多因素实验设计课件

1、第三章第三章 多因素实验设计多因素实验设计多因素实验设计多因素实验设计: :一个研究中具有两个或更多的一个研究中具有两个或更多的自变量的实验设计自变量的实验设计交互作用交互作用: : 一个自变量影响另一个自变量的效果一个自变量影响另一个自变量的效果多因素实验设计一、分类一、分类 根据自变量的数目及其水平分类根据自变量的数目及其水平分类 两因素设计：两因素设计：2 22 2 ，2 23 3 三因素设计：三因素设计：2 22 22 2 ，2 23 33 3 2. 2. 根据被试分派程序分类根据被试分派程序分类 随机多因素设计随机多因素设计 重复测量设计重复测量设计1.混合设计混合设计第一节 多因素

2、实验设计的分类多因素实验设计二、自变量安排二、自变量安排一旦研究者确定了一个设计，那么，也就确定了不同处理一旦研究者确定了一个设计，那么，也就确定了不同处理的数目的数目 2 22 2设计的自变量安排：有设计的自变量安排：有 ？个处理组合？个处理组合（1 1） 2 22 2被试间设计：如果每个处理组合需要被试间设计：如果每个处理组合需要6 6个个被试，则共需被试，则共需 ？名被试？名被试b b （年龄）（年龄）b b1 1（7 7岁）岁）b b2 2（1212岁）岁）a a（材料类型）（材料类型）a a1 1（有插图）（有插图）a a1 1b b1 1 6 6名名a a1 1b b2 2 6 6

3、名名a a2 2（无插图）（无插图）a a2 2b b1 1 6 6名名a a2 2b b2 2 6 6名名多因素实验设计（2 2） 2 22 2重复测量设计：如果每个处理需要重复测量设计：如果每个处理需要8 8个个被试，则需要被试，则需要 ？名被试？名被试b b（单词类型）（单词类型）b b1 1 （简单）（简单）b b2 2 （复杂）（复杂）a a（学习（学习方式）方式）a a1 1（集中）（集中）a a1 1b b1 1 8 8名名a a1 1b b2 2 同一组同一组a a2 2（分散）（分散）a a2 2b b1 1 同一组同一组a a2 2b b2 2 同一组同一组控制顺序误差控制

4、顺序误差: : 如果用完全抵消平衡，则共有如果用完全抵消平衡，则共有4 4！=24=24个可能组合个可能组合 如果用不完全抵消平衡，则使用如果用不完全抵消平衡，则使用4 4个组合（个组合（abcd; bcda; cdab; abcd; bcda; cdab; dabcdabc）多因素实验设计b b（元认知水平，被试间变量）（元认知水平，被试间变量）b b1 1（高）（高）b b2 2（低）（低）a a（题目类（题目类型，被试型，被试内变量）内变量）a a1 1（简单）（简单）a a1 1b b1 1 1-61-6名名a a1 1b b2 2 7-127-12名名a a2 2（复杂）（复杂）a

5、a2 2b b1 1 1-61-6名名a a2 2b b2 2 7-127-12名名（3 3） 2 22 2 混合设计：如果每各处理组合需要混合设计：如果每各处理组合需要6 6个被试，则需要个被试，则需要 ？名被试？名被试多因素实验设计 2 23 3设计的自变量安排：有设计的自变量安排：有 ？个处理组合？个处理组合（1 1） 2 23 3 被试间设计：如果每个处理组合需要被试间设计：如果每个处理组合需要6 6个被试，则个被试，则共需共需 ？名被试？名被试b b（例如：年龄）（例如：年龄）b b1 1b b2 2b b3 3a a（材料类（材料类型）型）a a1 1a a1 1 b b1 1 6

6、 6名名a a1 1b b2 2 6 6名名a a1 1 b b3 3 6 6名名a a2 2a a2 2 b b1 1 6 6名名a a2 2b b2 2 6 6名名a a2 2 b b3 3 6 6名名多因素实验设计（2 2） 2 23 3重复测量设计：如果每个处理需要重复测量设计：如果每个处理需要6 6个被试，个被试，则需要则需要 ？名被试？名被试控制顺序误差控制顺序误差: : 如果用完全抵消平衡，则共有如果用完全抵消平衡，则共有6 6！=720=720个可能组合个可能组合 如果用不完全抵消平衡，则使用如果用不完全抵消平衡，则使用6 6个组合（个组合（abcdef; bcdefa; ab

7、cdef; bcdefa; cdefab; defabc; efabcd; fabcdecdefab; defabc; efabcd; fabcde）b b（单词类型）（单词类型）b b1 1b b2 2b b3 3a a（学习（学习方式）方式）a a1 1a a1 1 b b1 1 6 6名名a a1 1b b2 2 同组同组a a1 1 b b3 3 同组同组a a2 2a a2 2 b b1 1同组同组a a2 2b b2 2 同组同组a a2 2 b b3 3 同组同组多因素实验设计（3 3） 2 23 3 混合设计：如果每各处理组合需要混合设计：如果每各处理组合需要6 6个被试，则需

8、要个被试，则需要 ？名被试？名被试b b（元认知水平，被试间变量）（元认知水平，被试间变量）b b1 1b b2 2b b3 3a a（题目类型，被（题目类型，被试内变量）试内变量）a a1 1a a1 1 b b1 1 1- 61- 6a a1 1b b2 2 1- 61- 6a a1 1 b b3 3 1- 61- 6a a2 2a a2 2 b b1 1 7- 7- 1212a a2 2b b2 2 7- 127- 12a a2 2 b b3 3 7- 7- 1212多因素实验设计第二节第二节 两因素完全随机和随机区组实验设计两因素完全随机和随机区组实验设计一、两因素完全随机实验设计一、

9、两因素完全随机实验设计（一）两因素完全随机实验设计的基本特点（一）两因素完全随机实验设计的基本特点1. 1. 适合的研究条件适合的研究条件 研究中有研究中有2 2个自变量，每个自变量有两个或多个水平；个自变量，每个自变量有两个或多个水平； 如果一个自变量有如果一个自变量有p p个水平，另一个有个水平，另一个有q q个水平，实验中含个水平，实验中含有有p p* *q q个处理组合，研究者感兴趣于所有处理水平的结合的效个处理组合，研究者感兴趣于所有处理水平的结合的效应。应。2. 2. 基本方法：随机分配被试接受实验处理的结合，每个被试基本方法：随机分配被试接受实验处理的结合，每个被试接受一个实验处

10、理的结合。接受一个实验处理的结合。多因素实验设计（二）例子（二）例子假定研究者要研究两种教学方法对不同能力学生学习成绩的假定研究者要研究两种教学方法对不同能力学生学习成绩的影响。影响。自变量：自变量：教学方法教学方法 a a： 两个水平，正常讲授（两个水平，正常讲授（a1a1）和独立学习和讨论（）和独立学习和讨论（a2a2）学习能力学习能力 b b：两个水平，能力较高（：两个水平，能力较高（b1b1）和能力较低（）和能力较低（b2b2）因变量：学习成绩因变量：学习成绩多因素实验设计（三）实验数据及计算（三）实验数据及计算能力高能力高 能力低能力低正常讲授正常讲授 70 70 72 72 69

11、69 75 75 80 80独立学习独立学习 64 64 61 61 71 71 60 6096 6296 62多因素实验设计教学方法独立学习正常讲授mean 成绩79.078.878.678.478.278.077.877.677.4两种教学方法对学生学习成绩的影响没有明显差异。两种教学方法对学生学习成绩的影响没有明显差异。多因素实验设计能力低高mean 成绩90807060学生的学习能力对学习成绩有重要影响，能力高学生的成绩高于能学生的学习能力对学习成绩有重要影响，能力高学生的成绩高于能力低的学生的学习成绩。力低的学生的学习成绩。多因素实验设计能力低高mean 成绩10090807060教

12、学方法正常讲授独立学习在正常教学条件下，能力高与能力低学生没有差异；而当使用独立学习教在正常教学条件下，能力高与能力低学生没有差异；而当使用独立学习教学方法时，能力高学生育能力低学生的学习成绩出现显著差异。学方法时，能力高学生育能力低学生的学习成绩出现显著差异。交互作用表明：不同的教学方法可能适合不同的学生。交互作用表明：不同的教学方法可能适合不同的学生。多因素实验设计变异来源变异来源平方和平方和自由度自由度均方均方fp能力教学方法教学方法能力方法误差总和方差分析表方差分析表多因素实验设计二、两因素重复测量实验设计二、两因素重复测量实验设计（一）两因素混合设计（一）两因素混合设计 基本特点基本

13、特点 研究中有研究中有2 2个自变量，每个自变量有两个或多个水平；个自变量，每个自变量有两个或多个水平； 研究中一个变量是被试内的，另一个是被试间的；研究中一个变量是被试内的，另一个是被试间的；1. 研究者更感兴趣于研究中的被试内因素的处理效应，研究者更感兴趣于研究中的被试内因素的处理效应，以及两个因素的交互作用。以及两个因素的交互作用。多因素实验设计2.2.例子：例子：大学生阅读插图文章的眼动研究（程利，杨治良大学生阅读插图文章的眼动研究（程利，杨治良. .心理科学心理科学 2006,29(3):593-5962006,29(3):593-596）实验以眼动记录仪为工具，通过记录眼动数据对大

14、学生阅读实验以眼动记录仪为工具，通过记录眼动数据对大学生阅读不同难度（易材料不同难度（易材料2 2篇、难材料篇、难材料2 2篇）的无插图、黑白插图、篇）的无插图、黑白插图、彩色插图的文章的眼动特征（彩色插图的文章的眼动特征（ 持续时间、注视次数、眼跳距持续时间、注视次数、眼跳距离和回视次数）和对阅读理解成绩的影响进行研究。为大学离和回视次数）和对阅读理解成绩的影响进行研究。为大学生的部分文科教材和文学读物的编写提供心理学依据。生的部分文科教材和文学读物的编写提供心理学依据。多因素实验设计 确定自变量：实验设计采用确定自变量：实验设计采用2 x 3(2 x 3(即即: :材料材料x x呈现方式呈

15、现方式) )的两因素混合设计，其中材料的两因素混合设计，其中材料( (难、难、易易) )是被试内设计，呈现方式是被试内设计，呈现方式( (无插图、黑自插无插图、黑自插图、彩色插图图、彩色插图) )是被试间设计。是被试间设计。 确定因变量：阅读成绩、持续时间、注视次数、确定因变量：阅读成绩、持续时间、注视次数、眼跳距离、回视次数眼跳距离、回视次数多因素实验设计b b（材料，被试内）（材料，被试内）b b1 1 易材料易材料b b2 2 难材料难材料a a（呈现方式，（呈现方式，被试间）被试间）a a1 1 无插图无插图 a a1 1 b b1 1-101 1-10名名a a1 1 b b2 1-

16、102 1-10名名a a2 2 黑白插图黑白插图a a2 2 b b1 11-201 11-20名名a a2 2 b b2 11-202 11-20名名a a3 3 彩色插图彩色插图a a3 3 b b1 21-301 21-30名名a a3 3 b b2 21-302 21-30名名 确定被试：二年级大学生。如果每个处理用确定被试：二年级大学生。如果每个处理用1010名被试，名被试，共需共需3030名被试。名被试。多因素实验设计b b（材料，被试内）（材料，被试内）易材料易材料难材料难材料呈现方式呈现方式（被试间）（被试间）无插图无插图 3 4 2 5 1 2 2 4 1 33 4 2 5

17、 1 2 2 4 1 32 2 3 1 2 0 1 1 0 12 2 3 1 2 0 1 1 0 1黑白插图黑白插图3 5 3 2 2 1 1 3 2 4 3 5 3 2 2 1 1 3 2 4 5 4 4 3 3 3 2 3 4 35 4 4 3 3 3 2 3 4 3彩色插图彩色插图5 4 2 3 2 2 2 1 3 3 5 4 2 3 2 2 2 1 3 3 5 4 5 5 5 4 5 3 4 45 4 5 5 5 4 5 3 4 43. 3. 实验结果（阅读理解成绩）实验结果（阅读理解成绩）多因素实验设计4. 4. 方差分析方差分析呈现方式彩色插图黑白插图无插图mean4.54.03.

18、53.02.52.01.51.0易材料成绩难材料成绩多因素实验设计（二）两因素被试内设计（二）两因素被试内设计（重复测量两个因素的两因素实验设计）（重复测量两个因素的两因素实验设计）1. 1. 基本特点基本特点 研究中有研究中有2 2个自变量，每个自变量有两个或多个水平；个自变量，每个自变量有两个或多个水平； 研究中的两个自变量都是被试内变量；研究中的两个自变量都是被试内变量；2. 2. 基本方法基本方法 每个被试都接受所有的实验处理组合每个被试都接受所有的实验处理组合 刺激呈现的顺序是随机的、或按拉丁方排序刺激呈现的顺序是随机的、或按拉丁方排序多因素实验设计3. 3. 分配被试分配被试自变量

19、自变量a a：材料难度，两个水平（难、易）：材料难度，两个水平（难、易）自变量自变量b b：呈现方式，三个水平（无插图、黑白插图、：呈现方式，三个水平（无插图、黑白插图、彩色插图）彩色插图）因变量：阅读理解成绩因变量：阅读理解成绩 2 23 3实验设计实验设计多因素实验设计如果每个处理用如果每个处理用5 5名被试，共需名被试，共需5 5名被试。名被试。被试分派如下：被试分派如下： a1 a1 a1 a2 a2 a2 b1 b2 b3 b1 b2 b3 s1 s1 s1 s1 s1 s1 s2 s2 s2 s2 s2 s2 s3 s3 s3 s3 s3 s3 s4 s4 s4 s4 s4 s4

20、s5 s5 s5 s5 s5 s5多因素实验设计4. 4. 实验结果（阅读理解成绩）实验结果（阅读理解成绩）b b（材料，（材料，被试内被试内）易材料易材料难材料难材料呈现方式呈现方式（被试内）（被试内）无插图无插图 3 4 2 5 1 2 2 4 1 33 4 2 5 1 2 2 4 1 32 2 3 1 2 0 1 1 0 12 2 3 1 2 0 1 1 0 1黑白插图黑白插图3 5 3 2 2 1 1 3 2 4 3 5 3 2 2 1 1 3 2 4 5 4 4 3 3 3 2 3 4 35 4 4 3 3 3 2 3 4 3彩色插图彩色插图5 4 2 3 2 2 2 1 3 3 5

21、 4 2 3 2 2 2 1 3 3 5 4 5 5 5 4 5 3 4 45 4 5 5 5 4 5 3 4 4多因素实验设计三、两因素随机区组实验设计三、两因素随机区组实验设计1.1.基本特点基本特点 研究中有研究中有2 2个自变量，每个自变量有两个或多个水平；个自变量，每个自变量有两个或多个水平； 如果一个自变量有如果一个自变量有p p个水平，另一个有个水平，另一个有q q个水平，实验中含有个水平，实验中含有p p* *q q个处个处理组合；理组合； 研究中有一个研究者不感兴趣的无关变量，研究者希望分理出这个无研究中有一个研究者不感兴趣的无关变量，研究者希望分理出这个无关变量。关变量。2

22、. 2. 基本方法：基本方法：事先将被试在无关变量上进行匹配，然后将选择好的事先将被试在无关变量上进行匹配，然后将选择好的每组同质被试随机分配，每个被试接受一个实验处理结合。每组同质被试随机分配，每个被试接受一个实验处理结合。多因素实验设计3. 3. 例子：例子：大学生阅读插图文章的眼动研究大学生阅读插图文章的眼动研究自变量自变量a a：材料难度，两个水平（易、难）：材料难度，两个水平（易、难）自变量自变量b b：呈现方式，三个水平（：呈现方式，三个水平（无插图、黑白插图、彩色插图）无插图、黑白插图、彩色插图）因变量：阅读理解成绩因变量：阅读理解成绩另外，已知被试的智力水平会影响因变量，因此，

23、有必要对被另外，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。试的智力这一额外变量加以控制。做法：实施实验处理前，对被试进行智力测验，按智力测验分做法：实施实验处理前，对被试进行智力测验，按智力测验分数划分区组。数划分区组。多因素实验设计 a1 a1 a1 a2 a2 a2 区组 b1 b2 b3 b1 b2 b3 1 s1.1 s1.2 s1.3 s1.4 s1.5 s1.6 2 s2.1 s2.2 s2.3 s2.4 s2.5 s2.6 3 s3.1 s3.2 s3.3 s3.4 s3.5 s3.6 4 s4.1 s4.2 s4.3 s4.4 s4.5 s4.6随机区组随机区组2 23 3因素实验设计因素实验设计多因素实验设计4