体育科学研究方法（第三版）第07章实验法

1、第七章第七章 实验法实验法 体育科学研究方法编写组 科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书 上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中 去找。 （意大利）伽利略 学习目标学习目标 1.了解实验法的基本特点。 2.熟悉实验设计的基本内容。 3.掌握实验设计的基本原则。 4.了解控制实验内部效度的常见方法。 5.学会常见的实验设计方法。 目目 录录 第一节第一节实验法概述实验法概述 第二节第二节 实验研究的程序实验研究的程序 第三节第三节 实验研究计划的基本内容实验研究计划的基本内容 第四节第四节 实验设计的原则实验设计的原则 第五节第五节 实验的效度实验的效度 第六节第六节 常用的实验设计方

2、法常用的实验设计方法 第一节第一节 实验法概述实验法概述 实验法 实验法是指研究者按照研究目的，充分是指研究者按照研究目的，充分 地控制实验的环境，创设一定的实验条件，地控制实验的环境，创设一定的实验条件， 科学地选择实验对象，以确立自变量与因变科学地选择实验对象，以确立自变量与因变 量（反应变量）之间的因果关系的一种研究量（反应变量）之间的因果关系的一种研究 方法。方法。 一、实验的基本要素与实验的基本条件一、实验的基本要素与实验的基本条件 自变量（实验处理） 实验对象（被试） 因变量（观测指标） （一）实验的基本要素（一）实验的基本要素 1.1.自变量自变量 （1 1）多数自变量是可以被研

3、究者操纵多数自变量是可以被研究者操纵的；的； （2 2）自变量的变化主要有以下几种方式：自变量的变化主要有以下几种方式： 不同种类的自变量，如运动与营养补剂； 某种自变量的出现与不出现， 如采用有氧运 动模型和不运动； 同一种自变量的不同水平。 （3 3）实验自变量的水平或类型有时被称为实验处理实验自变量的水平或类型有时被称为实验处理。 表表7-1 7-1 实验处理举例实验处理举例 实验变量实验变量可能的水平可能的水平 动物的服药量动物的服药量 5g 10g 15g 体育教学的教学方法体育教学的教学方法 分组教学 集体教学 个别化教学 训练时间（每天）训练时间（每天） 15分钟 30分钟 60

4、分钟 治疗类型治疗类型 只用药物 只锻炼 药物和锻炼混合 2.2.实验对象实验对象 （1 1）实验对象是）实验对象是研究者设计研究者设计的的实验处理的对象、实验处理的对象、 应用范围等应用范围等。 （2 2）研究者操纵和控制自变量是通过对实验对象研究者操纵和控制自变量是通过对实验对象 进行实验处理实现的。进行实验处理实现的。 （3 3）实验对象是接受实验处理的参与者，通常称实验对象是接受实验处理的参与者，通常称 之为被试。之为被试。 3.3.因变量因变量 （1 1）研究所测量的变量就是因变量。研究所测量的变量就是因变量。 因变量是由自变量引起变化的变量，所以自变 量也被称作原因变量，因变量则被

5、称为结果变量。 实验研究的中心目标是探讨变量之间的因果关 系，其基本内同是考察自变量对因变量的影响，即 考察实验处理因素对因变量的影响。 （2 2）在明确因变量的过程中，需要对因变量进行界在明确因变量的过程中，需要对因变量进行界 定，即给因变量下操作性定义，把抽象的变量转化定，即给因变量下操作性定义，把抽象的变量转化 为可观察的、可度量的观测指标。为可观察的、可度量的观测指标。 正式的实验包括两个基本条件：正式的实验包括两个基本条件： 第一第一，要使自变量产生变化。 第二第二，要有比较，通过比较自变量变化而产生的不 同实验效应来验证实验假设。 组间比较组间比较指实验组和对照组之间的比较方式。

6、组内比较组内比较指每个或每组被试都接受所有的实验处理后，对同一个或同 一组被试不同实验处理的效果之间进行比较。 自身前后比较自身前后比较则是比较实验组实验处理前和实验处理结束后的数据。 （二）实验的基本条件（二）实验的基本条件 二、实验法的类型二、实验法的类型 （一）实验室实验法与现场实验法（一）实验室实验法与现场实验法 实验室实验法实验室实验法是指仅限于在实验室内进行的实验 方法。 运动现场实验法运动现场实验法是指直接在运动教学、训练场地 进行的实验方法。 （二）定性实验法与定量实验法（二）定性实验法与定量实验法 定性实验法定性实验法是指通过实验，根据事物的某些特征 因素，判定事物的全部或部

7、分属性的实验方法。 定量实验法定量实验法是指通过实验，以量化指标反映事物 变化的根本特征，并进而发现事物内在规律的实验 方法。 （三）基础研究实验法和应用实验法（三）基础研究实验法和应用实验法 基础研究实验法基础研究实验法是指专门研究体育运动中基本理论问 题的实验方法。 应用研究实验法应用研究实验法是指有针对性地解决体育运动中当前 存在问题的实验方法。 （四）单组实验法、对照组实验法和多组实验法（四）单组实验法、对照组实验法和多组实验法 按照组织形式不同，实验法可分为单组实验法单组实验法、对照对照 组实验法组实验法和多组实验法多组实验法。 第二节第二节 实验研究的程序实验研究的程序 实验准备

8、实验资料 处理 实验实施 实验研究可分为：实验研究可分为： 一、实验准备阶段一、实验准备阶段 1.根据研究目的确定研究问题。 2.研究问题的确定是在分析总结前人或别人在已 取得的成果和尚未解决的问题的基础上，找出所 要探索的研究课题的关键所在，或在实际研究工 作中发现问题，查阅有关文献，建立假说。 3.研究问题是自变量和因变量因果关系假设的体 现。 （一）明确研究目的，提出研究问题和研究假说（一）明确研究目的，提出研究问题和研究假说 （二）制订研究计划（二）制订研究计划 为了利用有限的条件得到明确可靠的科学结论， 在研究之前，应针对研究目的、内容、方法、观察指 标等进行深入的研究和思考，制订切

9、实可行的计划， 指导实验的开展。 （三）建方法和建模（三）建方法和建模 建方法与建模（复制动物模型）是进行正式实验 前的重要一步，是准备物质条件、建立主要实验技术 和复制有关动物模型的阶段。通过这一阶段，对该研 究的实验对象（被试）、自变量（实验处理）和因变 量（观测指标）有一个基本的了解。 二、实验实施阶段二、实验实施阶段 （一）预实验（一）预实验 1.预实验的主要作用： 通过小规模实验，估计假说成立与否及其可能性大小，样 本量大小，估计实验结束时间的长短，对原始假说、实验方法 和技术操作进行必要的修改，如修正实验对象的数量，改进实 验方法和指标，调整处理因素的强度或量等，完善实验设计， 为

10、正式实验做好准备。 2.预实验不仅是对原始假说作初步探索和进行 非正式验证，还是对初步确定采取怎么样的实 验方法和操作步骤进行学习。 （二）正式实验（二）正式实验 正式实验通常是在预实验的基础上，尽可能消 除无关因素的影响，按照研究计划按部就班、一丝 不苟地进行观察和记录，积累实验数据，对研究假 说做出肯定或否定的判断。正式实验不仅要按照研 究计划和研究假说设定的观察内容和指标进行观察， 同时对可能出现的预期之外的现象进行自发性、有 效的观察。 三、实验资料处理阶段三、实验资料处理阶段 （一）整理、分析实验资料（一）整理、分析实验资料 （二）撰写实验研究论文（二）撰写实验研究论文 （三）评价实

11、验研究成果（三）评价实验研究成果 第三节第三节 实验研究计划的基本内容实验研究计划的基本内容 一、明确研究目的一、明确研究目的 （一）（一）明确研究目的是进行研究的前提，因为实验对象、研明确研究目的是进行研究的前提，因为实验对象、研 究范围、观察指标等都是由研究目的来确定的。究范围、观察指标等都是由研究目的来确定的。 （二）（二）对于一项具体的实验研究来说，应该有明确而具体的对于一项具体的实验研究来说，应该有明确而具体的 研究目的：主攻方向是什么，近期目标、远期目标是什么，研究目的：主攻方向是什么，近期目标、远期目标是什么， 本研究要解决什么问题，得到何种预期结果，本研究的创新本研究要解决什么

12、问题，得到何种预期结果，本研究的创新 是什么。是什么。 （三）（三）一般来说，一项具体的实验研究，只能解决一两个问一般来说，一项具体的实验研究，只能解决一两个问 题，不要涉及问题太多，避免贪大求全，影响工作质量。题，不要涉及问题太多，避免贪大求全，影响工作质量。 （一）选择实验对象（一）选择实验对象 实验对象由研究目的和方法来确定，大致可分 为人人和动物动物。 二、确定实验对象二、确定实验对象 1. 1.以人为实验对象以人为实验对象 （1）需要明确纳入标准，即实验对象的具体条件和 要求。 （2）同时明确规定不适宜做实验对象的排除标准。 （3）不能妨碍实验对象的正常活动。 （4）实验要符合当地的

13、法律规范和人文道德标准。 2.2.以动物为实验对象以动物为实验对象 选择实验动物的一般原则主要有以下几条：选择实验动物的一般原则主要有以下几条： （1 1）尽量选择功能、代谢、结构及疾病性质与人类相似的）尽量选择功能、代谢、结构及疾病性质与人类相似的 动物。动物。 （2 2）根据实验动物不同品种、品系的特点选择动物。）根据实验动物不同品种、品系的特点选择动物。 （3 3）根据对实验质量的要求择标准化的实验动物。）根据对实验质量的要求择标准化的实验动物。 （4 4）选择、饲养实验动物时应考虑动物的年龄、体重、性）选择、饲养实验动物时应考虑动物的年龄、体重、性 别、生理状态、健康状况及实验动物的生

14、活环境等可能影别、生理状态、健康状况及实验动物的生活环境等可能影 响实验结果的因素。响实验结果的因素。 （5 5）善待实验动物，遵守）善待实验动物，遵守3R3R原则（原则（ReductionReduction减少、减少、 ReplacementReplacement替代、替代、RefinementRefinement优化）优化）。 （二）获得实验对象知情同意（二）获得实验对象知情同意 任何涉及到人的研究都必须事先征得实验对象 或其监护人的书面或口头同意后才能进行，并且 应该说明用什么方法获得实验对象的知情同意。 （三）确定样本量大小（三）确定样本量大小 1.样本量大小取决于： 处理效果处理效果

15、：指标越灵敏，实验处理效果越明显所需样本量越小。 系统误差系统误差：系统误差越小所需样本量越小。 同质性同质性：样本的个体间差异越小，所需样本量就越小。 资料性质资料性质：计数资料样本量要大一些，计量资料则样本量要小一 些。 2.具体的样本量大小并没有明确规定。实践中，样本 量的估算可以根据文献报告或相关统计书上的公式进 行计算。 3.一般来说，研究所用的样本量需要在估算好的样本 量的基础上少量增加一些，防止研究过程中可能出现 样本丢失而造成样本量不足。 （四四）明确实验对象代表的总体）明确实验对象代表的总体 1.1.实验对象要代表研究总体。实验对象要代表研究总体。 绝大多数实验研究是通过样本

16、推断总体，即从 众多实验对象的总体中抽取部分单位作为样本进行 观察研究，进而说明总体情况。这些样本是实验的 具体参加者、被试，通过被试得到的实验结果，其 外推程度同样本特征与总体特征的相似程度有关。 2.随机抽样是保证样本代表总体的一种重要的方 法，也是提高实验外部效度的一种重要方法。为 了保证组间均衡性，在分组时实验对象也要进行 随机分配。所以在设计时，需要说明实验的抽样 方案和分组方案。 三、确定实验处理因素（自变量）三、确定实验处理因素（自变量） （一）（一）实验处理因素是研究者依据实验的目的，选择并施加于实验处理因素是研究者依据实验的目的，选择并施加于 被试，并使其发生变化的作用突出的

17、刺激因素，是实验前实验被试，并使其发生变化的作用突出的刺激因素，是实验前实验 对象所不具备的某些内容、结构等因素。对象所不具备的某些内容、结构等因素。 （二）（二）实验处理因素可以是一个自变量不同的水平（单因素），实验处理因素可以是一个自变量不同的水平（单因素）， 也可以是多个自变量（多因素）。也可以是多个自变量（多因素）。 （三）（三）将实验处理因素具体化，即明确规定和设计处理因素的将实验处理因素具体化，即明确规定和设计处理因素的 内容范围、结构、强度、施加时间、施加程序、操作方法等，内容范围、结构、强度、施加时间、施加程序、操作方法等， 并力求使其规范化、标准化，具有稳定性、客观性和可操作

18、性，并力求使其规范化、标准化，具有稳定性、客观性和可操作性， 从而保证实验的可行性和有连续稳定的实验效应。从而保证实验的可行性和有连续稳定的实验效应。 四、确定观测指标（因变量）四、确定观测指标（因变量） （一）（一）指标是在实验观察中用来反映实验对象中某些指标是在实验观察中用来反映实验对象中某些 特征的、可被研究者或仪器感知的一种现象标志。特征的、可被研究者或仪器感知的一种现象标志。 （二）（二）指标可分为计数指标和计量指标，或主观指标指标可分为计数指标和计量指标，或主观指标 与客观指标等。与客观指标等。 （三）（三）选择观测指标的基本条件选择观测指标的基本条件: : 1.准确性和精确性 2

19、.特异性和灵敏性 3.客观性和标准化 4.可行性、代表性和认可性 （四）（四）确定指标观测的方法、所需仪器、试剂或工具确定指标观测的方法、所需仪器、试剂或工具 。 五、确定统计方法五、确定统计方法 在研究设计中要考虑好最后用什么方法进行统 计分析。因为研究内容、观察指标、资料收集方式 等均与统计方法密切相关。根据统计方法要求有目 的地收集数据，又可对收集资料的方法及内容提出 进一步的要求。 六、拟定研究记录六、拟定研究记录 原始记录必须写明实验题目、实验对象、实验 方法、实验条件、实验操作者、实验日期，记录好 观察测量的结果和数据，把实验中的原始资料或数 据完整地收集下来，图形、图片一定要整理

20、保存。 规定填写的项目要及时、完整、整洁、准确地填写 好，严禁撕页或涂改，并保存好。 七、误差的控制与组织实施的设计七、误差的控制与组织实施的设计 （一）控制误差（一）控制误差 1.1.误差来源误差来源 误差误差是指研究观察结果与真实情况之间的差异，即样 本统计量与总体相应参数间的差异，包括随机误差和系统 误差 （1 1）随机误差随机误差指由于多种无法控制及不能预料的因素引起 的一类表现不恒定、随机变化的误差，包括随机测量误差 和抽样误差。 （2 2）系统误差）系统误差是在重复性条件下，对同一被测量进行无限 多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。包括仪 器误差、方法误差、操作误差、试剂误

21、差和心理偏差等。 2.2.误差控制误差控制 减少误差减少误差的主要方法：的主要方法： （1）可采用标准化措施（使实验仪器、实验步骤、 操作规程等诸多因素标准化和规范化）； （2）可采用均衡性措施（使非特异因素、外附因素 等尽可能均匀分配到不同的样本，使组间齐同）； （3）可采用分层化措施。 （二）确定研究时间（二）确定研究时间 1.研究时间包括研究期限和具体实验时间的 安排。 2.研究期限应根据研究需要等确定。 3.研究的具体时间安排指研究的时间进度， 主要依据研究要求、内容、及主客观条件来 确定。 4.研究时间的确定，一定要留有余地，以防 意料不到的情况出现。 （三）做好组织工作（三）做好组

22、织工作 在研究设计时，必须思考整个实验的组织工作， 如经费预算、研究人员分工、实验物质条件准备（如 安排实验室或训练场地器械、实验对象及实验仪器等 现实问题）等。经费预算包括购置必要的仪器设备、 消耗用品（动物、试剂等）、交通等后勤开支、实验 对象补贴等，要依据财力安排研究工作。 第四节第四节 实验设计的原则实验设计的原则 一、对照原则一、对照原则 通过对照，可以消除非处理因素的影响，找出综 合因素的主要矛盾，验证实验方法的可靠性。常用的 对照方式可分为： 1.空白对照 对照组不施加任何处理因素。如观察运动对心 血管的影响，实验组采用某种运动模式，而空白对照 组不运动。 2.假处理对照（实验对

23、照） （1 1）对照组不进行实验特定的处理，其他处理相同。对照组不进行实验特定的处理，其他处理相同。 如赖氨酸添加实验中，实验组给予添加赖氨酸的面 包，而对照组为不加赖氨酸的面包。当处理因素的时间 需伴随其他因素时（如面包、注射），若这些因素有可 能影响实验结果，应设立假处理对照，以保证组间的均 衡性。类似的假处理还有假照射、假手术等。 （2 2）安慰剂对照也是一种假处理对照，即对照组采用安慰剂对照也是一种假处理对照，即对照组采用 一种无药理作用、无害的安慰剂的对照。一种无药理作用、无害的安慰剂的对照。 安慰剂在外形、颜色、剂量和处置上均与实验药物 相近，但不含任何有效成分。安慰剂对照有助于避

24、免对 照组和实验组产生不同的心理作用，影响实验结果。 3.自身对照 对照与处理在同一受试对象中进行，比较受试对 象接受处理因素前、后观察指标的差别。 4.相互对照 几种处理（或水平）互为对照。如采用不同强度 的运动方案的组别之间互为对照。 5.历史对照 用以往的研究结果或历史文献资料为对照。 二、随机化原则二、随机化原则 随机化是指总体中每一个体都有同等的机会被 抽取作为受试对象，或每一受试对象有同等机会被 分配到不同处理组。即从制取样本、实验分组到实 验过程中的操作程序都要具有随机性，其目的是为 了使总体中的每个单位都具有同等被抽取的机会， 从而保证样本对总体有较好的代表性，避免人为造 成各

25、组之间的非均衡性。 三、重复原则三、重复原则 1.每一实验应有足够的数量的样本例数或重复 次数（重复实验、重复测量和重复取样）； 2.最重要的具体实施是确定样本量； 3.样本量过小或过大都不合适； 4.实验设计就是要做实验的重复次数减少到不 影响实验结果的最小限度。 四、盲法原则四、盲法原则 所谓盲法原则，就是“不知道”原则。盲法包括 单盲单盲、双盲双盲和三盲三盲，其中使用较多的盲法是单盲和双 盲。 1.1.单盲单盲 单盲指研究者知道分组情况，而被试不知道自己 属于实验组还是对照组。单盲法可以控制被试期待心理 对实验结果产生影响。 2.2.双盲双盲 双盲指研究者和被试都不知道哪个是实验组，哪

26、个是对照组，需要第三方来负责安排、控制整个实验。 双盲法可以控制研究者和被试主观偏向所带来的误差。 五、齐同原则五、齐同原则 齐同是指除处理因素外，不同比较组实验对象的 其他因素或条件相同，即组间要有良好的可比性。 齐同包括以下几个方面齐同包括以下几个方面： 1.各组被试的条件应相同 2.对实验效应的观察方式要相同 3.其他对研究效应有影响的因素也应相同 第五节第五节 实验的效度实验的效度 一、内部效度一、内部效度 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，即实验研究的有效 性，如结果的可信度、真实性和有效性等。 1.1.被试特征被试特征 2.2.被试缺失被试缺失 7.7.

27、突发事件突发事件3.3.被试环境被试环境 6.6.前测效应前测效应 5.5.数据采集者数据采集者 4.4.被试态度被试态度 （一）影响内部效度的主要因素 8.8.生长发育生长发育 （二）控制影响内部效度因素的方法 控制影响内部效度因素就是对无关变量进行控制。控制影响内部效度因素就是对无关变量进行控制。 在研究中，除了实验处理外，还混杂着其他变量的干扰，在研究中，除了实验处理外，还混杂着其他变量的干扰， 这些变量的存在影响了实验的内部效度，这些变量通称这些变量的存在影响了实验的内部效度，这些变量通称 为无关变量。为无关变量。 自变量 无关变量 因变量 原因结果 u 控制无关变量主要有以下的几种基

28、本方法：控制无关变量主要有以下的几种基本方法： 1.1.对实验条件进行标准化对实验条件进行标准化 如保证实验处理的方式、收集数据的方式规范化、标 准化、恒定性等。 2.2.收集更多有关被试的信息收集更多有关被试的信息 即得到充分的与实验相关的被试特征的信息，并在分 析和解释结果时运用这些信息。 3.3.收集更多有关研究细节的信息收集更多有关研究细节的信息 即研究在哪里和何时进行的、所发生的无关事件等。 4.4.选择一种适当的实验设计选择一种适当的实验设计 合适的实验设计可以在很大程度上控制这些影响内部 效度的因素。 二、外部效度二、外部效度 实验的外部效度是指研究结果能够推广到样本所来自 的总

29、体和推广到其它的总体中的程度，即研究结果和变 量条件、时间和背景的代表性和普遍适用性。外部效度 可以分为总体效度总体效度和生态效度生态效度两类。 l影响外部效度的因素主要有以下几种：影响外部效度的因素主要有以下几种： 1. 1.前测效应前测效应 2. 2.被试选择被试选择 3. 3.实验情境实验情境 三、结构效度三、结构效度 结构效度是指关于关系变量及变量之间关系构想的结构效度是指关于关系变量及变量之间关系构想的 准确性，以及实验变量在实验时的操作定义与推理时的准确性，以及实验变量在实验时的操作定义与推理时的 定义的一致性程度。提高结构效度需要对实验中的自变定义的一致性程度。提高结构效度需要对

30、实验中的自变 量和因变量进行定义以及在实验设计中说明的这些变量量和因变量进行定义以及在实验设计中说明的这些变量 是如何被操控的。是如何被操控的。 l 影响结构效度的因素主要有以下几种：影响结构效度的因素主要有以下几种： 1.1.对自变量或因变量定义不充分对自变量或因变量定义不充分 2.2.混淆结构和结构的水平混淆结构和结构的水平 3.3.单一方法偏差单一方法偏差 四、统计结论效度四、统计结论效度 统计结论效度是指做出实验组和控制组之间存在统统计结论效度是指做出实验组和控制组之间存在统 计上的显著差异的结论的效度。如果统计结论错误，就计上的显著差异的结论的效度。如果统计结论错误，就 会对自变量是

31、否影响因变量做出错误的结论。会对自变量是否影响因变量做出错误的结论。 l 影响统计结论效度的因素主要有以下几种：影响统计结论效度的因素主要有以下几种： 1.1.样本量过小样本量过小 2.2.违反统计假设违反统计假设 3.3.偶然发现和错误率问题偶然发现和错误率问题 4.4.测量的信、效度测量的信、效度 第六节第六节 常用的实验设计方法常用的实验设计方法 一、弱实验设计一、弱实验设计 弱实验设计，又被称作非实验设计，是因为 这类设计没有对影响内部效度的无关因素进行内 在控制。除了自变量外，有很多因素可以影响到 结果，所以很难对自变量的效果做出评价。但弱 实验设计可以使研究者对变量之间存在的相关关

32、 系作出因果关系的假设，为后续的真实验提供必 要的补充。 （一）单组后测设计（一）单组后测设计 单组被试单组被试X XO O后 后 对观测指标在实施处理因素前进行观察和测量，此为前测； 对观测指标在实施处理因素前进行观察和测量，此为前测； 对观测指标在实验处理结束时进行观察和测量，此为后测。这对观测指标在实验处理结束时进行观察和测量，此为后测。这 种设计最明显的弱点是它缺乏任何控制，研究者无法知道所获种设计最明显的弱点是它缺乏任何控制，研究者无法知道所获 得的结果有没有产生变化，也无法知道这个结果是由实验处理得的结果有没有产生变化，也无法知道这个结果是由实验处理 所导致的，还是其他因素导致的。

33、所导致的，还是其他因素导致的。 只有一组接受一种实验处理，并对因变量进行后测。我们 用X代表某种实验处理，O代表测试结果（后同），这种设计如 表7-2所示： 表表7-2 7-2 单组后测设计单组后测设计 （二）单组前后测设计（二）单组前后测设计 单组前后测设计中，单组被试在实验处理前和实验处理后都 接受观察或测量。这种设计如表7-3所示： 单组被试单组被试O O前 前 X XO O后 后 表表7-3 7-3 单组前后测设计单组前后测设计 这这种设计要优于单组后测设计，研究者至少知道因变量是否种设计要优于单组后测设计，研究者至少知道因变量是否 发生了变化，但仍有无关因素没有得到控制。研究者无法知

34、道前发生了变化，但仍有无关因素没有得到控制。研究者无法知道前 后测之间的差异是实验处理导致的，还是其他因素造成的。后测之间的差异是实验处理导致的，还是其他因素造成的。 （三）固定组比较设计（三）固定组比较设计 固定组设计就是使用两个已经存在或自然形成的组，如固定 组是已经存在的两个班级。其中一个组不接受实验处理，作为对 照组，另一个接受实验处理，作为实验组。这样就矫正了单组设 计中实验结果的差异是来自于实验处理还是无关因素的问题。这 种设计如表7-4所示： 固定组固定组1 1X X O O后 后 固定组固定组2 2 O O后 后 表表7-4 7-4 固定组比较设计固定组比较设计 由于被比较的两

35、个组是已经存在的，也就是说，被试不是由于被比较的两个组是已经存在的，也就是说，被试不是 被随机分配到这两个组中去的，那么实验结果会受到这两个组被随机分配到这两个组中去的，那么实验结果会受到这两个组 不同的被试特征的影响，而且，也比较容易受到被试流失因素不同的被试特征的影响，而且，也比较容易受到被试流失因素 和被试环境因素的影响。和被试环境因素的影响。 （四）固定组前后测设计（四）固定组前后测设计 固定组前后测设计对两个固定组都要进行前测和后测。这种 设计如表7-5所示： 固定组固定组1 1 （实验组）（实验组） O O前 前X X O O后 后 固定组固定组2 2 （对照组）（对照组） O O

36、前 前 O O后 后 表表7-5 7-5 固定组前后测设计固定组前后测设计 在进行分析时，用后测减去前测得到的差（即获得量在进行分析时，用后测减去前测得到的差（即获得量 或改变量）作为分析数据，比较两个固定组差值之间是或改变量）作为分析数据，比较两个固定组差值之间是 否不同。这种分析虽然对被试特征因素进行了一定的控否不同。这种分析虽然对被试特征因素进行了一定的控 制，因为分析的是被试自身的改变，但是仍然不能完全制，因为分析的是被试自身的改变，但是仍然不能完全 排除被试特征因素的影响，因为这种改变量可能与初始排除被试特征因素的影响，因为这种改变量可能与初始 情况（前测）有关，可能出现好的更好（或

37、差的更差）情况（前测）有关，可能出现好的更好（或差的更差） 的情况。为了优化这个设计，可以利用前测来进行组的的情况。为了优化这个设计，可以利用前测来进行组的 配对，这种设计就变成配对前后测对照组设计（准实验配对，这种设计就变成配对前后测对照组设计（准实验 设计有介绍）。设计有介绍）。 二、真实验设计二、真实验设计 真实验设计最重要的是遵循随机化原则，随 真实验设计最重要的是遵循随机化原则，随 机原则是实现不同组间齐同的必须措施，能有效机原则是实现不同组间齐同的必须措施，能有效 地控制被试特征因素对内部效度的影响。地控制被试特征因素对内部效度的影响。 （一）随机化分组（一）随机化分组 1.1.完

38、全随机化完全随机化 实践中常用的完全随机化方法有抽签法、随机数表法、随机 排列表法、计算机随机法等。 l下面介绍一种完全随机化方法下面介绍一种完全随机化方法随机数表法随机数表法 随机数表法可将实验对象按一定的顺序（如身高、体重等） 排队编号，然后在随机表上随机选择起点，根据实验对象的数量 具体要求，将此随机数字自左向右依次读取，最后把随机数字为 奇数的实验对象分为一组，偶数的分为另一组。若两组的实验对 象不相等，则可再次使用随机数字表分配，直到两组的实验对象 数相等为止。 l随机数表法举例随机数表法举例 例如，试把体重在一定范围内的例如，试把体重在一定范围内的2020名被试用随机数表法分成甲、

39、名被试用随机数表法分成甲、 乙两组。乙两组。 首先称量被试体重，然后按体重编为1-20号。 然后在随机数目表中任一数字开始，如自第3行第6列的数字 56开始自左向右取20个数目，按编号和随机数目表上查得的20个 数目对应排列，并令随机数目属于单数的归于甲组，属于双数的 归于乙组，结果如表7-6所示： 甲组甲组4 4、5 5、8 8、1010、1111、1212、1515、17178 8名名 乙组乙组1 1、2 2、3 3、6 6、7 7、9 9、1313、1414、1616、1818、1919、20201212名名 表表7-6 7-6 完全随机分组结果完全随机分组结果1 1 为使两组被试相等，

40、须把乙组中的2名用随机法改为甲组。 可接着使用前面用过的随机数目，按顺序在第4行第1列开始查找 第21和22位数字为12和56，为使乙组中12名被试都有改为甲组的 机会，故用12除12得余数为0，因为没有0号，故后推一个数字为 56和85，用12除56得余数8，则应将乙组中第8名被试改为甲组， 12除85得余数为1，则应将乙组中第1名被试改为甲组。 随机数表法使被试完全有均等的机会被分配到各组而不受任 何固定因素的影响，但分配的结果，各组数目常不相等，而需要 经过调整，平均体重亦有一定差别。 还有一种简单的随机数表分配方法，就是从在随机数目表中 任一数字开始取数，大于20的舍去，这样取到一个随

41、机序列的 120的数字，与编号的被试一一对应，然后单号归于甲组，双 号归于乙组。分配情况见表7-7： 被被试试 编号编号 1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818 1919 2020 随机随机 数字数字 0707 1313 1414 1010 1212 0505 0303 0909 0606 1818 0101 1616 1717 2020 0404 1111 1919 1515 0808 0202 组别组别甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 乙乙 甲甲 甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 乙

42、乙 甲甲 甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 表表7-7 7-7 完全随机分组结果完全随机分组结果2 2 确定哪一组为实验组、哪一组为对照组也需要用完全随机化 方法，如抽签法。 2.2.配伍组随机化（区组随机化）配伍组随机化（区组随机化） （1 1）配伍组随机化也叫做区组随机化，是将被试按照一定 条件划分为配伍组或区组，再将每一配伍组（区组）的各被试随 机分配到各个处理组去。每个配伍组（区组）的例数等于处理组 个数。划分配伍组（区组）的条件是影响实验效应的非处理因素。 （2 2）这种设计的优点是能缩小受试对象间的个体差异，可 提高各处理组间的均衡性，从而减少实验误差，提高实验效率。 因此，配伍组设计主要应

43、用于被试个体差异较大（如年龄、体重 等差异较大）、个体因素对实验效应有明显影响、被试的选取条 件未控制。例如，动物实验里，常按月龄、性别体重等条件进行 划分配伍组（区组）；在人群实验中，常根据性别、年龄、生活 或工作条件等划分配伍组（区组）。 例如，将例如，将1818个被试用配伍组法分配到个被试用配伍组法分配到A A、B B、C C 三个组。三个组。 先把18个被试按条件每三个编为一个配伍组，并编号， 13为第一配伍组，46为第二配伍组，以此类推。查随机数表 ，随机指定6行，每行只取随机数1-3，其余舍掉，依次标在各配 伍组被试编号下。预先规定随机数字为1归入A组，为2归入B组， 为3归入C组

44、。分配结果如表7-8所示： 被试编号被试编号1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212121214141515161617171818 随机数字随机数字1 12 23 32 23 31 13 31 12 23 31 12 22 21 13 33 32 21 1 组别组别A AB BC CB BC CA AC CA AB BC CA AB BB BA AC CC CB BA A 配对设计是最简单的配伍组法设计。 表表7-8 7-8 配伍组随机化分组配伍组随机化分组 3.3.其他随机化分组其他随机化分组 （1 1）分段（或分层）随机化法。）分段（或分层）随机化法

45、。 分段（或分层）随机化法是按实验对象特征，即可能产生 混杂作用的某些因素（如年龄、性别、种族、文化程度、居住 条件等）先进行分层，然后在每层内随机地分组，最后把实验 对象分别合并为实验组和对照组。 （2 2）分层区组随机化法。）分层区组随机化法。 分层区组随机化法是区组随机化法和分层随机化法相结合 的一种方法。 （3 3）动态随机化法）动态随机化法。 动态随机化法指在分组过程中被试分到各组的概率不是固 定不变的，而是根据一定的条件进行调整的方法。 （二）单因素实验设计（二）单因素实验设计 1.单因素设计指实验中只操纵一个自变量（可为多个不 同水平）的设计，其他实验因素保持不变，从而研究 该实

46、验因素（自变量）与实验结果（因变量）之间关 系的方法。 2.真实验的单因素设计中，实验组和对照组都是随机分 配被试的方式进行分组。各个处理组样本例数可以相 等，也可以不等，可进行两组或多组设计。 1.1.随机后测对照组设计三级标题随机后测对照组设计三级标题 例如，例如，欲研究某个运动方案对糖尿病小鼠的疗效，以血糖作为 实验效应的观测指标，被试糖尿病小白鼠已用完全随机法分成 甲、乙两组，试用后测对照组进行实验设计。 乙组（实验组）乙组（实验组）X XO O后 后 甲组（对照组）甲组（对照组） O O后后 表表7-97-9随机后测对照组设计随机后测对照组设计 这种设计，通过随机分配，很好地控制了被

47、试特征等可能影响实这种设计，通过随机分配，很好地控制了被试特征等可能影响实 验结果的因素，但还有一些可能影响内部效度的因素没有得到控制验结果的因素，但还有一些可能影响内部效度的因素没有得到控制 ，如被试的流失，这可能导致两个组的特征不再相似，而这又会相，如被试的流失，这可能导致两个组的特征不再相似，而这又会相 应地影响实验结果。同时，也可能存在实验操作、突发事件等因素应地影响实验结果。同时，也可能存在实验操作、突发事件等因素 对实验内部效度的影响。另外，由于实验前没有对两组被试进行前对实验内部效度的影响。另外，由于实验前没有对两组被试进行前 测，无法表明随机分配后，两个组是否真的均衡。测，无法

48、表明随机分配后，两个组是否真的均衡。 2.2.随机前后测对照组设计随机前后测对照组设计 与随机前测对照组设计相比，随机前后测对照组设计使 用了前测，即实验组和对照组在实施处理因素前都接受一次 测量，在实验处理结束时都接受第二次测量，需注意两组的 观察和测量都要同时进行。仍使用上例，设计如表7-10所示： 乙组（实验组）乙组（实验组） O O前前 X X O O后后 甲组（对照组）甲组（对照组） O O前前 O O后后 表表7-10 7-10 随机前后测对照组设计随机前后测对照组设计 进行前测，可以使研究者检查随机分配是否成功地使两个进行前测，可以使研究者检查随机分配是否成功地使两个 组达到均衡

49、，特别是当每个组的被试比较少时，这个前测是非组达到均衡，特别是当每个组的被试比较少时，这个前测是非 常必要的。如果前测表明两个组并不均衡，研究者需要采用配常必要的。如果前测表明两个组并不均衡，研究者需要采用配 对技术等，使两个组达到均衡后，再进行实验处理。对技术等，使两个组达到均衡后，再进行实验处理。 3.3.随机化所罗门四组设计随机化所罗门四组设计 随机前后测设计不足的是，前测与实验处理之间可能产生交 互作用效应，就是说，实验组可能从前测中受到影响，在后测中 比对照组表现更好（或更差）。随机所罗门4组设计的目的就是 减少前测可能导致的影响。但缺点是被试要分为4个组，所需样 本量增大，实验工作

50、量增加一倍。这种设计如表7-11所示： 实验组实验组1 1O O前前X XO O后后 对照组对照组1 1O O前前 O O后后 实验组实验组2 2 X XO O后后 对照组对照组2 2 O O后后 表表7-11 7-11 随机化所罗门四组设计随机化所罗门四组设计 4.4.单因素随机区组实验设计单因素随机区组实验设计 在有些实验中，各区组之间的差别对因变量有明显的影响， 这个差别又不是研究者关注的内容，这时划分区组后，各区组 被试不再随机分配，而是作为一个整体，把区组划分条件作为 一个协变量引入到实验中，通过统计处理，消除协变量的影响。 由上可见，随机区组实验设计是在考察自变量影响效应的 实验中

51、，考虑到一个额外变量的影响，将这个额外变量作为协 变量，对其在各种实验处理条件下产生的影响进行平衡，同时 将该协变量引起的变异从误差项中分离出来，以防止这些无关 变量降低实验研究的内部效度。 例例：考察三个体育教学方案的优劣，试设计实验。考察三个体育教学方案的优劣，试设计实验。 处理因素体育教案有三个水平：X1、X2、X3。如果认为被试 体育成绩的不同可能会引起因变量的变化，就可以将体育成绩 作为协变量，这样就可以形成一个区组实验设计。随机抽取同 质被试，按照体育成绩分成三个区组，每个区组内再随机分三 个小组，如表7-12所示： 区组区组X X1X X2X X3区组平均区组平均 优优O11O1

52、2O13O1 中中021O22O23O2 差差O31O32O33O3 结果结果OA1OA2OA3 表表7-12 7-12 单因素随机区组设计单因素随机区组设计 5.5.拉丁方实验设计拉丁方实验设计 拉丁方实验设计是随机区组设计的一种特殊排列，也可以平 衡无关变量。一般来说，区组实验设计多用于平衡一个无关变量， 拉丁方实验设计可以平衡两个（或以上）无关变量。 依然用上例， 现在做进一步假设： 假如，被试来自不同的 班级也可能会引起因变量变化。这样需要对班级这个无关变量进 行平衡处理，研究中采用班级和体育成绩两方面因素的平衡方法 安排实验，构成了一个单因素的拉丁方实验设计，设计模式如表 7-13所

53、示： 表表7-13 7-13 拉丁方实验设计拉丁方实验设计 区组区组班级班级1 1班级班级2 2班级班级3 3区组平均区组平均 优优X1X2X3O优 中中X2X3X1O中 差差X3X1X2O差 区组平均区组平均 O班1 O班2 O班3 （三）多因素实验设计（三）多因素实验设计 多因素设计指实验中操纵2个或2个以上自变量（每个自变 量可包括多个不同水平）的设计。 真实验的多因素设计，进行分组时也遵循随机化原则。 多因素设计不仅可检验每个因素各水平的差异，而且可以 检验各因素间的交互作用。两个或多个因素间如存在交互作 用，表示各因素不是各自独立的，而是一个因素的水平有改 变时，另一个或几个因素的效

54、应也相应有所改变；反之，如 不存在交互作用，则表示各因素具有独立性，一个因素的水 平改变不影响其他因素的效应。 1.1.析因实验设计析因实验设计 例如例如，欲研究某个运动方案（一个自变量的两个水平为 采用运动方案不运动）和某个营养方案（另一个自变量的两 个水平为采用某营养方案和常规营养方案）对糖尿病小鼠的 疗效，以血糖（因变量）作为观测指标，被试为同质的糖尿 病小白鼠40只，试作出析因实验设计。 首先首先，我们明确实验处理因素组合的数量。实验处理因 素的数量是因素个数与水平个数的乘积，本例中有两个自变 量（2个因素），每个自变量有2个水平，因此有22共4个 组。 其次其次，把受试对象用随机化技

55、术分组。本例被试可以随 机分为4组。我们用X代表运动方案，用X代表营养方案实 验设计，如表7-14所示： 表表7-14 7-14 析因实验设计析因实验设计 X X1 1X X2 2 XX1 1X X1 1+X+X1 1X X2 2+X+X1 1 XX2 2X X1 1+X+X2 2X X2 2+X+X2 2 2.2.裂区实验设计裂区实验设计 （1 1）完全随机裂区实验设计）完全随机裂区实验设计。 首先，要把两个自变量分为一级处理因素和二级处理因素。 设计中应把主要分析的因素、实验操作难度大、变异大的因素作 为一级处理因素。然后按一级处理因素的水平数进行完全随机化 分组（裂区）。 其次，按照二级

56、处理因素的水平数把已分好的各组再进行完 全随机化分组，这种设计相当于几个完全随机设计的组合。我们 用A、B表示两个不同的自变量，用1、2表示自变量的水平，如表 7-15所示： 表表7-15 7-15 完全随机裂区实验设计完全随机裂区实验设计 A A B B B B1 1 随机分配随机分配 B2B2 A A1 1 A1 1-B1 1B2 2-A1 1 A1 1-B2 2B1 1-A1 1 A A2 2 A2 2-B1 1B2 2-A2 2 A2 2-B2 2B1 1-A2 2 （2 2）随机区组裂区实验设计）随机区组裂区实验设计 即几个随机区组法设计的组合。其基本步骤也是先划分区 组，然后按照一

57、级实验单位将各区组被试按一级处理因素的水 平数随机分组，再将一级处理单位随机分到二级实验单位接受 B因素各水平处理。如2个处理因素随机区组裂区实验设计，实 验分组设计如表7-16所示： 表表7-16 7-16 随机区组裂区实验设计随机区组裂区实验设计 区组区组A A B B B B1 1 随机分配随机分配 B B2 2 区组1 A1 A1-B1B2-A1 B1-A1A1-B2 A2 A2-B1B2-A2 B1-A2A2-B2 区组2 A1 A1-B1B2-A1 B1-A1A1-B2 A2 A2-B1B2-A2 B1-A2A2-B2 3.3.正交实验设计正交实验设计 正交实验的基本特点是用部分实

58、验代替全面实验，通过 对部分实验结果的分析，了解全面实验的情况。 正交实验设计是利用一套现成规格化的表格，合理安排 多种处理因素和不同水平，以便能经济、快速地取得实验结 果的一种实验设计方案。 实验次数实验次数 实验对象实验对象 A AB BA AB B 1A1B1A1B1 (1,1) 2A1B2A1B2 (1,2) 3A2B1A2B1 (2,1) 4A2B2A2B2 (2,2) 表表7-17 L7-17 L4 4（2 23 3）实验安排表）实验安排表 例如例如，欲研究某个运动方案和某个治疗药物对糖尿病小鼠的疗 效，以血糖测定作为实验效应，被试为某品系、体重在一定范 围内的糖尿病小白鼠，试作出

59、正交实验设计。 首先，拟定影响观察指标的因素和水平。首先，拟定影响观察指标的因素和水平。 因素A：水平1（A1）某运动方案 水平2（A2）不运动 因素B：水平1（B1）某药物 水平2（B2）不使用这种药物 因素C：水平1（C1）雄性小白鼠 水平2（C2）雌性小白鼠 选择合适的正交表。根据题意，除了要分析A、B、C的主效 应外，还要分析交互作用AB、AC，主效应有3个，分析的交 互作用有两个，一共5个因素，每个因素两水平，显然L4（23）不 够用，可选择L8（27），表头设计如表7-18所示： 列号列号1 12 23 34 45 56 67 7 因素因素A AB BA AB BC CA AC C 表表7-18 7-18 正交实验表头设计正交实验表头设计 第第六六列可以根据实验需要再安排一个因素如列可以根据实验需要再安排一个因素如A AB BC C，也可，也可 以与第以与第七七列一起作为空列，用做误差分析列。实验设计如表列一起作为空