实验心理学(第二章 实验设计与数据统计分析)课件

实验心理学

—勘破心理世界的侦探

把实验法应用于心理问题是心理研究史上无可比拟的伟大事件—波林心理实验研究的程序心理实验设计的类型及特点一、实验设计中的基本问题二、实验设计的类型和特点第二章心理实验设计的类型及特点第二章心理实验设计的类型及特点心理实验研究的程序科学研究方法的重要性爱因斯坦的公式A=X+Y+Z(X代表艰苦劳动，Y代表正确的方法，Z代表少说空话，A代表成功）良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能，拙劣的方法则可能阻碍才能的发挥。心理学研究与其他科学研究有其共性，一般程序如下：心理实验设计的类型及特点一、实验设计中的基本问题（一）变量的选择与操作定义1、变量的选择2、变量的操作定义

３、额外变量的控制心理实验设计的类型及特点一、实验设计中的基本问题（一）变量的选择与控制1、变量的选择变量:有两种或两种以上的取值的事件或行为。温度,高度,强度,焦虑,自信,成绩,反应时,正确率等心理实验设计的类型及特点“非常好”假设你想证明某一种新品牌的牙膏是市场上所有牙膏中最有效的。你请了一组被试来尝试这种牙膏并对它进行评分。如果该组中所有的被试都用“非常好”来评价这一产品，请问你能不能推出它是最好的？心理实验设计的类型及特点一、实验设计中的基本问题（一）变量的选择与控制1、变量的操作定义奖励能够提高人的反应此奖励非彼奖励此反应非彼反应操作定义：根据产生变量所需要的操作来定义自变量、因变量、额外变量。心理实验设计的类型及特点一、实验设计中的基本问题（一）额外变量对实验的污染额外变量不受控制的变量，它使组与组之间产生无法预期的变化。污染——既可将实验结果归因于自变量，也可以归结于额外变量的情况，这是由未受控制的变量随自变量系统性变化引起的。心理实验设计的类型及特点（二）实验中的效度1、影响内部效度的因素历史经历、成熟或自然发展的影响、选择、测验、被试的流失、统计回归、仪器的使用、2、影响外部效度的因素测验反作用的结果、选择偏差与实验变量相互作用、实验安排的反作用效果、重复试验处理的干扰一、心理实验设计的关键名词1、变量、因素、水平、处理……2、2x2，2x2x2，2x3x4……3、单因素、两因素、多因素……

4、随机、匹配、重复测量、混合、随机区组……1、变量、因素、水平、处理……？自变量—实验结果的确是由你设置的那个/多个变量引起的自变量必备的条件：（1）自变量本身能变化的（2）自变量能由研究者直接控制操纵（3）自变量能引起要研究的心理现象1、变量、因素、水平、处理……？因素：也叫自变量：性别、年龄、作业任务、刺激的特性、呈现时间、强度、SOA等水平：一个变量可分的维度数。如：性别-男、女；刺激的强度：高、中、低；呈现时间：100ms，500ms等。处理：对于单因素，有几个水平就有几个处理；两/多因素，处理数是自变量的水平数的乘积2、随机、匹配、重复测量、混合……？随机：据奇偶,编号等随机分派给不同的处理中一个匹配:要求所匹配的若干组在与反应变量有关机体变量上,平均数和标准差相同,即组与组匹配.重复测量:也称为被试内设计,要求全部被试对所有的处理都进行反应.混合:即有被试内变量,又有被试间变量.随机区组二、心理实验设计的分类常规的标准

1、按自变量的数目和水平来分2、根据被试的分派程序来分

根据被试的分派程序分单因素实验设计：单因素随机组实验设计单因素匹配组实验设计单因素重复测量实验设计两/多因素设计：随机两因素实验设计重复测量两因素实验设计

随机区组两因素实验设计

两因素混合设计单因素实验设计1、单因素随机组实验设计根据随机的方法，把被试随机分为两个组，然后把自变量的处理分派到两个随机组的一个，控制其他可能的干扰变量，并测量两组被试的反应。单因素实验设计2、单因素匹配组实验设计匹配组设计要求所匹配的若干组在与反应变量相关的有机体变量上，其平均数相同，标准差相同。例如在智商、经验、熟悉程度等变量上。一般模式单因素实验设计例如，某车间工人，原来使用一种旧的操作法，现改用另一种新的操作法，该新操作法有两种不同的顺序，问哪一种顺序操作更好？通过分析，工人原来的熟练程度影响因变量。所以有必要对其进行控制——匹配单因素实验设计3、单因素重复测量的实验设计重复测量设计又称被试内设计，这种方法是只使用一组被试，并且一组被试要接受全部的自变量的处理。举例怎样的讲台与课桌的距离另老师容易接受？自变量：0.51.01.5随机选取一组被试，分别接受三组实验处理★这样就有个问题：实验顺序会不会影响结果？因此出现拉丁方平衡法。123312231思考题指出下面是什么样的设计？实验目的：考察暴力场面对人的记忆的影响。被试：226名UniversityofWashington的自愿参加者；随机分配到以下两组。组一：看带有暴力场面的电影组二：看非暴力场面的电影看完电影之后，要求两组被试回答25道关于电影中事件的问题。其中一道题非常关键：问被试在银行外面露天停车场踢球的男孩穿的足球衫上的号码是多少。因变量是正确回忆出男孩运动衫号码的人数的百分数。结果：组一，4%；组二，28%。思考题Sackheim，Gur和Saucy（1978）研究人的两侧面孔在情绪表达强度上的差异。早期的研究者发现，被试能够准确地区分呈现给他们的人类的6种基本情绪（快乐、惊奇、恐惧、悲伤、愤怒、和厌恶）的照片。Sackheim和他的合作者利用一个人的一侧面孔和其镜像重新构成一张完整的面孔的照片。上图为三种实验材料。心理实验设计一览表多变量(多因素）设计多自变量设计：是指在一个实验中包含两个或两个以上的自变量，并且每个因素都有两个或两个以上的水平，各因素的各个水平互相结合，构成多种处理的一种实验设计。主效应——交互作用——简单效应——交互作用：自变量之间的相互关系。当一个自变量产生的效果在第二个自变量的每一个水平上不一样时，就产生了交互作用。设计的优点：

a.效率高b.实验控制较好c.可以获得交互作用。多变量(多因素）设计多自变量设计的表达方法自变量：一般用大写字母表示，如自变量A、B、C设计可以用：AXBXC，或者用自变量的水平数相乘。例如2X3X4等。多变量(多因素）设计多因变量实验设计是指在一个实验中包含两个或两个以上因变量的实验设计。就是具有多个行为指标。两个自变量（年龄大小和材料性质）对再认能力的影响被试间设计和被试内设计被试间设计：是每一个被试只接受一个自变量水平的处理，对另一被试进行另一种自变量水平处理优点：不同处理之间不受影响。缺点：a.需要被试量大；b.组间被试差异造成对实验结果的混淆——对策：匹配和随机化被试内设计：指每一个被试都接受自变量的所有水平处理优点：a.节省被试人数；b.被试间的个体差异得到最好的控制。缺点：不同处理之间容易相互影响，易出现练习效应和疲劳效应。被试内设计的平衡技术：ABBA设计：两个因素A,B。每个被试要接受4次实验处理；把被试分为两组，ABBA和BAAB拉丁方设计若自变量的一种水平的处理对另一种水平的处理影响很大时，就不能用被试内设计；若被试内、被试间处理都适用时，更倾向于用被试内设计。混合实验设计：是在一项实验中，有些自变量是被试内的，而有些自变量是被试间的实验设计。煽动旧日的恋情：思想抑制唤起的浪漫回忆戈尔德和韦格纳的实验假设：思想抑制是否能增强对旧日恋情的反应？文献综述——提出自己的假设。实验设计，找材料，进行实验，数据分析验证假设。煽动旧日的恋情：思想抑制唤起的浪漫回忆整个实验程序

三、结合实例探讨多因素实验设计例1、多因素完全随机设计不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究例2——P26★1、多因素完全随机设计照明条件为明、暗两水平，噪音条件为高、低两种水平，两种因素组合水平为4种：明高、明低、暗高、暗低每种实验处理准备要20人，从某工厂随机选出80名工人，随机将他们分为4个组，每组20人。随机接受一种实验处理。

明高明低暗高暗低第一组第二组第三组第四组多因素完全随机设计照明度、噪音度对工人工作效率的影响研究结果与统计检验（比较主效应和交互作用）不同照明度与噪音度条件下工人工作效率比较

高照明度

低照明度

噪音大84.65+13.2470.19+15.54

噪音小67.55+14.1255.63+12.11多因素完全随机设计首先：确定各个变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P（实验处理）然后：确定每种实验处理需要的人数n,从相应群体中随机选出N个被试（N=PXn),随机将N个被试分为p组，每组随机指定接受一种实验处理，进行处理后得出每组各个被试在因变量的成绩。2、多因素被试内设计不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究

多因素被试内设计照明条件定为明、暗两种水平，噪音条件为高、低两水平两种因素组合水平为4种：假设试验处理准备要24人，从某工厂选24个被试，每个被试接受4种处理。消除误差，可将被试分4个顺序小组

顺序小组1：①②③④顺序小组2：④③①②顺序小组3：③④②①顺序小组4：②①④③

①表示明高

②表示明低③表示暗高④表示暗低原始数据表

姓名明高明低暗高暗低

1、刘东56644340……24、张岩68635756多因素被试内设计首先：确定各个变量的类型水平，自变量的组合水平P(实验处理）然后：确定每种实验处理需要的人数n选出n名被试，所有的被试均接受p种处理。这里面有个顺序误差：一般需要进行拉丁方平衡。如先将被试分为几个顺序小组。3、多因素混合设计首先：确定各个变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P，然后：确定每种实验处理需要人数n,选出N名被试。N=nxPA（PA为被试间因素水平）随机将被试分为PA个实验组，每组被试均接受PB(PB被试内因素水平数）种处理多因素混合设计不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响照明条件（明/暗）为组间因素，噪音条件（高/低）为组内因素。假设被试安排：原始数据表姓名照明度高噪音低噪音1张明明6543……15刘研明615816李家暗7664……30张岩暗6357多因素实验设计基本步骤第一步：确定本实验的因素组合水平（实验处理数与各实验处理名称）计算公式：P=P1XP2……XPK（P为组合水平总数即实验处数，PK为第K个自变量的水平数）第二步：根据具体情况确定每种实验处理需要多少被试第三步：按照本实验所采用的设计方式，根据每种实验处理的重复次数确定被试的总人数与选取法，选出被试多因素实验设计基本步骤第四步：按照本实验所采用的设计方式，对被试进行分组或安排。

被试间设计，则将被试进行分组，每组随机指定接受一种实验处理；

被试内实验，则将被试随机分为P个顺序小组，然后每组随机指定按照一种顺序接受各种实验处理第五步：对被试实施实验处理，获得因变量数据，得出原始数据表。课后思考1、理解和掌握实验设计的类型及特点2、根据多因素混合设计的特点，设计一个2X2的两因素的混合设计。写出研究课题、变量、实验处理、被试（分派）实验程序及操作，预测结果等第二章实验设计一、独立组设计二、组内设计三、混合设计四、单组后测设计五、单组前测后测设计六、固定组比较设计七、事后回溯设计八、中断时间序列设计九、质的评鉴与研究真实验设计前实验设计准实验设计一、独立组设计（1）

（IndependentGroupDesigns）定义：就是把数目相同的被试分配到自变量的不同水平或不同的自变量上。（eachseparategroupintheexperimentrepresentsadifferentconditionasdefinedbytheleveloftheindependentvariable）优点：一种自变量（或实验条件）不会影响另一种自变量，因为每个被试只对一种自变量做反应。一、独立组设计（2）

（IndependentGroupDesigns）缺点：分配到各实验条件下的被试可能在各方面不是等同的，如果是这样，那不同实验条件造成的差异也可能是由于被试的差别引起的。克服方法：随机组设计（randomgroupsdesign）匹配组设计（matchedgroupsdesign）随机组设计（1）

（randomgroupsdesign）Themostcommontypeofindependentgroupsdesigninwhichindividualsarerandomlyselectedorrandomlyassignedtoeachgroupsuchthatgroupsareconsideredcomparableatthestartoftheexperiment.随机组设计的逻辑是：如果两个组除了自变量以外所有的方面都相等，那么，这两个组在因变量上的差异则主要是由不同的自变量造成的。随机组设计（2）

（randomgroupsdesign）随机分配（randomselection）随机选择（randomassignment）随机组设计（3）

（randomgroupsdesign）LoftusandBurns(1982)实验目的：考察暴力场面对人的记忆的影响。被试：226名UniversityofWashington的自愿参加者；随机分配到以下两组。组一：看带有暴力场面的电影组二：看非暴力场面的电影看完电影之后，要求两组被试回答25道关于电影中事件的问题。其中一道题非常关键：问被试在银行外面露天停车场踢球的男孩穿的足球衫上的号码是多少。因变量是正确回忆出男孩运动衫号码的人数的百分数。结果：组一，4%；组二，28%。匹配组设计（1）

（matchedgroupsdesign）匹配被试就是对全部被试进行预备测验，测验的性质与正式实验的性质是类似的，或者说是相关的，然后按测验成绩均匀地形成组。

匹配组设计（2）

（matchedgroupsdesign）三种理想的匹配方式：相同任务：如血压；根据血压进行分组；类似任务：如问题解决→不同种类问题解决；相关任务：如智力测验→问题解决。需要特征

（demandcharacteristics）Demandcharacteristics:thecuesandotherinformationusedbyparticipantstoguidetheirbehaviorinapsychologicalstudy,oftenleadingparticipantstodowhattheybelievetheobserver(experimenter)expectsthemtodo.安慰剂控制（placeboeffect）Placeboeffect:theimprovementoftenshownindrugeffectivenessstudieswhenpatientsbelievetheyhavereceivedadrug,althoughtheyhaveactuallyreceivedaninertsubstance.ThetermcomesfromaLatinwordmeaning“toplease,”anddiscoveredbyphysicians.实验者效应

（experimentereffects）Experimentereffects:theexperimenters’expectationsthatmayleadthemtotreatsubjectsdifferentlyindifferentgroupsortorecorddatainabiasedmanner.双盲实验

（double-blindexperiments）Double-blindexperiments:anexperimentaltechniqueinwhichneitherthesubjectnortheexperimenterknowswhichsubjectsareinwhichtreatmentconditions.二、组内设计

（Withingroup,Within-subjectsdesign,Repeated-measuresdesign）Adesigninwhichtheindependentvariableisimplementedbyadministeringallthelevelsoftheindependentvariabletoeachsubject.选择组内设计的原因（优点）组内设计需要的被试较少。组内设计方便、有效。组内设计比组间设计更敏感。心理学的某些领域需要使用组内设计，即组内设计用于研究练习的阶段性最为理想。组内设计消除了被试的个别差异对实验的影响。相同的自变量在组内设计和组间设计中造成的因变量的效果是不同的。组内设计的缺点缺点：一种实验条件下的操作将会影响另一种实验条件下的操作，也就是实验顺序造成了麻烦。此方法不能用来研究某些被试特点自变量之间的差异。如果实验中每一种实验条件需要较长时间的恢复期，则不宜使用组内设计。当自变量的不同水平代表一种连续事件的延续结果时，不宜使用组内设计。克服方法克服方法：完全的组内设计（completewithin-subjectsdesign）随机区组设计（blockrandomization）ABBA平衡法（ABBAcounterbalancing）不完全的组内设（incompletewithin-subjectsdesign）所有可能的顺序（allpossibleorders）选择的顺序（selectedorders）拉丁方设计（LatinSquare）随机开始的循环排列（Randomstartingorderwithrotation）完全组内设计（1）

（completewithin-subjectsdesign）Atypeofwithin-subjectsdesigninwhichpracticeeffectsarebalancedbyadministeringtheconditionsseveraltimestoeachsubjectssuchthatresultsforeachsubjectareinterpretable.完全组内设计（2）

（completewithin-subjectsdesign）随机区组设计（BlockRandomization）：themostcommontechniqueforcarryingoutrandomassignmentintherandomgroupsdesign;eachblockincludesarandomorderoftheconditionsandthereareasmanyblocksastherearesubjectsineachconditionoftheexperiment.ABBA平衡法（ABBACounterbalancing）:atechniqueforbalancingstage-of-practiceeffectsinthecompletewithin-subjectsdesignthatinvolvespresentingtheconditionsinonesequencefollowedbytheoppositeofthesamesequence.随机区组设计（BlockRandomization）举例(1)Sackheim，Gur和Saucy（1978）使用组内设计研究人的两侧面孔在情绪表达强度上的差异。早期的研究者发现，被试能够准确地区分呈现给他们的人类的6种基本情绪（快乐、惊奇、恐惧、悲伤、愤怒、和厌恶）的照片。Sackheim和他的合作者利用一个人的一侧面孔和其镜像重新构成一张完整的面孔的照片。上图为三种实验材料。随机区组设计（BlockRandomization）举例(2)给被试呈现如图所示的照片制成的幻灯片，要求被试利用7点量表评价每一张幻灯片的情绪的强度。每次呈现一张幻灯片，每张呈现10秒钟，然后给被试35秒钟进行评定。实验中的自变量为照片的形式（左侧构成，原始照片，和右侧构成），每位被试评价54张幻灯片：18张左侧构成照片，18张原始照片和18张右侧构成照片。随机区组设计（BlockRandomization）举例(3)TrialCond.TrialCond.TrialCond.TrialCond.TrialCond.TrialCond.1O10L19R28O37L46R2L11O20O29L38R47L3R12R21L30R39O48O4R13O22L31R40O49O5O14L23R32L41R50R6L15R24O33O42L51L7R16R25R34O43R52R8O17L26L35R44O53O9L18O27O36L45L54L随机区组设计（BlockRandomization）举例(4)问题是，两种重新构成的照片在表现出的厌恶程度上是否相同。在本实验中，被试对左侧构成照片的厌恶强度评价明显高于对右侧构成照片的厌恶强度评价。Sackheim等人用大脑半球的分化解释以上实验结果。通常，左半球控制身体的右侧，而右半球控制身体的左侧。因此，左侧构成照片反映的是右半球的控制，而右侧构成照片反映的是左半球的控制。对左侧构成照片情绪强度评价较高表明右半球在情绪的表达方面更为重要。ABBA平衡法（ABBACounterbalancing）(1)ABBA平衡法（ABBACounterbalancing）(2)联系效果的线性增长；预期作用（anticipationeffects）不完全的组内设计

（incompletewithin-subjectsdesign）Atypeofwithin-subjectsdesigninwhicheachconditionisadministeredtoeachsubjectonlyonceandtheorderofadministeringtheconditionsisvariedacrosssubjectssuchthatpracticeeffectsareneutralizedbycombiningtheresultsforallsubjects.所有可能的顺序

（allpossibleorders）实验顺序实验顺序1st2d3d4th1st2d3d4th123431241243314213243214134232411423341214323421213441232143413223144213234142312413431224314321拉丁方设计和随机开始的循环排列LatinSquareRandomstartingorderrotationOrdinalpositionOrdinalposition1st2d3d4th1st2d3d4th12341234241323414321341231424123三、混合设计（MixedDesign）混合设计是指在一个研究中有些自变量按组内设计安排，有些自变量按组间设计安排。一般说来，如果一种自变量很可能会影响另一种自变量，那么对这些自变量按组间设计安排，其余的自变量按组内设计安排。心理学研究领域中的大多数研究都不仅涉及一个自变量，而是多个自变量共同作用的结果。三、混合设计（MixedDesign）举例Johnson，Petzel，Hartney和Morgan（1983）用混合设计的方法比较抑郁者和非抑郁者的记忆成绩。他们假设，抑郁者比非抑郁者对于未完成的记忆任务的记忆效果更好。实验中，要求抑郁组和非抑郁组完成20项记忆任务，其中，10项记忆任务在完成之前被打断。在全部任务完成后，要求被试回忆记忆任务的名称或尽可能多地描述记忆任务。被试变量是组间设计（depressed&nondepressed），任务类型是组内设计（completed&uncompleted）。四、单组后测设计在单组后测设计中，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测成绩。设计的基本模式：XOX是研究者操纵或某种未知因素（研究者经过分析而推断的自变量）的处理，O是研究者操纵自变量引出的结果（后测成绩）或研究者观察到的结果。五、单组前测后测设计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，但还是只有一个实验组。设计的基本模式：O1XO2O1表示在接受处理X以前对被试进行前测，取得一项作为基线的观测值，X表示引入的实验处理，O2表示处理X后的测验。六、固定组比较设计固定组比较设计又称静态组或整组比较设计。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原则选择被试。基本设计模式：XO1O2O1为实验组接受实验处理后的反应效果；O2为不接受实验处理的控制组的反应效果。七、事后回溯设计事后回溯设计是指所研究的对象是已发生过的事件。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。基本设计模式：XOX是自变量或实验处理，是研究者不能操纵或改变的；O是研究者观察到的结果。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八、中断时间序列设计

（interruptedtime-seriesdesigns）时间序列设计（time-seriesdesign），基本上是借助多次重复测量的一种前测后测设计，这种设计的实质是对某个被试组或被试个体进行周期性的测量过程，建立反应的基线模式，并在这一时间系列的测量过程中引进实验处理，随后用实施处理后在时间系列的观察中所得分数的不连续性，来表示实验处理结果。如果接受处理后的反应模式不同于基线模式，表示原先的反应模式的连续性受到中断，便可推断这种变化可能是由于自变量的作用所产生的。（一）简单中断时间序列设计

（simpleinterruptedtime-seriesdesign）简单中断时间序列设计是最基本的时间序列设计，基本上是一种单组前测后测设计。它与其他种类前测后测设计的主要区别是没有比较组，并且不是仅有一次前测和后测，而是对一个实验组或一个被试进行周期性的一系列前测和后测。至于进行多少次前测和后测，要根据实验研究的需要而设计。设计模式：O1O2O3O4O5XO6O7O8O9O10（一）简单中断时间序列设计（举例）

（simpleinterruptedtime-seriesdesign）英国工业疲劳研究组如果工作时间从每天的10小时缩短到8小时，生产率会出现什么样的变化。研究者以每小时的平均产量作为因变量指标。

可能存在的问题可能不管工作时间是否缩短，都会出现生产率提高的现象。如上图所示，在实验处理（工作时间缩短）之前，已经出现了向上倾斜的趋势，这种趋势不管有没有处理的作用都会持续。除了每天工作时间长短的变化外，可能还有其他变量影响到每小时的平均生产量。数据的效度有限。由于对研究项目的特殊兴趣，很可能在接受处理后，对生产效率的记录更为准确。很可能产生“霍桑效应”（Hawthorneeffect）。（二）复合中断时间序列设计复合中断时间序列设计，基本上是简单中断时间序列设计的延伸，在研究设计过程中，增加一个没有接受过实验处理的比较组，以提高中断时间序列设计的功能。复合中断时间序列设计的模式如下：O1O2O3O4O5XO6O7O8O9O10O1O2O3O4O5O6O7O8O9O10（三）时间中断序列设计存在的问题库克和坎贝尔（Cook&Campbell，1979）提出中断时间序列设计的缺