第二章实验设计.ppt

1、第02章 实验研究的基本问题,本章主要内容： 一、实验研究中的变量及其控制 二、实验的效度 三、实验设计 四、实验的信度,要点复习,实验的灵魂：控制 实验控制的目的：探索人的心理和行为发生、发展变化的原因,什么是变量 变量（variable）是指在数量上或质量上可变的事物的属性。 变量包括作业变量（刺激变量）、环境变量、机体变量 在一个具体的实验中，变量分为自变量、因变量和额外变量。,一、实验研究中的变量及其控制,（一）变量的类型,1、自变量 2、因变量 3、额外变量,（1）什么是自变量 在实验中实验者所操纵的、对被试者的反应产生影响的变量称为自变量； （2）自变量的类型 作业变量（刺激变量、

2、任务变量） 环境自变量 被试者变量,1、自变量(independent variable),2、因变量(dependent variable),因为自变量的变化而产生的现象变化（行为表现），称为因变量。,凡是对因变量产生影响的实验条件都称为相关变量； 对因变量不产生影响的实验条件称为无关变量（或无关变项）。 在相关变量中，实验者用以研究的变量称为自变量，实验者不用于研究的那些相关变量称为额外相关变量，或简称为额外变量。 由于在实验中额外变量是必须加以控制的，所以额外变量也被称为控制变量。 评价一项实验设计的好坏的一个重要依据就是看研究者能否成功地控制那些额外变量。,3、额外变量,心理学实验中典

3、型的额外变量,实验者效应 要求特征（霍桑效应、安慰剂效应）,（二）变量的操纵,1.自变量的控制 2.因变量的控制 3.额外变量的控制,在实验中对自变量的操纵、变化称为自变量的控制。 对自变量的控制，首先要对自变量进行严格的规定，对心理学中一些含混不清的变量必须使之操作定义化，只有这样才能进行实验。 操作定义：指用可感知、度量的事物、时间、现象和方法对变量或指标作出具体的界定。 例如，把“刚刚感受到”定义为“50%次感受到”，就可测定感觉阈限了。 又如，疲倦（fatigue）没有一个共同的起点和尺度，怎么测量呢？如果定义为“工作效率的下降”，那么就可以进行测量和比较了。,1.自变量的控制,其次，

4、对于在刺激维度上连续变化的自变量，要做好三项工作： （1）要确定好自变量的范围 （2）要选一定数量的检查点 （3）要确定好各检查点之间的间距。,2.因变量的控制,把实验中的被试者的反应控制在主试者所设想的方向上，这就是反应的控制问题。 以人作被试者，往往用指导语来控制被试者的反应。 指导语乃是心理实验中主试者给被试者交代任务时说的话。 使用指导语时，应注意在允许的范围内做到引起动机，激发兴趣。被试者来到实验室时，不一定对参加实验感兴趣。因此主试者必须利用言词来引起他们的兴趣。在可能的范围内，告诉他们实验目的与应用价值，使他们认识到参与和合作的意义。,选择指标的条件主要有：,有效性，即指标充分代

5、表当时的现象或过程的程度，也称为效度。 客观性 数量化,3.额外变量的控制,排除法 恒定法 匹配法 随机化法 抵消平衡法 统计控制法,反应指标的选择,在心理学实验中，一般常用的指标有： 绝对阈限 差别阈限 反应时 反应持续时间 反应强度（生理指标） 完成量 错误率 完成一定的作业所需要的时间 达到一定基准所需要的次数 口头报告 ,实验中的变量分析,学习走迷津实验 实验目的：研究随着学习次数的增加，走迷津所用的时间和错误次数的变化。 实验材料：触棒迷津（见下图）、小棒、遮眼罩（见下图）、秒表、记录纸。,遮眼罩,实验程序,（1）三人一组，被试者带上遮眼罩，用小棒走迷津（实验前被试者勿看迷津，也勿用

6、手触摸迷津）。主试者对被试者的指示语必须这样说明：“在排除视觉的条件下，尽快地学会用小棒走迷津，中间不要停顿，要积极运用动觉、记忆和思维，争取早些学会”。主试者把小棒放在迷津的入口处，然后让被试者用优势手拿住小棒，手臂悬空。,（2）被试者手执小棒静候。主试者在每次开始前2秒钟，先发出“预备”口令，主试者再说“开始”时，被试者才用小棒走动。在发出“开始”口令的同时，主试者开动秒表。 （3）被试者在走迷津的过程中，凡进入盲巷一次就算出错一次，主试者记下错误次数。,（4）当被试者的小棒进入迷津终点，主试者立刻说“到了”，同时停秒表，记录走一遍迷津所用的时间（秒）。再做下一次的准备工作。 （5）学习遍

7、数因被试者而异，均以连续三次不出错为学会的标准。 （6）若被试者在学习途中感到疲劳，可在某次走到终点后休息几分钟。,本实验的变量分析,自变量：学习次数 因变量：时间、错误次数 控制变量： 刺激因素、被试自身因素、主试因素、环境因素,变量命名练习,理解自变量、因变量和控制变量非常重要对于将来实验心理学的研究。对于每一个例子都要说出三种变量。,汽车制造者想知道刹车灯多亮可最大程度地减少后面司机意识到前方正在停车的时间。实验就是回答这一问题。对变量命名。,答案 自变量(被操纵变量)： 刹车灯的明度 因变量(被观察变量)： 刹车灯亮到尾随车司机踩刹车踏板之间的时间 控制变量(恒定变量)： 刹车灯颜色、

8、刹车板的形状、刹车所需力气、额外照明度等,训练鸽子绿灯亮时啄键、红灯亮时停止。对作出正确反应的鸽子给予玉米的奖励。对变量命名。,答案 自变量 灯的颜色(红或绿) 因变量 啄键次数 控制变量 食物剥夺时间、键的大小、红灯绿灯的强度等,答案 自变量 用于奖励的语言种类。 因变量 语言数量(或频率) 控制变量 办公室情境、治疗者,治疗者试图改善患者的自我形象。每次患者描述自己积极的一面时，治疗者就以点头、微笑和额外注意予以奖励。对变量命名。,社会心理学家做了一个实验，为了发现当六个人挤在一个电话亭里时是男人还是女人感到更不舒服。对变量命名。,答案 自变量 参与者性别 因变量 不舒服的程度 控制变量

9、电话亭的大小、挤在电话亭的人数(6)、个体的大小等,二、实验效度,实验效度是指实验方法能达到实验目的的程度。实验目的是验证假设，验证自变量和因变量之间的关系，使实验结果的推论可用以解释和预测其他同类现象。实验效度主要包括内部效度和外部效度。,（一）影响实验内部效度的因素,实验的内部效度是指实验中的自变量与因变量之间的因果关系的明确程度。 因此，要使实验具有较高的内部效度，就必须控制各种额外变量。 在设计实验时，如果能考虑到以下六个方面的因素，将有助于提高实验的内部效度。,第一，被试的生长和成熟。 第二，前测的影响。 第三，被试者选择的偏失。 第四，被试者的缺失。 第五，实验程序的不一致。 第六

10、，统计回归。,（二）影响实验外部效度的因素,实验的外部效度是指实验结果能够普遍推论到样本的总体和其他同类现象中去的程度，即实验结果的普遍代表性和适用性。实验的外部效度主要受下列三方面的影响：,1）被试者样本缺乏代表性第一，从动物研究结果推论人类行为。第二，从一部分人类被试的研究结果推论其它部分人类群体或人类总体的特征。 2）测量工具的局限性 3）实验环境的人为性,第一，被试的生长和成熟。 第二，前测的影响。 第三，被试分组偏差。 第四，被试者的缺失。 第五，实验程序的不一致。 第六，统计回归。,第02章 实验研究的基本问题,本章主要内容： 一、实验研究中的变量及其控制 二、实验的效度 三、实验

11、设计 四、实验的信度,三、 实验设计,主要内容： 实验设计的概念 实验设计的内容 实验设计的基本类型 实验设计的基本类型,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。,实验设计的内容,刺激变量(或刺激变项)的确定及其呈现的方式； 反应变量(或反应变项)的指标及其测量方法； 对一切有关变量(或变项)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； 拟定主试在实验开始前对被试者要说的指示语； 规定实验次数； 安排实验程序； 规定使用仪器的型号； 规定处

12、理实验数据的方法。,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,（一）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。 基本原理：每个被试参与所有的实验处理，然后比较系统被试在不同处理下的行为变化。 在实验研究中，如果实验者主要想研究每一个被试对实验处理所引起的行为上的变化，可考虑采用被试内设计。 被试内设计可分为三种子类型：1、实验

13、前后设计；2、定时系列设计；3、抵消实验条件的设计。,1、实验前后设计,指在实验条件处理前对被试进行观测的结果与实验条件处理所做的同样观测结果加以对比的设计。即，这种设计类型是实验（处理）前后的比较设计。,实验前与实验后设计模式,说明：Y1表示实验处理前对被试者观测所得值Y2表示实验处理后对被试者观测所得值X表示实验条件处理,实验前后设计举例,目的：第一次参加射击运动的人在接受打靶训练前后打靶成绩的变化。 方法：选择10名从来没有参加过射击运动的被试，在他们进行打靶练习前，先进行一次打靶测验，记录下他们的打靶成绩（前测成绩）。然后对他们进行为期1周的打靶训练，每天2小时。训练结束后，再次对他们

14、的进行打靶测验，记录下他们的成绩（后测成绩）。将前后两次成绩进行比较，就可以看出1周的训练是否有效果。,实验前后设计评价,优点：（1）能较明显地检测初实验处理的效果如何；（2）对被试的需要量较少，一组被试当两组被试用，无须设控制组，不但提高效率，被试变量也得到较好控制。 缺点：（1）前后两次观测之间存在时间间隔，会带来外来影响；（2）易产生顺序误差。,2、定时系列设计,指实验处理前对一组被试作一系列的定时重复观测，然后实施实验处理。在对被试作一系列的定时重复观测，分析自变量（实验处理）对因变量的关系。,定时系列设计模式,说明：Y1a、Y1b、Y1c分别表示实验处理前之观测值Y2a、Y2b、Y2

15、c分别表示实验处理后之观测值X表示实验条件处理,定时系列设计举例,代币法对儿童问题行为矫正的作用,定时系列设计评价,优点：除具有前后设计的优点，还具有（1）降低由于一次观测而得到被试不正常行为的几率；（2）提供测量过程中的信息。 缺点：（1）由于更多次的观测，势必延长实验时间，从而会有更多的外来影响；（2）也正是更多次的观测，更易引起顺序误差，更易导致练习、疲劳、紧张或厌烦等效应。,3、抵消实验条件的设计,指抵消实验过程中无关变量的一种设计。 前面讲到，有些无关变量在某些实验情况下既不能被消除，又不能保持恒定。例如，单组实验往往由于前一处理影响后一处理的效果，产生顺序误差。为了抵消顺序误差，最

16、简单的方法就是用ABBA的排列顺序来安排实验顺序。其模式如下表所示。,抵消实验条件的设计模式,逻辑思想：尽量让被试在所有的顺序下接受处理,抵消实验条件的设计示例,人们解决两个不同问题的思维特点分析 实验任务：分马问题,分马问题,如下图所示，栏内有九匹马，请画出两个正方形将每一匹马分隔开。,设计,如何安排人们解决这两个问题的顺序？,抵消实验条件的设计评价,优点： （1）能较好地控制被试变量； （2）能较好地控制顺序误差； （3）时间上比较经济。 缺点： （1）反应变量在时间维度（轴）上的关系是线性时才能使用。 （2）对有些实验不适用。如用两种学习方法学习同一实验材料。,选择被试内设计的原因（优点

17、）,被试内设计需要的被试较少。 被试内设计方便、有效。 心理学的某些领域需要使用被试内设计，即被试内设计用于研究练习的阶段性最为理想。 被试内设计消除了被试的个别差异对实验的影响。,被试内设计的缺点,顺序效应。（ABBA） 此方法不能用来研究某些被试特点自变量之间的差异。 如果实验中每一种实验条件需要较长时间的恢复期，则不宜使用被试内设计。 当自变量的不同水平代表一种连续事件的延续结果时，不宜使用被试内设计。,（二）被试间设计（Between subject）,定义 就是把数目相同的被试分配到自变量的不同水平或不同的自变量上。 优点 一种自变量（或实验条件）不会影响另一种自变量，因为每个被试只

18、对一种自变量做反应。,（二）被试间设计（Between subject）,缺点 分配到各实验条件下的被试可能在各方面不是等同的，如果是这样，那不同实验条件造成的差异也可能是由于被试的差别引起的。 克服方法： 随机组设计（random groups design） 匹配组设计（matched groups design）,1、随机组设计,Loftus and Burns (1982) 实验目的：考察暴力场面对人的记忆的影响。 被试：226名University of Washington的自愿参加者；随机分配到以下两组。 组一：看带有暴力场面的电影 组二：看非暴力场面的电影 看完电影之后，要求两

19、组被试回答25道关于电影中事件的问题。其中一道题非常关键：问被试在银行外面露天停车场踢球的男孩穿的足球衫上的号码是多少。 因变量是正确回忆出男孩运动衫号码的人数的百分数。 结果：组一，4%；组二，28%。,1、随机组设计,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，若对各组用同一样的课题，在系统的条件下进行测量，其结果就成为系统组，则他们的成绩在统计上应是相等的。,随机组设计的优缺点,优点是：（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，如消除学习误差的影响

20、。 缺点是：（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、配对组设计,也叫对等组设计、匹配组设计，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，根据作业分数形成

21、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：实验者因分配被试而大大增加工作量。,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。,（三）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，

22、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（完成、未完成）。,四、实验设计的基本类型,（一）真实验设计 （二）准实验设计 （三）非实验设计,（一）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

23、用这类实验设计时，实验者可以有效地操纵实验变量，能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。,完全随机设计的实例分析,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。(P22),真实验设计之二

24、：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，研究者可以考察交互作用、主效应和简单效应。,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:主效应和交互作用,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

25、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素有2个水平，而另一个因素有3个水平的析因设计中，以A和B代表两个因素，以a1、a2与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。 由于双因家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。,案例（杨治良等（1981）的实验）,目的：了

26、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），每个区组的被试接受全部的实验处理。 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。每种处理出现在每个区组中，这时区组之间的差异并不影响在各处理平均数间的差异。,随机化区组设计的原则,随机化区组设计

27、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。,（二）非实验设计,主要类型： 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，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。 设计的基本模式：X O X是研究者操纵或某种未知因素（研究者经过分析而推断的自变量）的处理，

28、O是研究者操纵自变量引出的结果（后测成绩）或研究者观察到的结果。,2、单组前测后测设计,单组前测后测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，但还是只有一个实验组。 设计的基本模式：O1 X O2 O1表示在接受处理X以前对被试进行前测，取得一项作为基线的观测值，X表示引入的实验处理，O2表示处理X后的测验。,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。 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原则选择被试。 基本设计模式：X O1O2 O1为实验组接受实验处理后的反应效果；O2为不接受实验处理的控制组的反应效果。,

29、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。 基本设计模式：X O X是自变量或实验处理，是研究者不能操纵或改变的；O是研究者观察到的结果。 事后回溯设计主要包括两种类型 相关研究设计 准则组设计,（三）准实验设计,主要类型：中断时间序列设计,1、中断时间序列设计,时间序列设计（time-series design），基本上是借助多次重复测量的一种前测后测设计，这种设计的实质是对某个被试组或被试

30、个体进行周期性的测量过程，建立反应的基线模式，并在这一时间系列的测量过程中引进实验处理，随后用实施处理后在时间系列的观察中所得分数的不连续性，来表示实验处理结果。 如果接受处理后的反应模式不同于基线模式，表示原先的反应模式的连续性受到中断，便可推断这种变化可能是由于自变量的作用所产生的。,（一）简单中断时间序列设计 （simple interrupted time-series design）,简单中断时间序列设计是最基本的时间序列设计，基本上是一种单组前测后测设计。 它与其他种类前测后测设计的主要区别是没有比较组，并且不是仅有一次前测和后测，而是对一个实验组或一个被试进行周期性的一系列前测和后测。 设计模式 ：,（一）简单中断时间序列设计（举例）,英国工业疲劳研究组 如果工作时间从每天的10小时缩短到8小时，生产率会出现什么样的变化。 研究者以每小时的平均产量作为因变量指标 。,可能存在的问题,可能不管工作时间是否缩短，都会出现生产率提高的现象。 除了每天工作时间长短的变化外，可能还有其他变量影响到每小时的平均生产量。 数据的效度有限。 很可能产生“霍桑效应”（Hawthorne effect）。,（二）复合中断时间序列设计,复合中断时间序列设计的模式如下：,四、实验信度,信度：一致性，同一被试在相同的实验条件下应该得到相近的结果。,