公共管理定量分析-范柏乃第二版实验法

1、第六章实验法,授课教师：朱海涛,第一节实验法概述,一、实验法,1、什么是实验法实验法是通过对某些影响实验结果的无关因素加以控制，有系统地操纵某些实验条件，然后观测与这些实验条件相伴随现象的变化，从而确定条件与现象间因果关系的一种研究方法实验法就是严格控制条件下的观察,2、实验法的意义（能真正揭示变量间的因果关系）A、A是B原因必须满足的三个条件：a、共变关系，即A变B也变b、时间顺序，即A在B前变或与B同时变c、消除其它因素的影响，确认A引起B变化B、实验法如何满足这三个条件a、利用实验组与控制组的对比来观察变量的共变关系b、利用前测与后测了解实验前后的情况，以决定变量发生变化的时间顺序c、利

2、用各种控制手段排除无关因素的干扰，以确保自变量的影响作用,二、实验研究的逻辑框架与基本构成,1、逻辑框架,操纵,自变量,控制,保持恒定,观测,个体变量,因变量,注：自变量实验条件因变量所需测定的特征或方面干扰变量可能影响因变量，但与该次实验研究目的无关的变量个体变量被试个体固有的特征，如年龄、性别、智力水平等,2、实验研究的主要功能性操作有：A、操纵自变量即有系统的对被试施以不同的实验条件，藉以观测与比较不同实验条件下因变量的系统变化差异B、控制干扰变量或无关变量C、使个体变量保持恒定即控制个体之间或处于不同实验条件下的各组（如实验组、控制组）之间的差异，以确保自变量的变化是因变量变化的原因D

3、、观测因变量的变化,变量命名练习,汽车制造者想知道刹车灯多亮可最大程度地减少后面司机意识到前方正在停车的时间。实验就是回答这一问题。对变量命名。,答案自变量(被操纵变量)：刹车灯的明度因变量(被观察变量)：刹车灯亮到尾随车司机踩刹车踏板之间的时间控制变量(恒定变量)：刹车灯颜色、刹车板的形状、刹车所需力气、额外照明度等,变量命名练习,训练鸽子绿灯亮时啄键、红灯亮时停止。对作出正确反应的鸽子给予玉米的奖励。对变量命名。,答案自变量灯的颜色(红或绿)因变量啄键与否控制变量食物剥夺时间、键的大小、红灯绿灯的强度等,变量命名练习,社会心理学家做了一个实验，为了发现当六个人挤在一个电话亭里时是男人还是女

4、人感到更不舒服。对变量命名。,答案自变量参与者性别因变量不舒服的程度控制变量电话亭的大小、挤在电话亭的人数(6)、个体的大小等,3、实验研究的基本构成,题目：中班人物画两种教法的实验,实验假设,实验被试,研究变量,实验控制,实验步骤,实验结果,研究结论,基本构成（成分）,用活动人教具进行一次性动态教学，其效果可能优于教师示范分步教学,上海黄浦区汉口路幼儿园中二、中三班幼儿各30名,自变量教学方法：分为一次性动态教学与分步示范教学两种实验条件，分别在实验班与对照班实施因变量在命题画作业中的得分。评分标准：形状（画出人的基本特征，五官俱全，描绘人的简单动作，形态有趣的为15分）色彩（涂色均匀，配色

5、恰当，色彩鲜艳为5分）结构（能按主题画出简单的情节，主题突出为3分）创作性（内容独创新颖为2分）,控制组间差异：被试幼儿入园时间均为半年以上，经同一天同一命题画基本基础水平测定，两组幼儿成绩无显著差异。控制教材内容与教师因素的干扰：两班用同一组教材，并由同一位教师执教。控制前一次测验中可能的偶发因素与教学效果的随机性判定：实验后50天再进行后效测验。控制评分误差：所有测验按同一评分标准记分。,1、基础水平测定：“正面直立人”。经统计检验，两组可视为等组。2、教学实验：实验组观察活动人教具演示，并自己实践手、腿位置改变时的动态，在一次作业中教画走、跑、跳动作，共进行3次。对照组运用范例与示范，分

6、3次教画走、跑、跳动作。3、测定教学效果：对两组均进行命题画“我和好朋友在一起”作业测试，按同一评分标准记分。4、实验后50天，在进行题为“大家一起玩”的命题画作业，按前评分标准记分。,表1两种教法效果比较（“我和好朋友在一起”作业成绩）,表2两种教法后效比较（“大家一起玩”作业成绩）,表1说明，试验组的平均成绩比对照组高5.8分，对照组比实验组的个体差异大，经t检验，两组之间的成绩差异非常显著。,表2说明，两组成绩均有所提高，试验组平均分高于对照组，经t检验，两组之间的成绩差异仍非常显著。,用活动人教具进行一次性动态教学，效果可能比示范性分步教学更好，这种教学方法可有助于培养幼儿的观察力，激

7、发幼儿的绘画兴趣，可发展幼儿的想象力和创造力,三、实验研究的类型,1、依据实验的场所实验室实验和自然实验2、依据实验的精确程度（无关因素的控制程度）前实验、准实验和真实验3、依据对研究课题的认识程度探索性实验和验证性实验（后者具有明确的假设）4、依据因变量的个数单因子实验和多因子实验,四、实验法的优缺点,1、优点：(Cooper&Emory,1995)可以操纵研究这想要研究的变量能够更有效控制外来变量的干扰实施便利性、成本较其它方法占优势可以利用不同组别受试者、不同环境、不同时间、重复同一实验，了解操纵变量对因变量的影响2、缺点：人工环境，外部效度低研究结果概化问题采用小样本或小型团体为研究对

8、象若未经随机取样，推论到总体可能有偏差实验法不适合进行群体研究（群体过多，难于实验室研究，难于控制外来变量的干扰）实验法适用于研究现在或未来的事情，对过去事情并不适合若以人为研究主体，涉及伦理和道德问题,第二节实验控制,一、实验控制手段,实验控制手段可分为：1、对影响实验条件的无关因素的控制2、被试的自身控制3、实验人员的主观控制4、统计学控制,对影响实验条件的无关因素的控制,1、消除法（消去法）内部效度高，外部效度低（双盲法）2、保持恒定法（适用于无关变量就自变量没有交互作用条件）使其产生的效果不随自变量的变化而变化3、效果平衡法（匹配法）其原理是采用两组来平衡被试间的个体差异具体方法有：随

9、机分组：不明确什么无关变量对实验效果有影响配对分组：根据前测成绩将相同分数的两个被试匹配成对，然后随机指派到试验组和控制组在实验中控制被试变量配对分组法最好，最简单的是随机分组法效果平衡法还可以用来控制仪器变量、多个主试、实验顺序、位置等,对影响实验条件的无关因素的控制,4、抵消法（特点是被试依次参加多次实验处理）这种方法是将同一被试个体先后进行两个以上条件的实验，即先后参加实验组与控制组的实验优点：两组被试是同一个体，不存在被试变量差异问题被试先后进行两组实验，被试的数量比用效果平衡法的少缺点：存在实验顺序差异和实验材料差异,效果平衡法与抵消法,A组学习材料（实验组）B组学习材料（控制组）优

10、点：无材料和先后学习差异缺点：被试差异，个体较多效果平衡法（等组）,A组先学材料，后学材料（试验组）（控制组）优点：无被试差异，被试个体少缺点：有材料差异和先后学习差异抵消法（单组）,抵消法与效果平衡法的区别：抵消法用于重复测量的实验设计，效果平衡法用于被试只接受一次测量的设计,效果平衡法与抵消法,优点：无被试先后学习差异，被试个体较少缺点：有材料差异抵消法（轮组法）,优点：无被试差异，被试个体较少，无材料差异，无先后学习差异缺点：使用的材料较多抵消法（多层次轮组法）,C组,D组,5、随机化（randomization）A、主要用于两种情况：a、研究者已经知道某种无关变量能在实验过程中产生作用

11、，但不适合使用上述的具体控制办法b、无法确定起作用的无关变量，所以也就不能确定采用其他的控制手段B、优势随机化是控制额外变量的最佳方法，不会导致系统性偏差，能够控制难以观察的中介变量（eg：动机，情感、疲劳、注意等）。随机化法不仅能应用于被试，也能应用于刺激呈现和实验顺序的安排,被试的自身控制,1、什么是被试的自身控制是指用同一组被试，经受K次（K2）不同的实验处理，比较K次测验分数的差异2、使用条件利用同组被试进行自身控制的实验设计属于“单组重复测量设计”。这一设计的条件是：前一次处理或测查对后一次处理或测查无累积效应（或练习效应）3、达到使用条件的控制措施A、运用循环法，抵消顺序效应与练习

12、效应（一半被试处理顺序为AB，另一半被试的处理顺序为BA）B、前后处理与测试应相隔一定的时间，消除记忆的作用C、各次测查难度应一致，以便准确测定与比较,实验人员的主观控制,在心理学实验中，研究者或主试本身也是无关变量，能够对实验的结果产生影响。主试的种族、性别、年龄、身份、地位、焦虑、友善、态度等都可能对被试的反应产生影响。并且，这种影响不仅仅局限于对人类被试。例如：R.Rosenthal曾指派研究助理进行白鼠学习迷津的研究。他事先告诉研究助理：一组白鼠是聪明白鼠的后代(g1)另一组是愚笨白鼠的后代(g2)第三组则没有祖先是否聪明或愚笨的信息(g3)实验的结果发现：g1要比g3成绩好，g2最差

13、三组白鼠都是从同一总体中随机抽取的样本,实验人员的主观控制的手段,1、盲实验（Blind-control）采用隐蔽手段控制实验者的偏差或期待的一种方法双盲控制（Doubleblind-control）和单盲控制（Single-blind-control）2、多主试控制采用数名主试进行同一实验研究控制主试念头或期待产生的影响注意：A、研究者必须对实验、收集数据的程序有预先的妥善安排，采用平衡的控制手段，使每一位主试都从各实验、控制组收集相同数目被试的实验数据。B、分析实验数据时，应先分析主试效应。先单独分析每一位主试采集实验的数据，并进行比较，如果无差异，则可以将数据全部合并；如果存在差异，则说

14、明这里存在主试效应，应进一步加以仔细的分析3、电脑主试由电脑呈现实验程序，说明刺激变量，记录被试的反应，进行数据统计分析。这就彻底消除了任何与主试有关的种种无关变量,二、实验前的基本条件,1必须建立变量之间因果关系的假设实验研究的目的就是检验和证明因果关系变量之间因果关系的假设是实验研究的逻辑起点在进行一项具体实验时，研究者必须事先建立起两个变量之间因果关系的明确的假设。同时，研究者应了解他所要引入的自变量是什么，他要测量的因变量是什么，特别是要清楚是否引入作为自变量的实验刺激2自变量必须能够很好地被“孤立”这即是说，所要引入和观测其效果的变量必须能够与其他变量隔离开，即实验环境能够很好地“封

15、闭”起来，避免自变量混淆。,3自变量（实验刺激）必须是可以改变的，同时也是容易操纵的最简单的改变是“有”和“无”而对应的操纵则是给予实验刺激”和“不给予实验刺激”；更为复杂的改变则是程度上的变化，比如“强”“中”“弱”等4实验程序和操作必须能够重复进行实验作为社会研究方法中与自然科学方法最接近、程序和操作也最严格的一种研究方式，可重复性自然是必须具备的重要条件之一从另一个角度说，实验的可重复性也是实验结果所具有的高确定性的重要基础5必须具有高度的控制条件和能力对实验对象（包括实验组和控制组）的严格控制，以及对实验环境的高度把握，共同决定着实验研究的结论的准确程度可以说，控制是实验研究的最本质的

16、特征，没有控制就没有实验,自变量混淆,1、定义如果我们所设定的自变量其发生量的改变时，另一个已知或潜在的自变量亦随之有量的改变，则这两个自变量的作用就发生了相互混淆，即其效果被污染了事例研究者通过观察发现，晚饭前在图书馆里学习的学生的专心程度没有晚饭后学习的学生的专心程度高。我们是否可以认为：饥饿是导致这种差异的原因？可能原因说明1：下午是否学习这一变量与饥饿因素发生了混淆说明2：与时间因素发生混淆，下午人的注意力可能本来就没有晚上集中。说明3：另一个可能与饥饿发生混淆的因素是学生学习的内容,自变量混淆,2、两条关于易发生混淆的或然率规则：A、混淆现象最可能在同类变量间发生当我们操纵一个作业变

17、量时，则和另一个作业变量发生混淆的可能性最大；而被试者变量最容易和另一个被试变量相混淆。这条规则是十分重要的。B、在我们确定我们所操纵的变量没有受到同类别变量的混淆后，（若所用的设计是独立组设计）那么最可能的混淆来源于被试变量。3、心理社会研究中自变量混淆的情形A、被试偏差B、研究者和研究设计误差,自变量混淆,A、被试偏差a、被试反应性霍桑效应：被试由于知道自己正在被研究而引起的效应b、社会赞许性：人们希望表现出符合社会期望的公众形象。c、观察者效应：观察者的存在所引起的效应。d、要求特征：对被试传递的实验假设信息的全部线索成了决定被试行为的显著因素，这样的线索就是实验情境中的要求特征。e、安

18、慰剂效应f、参与者期待g、取悦研究者与评价忧虑,自变量混淆,B、研究者和研究设计误差a、皮格马利翁效应：研究者的期待对被试的影响自我实现预言（self-fulfillingprophecy）(Rosenthal&Fode,1963)b、单盲(single-blindtrails)和双盲（double-blindtrails）光环效应：当评价者对一个人的积极或消极整体评价影响到对某具体特点的评价时，就产生光环效应。对比效应：观察者可能倾向于把自己作为评价他人个性的参考框架，这一倾向导致把与自己不同的人评价得比实际上与自己更加不同，把与自己相似的人评价得比实际更相似。c、同时期历史效应和地区历史效

19、应。同时期历史效应：指某一非实验因素影响在更大范围内影响到实验组地区历史效应：指某一非实验因素影响到一个实验组而没有影响到其他实验组,三、实验效度,1、实验的内部效度（InternalInvalidity）A、定义：是指实验结果能归因于自变量的操作的程度，即排除对实验结果产生干扰的无关因素，使研究者相信实验结果确实是由实验变量引起的程度B、影响实验的内部效度的因素a、历史事件（History）：在实验过程中发生的历史事件将把实验结果弄得混淆不清（临时事故）。b、成熟（Maturation）：参加实验的人们在不断成长，随着其智力的上升，会影响实验结果。c、测验（Testing）：多次的测量可能使

20、受测者对所测问题很敏感，或者记得上次所测结果（练习效应）d、不稳定的测量工具（Instrumentation）：如问卷或经验不足的观察者,e、统计回归（Radicalposition）：极端取样造成平均数的常态回归现象，使他的任何变化都被误认为是实验刺激的结果f、实验死亡率（ExperimentalMortality）：不是生理上的死亡，指实验的中途退出（受试者流失）g、因果时序（CasualTime-order）：在很多情况下，由于因变量与实验刺激不容易分清楚，因为因变量可能影响实验刺激而发挥作用h、选择偏好（SelectionBiases）：实验组与控制组不等，如自愿与非自愿i、实验处理中

21、的传播与模仿（DiffusionorImitationofTreatment）：实验者相互间的沟通与互动问题j、强亨利效应（theJohnHenryeffect）：控制组教师或被试不甘示弱（补偿性对抗）k、自暴自弃（Demoralization）：对照组由于受到差别对待而自暴自弃l、实验者偏见：实验者精心设计或无意处理，而对被试产生的影响m、统计的结论：统计检验的误用、统计原理的违背,2、实验的外部效度（ExternalInvalidity）A、定义是指实验结果的“可推论性”的大小程度，即被操作因素（自变量）与结果（因变量）之间的关系，可以普遍应用于其它不属于此实验情境的程度B、实验的外部效度

22、分类Bracht&Glass(1968)提出两类外在效度：母体效度（populationvalidity）与生态效度（ecologicalvalidity）提高母体效度：被试的取样尽量具有代表性，如采用分层随机取样提高生态效度：设法使实验的生态环境尽量接近将来要推论的情境，避免实验组的“霍桑效应”（Hawthorneeffect）及“新奇性与破坏效应”提高外部效度总的来说是控制无关干扰变量以避免系统性误差的产生,C、提高生态效度应满足的要求a、完整描述研究的操作与实验情境b、多重处理的干扰c、实验者效应d、前测的敏感性e、后测的敏感性f、临时事故与处理效应的交互作用g、因变量的测量h、测量时间

23、与处理效应的交互作用,第三节实验设计,实验设计中使用的符号,X：表示一种处理，即研究者操作或变化的实验变量（自变量）；在比较不同的处理时，以X0，X1，X2，等来表示O：表示处理前或后的一种观测或度量自左至右：表示时间次序或先后同一横行的X或O：表示这些X或O作用于同一组被试R：表示被试已被随机化选择、分配和控制M：表示把被试加以配对由虚线所隔开的各组是非同质的，虚线表示不能随机选择和部署两组表示事后回溯设计中的自变量，是研究者不能操纵或改变的,一、真实验设计（TrueExperimentalDesign）,1、完全随机化设计（独立样本设计或被试间设计）2、随机化区组设计（相关样本设计或被试内

24、设计）3、多因素实验设计（析因设计）,完全随机化设计（独立样本设计或被试间设计）,1、实验组控制组前测后测设计（pre-test&post-testcontrolgroupdesign）设计模式RO1XO2RO3O4,评价：优点：利用随机分配的方法，可以控制选择、被试亡失以及选择与成熟的交互作用；安排实验组和控制组，可以控制历史、成熟、测验、仪器使用和统计回归等无效源。缺点：使用了前测，虽然为检查随机分组是否存在偏差提供了充分的依据，但可能对后测产生敏感性，出现测验的反作用效应。,2、实验组控制组后测设计（post-testonlycontrolgroupdesign)A、设计模式RXO1RO

25、2C、评价优点：几乎具有随机实验组前测后测设计所有的优点。是更为理想的实验设计方案，特别是研究者不易找到前测工具或前测可能引起反作用效果缺点：有些实验需要在对被试施加实验处理之前，实行前测，以了解被试在实验阶段的初始状态。,3、随机多组后测设计（Simplerandomizedgroupsdesigns）A、设计模式RX1O1RX2O2RX3O3B、数据的统计检验a、单因素方差分析b、方差分析显著前提下的进一步成对比较（多重比较）：q检验、NK检验等等。C、评价具有实验组控制组后测设计的所有优点能够测定因变量与自变量是线性关系还是非线性关系有助于揭示系统的关系，所以采用这种设计导致错误的结论的

26、情况比较少,4、所罗门四组设计(Solomonfour-groupdesign)（重迭实验设计）A、设计模式RO1XO2（实验组）RO3O4（控制组）RXO5（实验组）RO6（控制组）B、特点特点是将“有无前测验”这一变量纳入实验设计之中，将此变量所造成的方差从总的方差中排除出去，以检验实验处理所产生的影响是否显著。,C、数据的统计分析可以采用独立样本22方差分析来分析各组的后测成绩，基本模式为：,D、评价优点：因把实验组控制组前测后测设计与实验组控制组后测设计结合起来使用，所以具有这两种设计的所有优点；另外，还可以检验实验处理与前测验之间的交互效应。所以该设计模式在内在效度和外在效度方面都无

27、缺点，是研究心理的行为的一种理想的实验设计缺点：该设计要使用四组同质的被试，往往难以找到，所以一般使用在验证性实验研究中，试探性研究不采用该设计,随机化区组设计（相关样本设计、被试内设计）,1、区组（plot）的概念区组在实验设计中的概念起源于农业田间研究中按土地的特点把实验区域划分为不同的“区域”或“区块”心理学实验中的区组是指把被试按照个体差异分配到不同的被试组，并且把这种“区组”的差异作为一个额外变量来进行控制。2、随机化区组设计的目的使区组内的被试差异尽量缩小（区组内被试同质），区组之间的差异尽量扩大每一区组都接受全部实验处理，每一种实验处理在不同的区组中重复的次数也相同,3、三种分配

28、区组被试的方式：A、一名被试作为一个区组重复接受H种处理，即重复测量设计B、采用配对法，把在某些特性相同的H个（或H的倍数）被试加以配对，这时每个配对组为一个区组，H个被试随机分配到H个处理中C、区组内的基本单元是一个团体或一个子集，如一个年级为一个区组，用随机分配的方法给予每个班的实验处理方面4、评价优点：考虑了个别差异对实验结果的影响（即区组效应），并可通过统计处理排除这种影响缺点：区组的划分不一定容易进行；划分得到的区组内部的被试差异也可能很大,5、随机化区组单因素设计的基本模式,6、实验组控制组配对被试设计A、基本模式RXO1OMRO2B、数据统计分析相关样本的t统计法C、优点a、对机

29、体变量的控制方面要比完全随机化设计更为严格，特别是被试人数较少时b、统计方法比较简单,多因素实验设计（析因设计）,1、多因素实验设计（析因设计）是指在同一个实验里可以同时观测两个或两个以上自变量对一个因变量的影响，以及自变量与自变量交互作用效果的实验设计一般用表示因素之间的相互结合关系，每个数字表示一个因素，数字取值表示该因素的水平数，如232是三因素设计，第一个因素为2个水平，第二因素为3个水平，第三个因素为2个水平。如本实验采用3（项目难度：难、中、易）2（时间压力：有、无）两因素被试内设计。2、多因素实验设计的优点：可考察各个自变量对同一因变量的主要影响效应（主效应）可考察各个自变量交互

30、作用对因变量的主要影响效应（交互作用）可考察一个自变量的各个水平在另一个因素的某个水平上的效应（简单效应）,3、完全随机化多因素实验设计（随机析因设计）,22完全随机化多因素设计模式,32完全随机化多因素设计模式,A、基本模式,B、数据的统计分析,独立样本的多因素方差分析,4、随机化区组多因素实验设计A、什么是随机化区组多因素实验设计在析因设计中，还可以用一个组的被试去接受设计中每一种因素各个水平组合成的全部处理，观测得到每个被试的全部反应分数就是一个区组，至于哪个被试先接受哪一种实验处理，则须用随机分配的方法来决定B、基本模式（23随机化区组多因素设计）,C、数据的统计分析随机化区组多因素方

31、差分析（重复测量的方差分析）D、优点a、所需的被试人数少，是完全随机化多因素设计中的一组b、减少了个体差异,5、分区重复测量的多因素实验设计在析因实验设计中，对被试的分配，有时采用随机分配与重复测量相结合的方法，即对一种或几种自变量用随机分配法，而对其它自变量则用重复测量法，这种综合分配的多因素实验设计被称为分区重复测量多因素实验设计（多因素混合设计）A、基本模式（32多因素混合设计）,B、数据的统计分析采用重复测量的方差分析,二、准实验设计（Quasi-ExperimentalDesigns）,1、单组准实验设计2、多组准实验设计,单组准实验设计,1、时间系列设计A、设计模式：O1O2O3O

32、4XO5O6O7O8B、引入实验变量X后，时间系列设计的某些可能的结果模型,2、相等时间样本设计A、设计模式X1O1X0O2X1O3X0O4B、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X1O1O3X0O2O4C、评价优点：能较好控制“历史”因素对内部效度的影响。所以该设计被广泛应用于研究不同条件下学生学习的效应。缺点：在控制影响外部效度的因素方面不够理想：测验的反作用、实验安排的反作用、选择偏差与实验变量的交互作用重复实验处理的干扰均可能影响相等时间样本设计下的研究的外部效度。,多组准实验设计,1、不相等实验组控制组前测后测设计A、基本模式O1XO2O3X

33、O4B、主要缺点选择与其他因素的交互作用可能会降低该设计的效度2、不相等实验组控制组前测后测时间系列设计A、基本模式O1O2O3O4XO5O6O7O8O9O10O11O12O13O14O15O16B、评价影响内部效度的因素基本上得到控制测验的反作用、选择偏差等因素是实验处理X的交互作用可能会影响该设计的外部效度,3、平衡对抗设计（轮组设计、拉丁方设计）A、定义a、平衡对抗设计（CounterbalancedDesigns）实验中由于前一个实验处理影响后一个实验处理的效果，采用此设计可对实验处理顺序进行控制，使实验条件均衡，抵消由于实验处理先后顺序的影响而产生的系统性误差。b、轮组设计（Switch-OverDesigns）在实验中，由于学习的首因效应和近因效应的存在，因而在实验方法上，使实验内容的先后次序轮换，使情景条件和先后顺序对各个实验组机会均等，从而排除这两种效应的影响。,c、拉丁方设计（Latin-SguareDesigns）数学家欧拉发明的一种“数字拼图”，即每一数字（或字母）在每一横行和纵列只出现一次，不许重复，如此安排实验处理顺序被称为拉丁方设计。,44拉丁方的4个标准方ABCD