第2章实验设计课件

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1、第二章、 实验设计,主要内容： 实验设计的概念 实验设计的内容 实验设计的基本类型 实验设计的基本类型,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。

2、,实验设计的基本类型,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,（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。 被试内设计可分为三种子类型：1、实验前后设计；2、定时系列设计；3、抵消实验条件的设计。,1、实验前后设计,指在实验条件处理前

3、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，这种设计类型是实验（处理）前后的比较设计。,实验前与实验后设计模式,说明：Y1表示实验处理前对被试者观测所得值 Y2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,实验前后设计举例,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10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

4、训练是否有效果。,实验前后设计评价,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。,2、定时系列设计,指实验处理前对一组被试作一系列的定时重复观测，然后实施实验处理。再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,说明：Y1a、Y1b、Y1c分别表示实验处理前之观测值 Y2a、Y2b、Y2c分别表示实验处理后之观测值 X表示实验条件处理,定时系列设计举例,小学生思维训练的

5、效果的研究,1,2,3,4,5,6,7,实验观测,实验处理,定时系列设计评价,优点：除具有前后设计的优点，还具有（1）降低由于一次观测而得到被试不正常行为的几率；（2）提供测量过程中的信息。 缺点：（1）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；（2）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。,3、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

6、排实验顺序。其模式如下表所示。,抵消实验条件的设计模式,抵消实验条件的设计示例,比较甲乙两种操作方式那种更好。,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。,1、随机组设计,将被试随机分配在不同的组内

7、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。,随机分配方法,同时分配法： 抽签、笔划、报数 次第分配法： 简便、区内随机,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。,2、配对组设计,也叫对等组设计、匹配组设计，是

8、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； 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

9、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。,被试内和被试间设计比较,被试内设计：也叫单组实验设计，是每个被试须接受自变量的所有情况的处理。 被试间设计：被试间设计是要求每个被试者只接受一种实验处理，对另一被试者进行另一种处理，故又称独立组设计。,组内设计的优点 （1）组内设计需要的被试较少。 （2）组内设计方便、有效。 （3）组内设计比组间设计更敏感。 （4）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。 （5）组内设计消除了被试的个别差异对实验的影响,组内设计的缺点 （1）一种实验条件下的操作将会影响另一种实验条件下的

10、操作，也就是实验顺序造成了麻烦。 （2）此方法不能用来研究某些被试特点自变量之间的差异。 （3）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。 （4）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。,组间设计的评价,优点 一种实验条件不会影响另一种。 缺点 分配到各个实验条件下的被试可能在各方面不是等同的。如果是这样，不同实验条件造成的差异也可能是由于被试差异引起的。,（三）混合设计,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

11、内设计安排。,混合设计适用的条件：,1、研究中有两个或两个以上自变量， 每个自变量有两个或多个水平。 2、采用被试间设计的那个自变量一般是被试者变量，即每个被试独特具有的，不可能同时兼备的。如：年龄、性别、智力等。 3、研究者更感兴趣的那个自变量一般都会采用被试内设计。,基本方法： 首先确定研究中的被试内变量和被试间变量，把被试随机分配给被试间变量的各个水平，然后使每组被试接受与被试间变量的某一水平相结合的被试内变量的所有水平。,混合设计举例一,Johnson等（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，

12、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。,比较,被试变量是组间设计（抑郁、非抑郁） 任务类型是组内设计（完成、未完成）。,混合设计举例二,让被试以不同的背诵方式对一系列意义上没有联系的3个英语单词为一组的材科进行加工，背诵的次数也不相同。 背诵方式有4种，产生了4种实验条件： (1)数字条件。(2)机械背诵。 (3)造句背诵。(4)想象背诵。背诵次数分别为1， 2，4，8，10次，每次背诵时间为2秒。,混合设计,背诵方式为组间设计：所有被试分成4组，每组被试只用一种方法背诵。 背诵次数为

13、组内设计：但在每种背诵方式下，背诵次数都有1，2，4，8，10五种每个被试都要按随机安排的顺序轮流进行这五种不同次数的背诵。,实验程序,1、选择被试 2、被试分组 3、安排被试接受哪些实验处理 4、分组实验,A、B、C、D四组,A组：数字条件 B组：机械背诵 C组：造句背诵 D组：想象背诵,A组：数字条件实验,指导语：“你的任务是记忆数字如30、89等等，但这个任务过于容易，于是呈现三个一组的单词map、wood、sand来干扰你对数字的记忆。” 每次背诵完毕，要求被试默写刚背过的数字。 但在整个实验结束时，却在被试未曾料到的情况下立即要求被试把他所见过的单字默写出来，如“地图、木头、纱”等等

14、。 在这种实验条件下，主试有意对被试进行欺骗，让他把主要注意力用于背数字，而只用最少的注意力去观察单字，目的是考察在最少注意时对单字的记忆成绩如何。,在数字条件下，背诵次数为2次的具体程序如下,实验结果,多变量实验技术,一、什么是多因素（多变量）实验设计 多变量实验是指在实验中包含两个或两个以上的自变量的实验设计，即多因素实验设计。,二、多自变量实验的三个优点：,效率高 实验控制较好 实验结果更有价值 在多自变量实验中，研究者可以获得单因素 实验设计中无法考察的一些复杂处理效应。,1、什么是处理效应,在实验的总变异中由自变量引起的变 异称为处理效应。 单元内误差 误差变异 残差,2、几种主要的

15、实验处理效应,（1）主效应 实验中由一个因素的不同水平引起的变异。 （2）交互作用效应 一个自变量对因变量的影响大小因另一个自变量的 水平不同而有所不同时，我们就称这两个因素间产生 了交互作用。 （3）简单效应 一个因素的水平在另一个因素的某个水平上的变 异。,举例：,教学方法和教龄对学生成绩的影响。 A：教学方法 a1：自学辅导 a2：传统教学 B：教龄 b1：两年以下教龄 b2：五年以上教龄,（1）,因变量,自变量,b1 b2,a1 a2,因变量,自变量,b2 b1,a1 a2,b1 b2,a1 a2,a1,a2,b1,b2,杨治良等（1981）的实验,目的：了解年龄对再认能力的影响 第一

16、个自变量是年龄，选取初中生年龄组和大学生年龄组。第二个自变量是实验材料，这里我们选取具体实物图形组和词组两个组。因变量取再认能力d作指标。 这个实验的方法是采用再认法，把被试者识记过的材料和没有识记过的材料混在一起，要求被试者把两种材料区分开来。,三因素完全随机设计举例,研究的问题与实验设计 了解文章的生字密度、文章类型和文章 的句子长度对学生阅读理解的影响。,2、实验数据及计算,ABCS表,方差分析表,拉丁方设计,每个自变量或实验处理都能同等的出现在实验顺序的每个位置的一种设计类型。 要求重复次数和处理次数相等，纵横双向均构成区组，各小区方阵排列，每一处理在每行或每列仅出现一次，是田间试验中随机区组排列的特殊形式。 适用于有两个明显实验误差的实验 （时间顺序、被试者差异）。,拉丁方以表格的形式被概念化，其中行和列代表两个外部变量中的区组，然后将自变量的级别分配到表中各单元中