《实验设计要点》PPT课件.ppt

实验设计要点中国心理学家网整理http:/,本章主要内容,主要内容：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（experimental design）是控制实验条件和安排实验程序的计划。,二实验设计的内容,自变量(或刺激变量)的确定及其呈现的方式；因变量(或反应变量)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导语；规定实验次数；安排实验程序；规定使用仪器的型号；规定处理实验数据的方法。,三实验设计的基本类型,（一）被试间设计（二）被试内设计（三）混合设计,（一）被试间设计,被试间设计是每个被试（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。,优点：一种实验处理（或实验条件）不会影响另一种实验处理，避免了练习效应和疲劳效应等由实验顺序造成的误差。缺点：1、所需要的被试数量巨大。2、由于接受不同处理的总是不同的个体，不能排除个体差异对实验结果的混淆。,（一）被试间设计,等组问题在被试间设计中，实验者必须尽量减少两个或多个组别中的被试差异。被试间设计采用两类分组技术来解决等组问题：匹配和随机化。,（一）被试间设计,注意！,1、匹配（matching）设计,匹配设计是指将被试按某一个或几个特征上水平的相同或相似加以配对，然后再把每一对中的每个被试随机分配到各个组别。也叫对等组设计、配对组设计。,匹配设计的优缺点,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。缺点：（1）匹配往往是不完全的。（2）匹配法往往耗费大量的工作量。（3）匹配的多个特征之间如果存在交互作用，就可能混淆实验结果。（4）防止统计回归效应介入。,2、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。随机化法的统计学前提是：各随机被试组在未经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。,随机化设计的优缺点,优点：（1）控制两组被试变量的差异，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。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。,（二）被试内设计,被试内设计就是把相同的被试分配到不同的自变量或自变量的不同水平下（实验处理），也叫单组实验设计。优点：1、内设计需要的被试较少。2、组内设计方便、有效。3、心理学的某些领域需要使用组内设计。4、组内设计消除了被试的个别差异对实验的影响。缺点：1、顺序效应。2、不能用来研究某些被试特点自变量之间的差异。3、对实验条件需要较长恢复期的实验，要防止间隔内偶然发生的事件对实验结果的影响。4、当自变量的不同水平代表一种连续事件的延续结果时，不宜使用组内设计。,被试内设计可分为三种子类型：1、实验前后设计；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后的同样观测结果加以对比的设计。,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,实验前与实验后设计模式,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。,实验前后设计评价,优点：（1）能较明显地检测出实验处理的效果如何；（2）被试的需要量较少。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,再对被试作一系列的定时重复观测，分析自变量对因变量的影响。,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、Y2c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机率；（2）提供测量过程中的信息。缺点：（1）多次的观测延长了实验时间，从而会有更多的外来影响；（2）多次的观测易引起顺序误差，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,指抵消实验过程中额外变量的一种设计。要抵消顺序误差，最简单的方法就是用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示例,实验设计题一：饮料喜好问题实验设计题二人们解决两个不同问题的思维特点分析实验任务：分马问题和肿瘤问题,喜好饮料问题,美国两大饮料公司的百事可乐公司做过一个实验，想证明顾客更喜欢哪个公司的饮料。把声称喜欢可口可乐的顾客请来，让他们品尝两种饮料。写有Q字母的玻璃杯中装可口可乐，写有M字母的玻璃杯中装百事可乐。顾客不知道哪只杯放的是哪种饮料。,实验表明半数以上的人更喜欢百事可乐。实验结果不可靠，也许顾客只是更喜欢用带有M字母的杯子。可口可乐公司通过实验证明了这点，但并没有证明顾客到底喜欢哪种饮料。你能自己设计一个实验来解决这个问题吗？,喜好饮料问题,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。,假如你是个医生，面临一个胃部患恶性肿瘤的病人，这个病人不能动手术，但如果不摧毁肿瘤，病人会死掉。有一种射线可用来摧毁肿瘤，但如果用高强度射线幅射肿瘤，肿瘤虽会被摧毁，但这种高强度射线也会使肿瘤通道上的健康组织受到损伤。强度较低的射线对健康组织无害，但也不会摧毁肿瘤，用什么方式能使射线摧毁肿瘤同时又避免伤害健康组织呢?,肿瘤问题,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。如：被试对实验室照明的适应可能对初始的实验处理有影响（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。,（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。,混合设计举例,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,实验者能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。,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。（P20）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,(1)设计的模式(2)设计的评价(3)设计的显著性检验(4)设计的实例分析,(1)设计的模式,实验分组,实验组,前测,实验处理,差异比较,随机分配被试,后测,控制组,Y前测1,Y前测2,X,Y后测1,Y后测2,Y后测Y前测,Y后测Y前测,(2)设计的评价,优点: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。使用前测验，为检查随机分组是否存在偏差提供了充分的依据缺点:出现测验的反作用效果，导致对实验设计外部效度的影响。,(3)设计的显著性检验,1、对增值分数进行统计分析。方法有：t-检验(参数统计)；曼惠特尼(MannWhitney)U-检验或中位数检验(非参数检验)。2、协方差分析法。,(4)设计的实例分析,沃坦阿贝、黑尔和洛马克斯曾应用随机实验组控制组前没后测设计做过研究：“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”。,2随机实验组控制组后测设计,(1)设计的模式(2)设计的评价(3)设计的显著性检验(4)设计的实例分析,(1)设计的模式,实验分组,实验组,实验处理,随机取样,后测,控制组,X,Y后测,Y后测,随机分配被试,(2)设计的评价,1、控制了历史和成熟因素对内部效度的影响；2、控制了选择和被试的中途退出等影响内部效应的因素。3、控制了测验与实验处理交互作用对实验外部效度的影响。,(3)设计的显著性检验,1、t检验2、曼-惠特尼U-检验或中位数检验法。,(4)设计的实例分析,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”。见P23,3.随机多组后测设计,（1）设计模式（2）设计的显著性检验,（1）设计的模式,R xl OlR x2 O2R x3 O3,(2）设计的显著性检验,采用单因素方差分析组间变异每个实验处理平均数与总平均数之间的差异。组内变异被试组内每个被试与所在实验处理组平均数之间的差异之和。F组间变异/组内变异,真实验设计之二：多因素实验设计,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(P25)。一、多因素实验的优点二、多因素实验设计的分类三、多因素设计的主要效应与交互作用的效应,一、多因素实验的优点有三个明显的优点：效率高实验控制较好可以获得交互作用,真实验设计之二：多因素实验设计,二、多因素实验设计的分类（一）自变量的数目及其水平（二）被试分派程序,真实验设计之二：多因素实验设计,三、多因素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。简单效应是指一个因素的各个水平在另一个因素的某个水平上的效应。,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,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实验处理。,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要求将被试划分为不同的区组，并且每一区组随机接受所有不同的处理。,随机化区组单因素设计的基本模式,区组,1,2,3,：,n,实验处理平均,实验处理,X1,X2,X3,X4,Xk,O11,O12,O13,O14,O1K,O21,O22,O23,O24,O2K,O31,O32,O33,O34,O3K,On1,On2,On3,On4,OnK,：,：,：,：,：,区组平均,O.1,O.2,O.3,O.4,O.K,O1,O2,O3,On,O.,：,举例,随机分配,匹配被试,随机取样,实验分组,实验处理,后测,实验组1,实验组2,实验组3,实验组4,X1,X3,X4,X2,Y1,Y2,Y3,Y4,2随机化区组多因素设计,以随机化区组两因素设计为例随机化区组两因素设计是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。,举 例,假定一个实验有两个自变量A和C，每一自变量有两个水平a1和a2和c1和c2。因变量是操作器上测试的分数，这就是一个22因素设计。另外，已知被试的智力水平会影响因变量，因此，有必要对被试的智力这一额外变量加以控制。为了控制这一额外变量，在实施处理之前，向被试进行智力测试。在智力测试的分数上，研究者选择20名被试，分成5个区组，每一区组的4名被试由智力分数相同的被试组成。在每个区组内4名被试随机分派接受其中一个处理组合。,本实验设计的具体安排,区组,a1,a2,c1,c2,c1,c2,1,3,2,4,X1.1,X1.2,X1.3,X1.4,X2.1,X2.2,X2.3,X2.4,X3.1,X3.2,X3.3,X3.4,X4.1,X4.2,X4.3,X4.4,X5.1,X5.2,X5.3,X5.4,5,数据,区组,a1,a2,c1,c2,c1,c2,1,3,2,4,5,5,4,3,2,1,4,5,6,3,2,7,5,6,4,3,4,3,2,1,0,xi,yi,15,20,10,25,20,17,17,10,6,70,统计分析,相关样本方差分析与T检验SSt=SST+SSWSST=SSA+SSC+SSAC(处理间)SSW=SSB+SSe(处理内),随机区组设计的评价,具体见课本P33。,(二)准实验设计（quasi-experimental designs）,准实验设计是介于非实验设计和真实验设计之间的实验设计，它对额外变量的控制比非实验设计要严格一些，但不如真实验设计控制得充分和广泛。,（二）准实验设计,主要类型：1.单组准实验设计（1）时间序列设计（2）相等时间样本设计2.多组准实验设计（1）不相等组实验组控制组前测后测设计（2）不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计（3）平衡设计,1.单组准实验设计,（1）时间序列设计（2）相等时间样本设计,时间序列设计模式,系列前测,实验处理,系列后测,（1）时间序列设计,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,优点：时间序列设计可以较好地控制“成热”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。,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。,优点可真不少！,缺点,1、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。,2、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。,3、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验处理后的成绩。,问题还真不少！运用时要小心哟！,相等时间样本设计模式,记牢啊！,（2）相等时间样本设计,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。教师用4名学生作为被试组，X1表示不批改作业，仅给出简单答案，X0表示全批全改作业。,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。,优点还是很多的！,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。,为什么呢？,测验的反作用效果会影响该设计的外部效度。,为什么？,实验安排的反作用效果会影响该设计的外部效度。,为什么？,选择偏差与实验变量的交互作用可能会影响该设计的外部效度。,为什么？,重复实验处理的干扰也会影响该设计的外部效度。,为什么？,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。,争取创造这样的条件吧！,（1）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。,限制不少哟,设计模式,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,1、该设计没有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。2、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。,（2）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,评价,优点：基本上控制了历史、成熟、测验、选择与成熟交互作用等因素对实验结果的影响。缺点：测验的反作用效果，以及选择偏差与实验处理X的交互作用则可能会成为影响该设计外部效度的因素。,（3）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和实验时间的顺序采用轮换的方法。见P44,设计模式,举例,研究4类测验对学生问题解决的影响具体见课本p46,见P45-46,评价,当自变量的水平有两个以上时，拉丁方设计（balanced Latin square design）是较为常见的设计。一个平衡的拉丁方是一个两维距阵，其中列表示自变量水平，行表示被试。,实验顺序的安排,用鲍尔的实验为例，鲍尔（Bower，1961）曾经以老鼠来研究奖赏对反应形成的影响。实验任务是让老鼠走迷宫，自变量是奖赏量。假设现在奖赏量有6个或5个水平，而不是2个，如何安排实验顺序呢？,首先，把老鼠尽量分成数量相等的6组或5组，使被试的组数和自变量水平数（奖赏量的数目）相等。接下来，建立拉丁方的步骤将取决于自变量的水平是奇数还是偶数，我们分别用 6 个水平（偶数）和 5个水平（奇数）来加以说明。,六个自变量水平（1-6）的拉丁方设计,测试条件的顺序,被试 第1 第2 第3 第4 第5 第6,A 1 2 6 3 5 4 B 2 3 1 4 6 5 C 3 4 2 5 1 6 D 4 5 3 6 2 1 E 5 6 4 1 3 2 F 6 1 5 2 4 3,建立拉丁方的第一行公式为：1、2、n、3、n-1、4、n-2，如此类推。在这里，n 代表实验条件的总数。那么被试 a 就按 1、2、6、3、5、4 这个顺序进行实验，当第一行明确以后，对于每一列，只要按顺序从小到大写出既可，当遇到 n 时，再按字母顺序重新从 1 开始。ABDCBCADCDBADACB,拉丁方 1,被试 第1 第2 第3 第4 第5,a 1 2 5 3 4,b 2 3 1 4 5,c 3 4 2 5 1,d 4 5 3 1 2,e 5 1 4 2 3,拉丁方 2,第1 第2 第3 第4 第5,4 3 5 2 1,5 4 1 3 2,1 5 2 4 3,2 1 3 5 4,3 2 4 1 5,测试顺序,方格1 方格2,被试,（三）非实验设计,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,举例,数学课外辅导讲座对学生数学学习成绩的影响。,评价,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，但还是仅有一组实验组。,单组前测后测设计模式,举例,威待墨（J Witter）“七年级低成就学生态度和成就的咨询和辅导效应”,评价,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,评价,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。,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,（1）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,相关研究设计举例,吸烟与肺癌的关系,关于相关关系,相关关系因果关系,这一点可要记住啊！,（2）准则组设计,准则组设计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,准则组设计举例,影响教师教学效果的因素,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。,事后回溯设计与变量的控制,就相关研究设计而言，如果两变量存在因果关系，那么该设计就缺乏对影响因变量效果的自变量的控制。对准则组设计来说，它影响着对两个因变量效果差异的观测。该设计还缺乏对随机化分配的控制。,但是，研究者可以采用适当的方法来对调查中的测量进行控制。,很好！,将调节变量引入事后回溯设计,