第三章-心理学实验设计

第三章心理学实验设计第一节概述第二节实验设计类型第三节实验设计评价一、实验设计的概念指研究者针对需要验证的实验假设，为有计划的搜集观察资料而预先建立和依据的设计模式。实验设计是进行科学实验前做的具体计划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。第一节概述二、实验设计的内容①刺激变量(或刺激变项)的确定及其呈现的方式；②反应变量(或反应变项)的指标及其测量方法；③对一切有关变量(或变项)的控制措施；④确定被试总体及被试样本人数和选择被试的方法；⑤拟定主试在实验开始前对被试者要说的指导语；⑥规定实验次数；⑦安排实验程序；⑧规定使用仪器的型号；⑨规定处理实验数据的方法。三、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：①真实验设计②准实验设计③非实验设计根据实验中要操纵变量的多少：①单因素实验设计②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：①被试内设计②被试间设计③混合设计实验设计模式一、从被试接受实验处理的情况分（一）被试内设计1.实验前后设计2.定时系列设计3.抵消平衡设计（二）被试间设计1.随机组设计2.配对组设计（三）混合设计二、从实验控制的严密程度分（一）真实验设计1.完全随机化设计（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2.多因素实验设计完全随机析因设计3.随机化区组设计（1）随机化区组单因素设计（2）随机化区组多因素设计（二）准实验设计1.单组准实验设计（1）时间序列设计（2）相等时间样本设计2.多组准实验设计（1）不相等组实验组控制组前测后测设计（2）不相等组实验组控制组前测后测时间序列设计（3）平衡设计（三）非实验设计1.单组后测设计2.单组前测后测设计3.固定组比较设计4.事后回溯设计四、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…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X五、实验设计的基本术语1、因素与水平因素：自变量可以是刺激变量，也可以是被试变量水平：因素的特定值称为“水平”或称为“处理”2、水平结合一个因素的某一水平与另一因素的某一水平的结合，成为一个水平结合，或者一个处理结合例如：噪声强度两个水平：40分贝（A1）、60分贝（A2）;任务难度两个水平：高（B1）、低（B2）包含的实验处理有2×2=43、主效应与交互效应主效应：指的是一个因素的独立效应，即它的不同水平所引起的变异3×22×2×2：噪声强度、任务难度、有无竞争交互效应：反映两个或者多个因素的联合效应。当一个因素如何起作用受到另一个因素影响时，称为两个因素之间存在交互效应；当一个因素如何起作用受到另外两个因素影响时，称为三个因素之间存在交互效应。4、简单效应与简单简单效应A、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。例如：噪声强度两个水平：40分贝（A1）、60分贝（A2）;任务难度两个水平：高（B1）、低（B2）如果两个因素之间存在交互效应，就需要做简单效应分析。在B1（任务难度高）水平上，40分贝（A1）与60分贝（A2）时，测验成绩有没有差异，如果有，称为A在B1水平上有简单效应；同样A在B2水平上是否简单效应；B在A1水平上是否简单效应；B在A2水平上是否简单效应；B、简单简单效应一个因素的水平在另外两个因素的水平结合上的效应例如：噪声强度（A）、有无竞争（B）、任务难度（C）之间存在交互作用。可以检验简单简单效应：在C1B1水平的结合上，A1与A2之间的任务成绩有无差异，如果有差异，说明存在简单简单效应。同样：5、处理效应指的是，总变异中由自变量所引起的那部分变异。主效应、交互效应、简单效应、简单简单效应，都属于处理效应第二节实验设计一、真实验设计二、准实验设计三、非实验设计（一）完全随机化设计（独立样本设计或被试间设计）（二）随机化区组设计（相关样本设计或被试内设计）（三）多因素实验设计（析因设计）（四）交叉聚合实验设计一、真实验设计的类型每个被试只接受一种自变量水平或者多个自变量水平结合中的一种实验处理，不同被试接受不同的自变量水平或者多个自变量水平结合中的不同实验处理，所以称为被试间设计；被试随机取样，随机安排到不同的实验处理，称为完全随机化设计各个实验处理组的被试之间没有关系，称为独立样本设计（一）完全随机化设计（独立样本设计或被试间设计）1.实验组控制组后测设计（1）设计模式R1XO1R2O2该设计模式表示：RXO例如：探讨观看暴力电视节目是否导致攻击行为的增加（2）数据的统计检验A、独立样本平均数的t-检验：？O1＝O2B、曼-惠特尼（Mann-Whitney）U-检验或中位数检验（非参数检验）（3）实验组控制组多组后测设计例如：考察噪音对记忆成绩的影响数据的统计检验：单因素方差分析，事后多重比较实例：印象形成的首因效应随机选取并分配被试进入两组，呈现一组描述个人的形容词自变量：肯定和否定形容词的呈现顺序（先肯定后否定、先否定后肯定）因变量：被试对个体的描述结果：先肯定后否定的被试组对人产生积极肯定的印象；先否定后肯定的被试组对人产生消极否定的印象；2.实验组控制组前测后测设计（1）设计模式RO1XO2RO3O4例：腹式呼吸对皮肤温度影响的初步探讨选择右手中指、丹田和右脚脚踝为温度探测点，探讨了腹式呼吸对皮肤温度的影响。30名被试，随机分为两组：对照组和腹式呼吸组基线温度值、腹式呼吸期间温度值（2）数据的统计A、增值分数比较：△a＝O2-O1△b＝O4-O3?△a＝△bB、协方差分析：以前测分数为协变量，对实验实施前的被试的组间差异进行统计控制和调整，以使得两组的后测成绩具有可比性，排除前测成绩的影响（优先选择的统计方案）C、曼-惠特尼（Mann-Whitney）U-检验或中位数检验（非参数检验）不可以使用；先考察（O1、O3）没有显著性差异，然后对后测分数（O2、O4）t检验。a、不符合设计所遵循的统计原理b、两次统计决策增加了Ⅰ型错误概率（3）评价优点：同实验组控制组后测设计缺点：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，但可能影响后测的敏感性、疲劳效应、熟悉效应。3.所罗门四组设计（重迭实验设计）(1)设计模式R1O1XO2（实验组Ⅰ）R2O3O4（控制组Ⅰ）R3XO5（实验组Ⅱ）R4O6（控制组Ⅱ）(2)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。相当于2（有无前测）×2（有无实验处理）设计R1O1XO2（实验组Ⅰ）R2O3O4（控制组Ⅰ）R3XO5（实验组Ⅱ）R4O6（控制组Ⅱ）无实验处理有实验处理有前测O4O2无前测O6O5(3)数据的统计分析A、如果忽略前测的影响，以及前测和实验处理的交互作用，则可以采用单因素方差分析，对四个组的后测平均数（O2、O4、O5、O6）进行比较和检验。B、如果不能确信前测效应是否可以忽略，则把前测成绩作为协变量，采用协方差分析，来比较O2、O4。采用t检验来比较O5、O6。如果O2、O4比较的结果与O5、O6比较的结果不一致，则应该考虑前测与实验处理的交互效应。C、分析前测和实验处理的交互作用，则采用2×2方差分析。例：有无实验处理效应？有无前测效应？统计方法？例：有无实验处理效应？有无前测效应？统计方法？（4）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缺点，是研究心理和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。（二）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区组实验处理区组平均X1X2X3X4优良O11O12O13O14O1中等O21O22O23O24O2较差O31O32O33O34O3处理平均O.1O.2O.3O.4O..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（三）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2×3×2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）RXa1Xb1O1RXa1Xb2O2RXa2Xb1O3RXa2Xb2O4XbXaXa1Xa2Xb1O11O12O1:….O1kO31O32O2:….O3kOb1Xb2O21O22O3:….O2kO41O42O4:….O4kOb2Oa1Oa2RXa1Xb1O1RXa1Xb2O2RXa2Xb1O3RXa2Xb2O4RXa3Xb1O5RXa3Xb2O6XbXaXa1Xa2Xa3Xb1O11O12O1:….O1kO31O32O3:….O3kO51O52O5:….O5kOb1Xb2O21O22O2:….O2kO41O42O4:….O4kO61O62O6:….O6kOb2Oa1Oa2Oa32×2完全随机化多因素设计模式3×2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（2×3随机化区组多因素设计）区组实验处理组合Xa1Xa1Xa1Xa2Xa2Xa2Xb1Xb2Xb3Xb1Xb2Xb31O111O112O113O121O122O1232O211O212O213O221O222O223…………………nOn11On12On13On21On22On2