第二章 实验设计(09级)

1、第二章第二章 实验设计实验设计l实验设计概述实验设计概述l真实验设计真实验设计l非实验设计非实验设计l准实验设计准实验设计l实验设计中的效度问题实验设计中的效度问题l如何撰写实验报告如何撰写实验报告对实验控制条件的严密程对实验控制条件的严密程度的不同度的不同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。真实验设计的概念真实验设计的概念真实验设计对实验条件的控制程度要真实验设计对实验条件的控制程度要求较高求较高真实验设计的类型真实验设计的类型单因素实验设计单因素实验设计多因素实验设计多因素实验设计完全随机实验设计完全随机实验设计随机区组实验设计随机区组实验设计

2、被试间实验设计被试间实验设计被试内实验设计被试内实验设计混合实验设计混合实验设计根据实验中自变量的个数区分这两种实验设计的主要区别在于控制无关变异的方法根据实验时被试接受实验处理的情况进行区分属于被试间设计l单因素实验设计：单因素实验设计： 实验中只有一个自变量，被试接受这实验中只有一个自变量，被试接受这个自变量的不同水平的实验处理。个自变量的不同水平的实验处理。l多因素实验设计多因素实验设计 实验中含有多个自变量，被试接受几实验中含有多个自变量，被试接受几个自变量水平的结合的实验处理。个自变量水平的结合的实验处理。 其优点在于可以计算自变量水平之间其优点在于可以计算自变量水平之间的交互作用。

3、的交互作用。 l完全随机实验设计完全随机实验设计 也称简单随机化设计，是指用随机化方法将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，并随机分配被试给各个实验被试随机分为几组，并随机分配被试给各个实验处理。处理。 完全随机分组后，各实验组的被试之间是相完全随机分组后，各实验组的被试之间是相互独立的，因而这种设计又称互独立的，因而这种设计又称“独立组独立组”设计。设计。随机区组实验设计随机区组实验设计 通过区组技术控制无关变异，其原则是同一通过区组技术控制无关变异，其原则是同一区组内的被试尽量区组内的被试尽量“同质同质”。 随机区组设计由于同一区组接受所有实验处随机区组设计由于同一区组

4、接受所有实验处理，使实验处理之间有相关，因此又称之为理，使实验处理之间有相关，因此又称之为“相相关组关组”设计。设计。 每一区组内被试的人数分配情况每一区组内被试的人数分配情况每一区组内被试的人数分配每一区组内被试的人数分配 p22l一名被试作为一个区组（被试内设计）一名被试作为一个区组（被试内设计）l每个区组内被试的人数是实验处理数目的每个区组内被试的人数是实验处理数目的整数倍整数倍l区组内的基本单元不是一名被试或几名被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试，而是以一个团体为单元 总之，每一区组应该接受全部实验处理，总之，每一区组应该接受全部实验处理，每一种实验处理在

5、不同的区组中重复的次每一种实验处理在不同的区组中重复的次数也都应该完全相同。数也都应该完全相同。l被试间实验设计：被试间实验设计： 又叫非重复测量实验设计，指实验中每个被试又叫非重复测量实验设计，指实验中每个被试只接受一种自变量水平或自变量水平的结合（即只只接受一种自变量水平或自变量水平的结合（即只接受一种实验处理）。接受一种实验处理）。l被试内实验设计：被试内实验设计： 由一个被试接受所有的自变量水平或自变量水由一个被试接受所有的自变量水平或自变量水平的结合（即一个被试接受所有的实验处理）。平的结合（即一个被试接受所有的实验处理）。 当处理的实施对被试有长期影响时，如学习、当处理的实施对被试

6、有长期影响时，如学习、记忆效应，不能使用被试内设计。另外，被试连续记忆效应，不能使用被试内设计。另外，被试连续接受处理时，练习、疲劳等效应是难免的，因此需接受处理时，练习、疲劳等效应是难免的，因此需要考虑平衡顺序效应的问题。要考虑平衡顺序效应的问题。l混合实验设计：混合实验设计： 指在一个实验设计中既有被试内自变量，又有指在一个实验设计中既有被试内自变量，又有被试间自变量。被试间自变量。单因素完全随机实验设计（举例）单因素完全随机实验设计（举例）l 主题：主题：探讨文章的生字密度对小学生阅读理解的影响。探讨文章的生字密度对小学生阅读理解的影响。l 自变量：自变量：生字密度（生字密度（A）l 自

7、变量水平：自变量水平： a15：1；a210：1； a315：1；a420：1l 额外变量：额外变量：文章的长度、文章的主题熟悉性、文章类型、文章的长度、文章的主题熟悉性、文章类型、阅读理解能力等。阅读理解能力等。l控制额外变量：控制额外变量：选取四篇文章时应使它们在除生字密选取四篇文章时应使它们在除生字密度以外的其他方面尽量匹配。度以外的其他方面尽量匹配。l被试：被试：80名学生，随机分配名学生，随机分配20人人a1，20人人a2，20人人a3，20人人a4单因素完全随机实验设计单因素完全随机实验设计l基本方法：基本方法： 把被试把被试随机分配给自随机分配给自变量的各个水变量的各个水平，每个

8、被试平，每个被试只接受一个水只接受一个水平的处理。平的处理。被试的分配情况自变量a1a2a3a4被试S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11s12 只有一个自变量（只有一个自变量（A），），该自变量有四个水平。该自变量有四个水平。单因素随机区组实验设计（举例）单因素随机区组实验设计（举例）l主题：主题：探讨文章的生字密度对学生阅读理解的探讨文章的生字密度对学生阅读理解的影响。影响。l自变量：自变量：生字密度（生字密度（A）l自变量水平：自变量水平： a15：1；a210：1； a315：1；a420：1l额外变量：额外变量：文章的长度、文章的主题熟悉性、文章的长度、文章的主题熟悉性、文

9、章类型、文章类型、等。等。l注意：注意：选取四篇文章时应使它们在除生字密选取四篇文章时应使它们在除生字密度以外的其他方面尽量匹配。度以外的其他方面尽量匹配。单因素随机区组实验设计（举例）单因素随机区组实验设计（举例）l 额外变量：额外变量：文章的长文章的长度、文章的主题熟悉度、文章的主题熟悉性、文章类型、被试性、文章类型、被试的年龄、的年龄、等。等。l 按按将被将被试进行分组试进行分组 高能力组高能力组:人人 中等能力组中等能力组:人人 低能力组低能力组:人人被试的分配情况被试的分配情况a1a2a3a4高能力高能力组组人人 人人 人人人人中等能中等能力组力组人人 人人 人人人人低能力低能力组组

10、人人 人人 人人人人单因素随机区组实验设计单因素随机区组实验设计基本方法：基本方法： 首先将被试首先将被试，然，然后将他们随机分后将他们随机分配给不同的实验配给不同的实验处理。处理。被试的分配情况a1a2a3a4区组1S1S2S3S4区组2S5S6S7S8区组3S9S10S11s12 只有一个自变量（只有一个自变量（A），），该自变量有四个水平。该自变量有四个水平。控制额外变量的控制额外变量的方法：匹配法方法：匹配法单因素被试内实验设计（举例）单因素被试内实验设计（举例）l主题：主题：探讨文章的生字密度对学生阅读理解的探讨文章的生字密度对学生阅读理解的影响。影响。l自变量：自变量：生字密度（生

11、字密度（A）l自变量水平：自变量水平： a15：1；a210：1； a315：1；a420：1l额外变量：额外变量：文章的长度、文章的主题熟悉性、文章的长度、文章的主题熟悉性、文章类型、文章类型、等。等。l注意：注意：选取四篇文章时应使它们在除生字密选取四篇文章时应使它们在除生字密度以外的其他方面尽量匹配。度以外的其他方面尽量匹配。单因素被试内实验设计（举例）单因素被试内实验设计（举例）l被试：被试： 8人，每人阅读人，每人阅读4篇生篇生字密度不同的文章字密度不同的文章l可能的误差：可能的误差： 疲劳效应和顺序效应疲劳效应和顺序效应疲劳效应：疲劳效应：将4篇文章在4个下午分4次施测顺序效应：顺

12、序效应：以随机顺序或以拉丁方顺序实施4篇文章拉丁方顺序实施拉丁方顺序实施4篇文章篇文章1234S1,S2a1a2a3a4S3,S4a2a3a4a1S5,S6a3a4a1a2S7,S8a4a1a2a3单因素重复测量（被试内）实验设计单因素重复测量（被试内）实验设计单因素被试内设计单因素被试内设计a1a2a3a4被试被试1S1S1S1S1被试被试2S2S2S2S2被试被试3S3S3S3S3被试被试4S4S4S4S4两因素完全随机实验设计（举例）两因素完全随机实验设计（举例）l 主题：主题：探讨两种教学探讨两种教学方法对不同能力学生方法对不同能力学生学习成绩的影响学习成绩的影响l 自变量：自变量：教

13、学方法（教学方法（A）：）：a1讲授，讲授，a2讨论讨论学生能力（学生能力（B）：）：b1高能力，高能力，b2低能力低能力l 因变量：因变量：学习成绩学习成绩l 被试：被试：40人人a1讲讲授授a2讨讨论论b1高能力高能力10人人10人人b2低能力低能力10人人10人人两因素完全随机实验设计（举例）两因素完全随机实验设计（举例）l 主题：主题：探讨文章的生字密度探讨文章的生字密度和主题熟悉性对学生阅读理和主题熟悉性对学生阅读理解成绩的影响解成绩的影响l 自变量：自变量：生字密度（生字密度（A）：）：a15：1，a210：1，a320：1主题熟悉性（主题熟悉性（B）：）：b1熟熟悉，悉，b2不熟

14、悉不熟悉l 无关变量：无关变量：文章的长度、文章的长度、文章类型、被试的年龄、阅文章类型、被试的年龄、阅读理解能力等读理解能力等l 因变量：因变量：阅读理解成绩阅读理解成绩l 被试：被试：72名学生名学生2设计设计a15：1a210：1a320：1b1熟悉熟悉12人人12人人12人人b2不熟悉不熟悉12人人12人人12人人两因素完全随机实验设计两因素完全随机实验设计l基本方法：基本方法： 随机分配被随机分配被试接受实验处理试接受实验处理的结合，每个被的结合，每个被试接受一个实验试接受一个实验处理的结合。处理的结合。两因素完全随机设计两因素完全随机设计（22）A因素因素a1a1a2a2B因素因素

15、b1b2b1b2被试被试S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12两因素随机区组实验设计（举例）两因素随机区组实验设计（举例）l主题：主题：探讨文章的生字密度和主题熟悉性对学生阅探讨文章的生字密度和主题熟悉性对学生阅读理解成绩的影响读理解成绩的影响l自变量：自变量：生字密度（生字密度（A）：）：a15：1，a210：1，a320：1主题熟悉性（主题熟悉性（B）：）：b1熟悉，熟悉，b2不熟悉不熟悉l无关变量：无关变量：文章的长度、文章类型、被试的年龄、文章的长度、文章类型、被试的年龄、阅读理解能力等阅读理解能力等l因变量：因变量：阅读理解成绩阅读理解成绩l被试：被试：24名学生名学

16、生按按将被试进行分组将被试进行分组高能力组高能力组:6人人中等能力组中等能力组:6人人一般能力组：一般能力组：6人人低能力组低能力组:6人人两因素随机区组设计（两因素随机区组设计（23）A因素因素a1a1a2a2a3a3B因素因素b1b2b1b2b1b2区组区组11人人1人人1人人1人人1人人1人人区组区组21人人1人人1人人1人人1人人1人人区组区组31人人1人人1人人1人人1人人1人人区组区组41人人1人人1人人1人人1人人1人人两因素随机区组实验设计两因素随机区组实验设计l基本方法：基本方法： 事先将被试在事先将被试在额额外变量上进行匹配，外变量上进行匹配，然后将选择好的每组然后将选择好

17、的每组同质被试随机分配，同质被试随机分配，每个被试接受一个实每个被试接受一个实验处理的结合。验处理的结合。两因素随机区组设计两因素随机区组设计（22）A因素因素a1a1a2a2B因素因素b1b2b1b2区组区组1S11S12S13S14区组区组2S21S22S23S24区组区组3S31S32S33S34完全随机设计的优缺点完全随机设计的优缺点设计和实施简单接受每个处理水平的被试数量可以不相等，不需要匹配被试统计分析和对结果的解释简单组内变异并非全部由随机误差组成，其中还包括了被试的个体差异虽然完全随机设计假设随机分配的各组被试在统计上是无差异的，但实际上被试个体差异带来的无关变异是存在的，并且

18、混杂在组内变异中当实验中含有多个处理水平时，需要的被试量也会很大。随机区组设计的优缺点随机区组设计的优缺点随机区组设计可使用于含任何处理水平数的实验中，并且区组的数量也不受限制，因而有较好的灵活性 如实验中含有许多处理水平，可能给形成同质区组、寻找同质被试带来困难 什么时候采用完全随机设计？什么时什么时候采用完全随机设计？什么时候采用随机区组设计呢？候采用随机区组设计呢？被试量越大，随机分配就越能奏效。当被试数量很少时，最好采用区组技术。实验有多少实验有多少个自变量？个自变量？一个一个两个两个三个或更多三个或更多两个两个自变量有多少水平？自变量有多少水平？随机随机区组区组完全完全随机随机被试如

19、何被试如何分配的？分配的？相关样相关样本本t检验检验独立样独立样本本t检验检验随机随机区组区组完全完全随机随机被试如何被试如何分配的？分配的？相关组单相关组单因素方差因素方差分析分析独立组单独立组单因素方差因素方差分析分析随机随机区组区组完全完全随机随机被试如何被试如何分配的？分配的？相关组相关组多因素多因素方差分方差分析析独立组独立组多因素多因素方差分方差分析析准实验设计准实验设计l单组准实验设计单组准实验设计时间序列设计相等时间样本设计l多组准实验设计多组准实验设计不相等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时间序列设计平衡设计多组准实验设计多组准实验设计 在心理学研究中，为使

20、实验结果尽量少受无关在心理学研究中，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。实验组和控制组存在的实验设计。争取创造这样争取创造这样的条件吧！的条件吧！不相等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 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。不相等组实验组控制组前测后测的评价不相等组实验组控制组前测后测的评价优

21、点：优点： 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：缺点： 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。 又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。不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计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测后测时间序列设计是在单组不相等实验组控制组测后测时间序列设计是在单组时间

22、序列设计和不相等实验组控制组前测后测设计的基础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。上，组合而成的一种多组准实验设计。不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计l评价评价具有时间序列设计的特点也具有不相等实验组控制组前测后测设计的特点l统计方法：统计方法：M1 X M2（M2-M1）M3 M4（M4-M3）独立样本的t检验平衡设计平衡设计 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了轮换的方法。时间时间1时

23、间时间2时间时间3时间时间4组组AX1OX2OX3OX4O组组BX2OX4OX1OX3O组组CX3OX1OX4OX2O组组DX4OX3OX2OX1O平衡设计模式很多，这只是其中的一种！平衡设计模式很多，这只是其中的一种！其实组别和时间都是额外变量！其实组别和时间都是额外变量！单因素被试内实验设计（举例）单因素被试内实验设计（举例）l被试：被试： 8人，每人阅读人，每人阅读4篇生篇生字密度不同的文章字密度不同的文章l可能的误差：可能的误差： 疲劳效应和顺序效应疲劳效应和顺序效应疲劳效应：疲劳效应：将4篇文章在4个下午分4次施测顺序效应：顺序效应：以随机顺序或以拉丁方顺序实施4篇文章拉丁方顺序实施

24、拉丁方顺序实施4篇文章篇文章周周1周周2周周3周周4S1,S2a1a2a3a4S3,S4a2a3a4a1S5,S6a3a4a1a2S7,S8a4a1a2a3标准块标准块时间时间1时间时间2时间时间3时间时间4组组AX1X2X3X4组组BX2X4X1X3组组CX3X1X4X2组组DX4X3X2X1随机化行随机化行时间时间1时间时间2时间时间3时间时间4组组CX3X1X4X2组组AX1X2X3X4组组BX2X4X1X3组组DX4X3X2X1随机化列随机化列时间时间4时间时间3时间时间1时间时间2组组CX2X4X3X1组组AX4X3X1X2组组BX3X1X2X4组组DX1X2X4X3问题所在：问题所

25、在： 要求每个额外变量的水平数与自变量的水平数必须相等，这在一定程度上限制了该设计的使用！单组后测设计单组后测设计单组前测后测设计单组前测后测设计固定组比较设计固定组比较设计事后回溯设计事后回溯设计非实验设计非实验设计单组后测设计单组后测设计l 在单组后测设计中，只有一个实验组，对实验组在单组后测设计中，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只给予一次实验处理，然后通过测量得到一个后测成绩。测成绩。l 设计的基本模式：设计的基本模式： X O 由这一设计所获得的结果，很难做出推断：由实验处理X引起实验结果O。单组前测后测设计单组前测后测设计l 单组前测后测设计是对单

26、组后测设计的一种改进，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，但还是只有一个实它增加了在实验处理前的测验，但还是只有一个实验组。验组。l 设计的基本模式：设计的基本模式： O1 X O2l 缺点：历史、成熟、前测的影响缺点：历史、成熟、前测的影响l 统计方法：相关样本统计方法：相关样本t检验检验 固定组比较设计固定组比较设计l 又称静态组或整组比较设计。又称静态组或整组比较设计。l 采用实验组和控制组两组被试，但因这两组被试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。

27、原则选择被试。l 基本设计模式：基本设计模式： X O1实验组实验组 O2控制组控制组l 缺点：不能在随机化基础上选择和分配被试缺点：不能在随机化基础上选择和分配被试l 统计方法：独立样本统计方法：独立样本t检验检验事后回溯设计事后回溯设计l 事后回溯设计是指所研究的对象是已发生过的事件。事后回溯设计是指所研究的对象是已发生过的事件。l 在研究过程中，研究者不需要设计实验处理或操纵自变量，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

28、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。发现某种可能的简单关系。l 基本设计模式：基本设计模式： X O l 事后回溯设计主要包括两种类型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实验中的效度问题实验中的效度问题 实验外部效度实验外部效度影响实验外部效度的因素影响实验外部效度的因素 情绪状态对学生创造性的影响情绪状态对学生创造性的影响l 1、通过本实验进一步理解实验的生态化效度l 2、找出实验的自变量、因变量和额外变量及其控制方法l 3、本实验的统计处理可以进行怎样的改动？还可以进行哪些统计分析！实验者成为额外变量实验者成为额外变量 实验者效应实验者效应(experimenter effect)experimenter effect)l 来源：来源：实验者的生理特质（性别、年龄、种族等）和心理特质（敌意、焦虑、内向或外向等）都会影响实验结果。实验者的期望主试以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试。l 控制：控制： 生理和心理特质运用标准化的方法；对主试进行培训；对主试的外表、态度等尽可能多的因素进行标准化。实验