第二讲 研究的基本变量及控制技术

1、第二讲 研究的基本变量及控制技术在一个定量研究中，我们总是要研究若干个变量之间的关系，这些关系有相关关系，也有因果关系的，理想的研究总是想得到若干个变量之间的因果关系。心理学（教育）实验目的在于探查行为（反应，或者特定的效应）与实验中施加的刺激之间的关系或者说明关系的性质。最终建立因变量和自变量之间的函数关系。一、 因变量因变量是指实验中准备测量的指标，它随着自变量的改变而改变。因变量有多种形式，例如，反应时间（医学上称为潜伏期）、反应量或者反应准确性等等。在心理和教育实验中比较常见的因变量是反应时间和反应准确性，两者之间如何权衡的问题需要很好把握，有时候，反应时间和准确性两者之间可能出现平衡

2、现象（trade-off），这时就需要研究者在实验的指导语中说明要被试做得既快又准确，在处理数据时把握好两者之间的关系。三国演义描绘东吴统帅周渝“一步三计” 而诸葛亮则是“三步一计”，但两人计策的周密性，可行性却有较大差别。有些实验中，测验是有时间限制的，而有些却是没有时间限制的，这就需要我们谨慎处理完成测验的时间，例如，心理学中“河内塔问题的解决”（是否解决问题，解决问题的时间长短）“房间与钥匙问题”（三个独立门的房间，每个房间只有两把钥匙，有三个家庭成员，该问题就有一个能否解决以及解决的策略问题），在心理与教育实验中孩子们解决问题的策略需要重点考虑。也许是否解决问题并不是最重要的，最重要的

3、是解决问题的策略。因变量如果有两个以上，必须注意各因变量之间是否有重叠或者包含关系。二、自变量也称为刺激变量，在实验中有意识地加以改变，操纵，以观察它对自变量的影响。自变量和因变量之间的关系大致可以描述为六种关系：自变量的选择自变量是研究者在实验中要操纵、改变以影响被试的行为的因素。影响因素很多，但只有其中一部分能操作化的可以作为实验中的自变量。心理与教育实验中的自变量来源主要有以下几类：外部刺激：例如，研究灯光强度对阅读速度的影响，直接改变灯光的强度，就获得自变量的不同水平。被试固有的特性：例如，性别、年龄、智力、这些特点是被试实验前就具有的，一般不容易改变，通常通过按照某种标准对被试进行分

4、类来获得自变量的不同水平，例如，被试的身高，体重。被试暂时的特性：由实验操纵的外部刺激引起的，并影响被试行为的中介心理变量，例如，动机、疲劳、这类自变量的操作比较难。例如，要研究疲劳对被试反应时的影响，可以要求被试专心于某种复杂细致的任务10，30，60分钟，以获得疲劳的不同水平。但必须注意，这时疲劳对反应时的影响的结论仅仅限于“疲劳”的特定定义。自变量有数量的和分类的。在一个实验中，每个自变量至少有两个水平，以便研究者观察自变量的改变对因变量的影响。例如，英语学习中的性别差异研究，性别必须有男女两种水平。光照强度对阅读效果的影响，必须变化光照强度。当自变量的水平是数量的时，选取水平的最大值与

5、最小值之间应该有足够宽的范围，水平值变化步子的选择应能反映自变量与因变量之间的真实关系。例如，要探讨动机水平对学生测验成绩的影响，当选择的自变量水平全距及其变化的步子合适时，研究者可以发现：随着动机水平的提高，学生测验成绩提高，到一定程度后，动机水平再提高，测验成绩下降，自变量与因变量的关系如图所示。一般而言，心理学和教育学实验比较注重实验开始之前，对自变量和因变量之间的关系采用假说的形式表达出来。例如“视觉记忆实验”全部报告法和部分报告法之间的差异下假说的描绘。实验材料：速示器，字母卡片，上、中、下三行，每行三个字母。卡片呈现时间为50毫秒，即时回忆，结果发现：被试一般只能报告4-5个字母。

6、该方法称为全部报告法(whole report)；一种假设是：被试报告出来的就是他所记住的。而另外一种假说是被试报告的只是他记住的一部分，在他报告记住的一部分时，原先记住的那些由于没有重复机会而迅速遗忘了，被试记住的字母应当比他报告出来的多。于是就有了部分报告法来（PARTIAL REPORT）检验这种假说。被卡片的每行都配以声音信号，给上一行配以高音，中间一行配以中音，下面一行配以低音，事先将这种配对告诉被试。卡片呈现后，如果出现高音，就报告他看到的相应的一行，出现哪种声音信号，就报告相应行的字母。结果，被试几乎每次都能正确地报告出任何一行中的三个字母，回忆率约达100%。由于声音信号是随机

7、出现的，因此可以根据对一行字母的回忆来判断被试对整个卡片上字母的回忆情况。这样，推定出被试在看过卡片后。结论：全部报告法中，被试记住的字母确实要多于报告出来的，只是其中一部分后来在被试报告其它字母时迅速遗忘了。SPERLING推论：存在着一种独特的记忆，它有相当大的容量，信息保持时间及其短暂，很快就会消失。后来，他又采用部分报告法来研究感觉记忆的某些特性。将即时回忆改为间时回忆（DELAY RECALL），间时时距依次加大，100MS，150 MS，300 MS，500 MS，1000 MS，研究结果发现：当间时时距为500 MS时，回忆率就与全部报告法的结果相近，SPERLING据此推定，感

8、觉记忆的作用时间在500 MS以内，约为300 MS。使用的卡片是有4行字母的，16个字母。研究时要特别注意自变量的混淆在进行心理学或者教育学的实验时，我们的目的在于确定引起行为变化的因素。我们必须避免所使用的自变量与另外的某些自变量相互混淆。例如，研究记忆的遗忘曲线（普通心理学中介绍的艾宾浩丝遗忘曲线），如果采用回忆法进行研究，则可以让被试学习一个无意义字母表后，分别在不同的时间间隔之后要求被试回忆该字母表，这是可以的。但如果是采用再认法来研究遗忘曲线，使用同样的程序作实验就混淆了自变量。当间隔不同时间当同组被试再认时，间隔一天进行测验，得到再认量，在间隔几天后重测，这时后一个间隔中就多了一

9、次学习机会。这里，组内设计就不合适，因为它将学习次数和间隔时间混淆起来了，这种自变量的混淆现象对于结果的可靠性影响极大。这里，我们顺带介绍组间设计和组内设计的适应场合，以及教育科学，尤其是学校情景下的教学实验中如何注意正确使用组间和组内设计。关键是看实验条件（学术术语称之为实验处理）之间是否相互影响，如果相互影响，则只能采用组内设计，否则，容易出现自变量混淆的情况，不好解释。3 实验设计中一些常用术语31 因素与因素实验设计因素指研究者在实验中感兴趣的一个自变量，研究者通过操纵，改变它，来评估它对因变量的影响。实验中所操纵的每个特定的值（强度）叫“水平”。因素可以是数量的（例如，声音刺激的强度

10、），也可以是类别的（例如，性别）。32 处理与处理水平的结合指实验中一个特定的、独特的实验条件。要研究英语阅读理解材料中生字的密度和阅读理解成绩的关系。生字密度可以为5 ：1 ； 10 ：1 ； 20 ： 1；由于学生智力水平可能影响阅读理解成绩，我们也把它作为一个自变量（因素）加以研究，这时就有两个因素，生字密度和智力水平。如果我们将智力水平分为8个不同的等级时，这样就有8*3个不同的实验条件，这些就称为实验处理。33 主效应和交互作用所谓主效应由一个因素的不同水平引起的变异。当一个因素的水平在另外一个因素的不同水平上变化趋势不一样时，称之为两个因素之间存在交互作用。例如：要研究两种教学方法

11、对不同能力学生学习成绩的影响。研究中有两个因素，一个是教学方法，它有两种水平， A1 ：正常讲授教学；A2：独立学习和讨论。另外一个因素是学生的学习能力，它有两个水平，B1 ：能力较高的；B2：能力较低的；实验的数据如下表所示：表1：两种教学方法对不同能力学生学习成绩的影响因素水平B1 B2A1A2 80 7892 64797886 72材料来源：参见舒华心理与教育研究中的多因素实验设计P69-74）教学方法与学习能力对学生学习成绩的影响如图所示： 图1：教学方法与学习能力对学生学习成绩的影响分析：两种教学方法对学生学习成绩的影响没有明显的差别，见图。学生的学习能力对学习成绩有重要影响，能力高的学生学习成绩高于能力低的学生，见图 。真实的关系只有在同时考察两个因素的作用时观察得到。在正常讲授条件（A1）下，能力高与能力低的学生学习成绩没有差异，见图 ；当使用独立学习与讨论教学方法（A2）时，能力高与能力低的学生学习成绩出现了显著的差异，见图 。教学方法与学习能力之间的交互作用表明：不同的教学方法可能适合不同的学生，对能力高的学生，独立学习和讨论可能使他们获得更大的收获；而对于能力低的学生，正常讲授教学可能使他们较好地掌握知识。这种复杂的关系在单因素实验中是不可能观察到的。当方差分析表明两个因素的交互作用是显著的时，研究者常常需要进一步了解