响； 其他影响内部效度的因素也同时被较好地控制。,缺点,相等时间样本设计在控制影响外部效度的因素方面并不理想。,测验的反作用效果会影响该设计的外部效度。 实验安排的反作用效果会影响该设计外部效度。 选择偏差与实验

26、变量的交互作用可能会影响该设计的外部效度。 重复实验处理的干扰也会影响该设计的外部效度。, 交叉滞后组相关设计,交叉滞后组相关设计要求在时间1对两个变量（A、B）的关系作出测定和相关分析，再在时间2作相似测定和分析，当交叉滞后相关之间有显著差异时，就可以推测变量A和B之间具有因果关系。,交叉滞后组相关设计举例,三年级儿童对于暴力或凶杀电视片与他们的攻击性行为之间的关系 饮食和体重之间的关系,回归间断点设计,这种准实验设计通过实验处理与事后测量回归线的间断点的特征，确定准实验处理的主效应。即如果实验处理前后的的回归线出现了间断，说明实验处理是有效果的。,回归间断点设计举例,奖励对职工工作成效的作

27、用。,20,25,(2)多组准实验设计,在心理学研究中，为使实验结果尽量少受无关因索的干扰，使实验结果具有较高的可靠性，在条件允许的情况下应该采用多组实验设计，即包括有实验组和控制组存在的实验设计。,不相等组实验组控制组前测后测设计,不相等实验组控制组前测后测设计的特点是研究者不能按随机化原则和等组法来选择对等组，有时也不能随机安排哪个为实验组、哪个为控制组。,设计模式,举例,思维训练,评价,首先，由于增添了控制组，从而使该设计基本上控制了历史、成熟、测验等因素对实验的干扰。 其次，由于两组都有前测验，研究者可以了解实验处理实施前的初始状态，从而也就对选择因素有了初步的控制。,缺点,该设计没有

28、使用随机化方法来分配被试或实验处理，实验组与控制组是不对等的，因而选择与成熟、选择与实验处理的交互作用可能会降低该设计的效度。 又由于两组都使用前测验安排，因而其实验结果不能校直接推广到无前测的情境中去。,不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计,不相等实验组控制组前潦后测时间序列设计是在单组时间序列设计和不相等实验组控制组前测后测设计的基础上，组合而成的一种多组准实验设计。,是一个混合体,设计模式,平衡设计,平衡设计又叫轮换设计，或拉丁方设计。在该设计中，研究者为了达到对实验控制的目的，使各组被试都接受不同的实验处理而对实验处理的顺序相实验时间的顺序采用了轮换的方法。,设计模式,3.非实验设

29、计,1.单组后测设计 2.单组前测后测设计 3.固定组比较设计 4.事后回溯设计,（1）单组后测设计,在单组后测设计中，只有一个实验组，而对实验组只给予一次实验处理，然后通过测量得到一个后测成绩。,单组后测设计模式,（2）单组前测后测设计,单组前酗后谢设计是对单组后测设计的一种改进，它增加了在实验处理前的测验，但还是仅有一组实验组。,单组前测后测设计模式,（3）固定组比较设计,固定组比较设计又称静态组或整组比较设计，该设计采用实验组和控制组两组被试，但因这两组被试在实验处理前就已经形成，故它不能使用随机化的原则来选择被试。,设计模式,（4）事后回溯设计,事后回溯设计是指所研究的对象是已发生过的

30、事件。 在研究过程中，研究者不需要设计实验处理或操纵自变量，只需通过观察存在的条件或事实，将这种已自然发生的处理或自变量与某种结果或因变量联系起来加以分析，以便从中发现某种可能的简单关系。,设计模式,两类事后回溯设计,（1）相关研究设计 （2）准则组设计,相关研究设计,相关研究设计是在一个被试组内收集两个集合的数据，其中一个数据集合是观察到的结果，另一个则是被追溯的数据集合，研究的目的是确定这两个数据集合之间的关系(正相关、负相关和无关)。,相关研究设计模式,关于相关关系,相关关系因果关系,这一点可要记住啊！,准则组设计,准则组设计与相关研究设计相类似，是对已经发生的事件进行研究的一种非实验设计。 它要求研究者通过对所研究现象的被试的比较，确定某些被试(准则组)具有一种状态的特征，而另一些被试(非准则组)不具有这种状态的特征，然后去追溯可能存在的原因。,准则组设计模式,评价,相关研究与准则组研究是事后回溯设计的两种主要形式，这两种研究是相辅相成的。 相关研究的主要用途是辨认两个变量或两种现象之间是否存在一定的关系及存在什么形式的关系； 而准则组研究的主要用途则是通过准则组与非准则组的对比，研究存在一定关系的两变量之间具有什么样的状态特征。,缺点,主要缺点是它缺乏对变量的控制。,实验设计小结,