体育科学研究方法——第四章 第四节实验法(讲稿)

第四节实验法（讲稿）一、实验法的概念和特点实验法有别于观察法、调查法等研究方法，就在于实验法不仅是一种获得资料的方法，而且它是通过人为地创设一定的情境和有意图地控制和操作某些变量，从而发现和揭示有关变量之间因果关系的一种研究方法。

就一般意义而言，任何一种研究方法都可以说是获得资料的方法。

但是，在现实世界中，人们所观察到的事物是以自然状态呈现在我们面前的。

因此，从研究的立场出发，探询导致或影响该状态的主要原因时，如果仅仅凭借不能对研究对象进行干涉和难以控制无关因素干扰的观察法、调查法时就远远不能满足研究的需要。

为了主动地对所研究的对象及某些因素予以适当的控制，以便能更加准确的把握事物间的因果关系，就需我们要采用实验法进行研究。

由此也可以看出，实验法最重要的特点在于对所要研究对象在条件方面加以适当的控制，排除自然状态下无关因素的干扰，突出所要研究和印证的因素，从而，相对准确地判断出研究者试图确认的事物之间的某种关系。

由于实验法可以人为地控制有关条件，使得它具有以下特点：第一，实验法可以使研究者观察到在自然条件下难以观察到的现象。

第二，实验法可以重复进行验证。

实验是人为地对环境条件的控制，因此实验过程相对可以再现和重复进行。

第三，实验法可以把某些特定的要素分离出来，从而比较容易观察它的效果。

第四，由于实验是可控的，因此它比较便于测量，从而使研究结果相对精确并且易于进行横向比较。

二、实验设计实验工作必须预先进行周密的设计，以保证实验结果的有效性和客观性。

为此，应该了解和注意以下几个方面的问题：㈠实验设计原理实验设计的目标，是通过施加处理因素（Ｔ）来得到它所影响的实验效应（ｅ），即Ｔ→ｅ但Ｔ是不可能单独影响ｅ的。

例如，某教学方法为Ｔ，被试的状况、环境等各种非处理因素（Ｓ）的影响，必然与处理因素的实验效应ｅ交织在一起，于是可以用下式来表达：Ｔ＋Ｓ→ｅ＋ｗ也就是说，在Ｔ与Ｓ共同作用下，实验效应ｅ和产生的误差（ｗ）是混在一起的。

进行实验设计的主要任务就在于如何能把Ｔ作用下产生的效果ｅ单独显示出来，从而得到Ｔ的真正效应，而不是混有非处理因素的干扰效应（ｅ＋ｗ）。

如果设立空白对照，并且使实验组与对照组中的Ｓ均衡一致，也就是使Ｓ相互抵消，则实验组的实验效应ｅ就可以显露出来。

用公式表示如下：Ｔ＋Ｓ→ｅ＋ｗ‖‖０＋Ｓ→０＋ｗ例如，实验组采用教学方式Ａ，对照组采用教学方式Ｂ，结果实验组的成绩平均提高20个测量单位，而对照组的成绩平均提高5 个测量单位，两组相差15个测量单位。

如果ｗ1 ＝ｗ2 ，由于ｗ2 是5 个测量单位，则ｗ1 也应该是5 个测量单位，则它们的关系为：ｅ（15）＋ｗ1 （5 ）＝20—）０＋ｗ2（5 ）＝5────────────────────15从设计看，实验组多提高15个测量单位，应该是教学方式Ａ的效应。

当然，这是一个直观的分析，还应进行假设检验。

如果对照不是空白对照，而是相互对照，即两组各有一个处理因素，且Ｓ均衡时，则Ｔ1 ＋Ｓ→ｅ1＋ｗ‖‖Ｔ2 ＋Ｓ→ｅ2＋ｗ其结果仍然是使两个组中的Ｓ和ｗ相互抵消，从而使两个实验组的实验效应ｅ1 和ｅ2 显露出来，并可对ｅ1 和ｅ2 进行差异的比较。

㈡实验的基本要素实验由处理因素（即自变量）、实验对象（被试）、实验效应（因变量）三个基本要素构成。

实验的目的就是为了找出或确定自变量与因变量二者之间的因果关系。

在进行实验设计时应注意以下几个问题：⒈处理因素（自变量）的性质及数目处理因素是依据实验目的由实验者经过选择，可以控制并施加于实验对象（被试）的刺激因素。

在体育科学研究中，处理因素的性质依据实验目的，可以是物理的（如运动强度、运动条件、电刺激等），也可以是社会的或是教育的（如教师行为、学生特征或数量的构成等）。

每次只观察一个因素效应的实验，称为单因素设计。

其优点是：目标明确，简单易行，条件好控制，结果一目了然。

缺点是：如果有多种因素有待实验的话，这种设计每次解决的问题少，研究进度慢，对照方面浪费。

不过，有时因素虽然只有一个，但是可以有若干“水平”（施加因素强度和数量上的不同，称为“水平”的不同，或称“等级”不同），使得同一因素在“量”上表现为不同程度。

在一次实验中同时观察多种因素的效应，称之为多因素设计。

这种实验应采用随机区组、析因或拉丁方等设计。

在多因素设计中也可以考虑各因素不同水平的设计方案。

在考虑和确定处理因素时应当注意以下几点：⑴尽可能使处理因素单纯化，以排除非处理因素对实验干扰的可能性。

⑵整个实验处理过程中，处理因素的性质、强度、施加方式必须标准化，应该始终保持不变。

⒉实验对象（被试）⑴选择被试时需要考虑的条件：除种族、地域、性别、年龄等一般条件外，尚需考虑爱好、生活习惯、居住条件、经济状况、家庭情况和心理状态的一致性或近似性等。

⑵被试例数：根据研究课题的需要、指标的性质、误差的大小，以及被试对处理因素反映的的强弱等因素来确定被试的数目。

一般30例以下为小样本，30－100 例为大样本。

３实验效应（因变量）实验效应是通过具体的指标观察和检测出来的。

⑴指标的性质：凡以“是”或“否”，“完成”或“未完成”反映例数的指标都属于计数指标；凡以度量衡所测得的指标都属于计量指标（如身高、体重、和跑、跳、投的成绩等）。

⑵指标应具备以下条件：①指标的有效性。

选择的指标必须与研究课题有特异性的联系，这是指标应该具备的首要条件。

可以通过查阅文献或理论推导确定指标的有效性。

②指标的客观性。

指标分客观指标和主观指标。

客观指标是通过测量表示的结果，是用测量仪器实际观测到的客观存在的数据。

主观指标是指被试叙述本人的主观感觉或实验操作者的主观判断。

在实验设计时要尽可能选用能够客观记录和观测的指标。

③除此之外还有指标的精确性和指标的灵敏性。

在实验设计时都应给予充分的考虑。

㈢实验误差及误差的控制从实验设计到实验结束的过程中，往往会由于各种原因而出现影响或干扰实验结果的误差。

⒈在实验设计阶段容易造成误差的主要原因是：⑴由生物原因引起的误差。

如种族差异、地区差异、生理状态差异、健康状态差异等。

即便是同年龄、同性别、同地区的个体在血压数值方面也会存在差异。

⑵由条件引起的误差。

实验组与对照组在实验前所处的物理、营养等外部条件不一致而出现的误差。

⑶由分组引起的误差。

比如进行实验分组时，实验组与对照组的个体不是按随机取样的原则操作而出现的误差。

⒉在实验实施阶段容易造成误差的主要原因有：⑴由转移引起的误差。

即前一种学习或训练，对后一种学习或训练所产生的影响。

比如，采用Ａ、Ｂ两种不同的教学组织方式对甲、乙两个学校的同一年级的学生进行教学实验，通过实验以确认它们对形成动作技能效果的差异。

有时，尽管在实验后，其实验结果证明Ａ方式比Ｂ方式的效果好，但是如果在实验之前，采用Ａ（或Ｂ）实验方式的学生，由于受到某种方式训练的影响，即该方式对实验结果产生的正或负的迁移时，我们就会对该实验的结论，即“Ａ方式比Ｂ方式的效果好”产生怀疑。

⑵由不同水平的操作者引起的的误差。

比如实验组和对照组的被试以及实验的外部条件尽管均衡，但是由于实验执行者在操作时处于显著的不同水平，也会导致操作过程中出现误差。

对上述各种原因所可能产生的误差，应在实验设计时充分考虑得力的措施加以有效的控制。

㈣实验设计的原则为了尽量避免和减少误差，进行实验设计时应遵循以下原则：⒈对照原则⑴对照的意义。

通过对照可以排除自然变化和非处理因素对观察结果的影响。

由于教学和训练的实践中，学习效果或训练效果并非完全是由教学和训练的影响所决定的，比如生长发育、营养、睡眠、疾病以及课外活动等因素也会对其产生一定的影响作用。

因此，只有利用对照，才能够充分澄清观察结果到底是属于处理因素的作用，还是其它原因的作用。

⑵对照的要求。

组间要均衡一致。

为使组间具有“可比性”，要力求组间除处理因素外，其余各种条件都要一致。

也就是说，被试、操作者、实验条件、实验时间等都应尽可能一致。

比如，在采取自身前后对照时，被观察的指标以及被试对象不应随时间的推移而变化，当难以判断实验结果是由时间推移所致，还是由实验处理因素所致时，就不要采用自身前后对照。

另外，应尽可能消除不同组间心理差别的影响。

如采用双盲法，即不使被试和操作者了解实验设计者的意图。

⑶几种常见的对照形式①无处理对照。

即不给对照组任何一般或特殊处理来进行观察。

②不同方法的对照。

即对照组所采用的处理因素的性质、程度或形式与实验组不同。

③自身对照。

即将自身的施加因素处理后的数据与其处理前的数据进行对照。

⒉随机化原则随机化就是从抽取样本到实验分组以及实验过程中的操作顺序都具有随机性。

随机化是为了总体中每个单位都具有同等的被抽取的机会，进而使样本对总体有较好的代表性，避免人为造成各组之间实验对象的非均衡性。

同时，在对实验结果进行数理统计时，所采用的各种统计方法也都是建立在随机化基础上的。

随机化的方法有多种，如抽签、摸球、随机数字表等方法。

在实验中广泛使用随机数字表进行随机化。

随机数字表的各个数字之间相互独立，毫无关系。

常用的随机化方法有完全随机设计的随机化方法和配对设计的设计方法。

⑴完全随机设计的随机化方法。

如果试图将10个被试，随机分配到甲、乙两个组时，我们可先将被试按体重或身高，或按其他与实验有关的指标，以一定的顺序编为1 ～10号。

然后在闭目的情况下，用铅笔尖在随机数字表上随机地选择随机数字的起点（注：任何一本统计学书后都附有随机数字表）。

假如我们这次随机选择的起点是随机数字表的第40行第11列，那么，将其随机数字自左向右依次读取10个随机数字，并将这10个随机数字记在相应编号的被试下面，最后把随机数字为单数的被试分入甲组，把随机数字为双数的被试分入乙组，即被试号码：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10随机数字：26 78 63 06 55 13 08 27 01 50所属组别：乙乙甲乙甲甲乙甲甲乙也就是说，被分配到甲组的被试为3、5、6、8、9 号；被分配到乙组的被试为1、2、4、7、10号。

若两组被试不相等时，可再次使用随机数字表，从人数较多的一组中随机抽取多余的被试, 分配到被试较少的一组中去。

直到两组被试相等为止。

⑵配对设计的随机化方法。

在体育科学研究中，往往以人和实验动物为被试。

由于人和实验动物的个体差异较为明显，在分组时难以使两组的非处理因素相同。

为了减少误差，我们可以将相关条件近似的两个被试配成对子，把配成对子的被试随机分配到两个组。

例如，我们试图将5 对被试随机分为甲、乙两个组。

首先将5 对被试分别编号为：甲1 、乙1 ，甲2 、乙2 ，甲3 、乙3 ，甲4 、乙4 ，甲5 、乙5 。

然后采用随机数表进行随机抽样。

假如，我们这次随机选择的起点是随机数字表的第35行第1 列随机数字，那么，从起点开始自左向右依次读取 5 个随机数字，并将它们记在相应编号的被试对子下面，若随机数字为单数，则将相应对子的被试甲分入一组；若随机数字为双数，则将对子中的被试乙分入一组。