第三讲 实验设计与数据的统计

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的排列顺序来安排实验顺序。其模 式如下表所示。
1、实验前后设计

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，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
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周的训练是否有 效果。

（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。
美国人英文组
9 9 11 12 12 14 14 15 16 17 33 33 注：表中数据表示概 念学习所须单位数。
要求：比较中 外被试概念形 成速度的差异

（2）.实验组、控制组事前事后测定设计


设计模式 R 实验组 O1 X O2 R 控制组 O3 O4 统计检验方法：t-检验 U 检验 中位数检验 最好的方法是协方差分析。

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。
多因素析因设计的主要效应与交互作用的效应


主效应是指由每个单独因素(自变量)所引起的 因变量的变化。 交互作用的效应是指当一个因素(自变量)对因 变量影响大小因其他因素的水平或安排的不同 而有所不同时，所产生的交互作用影响因变量 的结果。相反，如果某一因素(自变量)对因变 量影响大小，不受其他因素的水平或安排的影 响，我们就说这个因素与其他因素是没有交互 作用的。
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。


区组设计形式 区组 实验处理 X1 X2 X3 X4 1 2 3 4
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。
第三讲 实验设计与数据的统计分析

一. 实验设计及其评价标准 实验设计：就是进行科学实验前的 具体计划。它主要是控制实验条件和安 排实验程序的计划。 从理论上讲，心理学的实验设计是 一门心理学与统计学相结合的实验科学 技术，它隶属与心理学方法论的范畴。



实验设计步骤： 提出假设 拟定验证实验的方法并 进行研究 整理分析资料，并解 释实验结果 实验设计要考虑的问题：自变量的确定 及其呈现方式；反应变量的指标及其测 量方法；无关变量的控制。 举例：

（3）. 随机多组后测设计


设计模式 R X1 O1 R X2 O2 R X3 O3 统计方法：单因素方差分析

（4）.四组设计 设计模式 2×2设计 统计方法2×2的方差分析 举例：

2. 随机区组设计

特点 统计方法：相关样本t-检验法或方差分析
被试 A B C D E F G H
抵消实验条件的设计模式
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。 （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。

缺点：


肿瘤问题

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?
（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。


在因素设计中，每个因素（自变量）又可以包 括几个水平。若两个自变量Xa和Xb各有两个水 平，则可称为 2×2 设计；若自变量 Xa 有两个 水平，Xb有三个水平，则称为2×3设计。 在析因设计中，研究者要操作的实验处理的个 数就是各自变量的水平个数的乘积。例如，在 一项二因素实验设计中，设A因素有p个水平， B因素有q个水平，则研究者就应操作p×q个实 验处理。在确定了实验中所要操作的实验处理 后，就要决定怎样分配被试者了。
定时系列设计举例

代币法对儿童问题行为矫正的作用
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。
相等时间样本设计 循环法设计
真实验设计
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 ①单因素实验设计 ②多因素实验设计 ①被试内设计 ②被试间设计 ③混合设计

根据实验中要操纵变量的多少：


根据在各种自变量及各种处理水平中是否用相同被试：

当一个自变量产生的效果在第二个自变 量的每一水平上不一样时，交互作用就 发生了。在有交互作用的情况下，分别 讨论每一自变量的效应就不够了。因为 一个自变量的效应依赖于另一个自变量 的水平
多因素实验的例子

杨治良等人（1981）的记忆实验


实验目的：了解年龄对再认能力的影响。 自变量：第一个自变量是年龄，他们选取初中生年 龄组和大学生年龄组。第二个自变量是实验材料， 他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。
实验前后设计评价


优点：（1）能较明显地检测出实验处理 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。
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

实验结果如下：


多自变量的实验是效率高、价值高的实 验。在这些实验中，每一种因变量的测 量至少能提供两个变量信息，从而有可 能研究变量之间所有可能发生的交互影 响。 在实验中自变量数目增加时，能发生交 互影响的数目也迅速增加。两个自变量 只有一个交互作用影响的可能。用三个 自变量（自变量A、B、C）就有四种交互 作用影响的可能，如 AB 、 AC 、 BC 、 ABC 四种。
红光 3 6 3 3 2 2 1 3
黄光 3 5 2 4 1 3 1 2
绿光 4 6 3 4 3 3 2 3
蓝光 5 6 3 7 4 4 2 4
3.多因素实验设计



优点：效率高、实验控制较好、实 验结果更有价值 不同的奖赏方式对中学生学习语文、数 学 、外语的影响 （奖赏方式：提前下课、物质奖励） 掌握概念：因素、水平、主效应、交互 作用、简单效应
主要效应与交互作用的效应示例


假定在2×2完全随机化设计中，因素A的 两个水平表示两种不同的教学方法 (Xa1： 自学辅导， Xa2 ：传统教学 ) ，因素 B 的两 个水平表示两种不同效龄的教师Xb1：2年 以下教龄的教师，Xb2：5年以上教龄的教 师)。 为了说明主效应相交互作用的效应，虚 构两种实验结果。