生物学准实验设计与单被试研究设计

生物学准实验设计与单被试研究设计第1页/共46页在心理学研究中，有时无法运用随机化原则和方法来分配被试。例如想知道一种新的思维训练方法是否可以提高学生的数学成绩，由于实验前班级的学生是固定的，不可能采用随机化的方法形成实验组和控制组，这时准实验设计便是一种可行的办法。第2页/共46页

准实验设计是相对于标准实验设计而言的，它借用实验设计的某些方法来计划搜集资料、获得结果，但其实验条件的控制不甚严格，更多保持了研究对象活动的情境性和现实性，其明显特征是不对被试进行随机分组，往往使用现成群体作为处理组。什么是准实验设计？第3页/共46页准实验研究的特点

1.降低控制水平，增强现实性

准实验设计是将真实验的方法用于解决实际问题的一种研究方法，它不能完全控制研究的条件，在某些方面降低了控制水平。虽然如此，它却是在接近现实的条件下，尽可能地运用真实验设计的原则和要求，最大限度地控制因素，进行实验处理实施的，因此准实验研究的实验结果较容易与现实情况联系起来，即现实性较强。

相对而言，真实验设计的控制水平很高，操纵和测定变量很精确，但是它对于实验者和被试的要求较高，带来操作上很大的困难，现实性比较低。第4页/共46页

2.研究进行的环境不同

准实验研究进行的环境是现实的和自然的，与现实的联系也就密切得多。而实验研究的环境与实际生活中的情况相差很大，完全是一个“人工制作”的环境，与现实的联系较难。第5页/共46页

3.效度准实验设计利用原始组进行研究，缺少随机组合，无法证明实验组是否为较大群体的随机样本，同时任何因素都可能对原始群体起作用，所以因被试挑选带来的偏差将损害研究结果的可推广性，从而影响了准实验研究的内在效度，因此在内在效度上，真实验优于准实验设计。但由于准实验的环境自然而现实，它在外部效度上能够且应该优于真实验设计。因此，在考虑准实验研究的效度时应该对它的特点有清楚地认识，并注意确定实验组间的对等性，同时在逻辑上对可能有的代表性和可推广性加以论证，避开其不足之处。

第6页/共46页1.单组准实验设计

当不方便对一组被试进行随机分组，又没有恰当的被试组作为对照组时，可以采用单组准实验设计进行课题研究。单组设计主要包括：单组时间序列设计、单组相等时间取样设计。常用的设计有：时间序列设计、相等时间取样设计、不等组前测后测设计、不等组的时间序列设计等。准实验研究设计方法

第7页/共46页（1）时间序列设计

实例1：比如有位小学语文教师想研究一下某种新的识字教学法是否可以提高教学效果。于是他连续地运用旧的教学法进行了四个周的识字教学并对每一周的教学效果进行检测。其检测的方法是：第一周教给学生50个生字；第二周交给学生50个生字，同时检测上一周的学习效果；第三周学习50个生字，同时检测第二周所学生字的效果；第四周学习50个生字，同时检测第三周的学习效果；从第五周开始改用新的教学方法学习50个生字，同时检测第四周学习的效果，依此类推，第五到第八周都采用新的识字教学法。则八周识字教学的效果记录如下：

第8页/共46页第9页/共46页

时间序列设计是对一组被试或个体进行一系列周期性测量，在测量的时间序列中引进实验处理（X），然后观测引进实验处理前后测量结果的变化趋势，从而推断实验处理是否产生效果。它的设计模式如下：

O1O2O3O4

XO5O6O7O8

其实验结果可以用图示来说明，也可以用t检验，检验实验处理X前的回归直线与实验处理X后的回归直线是否存在显著差异，包括对残差（剩余标准差）、截距和斜率的差异显著性检验。第10页/共46页第11页/共46页第12页/共46页（2）相等时间取样设计

实例2：比如有一教师研究学习反馈在写作学习中有无明显的影响。他：每周要求学生完成一篇作文，实验周期共四个月，其中第一个月有学习反馈、第二个月没有学习反馈、第三个月有学习反馈、第四个月没有学习反馈。有学习反馈用X1表示，就是每周学生完成作文后，老师都要对其作文做详细地批阅和给出恰当的评语；没有学习反馈用X0表示，就是学生每周完成的作文交来后，老师只是批上“阅”字和日期。老师对学生的作文成绩进行评定但不公布。研究中两组实验处理下的时间取样一样，就可以控制历史因素的影响。

第13页/共46页数据的统计检验：两因素方差分析：2（实验处理）×2（实施顺序）

第一次施行第二次施行

X1O1O3X0O2O4第14页/共46页

单组准实验设计，对实验条件控制不严密，可能产生多方面的误差：

第一，采用单组设计，实验处理后的测验可能增加或降低实验处理的敏感性。因为连续测验本身会激发被试的某种心理效应，影响实验的外部效度；

第二，实验安排中，实验处理的间断式出现会使被试产生新意感，并容易暴露实验目的，由此产生实验的霍桑效应，实验结果也会降低外部效度；

第三，选择偏差与实验变量的交互作用可能降低实验的外部效度。

第四，实验的重复进行也会产生一系列的顺序效应。采用单组准实验设计时要分析上述可能的变异因素，尽可能地控制这些因素，以得到有外部效度的实验结果。或者说，只是在不适宜采用真实验设计时才使用准实验设计。第15页/共46页2.多组准实验设计

（1）不相等实验组控制组前测后测设计设计模式：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。它的基本模式如下：第16页/共46页

请思考这一研究课题该如何做：假设某医疗研究机构研制了一种治疗儿童多动症的药物，现在要进行临床试验，找到20名多动症儿童参加实验。为了保证样本容量，不宜再对被试进行分组。该试验用准实验设计该如何做呢？

为了试验的实施，有关研究者编制了两套学习材料，包括甲、乙两套，这两套材料经检验在难度等方面相当，以分别用于前测和后测。为了更可靠地进行比较，他们选取了年龄相近的某年级一个班的学生（30人）作为控制组。实验分三阶段进行：第一阶段是实验组和控制组均使用甲套材料进行前测，即均在同样长的时间里学习材料甲，然后检测学习成绩；第二阶段，多动症儿童接受药物治疗，而控制组不接受这种药物；第三阶段是两个组各自都学习材料乙并进行学习效果的测试。

第17页/共46页第18页/共46页第19页/共46页中位数检验的具体做法是：首先将两组数据合并成一个容量为N＝n1+n2的样本，再找出这个样本的中位数m。然后统计出X样本中大于m的数据个数a，小于或等于m的数据个数b；Y样本中大于m的数据个数c，小于或等于m的数据个数d，再进行χ2检验。现在我们就以上述数据为例说明这一检验过程。第一步：计算实验组X的后测与前测的差异量、控制组Y的后测与前测的差异量：X：165－230131515121015102020520201552514Y：15－555010510515155101555141010－51551015515552015第二步：计算样本X和样本Y的数据合并后数据的中位数m：按从小到大的顺序排列合并样本的数据：合并样本的数据：－5－5－20555555555555551010101010101011121314141515151515151515151515151620202020202530

合并样本的中位数是10.5。第三步：统计出X样本和Y样本中大于m和小于m的个案数

第20页/共46页第21页/共46页不等组实验组、控制组前测后测设计评价的优点是：第一，由于设计中增加了控制组，从而可以控制历史、成熟、测验以及仪器等因素的干扰。第二，由于两组都有前测成绩，因而为研究者提供对选择偏差的控制方法。不等组实验组、控制组前测后测设计评价的缺点是：由于没有使用随机化的方法来选择或分配被试，因此实验组和控制组是不对等的，因而选者、成熟以及选择与实验处理的交互作用可能会降低实验的内部效度。又由于实验组控制组都是用前测，因而该实验的结果不能直接推论到无前测的情境中。第22页/共46页（2）不相等实验组控制组时间序列设计

前述的单组时间序列设计中，是对一个实验组进行一系列前测，然后施加某种自变量的影响，接着再进行一系列的后测，通过比较施加自变量影响前后测量的变化曲线确定自变量的影响效应。如果怀疑在经过一系列前测后，会使测量产生某种系列效应的积累而在量变基础上发生质变，容易导致错误结论，因此可以同时设置一个控制组，也进行一系列的前测和后测，但不对其施加自变量的影响。设计模式为：

实验组：一系列前测——→实验处理——→一系列后测控制组：一系列前测————————－→一系列后测

第23页/共46页建议阅读材料1．朱滢主编.实验心理学.北京：北京大学出版社.2000，36－57.4．孟庆茂，常建华编著.实验心理学.北京：北京师大出版社.33－55.5.邓铸.认知研究生态学趋向及两种文化冲突的缓和.见：心理学探新论丛，南京：南京师范大学出版社,2000年版，第159－169页。

复习思考题1.如何理解：生态学方法论、准实验设计、时间序列设计、相等时间样本设计、不等组实验组控制组前测后测设计、2.如何理解心理学研究中的生态学方法论和生态学趋向？3.时间序列设计研究的一般过程如何？该设计有什么缺陷？4.不等组实验组控制组前测后测设计研究结果如何处理？5.概括准实验设计的优缺点。6.您能设计一项准实验研究吗？返回目录第24页/共46页第25页/共46页第26页/共46页单被试研究设计第27页/共46页

单被试设计（single-subjectdesigns）是指在整个研究过程中只能用一个被试的研究设计，通常也叫个案设计（single-casedesigns）。尽管这些设计也可以使用成组被试，但是在只有一个被试的情况下，它为研究者提供了一种资料搜集与解释的方法，这是它的独特优点。单被试设计在临床心理学中具有特殊价值，它可以帮助临床医生在不中断医患关系的情况下进行实验研究。当然，在发展和学校心理学中，它也是非常有用的。使用“实验的”术语，是因为这些单被试研究设计也能明确地鉴定变量间是否存在因果关系。第28页/共46页研究结果不能提供一系列被试组分数，无法计算平均数、方差和进行统计显著性检验。单被试实验结果的呈现与解释常常依靠图示，比如右图所显示的资料是来自于一项考察班级不团结行为矫治效果的研究，这是其中一个学生的行为表现。注意，用直线将各个数据点连接起来有助于对比处理前后行为模式的改变。（一）基本技术和术语1.资料分析技术第29页/共46页单元（phase）是构建单被试设计的基本成分。单元指在同一种条件下所做的一系列观察。如前页图13-1中包含两个单元：处理前，连续5次观察构成第一个单元；处理后，连续5次观察构成第二个单元。尚未施加处理时的观察叫基线观察（baselineobservation），一系列基线观察称为一个基线单元（baselinephase）；施加处理过程中所作的观察叫做处理观察（treatmentobservation），一系列的处理观察称为一个处理单元（treatmentphase）。一般，使用字母A代表基线单元，字母B代表处理单元。前图13-1所示的研究设计可描述为AB设计，即包括一个基线单元A和一个处理单元B的设计。

2.观察与观察单元（phase）第30页/共46页水平稳定：指一系列观测得到的大致相同的数值。趋势稳定：指不同观测之间的差异在同一方向上持续一致，数值上大致相同。趋势表现为一系列数据点聚集在斜线周围。稳定性：指一系列观察呈现出持续一致的水平或趋势的程度。数据变化稳定，变异较小。变异要相对较小，行为模式要相对清楚、明确。3.水平、趋势和稳定性第31页/共46页通常，在一段持续时间内，行为水平保持相当一致，这意味着一系列观测显示出其前后一致的行为模式（即行为上的一致性水平或一致性趋势）。然而，当数据不稳定时，我们就必须使用一些技巧来揭示其中的行为模式：（1）要耐心地等待；（2）求两个或更多个观察的平均数；（3）在不一致的行为中寻找模式。4.不稳定数据的处理第32页/共46页

如果只使用两次观测就不能提供足够信息去确定一个行为变化模式，必须进行更多观察才能确定行为模式的水平、趋势和稳定性。为了建立单元内的行为模式和保证数据的稳定性，一个观测单元最少也得包含三次观测。尽管三次观察是决定一个单元的最小值，但要构建一个清晰的模式往往需要进行5到6次观察，而且，当数据变异很大时，还要追加观测次数。5.观察单元的长度第33页/共46页

研究者收集到在一个单元内构建清晰、稳定的行为模式所需要的数据后，就可以转换到下一个行为观测单元。单元转换在本质上是对自变量