第5章-研究设计

第二篇心理学研究设计及其

真实验设计准实验设计非实验设计质的研究自变量与因变量因素及因素设计主效应与交互作用自变量是指研究者主动操纵，而引起因变量发生变化的因素或条件，因此自变量被看作是因变量的原因因变量是因为自变量的变化而产生的现象变化或结果。自变量和因变量的相互依存的，没有自变量就无所谓因变量，没有因变量也无所谓自变量。控制变量又称无关变量或干扰变量，是心理学研究中能影响因变量的变化，但并非研究者所选择和操纵、而必须加以有效控制、使其中立化的变量。因素即实验中的自变量。水平—指因素的类别因素设计指因素多于一个的试验设计主效应指每个因素对因变量的单独效应当一个因素的水平在另一个因素的不同水平上变化趋势不同时，称两个因素之间存在交互作用。

心理学研究中的真实验设计是指各种研究设计中条件控制最严密、变量操纵最有效和因变量测量最准确的一种设计。由于多数心理实验都采用这种设计，所以真实验设计可简称为实验设计。

第五章真实验设计

真实验设计的特征：第一，由实验者创设实验情景并操纵实验变量；第二，由实验者通过控制手段确认变异源，包括实验操纵和统计控制两种方式；第三，在实验室环境中最能有效地运用实验控制策略。

第一，有关实验程序的描述和说明，包括变量的操作和测定方式、实验目的的说明、被试选择程序以及实验步骤等。第二，训练被试。通常情况下，被试并不熟悉实验环境，因此需要对他们进行一定的训练。第三，实验背景的设置。背景条件的设计、实验用品的配备、观察记录仪器的安装都应考虑到使被试能够更大程度地介入实验活动。

真实验设计的程序和策略：真实验设计的分类控制无关变异方法：

完全随机、随机区组、拉丁方设计自变量数目：

单因素、多因素被试是否接受所有实验处理：

被试内、被试间、混合设计

探讨自变量与因变量都是连续数据的实验设计（基本没有）

V1连续Vy连续单因素

V1连续…Vk连续Vy连续多因素

探讨自变量与因变量都是类型数据的实验设计（尽可能减少）

V1类型Vy连续单因素

V1类型…Vk类型Vy连续多因素

V1类型Vy类型单因素

V1类型…Vk类型Vy类型多因素

探讨自变量是类型数据因变量是连续数据的实验设计

心理学真实验研究设计心理学真实验研究设计单因素实验设计

单因素完全随机设计单因素随机区组设计单因素被试内设计多因素实验设计

多因素完全随机设计

多因素随机区组设计

多因素被试内设计

多因素混合设计

单因素真实验设计的统计思路变量的数据形式统计分析

连续：连续皮尔逊积差相关，一元回归类型2：连续t检验①类型3以上：连续F检验②类型：类型χ2

检验(列联表相关)一、单因素实验统计思路与研究设计

<一>统计思路①自变量水平为2（P=2；两种实验处理）随机组设计（独立组t检验）匹配组设计（相关组t检验）被试内设计（相关组t检验）

②自变量水平为3以上（P3；三种以上实验处理）（单因素）完全随机设计（单因素非重复测量方差分析）（单因素）随机区组设计（单因素重复测量方差分析或双因素非重复测量方差分析）（单因素）被试内设计（单因素重复测量方差分析）一、单因素实验统计思路与研究设计

＜二＞研究设计单因素完全随机设计V1类型（P3）----V2连续

自变量有P种水平（即有P种实验处理）。选出n名被试，将被试随机分为P组，每组被试分别接受1种处理，然后得出每组各个被试在V2变量上的连续水平。

设计模型

实验组控制组后测设计实验组控制组前测后测设计所罗门四组设计(重迭实验设计)实验组控制组后测设计

R1X1O1R2X2O2

………RNXNONRN+1---ON+1实验组控制组前测后测设计

R1O1XO1'R2O2-O2'所罗门四组设计

R1O1XO1‘R2O2O2‘R3XO3R4O4单因素完全随机设计被试的分配a1a2a3a4s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s11s12s13s14s15s16

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。被试90人，随机分为3组，每组30人，每组被试分别接受1种处理，见下表：高照明度中等照明度低照明度

组XX

组YY

组ZZ

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。被试90人，随机分为3组，每组30人，每组被试分别接受1种处理，原始数据表如下：

原始数据表

姓名组别（V1）工作效率（V2）

1张明高（照明度）56

……30刘修高6731刘冬中等53

……60黄卫中等6161李家低45

……

90张岩低68

不同照明条件对工作效率影响研究的统计分析：

不同照明条件下工作效率比较

组别制造零件数统计检验高明度组

3078.6513.24

中等明度组

3067.5514.12F＝7.876**

低明度组3057.5517.12单因素随机区组设计V1类型

V2连续

自变量有P种水平（即有P种实验处理），按照某种指标选出m个区组被试，各区组被试在该指标上同质,数量为P（或P的倍数）,将每被试随机指定到P个组中去，每个组随机指定接受1种处理。

单因素随机区组实验设计中被试的分配a1a2a3a4区组1区组2区组3区组4s11s12s13s14s21s22s23s24s31s32s33s34s41s42s43s44

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。按照工人以往车零件的小时产量，选出30组被试，每组3人，区组1每人产量为50个，区组2每人为49个，区组3每人为48个，区组4每人为47个，区组5每人为46个，……区组30每人为20个。再将每组被试随机分到各种处理中去，各区组每个被试分别接受1种处理：

高照明度中等照明度低照明度

区组1111

区组2111

区组3111

区组4111

区组5111

……

区组30111

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。按照工人以往车零件的小时产量，选出30组被试，每组3人，区组1每人产量为50个，区组2每人为49个，区组3每人为48个，区组4每人为47个，区组5每人为46个，……区组30每人为20个。再将每组被试随机分到各种处理中去，各区组每个被试分别接受1种处理：

原始数据表

姓名组别（V1）工作效率（V2）

1张明高（照明度）56

……30刘修高6731刘冬中等53

……60黄卫中等6161李家低45

……

90张岩低68

不同照明条件对工作效率影响研究的正式数据表与统计分析：

不同照明条件下工作效率比较

组别人数制造零件数（个）统计检验高明度组

3078.6513.24

中等明度组

3067.5514.12F＝7.876**

低明度组3057.5517.12单因素被试内设计V1类型（P3）V2连续

自变量有P种水平（即有P种实验处理），选出1组被试，被试人数应是P的倍数，所有被试均接受P种处理。为了消除顺序误差，需要将P种处理作拉丁方设计以使顺序得到平衡。因此，要将被试分为P个顺序小组，每顺序小组被试分别接受1种顺序的P种处理。

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。被试30人，每个被试接受全部3种处理。为了消除顺序误差，需要将3种处理作拉丁方设计以使顺序得到平衡。因此，要将被试分为3个小组，每小组被试分别接受1种顺序的3种处理：

顺序小组1①②③

顺序小组2③①②

顺序小组3②③①

注：①表示高照明度②表示中照明度③表示低照明度

不同照明条件对工作效率的影响研究：

研究3种照明条件下工人车零件的效率。被试30人，每个被试接受全部3种处理。为了消除顺序误差，需要将3种处理作拉丁方设计以使顺序得到平衡。因此，要将被试分为3个小组，每小组被试分别接受1种顺序的3种处理：

原始数据表姓名高照明度工效中等照明度工效低照明度工效

1张明5664432刘修6768523刘冬5370474黄卫6174585李家455943

……

27张岩687165

不同照明条件对工作效率影响研究结果的正式表格与统计分析：

不同照明条件下工作效率比较

照明条件制造零件数统计检验高明度组78.6513.24

中等明度组

57.5514.12F＝7.876**

低明度组67.5517.12

多因素（K≥2，多因素）研究的统计思路变量的数据形式统计分析连续连续

…连续

V1：…Vk

Vy(积差相关矩阵）多元回归类型…类型：连续

V1：…Vk

VyF检验类型类型…类型

V1：…Vk

Vyχ2

检验（列联表相关）

二、多因素研究的统计思路与研究设计

<一>统计思路

多因素完全随机设计（多因素非重复测量方差分析）

多因素随机区组设计（多因素非重复测量方差分析）

多因素被试内设计（多因素重复测量方差分析）

多因素混合设计（多因素重复测量方差分析）

<二>研究设计(多因素实验设计)

二、多因素研究的统计思路与研究设计多因素完全随机设计

V1类型…Vk类型

Vv连续

首先确定各个自变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P（即实验处理），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=P×n)，随机将N个被试分为P组，每组随机指定接受1种实验处理，，进行处理后得出每组各个被试在因变量Vy的连续水平。

照明条件定为明、暗两种水平，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30人，从某工厂随机选出120名工人，随机将他们分为4个组，每组30人，然后每组随机指定接受1种处理，见下面安排表：

明高明低暗高暗低第1组第2组第3组第4组不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件定为明、暗两种水平，噪音条件为大、小两种水平，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30人，从某工厂随机选出120名工人，随机将他们分为4个组，每组30人，然后每组随机指定接受1种处理，进行处理后各组被试的工作效率表（原始数据表）见下：

照明度噪音度工效（零件数量/天）

1张明明高94

……30刘修明高9331黄卫强弱65

……60赵义强弱57

61陈冬弱强67

……90马龙弱强7591张岩弱弱48

……

120李会弱弱78

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

84.6513.2470.1915.54

噪音小

67.5514.1255.6312.11

不同照明度与噪音度条件下工人工作效率方差分析表

(多因素非重复测量)

项目平方和自由度均方F检验

主效应照明度(A)27.857127.8579.876**

噪音度(B)14.126114.1265.876*

交互作用

A×B21.324121.3248.432**

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：

多因素随机区组设计

V1类型…Vk类型

Vv连续

首先确定各个自变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P（即实验处理），然后确定每种实验处理需要的人数n，从相应群体中选出n个区组N个被试（N=n×P)，随机将每个区组P名被试随机指定接受1种实验处理，进行处理后得出每组各个被试在因变量Vy的连续水平。

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件定为明、暗两种水平，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30人，从某工厂选出30个区组，每区组4名工人，共120名。各区组中4名工人小时产零件相同。随机将每个区组的4个人随机指定接受1种处理，见下面安排表：

明暗高低高低区组11111

区组21111

区组31111

区组41111

……

区组301111

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件定为明、暗两种水平，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30人，从某工厂选出30个区组，每区组4名工人，共120名。各区组中4名工人日产零件相同。随机将每个区组的4个人随机指定接受1种处理，进行处理后各组被试的工作效率表（原始数据表）见下：

照明度噪音度工效（零件数量/天）

1张明明高94

……30刘修明高9331黄卫明低65

……60赵义明低57

61陈冬暗高67

……90马龙暗高7591张岩暗低48

……

120李会暗低78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

68.2312.1164.1915.54

噪音小

71.3512.2363.4813.34

不同照明度与噪音度条件下工人工作效率方差分析表（多因素非重复测量）

项目平方和自由度均方F检验

主效应照明度(A)25.857125.8576.876**

噪音度(B)20.126120.1265.476*

交互作用

A×B22.378122.3788.432**

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：

多因素被试内设计

V1类型

…Vk类型

V2连续

首先确定各个自变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P（即实验处理），然后确定每种实验处理需要的人数n，n应是P的倍数，选出n名被试，所有被试均接受P种处理。为了消除顺序误差，需要将P种处理作拉丁方设计以使顺序得到平衡。因此，要将被试分为P个顺序小组，每顺序小组被试分别接受1种顺序的P种处理。

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件定为明、暗两种水平，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32人，从某工厂选出32个被试，每个被试接受全部4种处理。为了消除顺序误差，需要将4种处理作拉丁方设计以使顺序得到平衡。因此，要将被试分为4个顺序小组，每个顺序组被试分别接受1种顺序的4种处理：

顺序小组1①②③

顺序小组2②③

①

顺序小组3③

①②

顺序小组3

①②③

注：①表示明高；②表示明低；③表示暗高；表示暗低

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件定为明、暗两种水平，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32人，从某工厂选出32个被试，每个被试接受全部4种处理。为了消除顺序误差，需要用拉丁方设计以使顺序得到平衡：将被试分为4个顺序小组，每个顺序组被试分别接受1种顺序的4种处理。进行处理后各组被试的工作效率表（原始数据表）见下：

原始数据表

姓名明高明低暗高暗低

1张明566443402刘修676158523刘冬534847514黄卫667664585李家84807974

……

32张岩68635756

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

78.2312.1169.1915.54

噪音小

71.3512.2368.4813.34

不同照明度与噪音度条件下工人工作效率方差分析表

项目平方和自由度均方F检验

主效应照明度(A)20.866120.8665.553**

噪音度(B)18.126118.1264.876*

交互作用

A×B20.378120.3785.432**

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：多因素混合设计（被试间+被试内）

V1类型

…Vk类型

VY连续

统计方法采用多因素非重复测量方差分析结合多因素重复测量方差分析对数据进行处理注意：要正确指定被试间变量和被试内变量组内因素+组间因素的混合设计

首先确定各自变量的类型水平，并确定自变量的组合水平P（即实验处理），然后确定每种实验处理需要的人数n，选出N名被试，N=n×PA

（PA

为被试间因素的水平数），然后随机将被试分为PA个实验组，每组随机指定接受PA的1种处理，同时均接受PB种（PB为被试内因素的水平数）处理。为了消除顺序误差，需要将PB种处理作拉丁方设计,要将每个实验组被试分为PB个顺序小组，每顺序小组分别接受1种顺序的PB种处理。

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

照明条件（明/暗）为被试间因素，噪音条件（高/低）为被试内因素，组合水平为4种：明高、明低、暗高、暗低。每种实验处理准备要30人，从某工厂选出60个被试（30×2)，随机分为2个实验组，随机指定接受1种照明度条件，同时均接受全部2种噪音处理。为了消除顺序误差，需要将被试分为2个顺序小组，每个顺序组被试分别接受1种顺序的两种噪音处理：

顺序小组1①②实验组1

（高照明）顺序小组2②

①

顺序小组1①

②实验组2（低照明）顺序小组2②①

注：①表示高噪音；②表示低噪音；

不同照明条件与噪音条件对工作效率的影响研究：

原始数据表

姓名照明度高噪音

低噪音

1张明明64432刘修明6158

……30刘冬明484731黄卫暗766432李家暗8079

……

60张岩暗6357

照明条件（明/暗）为被试间因素，噪音条件（高/低）为被试内因素，组合水平为4种：明高、明低、暗高、暗低。每种实验处理准备要30人，从某工厂选出60个被试（30×2)，随机分为2个实验组，随机指定接受1种照明度条件，同时均接受全部2种噪音处理。为了消除顺序误差，需要将被试分为2个顺序小组，每个顺序组被试分别接受1种顺序的两种噪音处理：

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

76.2312.1165.4614.34

噪音小

72.3713.5669.9814.06

不同照明度与噪音度条件下工人工作效率方差分析表

项目平方和自由度均方F检验

主效应照明度(A)24.834124.8347.553**

噪音度(B)22.167122.1676.876**

交互作用

A×B20.355120.3556.432**

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：

自变量与因变量均为类型变量的多因素试验设计

V1类型…Vk类型

VY

类型

设计思路与多因素完全随机设计基本相同。先确定各自变量的类型水平，确定自变量的组合水平P，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=P×n），随机将N个被试分为P组，每组随机指定一种实验处理，得出每组各个被试在因素变量的类型水平。实验结果用χ2检验。不同照明条件与噪音对工作效率的影响研究

实验采用2×2两因素完全随机设计，两个自变量都作为被试变量。自变量A照明条件包括两个水平：明、暗；自变量B噪音条件包括两个水平：高噪音、低噪音；总共4种实验处理：明高、明低、暗高、暗低。因变量工作效率分三个水平：高、中、低。

明高明低暗高暗低第1组☺第2组☺

第3组☺第4组☺

照明条件定为明、暗两种水平，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30人，从某工厂随机选出120名工人，随机将他们分为4个组，每组30人，然后每组随机指定接受1种处理，见下面安排表：

照明度噪音度工效

1张明明高高

……30刘修明高高

31黄卫强弱低

……60赵义强弱低

61陈冬弱强低

……90马龙弱强中

91张岩弱