实验设计-单因素实验心理学

1、.,试验设计,心理学教研室 雷玉菊,.,实验设计的概念,实验设计乃是进行科学实验前做的具体计划。它主要是控制实验条件和安排实验程序的计划。它的目的在于找出实验条件和实验结果之间的关系，做出正确的结论，来检验解决问题的假设。,.,实验设计的内容,刺激变量(或刺激变项)的确定及其呈现的方式； 反应变量(或反应变项)的指标及其测量方法； 对一切有关变量(或变项)的控制措施； 确定被试总体及被试样本人数和选择被试的方法； 拟定主试在实验开始前对被试者要说的指示语； 规定实验次数； 安排实验程序； 规定使用仪器的型号； 规定处理实验数据的方法。,.,实验设计的基本类型,从对实验控制条件的严密程度的不同：

2、 真实验设计 准实验设计 非实验设计 根据实验中要操纵变量的多少： 单因素实验设计 多因素实验设计 根据在各种自变量及各种处理水平中是否用相同被试： 被试内设计 被试间设计 混合设计,.,实验设计的基本类型,被试内设计 被试间设计 混合设计,.,一、被试内设计,也叫单组实验设计（within-subjects design)，是每个被试须接受自变量的所有情况的处理。 基本原理：每个被试参与所有的实验处理，然后比较系统被试在不同处理下的行为变化。 在实验研究中，如果实验者主要想研究每一个被试对实验处理所引起的行为上的变化，可考虑采用被试内设计。,.,被试内设计类型,单组后测设计 单组前测后测设计

3、 定时系列设计 相等时间样本设计 抵消实验条件的设计,.,（一）单组后测设计,只设一个实验组，给予实验处理，得到一个后测成绩，把后测结果归结于试验处理 X O 例如：某单位新领导上任，进行了一些改革措施，在之后，取得了一些成绩，于是把这些成绩归结于自己的改革措施得力 数学课外辅导讲座对学生数学学习成绩的影响,.,缺点：,无前测或对照组，只是叙述后测结果，没有比较的依据 没有对机体变量、自变量及额外变量进行控制，结果不可靠 无法排除历史、选择及成熟等无效源的作用是一种非试验设计,.,（二）单组前测后测设计,指在实验条件处理前对被试进行观测的结果与实验条件处理所做的同样观测结果加以对比的设计。即，

4、这种设计类型是实验（处理）前后的比较设计。 O1 X O2 O1表示实验处理前对被试者观测所得值 O2表示实验处理后对被试者观测所得值 X表示实验条件处理,.,单组前测后测设计举例,目的：第一次参加射击运动的人在接受打靶训练前后打靶成绩的变化。 方法：选择8名从来没有参加过射击运动的被试，在他们进行打靶练习前，先进行一次打靶测验，记录下他们的打靶成绩（前测成绩）。然后对他们进行为期1周的打靶训练，每天2小时。训练结束后，再次对他们的进行打靶测验，记录下他们的成绩（后测成绩）。将前后两次成绩进行比较，就可以看出1周的训练是否有效果。,.,8名被试：,前测成绩,训练,后测成绩,有区别吗？ 如何检验

5、？,用配对T检验,.,配对T检验：P=0.000295,.,单组前测后测设计评价,优点： （1）能较明显地检测初实验处理的效果如何 （2）对被试的需要量较少，一组被试当两组被试用，无须设控制组，不但提高效率，被试变量也得到较好控制 缺点： （1）前后两次观测之间存在时间间隔，会带来外来影响 （2）易产生顺序误差，疲劳误差，随机误差等,.,解决的办法：,为减少一次测量的随机误差，可增加前测与后测的次数-如：定时系列设计 为减少成熟、历史等原因带来的误差，可增加控制组-如：固定组比较设计（组间设计）,.,（三）定时系列设计 （时间序列设计）,指实验处理前对一组被试作一系列的定时重复观测，然后实施实

6、验处理。在对被试作一系列的定时重复观测，分析自变量（实验处理）对因变量的关系。,.,定时系列设计模式,系列前测,实验处理,系列后测,.,定时系列设计举例,目的：第一次参加射击运动的人在接受打靶训练前后打靶成绩的变化 方法：选择8名从来没有参加过射击运动的被试，在他们进行打靶练习前，先进行3次打靶测验，记录下他们的打靶成绩（前测成绩）。然后对他们进行为期1周的打靶训练，每天2小时。训练结束后，再次对他们的进行3次打靶测验，记录下他们的成绩（后测成绩）。将前后的成绩进行比较，就可以看出1周的训练是否有效果。,.,.,射击训练效果检测方式的改进，增加前测后测次数,如何检验？,前后测量分别平均作组间T

7、检验,.,定时系列设计评价,优点：除具有前后设计的优点，还具有 降低由于一次观测而得到被试不正常行为的几率 提供测量过程中的信息，获得发展趋势 缺点： 由于更多次的观测，势必延长实验时间，从而会有更多的外来影响 也正是更多次的观测，更易引起顺序误差，更易导致练习、疲劳、紧张或厌烦等效应,.,（四）相等时间样本设计,与实验组与对照组对应，在单组试验中设立等价的两个时间样本，分别给予和不给予试验处理 X1O1 X0O2 X1O3 X0O4,.,第一次测量 第二次测量 X1 O1 O3 X0 O2 O4 确定试验处理与控制条件的不同效应 对两轮测量的时间效应进行分析 对测量顺序与处理效应之间的交互作

8、用进行分析,.,第一次测量,第二次测量,X0,X1,O1,O2,O3,O4,.,优点：相等时间样本设计在控制影响内部效度的因素方面是完全有效的。 它能较好控制“历史”作用的影响； 其他影响内部效度的因素也同时被较好地控制。 缺点：相等时间样本设计在控制影响外部效度的因素方面并不理想,.,设计一个试验,人们解决两个不同问题的思维特点分析: 例子：分马问题和肿瘤治疗问题 如何安排人们解决这两个问题的顺序？,.,分马问题,如下图所示，栏内有九匹马，请画出两个正方形将每一匹马分隔开。,.,假如你是个医生，面临一个胃部患恶性肿瘤的病人，这个病人不能动手术，但如果不摧毁肿瘤，病人会死掉。有一种射线可用来摧

9、毁肿瘤，但如果用高强度射线幅射肿瘤，肿瘤虽会被摧毁，但这种高强度射线也会使肿瘤通道上的健康组织受到损伤。强度较低的射线对健康组织无害，但也不会摧毁肿瘤，用什么方式能使射线摧毁肿瘤同时又避免伤害健康组织呢?,肿瘤问题,.,（五）抵消实验条件的设计,指抵消实验过程中无关变量的一种设计 前面讲到，有些无关变量在某些实验情况下既不能被消除，又不能保持恒定。 例如，单组实验往往由于前一处理影响后一处理的效果，产生顺序误差。为了抵消顺序误差，最简单的方法就是用ABBA的排列顺序来安排实验顺序,.,抵消实验条件的设计模式,ABBA?,.,抵消实验条件的设计评价,优点： （1）能较好地控制被试变量 （2）能较

10、好地控制顺序误差 （3）时间上比较经济 缺点： （1）反应变量在时间维度（轴）上的关系是线性时才能使用。 （2）对有些实验不适用。如用两种学习方法学习同一实验材料。,.,二、被试间设计,被试间设计是要求每个被试（组）只接受一个自变量的处理，对另一被试者（组）进行另一种处理，故又称独立组设计 包括随机组设计和配对组设计 被试间设计的统计检验独立样本的差异显著性检验,.,被试间设计的类型,固定组设计 随机组设计 配对设计 随机区组设计,.,（一）固定组比较设计,又叫静态组或整体组比较设计，不能随机分组的处理前就已经被确定的实验组和对照组，分别进行试验处理和不受任何处理，进行后测，以确定与试验处理之

11、间的作用。 X O1 O2,.,优点： 控制组可以控制试验的内部效度，与成熟作用 无前测，可以控制测验效应与仪器等的干扰 缺点： 对被试选择缺乏控制，无法获得等组，组间差异无法确定 无法区分选择与成熟的交互作用和选择与处理的交互作用，试验效度下降,.,（二）随机组设计,将被试随机分配在不同的组内接受不同的自变量处理。 随机组设计的基本假设是将被试随机分配到不同的组，若对各组用同一样的课题，在系统的条件下进行测量，其结果就成为系统组，则他们的成绩在统计上应是相等的。,.,优点：,随机化处理有效地避免了某些非实验因素的影响 对照组和实验组间除实验因素不同外，其他条件基本相同，增强了各比较组间的可比

12、性 通过设立对照组，更好地控制非实验因素对实验因素的影响，有利于反映所比较总体间存在的真实差异 满足了统计学假设检验中关于“所处理的资料必须贯彻随机化原则”的要求,.,完全随机化设计,完全随机化设计也称简单随机化设计，是指用随机化方法将被试随机分为几组，然后依实验的目的对各组被试实施不同的处理。 1.随机实验组控制组前测后测设计 2.随机实验组控制组后测设计 3.随机多组后测设计,.,1.随机实验组控制组前测后测设计,随机实验组控制组前测后测设计是指研究者在实验前采用随机分配的方法将被试分为两组，并随机选择一组为实验组；另一组为控制组。实验组接受实验处理，而控制组则不给予实验处理。,.,设计的

13、模式,O1 X O2 O3 O4,.,设计的实例分析,沃坦阿贝、黑尔和洛马克斯关于“通过一系列教学程序和方法的训练，来培养学生根据报纸标题预测所报道内容的能力”的实验。,.,前测,后测,处理组,对照组,.,前测,后测,处理组,对照组,.,前测,后测,处理组,对照组,.,前测,后测,对照组,.,设计的评价,随机实验组控制组前测后测设计基本控制了绝大多数影响内部效度的因素。 这是因为该设计采用随机布置的方法将被试分为两组，从而可以控制选择、被试的中途退出以及选择与成熟的交互 作用等因素对实验结果的干扰。 另外，由于安排了实验组和控制组，在实验过程中，发生在前测到后测这段时间内的事件对实验组控制组的

14、影响基本相同，因而可以控制历史、成熟、测验、仪器使用 等影响内部效度的因素对实验结果的影响。,.,设计的评价,该设计使用了前测验它为检查随机分组是否存在偏差提供了充分的依据但它也带来了不利的一面，即被试由于前测验而获得的经验，可能对后测验产生敏感性，出现测验的反作用效果，导致对实验设计外部效度的影响。,.,2随机实验组控制组后测设计,X O1 O2,.,设计的实例分析,卢仲街等(1981)的研究项目“初中一年级数学自学辅导教学协作实验研究” 。,.,设计的评价,首先，由于采用实验组接受实验处理，控制组不接受实验处理，从而控制了历史和成熟因素对内部效度的影响 另外，由于实验是在同等条件下进行的，

15、因此它控制了选择和被试的中途退出等影响内部效应的因素。同时，由于两组被试没有进行前测验，从而控制了测验与实验处理交互作用对实验外部效度的影响,.,设计的显著性检验,随机实验组控制组后测设计使用的统计分析方法比较简单。 大部分研究者使用T检验对两组后测成绩进行比较研究；,.,3.随机多组后测设计,在心理学的研究中，有时要进行实验处理的方案不只是一个或两个，即有时研究者要进行的实验处理x的个数有3个或3个以上。,.,设计的模式,xl Ol x2 O2 x3 O3,.,随机组设计的优缺点,优点是： （1）用随机分配被试者的方法可控制两组被试者变量的差异，分组方法简单可行 （2）由于对每一被试者只作一

16、次观测，可消除某些实验误差，如消除学习误差的影响 缺点是： （1）分成等组的方法仍欠精密 （2）若两组在不同时期观测，就有可能插入实验以外的偶发事件，影响因变量的观测结果,.,（三）配对组设计,也叫对等组设计、匹配组设计，是随机组设计的一种扩展。目的是使各组的特性更加相同。这种设计可以控制组内变异和组间变异。 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。,.,配对组设计的步骤,第一步：让所以被试做“共同作业”，即接受预备测验，获得作业分数； 相同任务：如打靶；根据打靶成绩进行分组； 类似任务：如问题解决不同种类问题解决；

17、相关任务：如智力测验问题解决。 第二步，根据作业分数形成配对组。,.,配对设计的优缺点,优点：在实验处理之前，就把组间变异缩到最小，并使各组内变异比单独的随机分配更接近相等。因此，这种设计能对被试个别差异给予更多的控制，小型实验用配对设计，其效果比用随机分组的效果更为显著 缺点：实验者因分配被试而大大增加工作量,.,（四）随机区组试验设计,与随机组多组后测试验设计相似，只是把被试随机分为不同区组，每个区组内的被试随机接受自变量不同水平的处理，然后比较后测成绩。,.,随机化区组单因素设计,随机化区组单因素设计与随机多组后测设计是基本相似的，不同的是随机化区组单因素设计要求将被试划分为不同的区组，并且每一区组随机接受所有不同的处理。然后观察实验处理后每个区组对不同处理的反应，并作为后测成绩。,.,被试内和被试间设计比较,被试内设计：也叫单