体育科学研究方法第七章-实验法

1、第七章 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 录第一节实验法概述第二节 实验研究的程序第三节 实验研究计划的基本内容第四节 实验设计的原则第五节 实验的效度第六节 常用的实验设计方法第一节 实验法概述 实验法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，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

2、一种研究方法。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1.自变量（1）多数自变量是可以被研究者操纵的；（2）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）实验自变量的水平或类型有时被称为实验处理。表7-1 实验处理举例实验变量可能的水平动物的服药量5g10g15g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）15分钟30分钟60分钟治疗类型只用药物只锻炼药物和锻炼混合2.实验对象（1）实验对象是

3、研究者设计的实验处理的对象、应用范围等。（2）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。（3）实验对象是接受实验处理的参与者，通常称之为被试。3.因变量（1）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）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：第一，要使自变量产生变化。第二，要有比较，通过

4、比较自变量变化而产生的不同实验效应来验证实验假设。 组间比较指实验组和对照组之间的比较方式。 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、实验法的类型（一）实验室实验法与现场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分属性的实验方法。 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，

5、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按照组织形式不同，实验法可分为单组实验法、对照组实验法和多组实验法。第二节 实验研究的程序点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本实验准备实验资料处理实验实施实验研究可分为：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

6、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（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，制订切实可行的计划，指导实验的开展。（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（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

7、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 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。

8、三、实验资料处理阶段（一）整理、分析实验资料（二）撰写实验研究论文（三）评价实验研究成果第三节 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。（二）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，本研究要解决什么问题，得到何种预期结果，本研究的创新是什么。（三）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。（一）选择实验对象 实验对象由研究目的和方法来确定，大致可分为人和动物。二、确定实验对象 1.以人为实验对

9、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）实验要符合当地的法律规范和人文道德标准。2.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：（1）尽量选择功能、代谢、结构及疾病性质与人类相似的动物。（2）根据实验动物不同品种、品系的特点选择动物。（3）根据对实验质量的要求择标准化的实验动物。（4）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活环境等可能影响实验结果的因素。（5）善待实验动物，遵守3R原则（Reduction减少、Replacement替代、R

10、efinement优化）。（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1.样本量大小取决于：处理效果：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：系统误差越小所需样本量越小。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：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

11、研究过程中可能出现样本丢失而造成样本量不足。（四）明确实验对象代表的总体1.实验对象要代表研究总体。 绝大多数实验研究是通过样本推断总体，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）（一）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

12、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。（二）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）。（三）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，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。四、确定观测指标（因变量）（一）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。（二）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。（三）选择观测指标的基本条件: 1.准确性和精确性

13、2.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）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 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 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

14、与组织实施的设计（一）控制误差1.误差来源 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）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）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、试剂误差和心理偏差等。2.误差控制 减少误差的主要方法： （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

15、样本，使组间齐同）； （3）可采用分层化措施。（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 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 实验设计的原则一、对照

16、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（实验对照）（1）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）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

17、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 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

18、取的机会，从而保证样本对总体有较好的代表性，避免人为造成各组之间的非均衡性。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 所谓盲法原则，就是“不知道”原则。盲法包括单盲、双盲和三盲，其中使用较多的盲法是单盲和双盲。1.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.双盲 双盲指研究者和被试都不知道哪个是实验组，哪个是对照组，需要第三方来

19、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 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：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 实验的效度一、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.被试特征 点击添加文本点击添加文本点击添加文本点击添加文本2.被试缺失7.突发事件3.被试环境6.前测效应5.数据采集者4.被试态度（一）影响内部效度的主要因素8.

20、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。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，这些变量通称为无关变量。自变量无关变量因变量原因结果 控制无关变量主要有以下的几种基本方法：1.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.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.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.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

21、响内部效度的因素。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和生态效度两类。影响外部效度的因素主要有以下几种： 1.前测效应 2.被试选择 3.实验情境三、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。 影响结构效度的因素主要有以下几种：1.对自变量或因变量定义不充分2.混淆结构和结构的水平3.单一方

22、法偏差四、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，就会对自变量是否影响因变量做出错误的结论。 影响统计结论效度的因素主要有以下几种：1.样本量过小2.违反统计假设3.偶然发现和错误率问题4.测量的信、效度第六节 常用的实验设计方法一、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）单组后测设计单组被试XO后

23、 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7-2 单组后测设计（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O前XO后表7-3 单组前后测设计 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

24、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。（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1XO后固定组2O后表7-4 固定组比较设计 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

25、响。（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1（实验组）O前XO后固定组2（对照组）O前O后表7-5 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）。二、真实验设计 真实验

26、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，能有效地控制被试特征因素对内部效度的影响。（一）随机化分组1.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。下面介绍一种完全随机化方法随机数表法 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。随机数表法举例例如，试把体重在一定范围内的20名被试用

27、随机数表法分成甲、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4、5、8、10、11、12、15、178名乙组1、2、3、6、7、9、13、14、16、18、19、2012名表7-6 完全随机分组结果1 为使两组被试相等，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

28、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：被试编号1234567891011121314151617181920随机数字0

29、713141012050309061801161720041119150802组别甲甲乙乙乙甲甲甲乙乙甲乙甲乙乙甲甲甲乙乙表7-7 完全随机分组结果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.配伍组随机化（区组随机化） （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）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

30、主要应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18个被试用配伍组法分配到A、B、C 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。分配结果如表7-8所示：被试编号1234567891011121

31、21415161718随机数字123231312312213321组别ABCBCACABCABBACCBA配对设计是最简单的配伍组法设计。表7-8 配伍组随机化分组3.其他随机化分组（1）分段（或分层）随机化法。 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）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）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

32、方法。（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.随机后测对照组设计三级标题例如，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）XO后甲组（对照组）O后表7-9随机后测对照组设计 这种设计，通过随机分配，很好地控制了被试特

33、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，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。2.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）O前XO后甲组（对照组）O前O后表7-10 随机前后测对照组

34、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，研究者需要采用配对技术等，使两个组达到均衡后，再进行实验处理。3.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，实验工作量增加一倍。这种设计如表7-11所示：实验组1O前XO后对照组1O前O后实验组2XO后对照组2O后表7-11 随机化所罗门四组

35、设计4.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，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：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

36、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X1X2X3区组平均优O11O12O13O1中021O22O23O2差O31O32O33O3结果OA1OA2OA3表7-12 单因素随机区组设计5.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

37、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所示：表7-13 拉丁方实验设计区组班级1班级2班级3区组平均优X1X2X3O优中X2X3X1O中差X3X1X2O差区组平均 O班1 O班2 O班3（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，

38、另一个或几个因素的效应也相应有所改变；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.析因实验设计 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，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，把受试对象用随机化技术分组。本例被试可以随机分为

39、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7-14 析因实验设计X1X2X1X1+X1X2+X1X2X1+X2X2+X22.裂区实验设计（1）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7-15 完全随机裂区实验设计ABB1

40、 随机分配 B2A1A1-B1B2-A1A1-B2B1-A1A2A2-B1B2-A2A2-B2B1-A2（2）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7-16 随机区组裂区实验设计区组AB B1 随机分配 B2区组1A1A1-B1B2-A1B1-A1A1-B2A2A2-B1B2-A2B1-A2A2-B2区组2A1A1-B1B2-A1B1-A1A1-B2A2A2-B1B2-

41、A2B1-A2A2-B23.正交实验设计 正交实验的基本特点是用部分实验代替全面实验，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。实验次数实验对象ABAB1A1B1A1B1 (1,1)2A1B2A1B2 (1,2)3A2B1A2B1 (2,1)4A2B2A2B2 (2,2)表7-17 L4（23）实验安排表 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，试作出正交实验设计。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L