第二章实验设计与数据统计分析

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1、第二章 实验设计与数据统计分析n一、实验设计的基本问题n二、真实验设计n三、准实验设计和非实验设计概念n实验设计：指研究者针对需要验证的 实验假设，为有计划地搜集资料而预 先建立和依据的设计模式。n心理学的实验设计是心理学与统计学相 结合的实验技术科学（心理测量学也同样是 心理学与统计学相结合的科学）概念n实验设计包括：n形成统计假设n制定实验计划：证明实验假设的思路？ 如何搜集数据？如何分析数据？n阐明检验统计假设所遵循的决策：决策 标准？（探索性研究与验证性研究的决策标 准通常存在差异）n实施计划：按计划搜集资料，并分析资 料n统计决策：对统计假设的真伪作出归纳 性推断操作定义n1、含义：

2、n在研究中，对变量作出明确的定义有两种 方式：一是抽象定义，指对研究变量或指 标本质的概括，以揭示其内涵，并将其与 其他变量或指标区别开来；二是操作定义 ，指用可感知、可度量的事物事件、现象 和方法对变量或指标作出具体的界定、说 明。作出操作定义的过程就是将变量或指 标的抽象陈述转化为具体的操作陈述的过 程。n2、特征n操作定义最大的特征就是它的可观测性，另外还 有n（1）在内容上，用具体的事物来说明变量或概念 ；n（2）在方法上，用经验的方法，即可直接感知、 度量的方法进行定义；n（3）在着重点上，着重于界定变量的外延和操作 过程。3、操作定义设计的原则与方法n科学地设计操作定义，必须遵循对

3、称 性原则和独特性原则。前者指操作定 义必须与其抽象定义相对称，不能过 宽或过窄；后者指操作定义必须使其 具有区别于其他事物、现象的独特特 征。n设计方法：n（1）方法与程序描述法，即通过特定的方 法或操作程序给变量或指标下定义的一种 方法。如“饥饿”可定义为剥夺进食24小时后 个体存在的状态。n（2）动态特征描述法，即通过描述个体或 事物所具有的动态特征给变量下定义的一 种方法，如“聪明”可定义为善于解决问题 、运算灵活、记忆快速。n（3）静态特征描述法，即通过描述客体或 事物所具有的静态特征给变量下定义的一 种方法，如“聪明”可定义为知识渊博、词 汇丰富、运算技能熟练。一、实验设计的基本问

4、题变量 选择与控制n1.变量的选择n心理学实验的目的在于探讨刺激与行为 （反应）之间的关系或说明关系的性质nSR或SOR之间的关系在心理学实 验研究中则以自变量、因变量、额外变量（ 控制变量）、中间变量、调节变量、无关变 量等变量之间的关系来进行描述一、实验设计的基本问题变量 选择与控制n2.实验设计中的控制n（1）实验控制：指对实验条件的限制。n（2）控制的应用n对变量的控制：随机化是实 验研究中的重要控制变量的技术。利 用随机化原则对自变量进行控制包含 两种含义：一是从限定的总体中随机 抽取被试作为实验的样本；二是将抽 取的被试随机分配到相应的实验处理 中去。n从限定总体中随机抽取样本的常

5、用方法有：简单随机抽样 分层随机抽样一、实验设计的基本问题变量选择与控制n使用控制组n逻辑：米尔的第一 原则（如果a在A后面发生，那么A 有可能是a的原因）和第二原则（ 如果a总是跟在A后面发生，并且如 果A不存在，则a也不存在，那么可 以断定A是a发生的原因）一、实验设计的基本问题变量选择与控制n3. 实验误差n实验误差是存在于实验单元内做同样处 理所得到观测数据间的变差的度量。n实验误差的三个主要来源：n来自被试差异的误差（S-类误差 ，G-类误差）n来自实验环境和操作过程的误差 （G-类误差）n重复实验引起的误差（R-类误差 ）n注 S:subjects; G:groups; R:rep

6、lications一、实验设计的基本问题变量选择与控制n3. 实验误差n尽可能减少误差的措施n调整实验中的被试，以减少 其内在的变差效应n在可能的情况下，增加实验 重复的次数，对实验结果进行综合评 价一、实验设计的基本问题实验中的效度n因变量的效度概念回顾：效度即有效 性，当确是自变量而不是其他各种因 素造成了因变量的变化时，我们就说 因变量是有效的。n效度反映的是对因变量的测量是否测 得到的是因变量自身真正代表的属性 。实例在一项研究解题方法（自变量）对解 题能力影响的研究中，若以被试在一定时 间内解答出来的问题的多少为因变量的指 标，当要解答的问题足够多，而且按困难 程度排列时，以解答问题

7、的数目作为因变 量指标是有效的。但是，如果问题很多但 又都非常容易，那么解答问题的数目作为 因变量的指标就不能说是有效的。因为它 可能是由阅读速度和书写速度造成的，而 并不能准确地反映出学生的解题能力。 一、实验设计的基本问题实验中的效度n实验的内部效度：指实验变量（处理 ）能被精确估计的程度。一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n 历史（经历） n历史事件指那些在实验过程中，与实验变量同 时发生，并对实验结果产生影响的特定事件。当出现 这种情况时，研究者往往无法判断实验结果是由处理 （自变量）引起的，还是由特定事件引起的。 n周期比较长的实验容易历史因素的影响。 n例如，

8、在某项教学改革实验中，实验学校在实 验进行期间参与了上级教育主管部门在全地区范围开 展的教学评比活动，这一事件势必会对整个学校的教 学活动带来某种程度的影响，从而影响到我们对教改 实验结果的评估。很多教育实验往往需要较长周期， 所以历史事件对实验结果的影响应该得到关注和考虑 。一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n成熟或自然发展的影响n人们无论是否参与实验，都在不断地成长和变 化。而此类的变化将影响实验结果。在长期实验中， 被试随着年龄的增长，将会变得日益成熟，经验和能 力都会得到提高。参与时间较短的实验，被试也会发 生疲倦、困倦、无聊、饥饿或其它变化，这些变化也 会改变他

9、们在实验中的行为。 n练习效应、学习效应、疲劳效应 一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n选择n选择因素指由于没有用随机取样和随机分配的 方法来选择两组或几组被试，因而在实验处理之前各 被试组在各方面就事先存在着差异。这样，以本来就 存在差异的几个实验组施加实验处理之后再来比较各 个组之间的差异，比较出来的结果就说明不了到底是 本来就具有的差异造成的还是实验处理的不同造成的 ，研究假设就无从证明。 n随机化选择和分配被试的必要性、教育研究中 的自然班的问题一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n测验n指由于实验处理之前所施行的前测量可能积极 地或消极地影响

10、着实验处理后的测量，进而混淆实验 的结果。在有前测的实验中，被试可能会由于在前测 中获得了经验，从而提高了在后测中的答题能力；也 可能会由于前测带来疲劳而影响到后测的成绩（前测 和后测间隔时间很短）。 n前测的作用及可能的影响一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n被试亡失n在一个延续时间较长的研究中，被试的更换、 淘汰或中途退出可能会对实验结果产生显著影响。例 如，在有实验组和控制组的两组实验中，由于控制组 在中途有优秀生转学进来，结果实验组效果很好，这 就可能是由于被试更换造成两组被试不等而造成的， 而不一定就是实验处理的效果。 n周期比较长的实验容易发生一、实验设计的基

11、本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n统计回归n指由于选用在某一特征方面具有极端分 数（最优或最差）的被试，到了实验后期测 验时分数通常会发生自然向群体的平均值靠 拢的趋势（集中趋势）变得不再是最优 或最劣，在重复测量中分数向平均分靠拢。一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n仪器使用n指实验中测试手段、技术和工具的失效或缺乏 一致性。这可能是测试工具发生了变化（如仪器失灵 、问卷涂损等），或者是在实验过程中由于试验者主 观情绪状态发生变化（如变得更严格、疲倦或粗心等 ），或者是评判标准发生了变化（如前后难度不同， 不同班用不同的测验，或者评判者的差异等），这些 情况带来

12、的可能结果是测量和评级的精确性的会受到 严重影响。 一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响内部效度的因素：n上述影响因素的交互作用：其中特别 是选择和成熟的交互作用最为常见n选择与成熟的交互作用是指成熟程度不 同的被试被安排在不同的组中将会影响实验 结果的正确解释。（说明前测在某些研究条 件下的必要性）一、实验设计的基本问题实验中的效度n实验的外部效度：指实验研究的结果 能被概括到实验情景以外的程度。即 实验结果的普遍代表性和适用性。n实验设计的核心在于实验控制，但是， 在人为控制创设的实验情景下得出的规律， 其推论也往往有相当的局限性。 一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响外部效度的因

13、素：n测验的反作用n前测增加或降低被试对实验条件的敏感 性，使得实验结果难以推广。一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响外部效度的因素：n选择偏差与实验变量的交互作用n抽样或分组没有做到真正的随机化，带 来选择偏差（即以非对等组进行比较）。一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响外部效度的因素：n实验安排的反作用n被试在实施处理前了解实验的安排或因 参加实验而受到暗示，被试可能产生霍桑效 应（安慰剂效应）一、实验设计的基本问题实验中的效度n影响外部效度的因素：n重复实验处理的干扰n同一组被试在短期内接受两种或两种以 上的实验处理时，前一实验处理往往会对后 一实验处理产生积极或消极的影响，使被

14、试 产生练习效应或疲劳效应。一、实验设计的基本问题实验中的效度n教材上没有提到的其他影响实验内部效度 或外部效度的重要因素：n实验处理的“传染” n假如实验组与控制组有机会相互沟通，实验组 的被试就可能把一些实验刺激的因素传递给控制组的 被试。例如，某学校在进行一项教师是否进行学习方 法指导对学生成绩影响的实验研究中，实验班和对照 班的学生可能会私下交流学习经验，得到学习方法指 导的实验班学生会把好的学习方法传播给对照班的学 生。这时候我们就说对照班受到了“污染”，已经不是 真正的对照班了。一、实验设计的基本问题实验中的效度n教材上没有提到的其他实验内部效度 和外部效度的重要影响因素：n实验者

15、或实验助理人员的偏向 n皮格马利翁效应（期望效应）：在 美国心理学家罗森塔尔和雅各布森（1968）针 对实验者的期望对被试带来的影响所进行的 一项实验实例分析自变量是被操纵的； 因变量是被观察 的；额外变量（控制变量）是保持恒 定的。指出下列实验中的自变量、因变量和控制 变量。n例一：一汽车制造商想了解为了使后面的 汽车司机能够尽快地知道前面的车子已经 停住，汽车的刹车灯应该多亮？ n例二：训练一只鸽子看见绿光啄键盘，看 见红光不啄键盘，正确啄键盘后，给予谷 子作为强化。 n例三：想知道一个人估计时间的准确性， 设计如下：一只绿色小灯泡和电子记时器 相连，主试按键让灯亮5秒、10秒、30秒、

16、60秒，然后让被试相应复制出按键时间。n例四：语言教师想知道在一个语言教学班 里班容量的大小是否会影响学生学习的积 极性。 二、真实验设计完全随机化设计n完全随机化设计（简单随机化设计） ，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。二、真实验设计完全随机化设计n1.随机实验组控制组前测后测设计(1)设计模式：R O1 X O2R O3 X O4R代表随机化， O代表观测，X代表实 验处理二、真实验设计完全随机化设计n1.随机实验组控制组前测后测设计(2)数据的统计检验： 增值分数比较： aO2-O1 bO4-O3 ? a b两种错误的统计检验方法n错误的检验方法一： ？O2 O1 ？O4 O3 If （O2 O1 and O4 O3 ） Then 自变量对因变量有效应 两种错误的统计检验方法n