第五讲 真实验(二) 多因素实验设计
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真实验：多因素实验设计
多因素实验设计的优点
• 单因素实验设计 • 只考察一个自变量对因变量的影响 • 忽略了其它因素，以及因素间的交互作用对因变量的影响 • 与实际情况不相符，结果的推论性低
• 多因素实验设计 • 同时探讨多个自变量对因变量的影响 • 能揭示多个变量间的交互作用 • 结果的推论性高
• 内部效度越高，结果越能确定是由实验处 理造成的；外度效度越高，结果可推论的 范围的越大。
• 内部效度和外部效度相互影响
• 保证实验内部效度的前提下，采取适当措 施以提高外部效度。
信度
• 定义：实验结论的可靠性和前后一致性程度。
• 确保有足够的观察量
• 信度验证的方法 • 直接验证：保持原实验方法的情况下重复实验 • 系统验证：在实验中引入原来未加控制的变量 • 概念验证：验证同一个命题，方法有更大的差异
• 充分考虑了被试的不同质 • 探讨稀有现象的有效方法
实验研究的效度和信度
• 效度：实验方法达到实验目的的程度，即实验结果的准确 性和有效性程度。主要包括内部效度和外部效度。
• 内部效度：实验中的自变量和因变量之间因果关系的明确 程度。
• 零结果，自变量的变化没有引起因变量的相应变化： • 一是自变量的操作是否有效 • 二是因变量的测量是否充分 • 三是额外变量是否得到有效控制
被试分配模式
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，12名被试
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，都是被试间变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：100名中学生，随机分配到四个处理水平 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平
• 外部效度：实验结果能够推论到样本的总体中去的程度， 即实验结果的普遍代表性和适用性，生态效度。
• 制约外部效度的因素 • 实验环境的人为性：提高实验情境与现实情境的相似性 • 被试样本缺乏代表性 • 测量工具的局限性：反应指标的选择
• 不同的被试群体，不同的实验或测验材料，不同的实验处 理或变量操作方式，进行系列实验研究
被试分配模式
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，两名被试
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，都是被试内变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：25名中学生，每名被试阅读了所有处理水平结合的
• 效度和信度是紧密联系的 • 效度好的实验结论可重复性也高 • 信度高的实验设法提高其效度
实践练习
典型的两因素实验设计
• 两因素完全随机实验设计 • 两个自变量都是被试间变量
• 两因素被试内实验设计 • 两个自变量都是被试内变量
• 两因素混合实验设计 • 一个自变量是被试内变量，一个是被试间变量
两因素完全随机（被试间）实验设 计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量都是被试间变量 • 被试随机分配给各处理水平结合 • 每个被试只接受一个处理水平结合的处理
数据表
方差分析
方差分析结果
在SPSS中的计算
两因素随机区组实验设计
• 适用条件 研究中有两个自变量，每个自变量有两个
或多个水平 研究中有一个无关变量，且这个无关变量
与自变量之间没有交互作用，研究者希望 分离出这个无关变量的变异
• 被试分配模式
• 平方和分解
SS总变异 = SS处理间+SS处理内= (SSA+SSB+SSAB)+(SS 区组+SS残差)
• 重复测量一个因素的三因素实验设计
重复测量两个因素的三因素实验 设计
三因素被试内设计
各种非重复测量设计的平方和与 自由度
各种被试内实验设计的平方和与 自由度
各种混合实验设计的平方和与自 由度
小样本设计
• 大样本研究适合以正常人为被试进行
• 某些特殊的被试个体较少，难以采用大样本研究，采用小 样本甚至个案研究
计算公式
• 规则性在高频 水平上处理效 应是否显著
• 频率在规则字 水平上的处理 效应是否显著
简单效应分析结果
在SPSS中的计算
• 数据整理
两因素被试内实验设计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量都是被试内变量 • 只有一个实验组 • 每个被试接受所有处Baidu Nhomakorabea水平结合的处理
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，字频是被试间变量，声旁 规则性是被试内变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：50名中学生，随机分成两组，每组25名，一组只阅 读高频字，包括高频-规则字和高频-不规则字，一组只阅 读低频字，包括低频-规则字和低频-不规则字 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平 均反应时）
的交互作用更感兴趣
被试分配模式
• 将被试随机分配到被试间变量的各个水平，使每 个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
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，A因素是被试内变量，B因素是被试 间变量
• 6名被试，随机分配到B因素的三个水平上，每个 水平两名被试，每名被试接受A因素的所有水平
汉字 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平
均反应时）
数据表
方差分析
方差分析结果
在SPSS中的计算
两因素混合实验设计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量一个是被试内变量，另一个是
被试间变量 • 研究者对被试内变量的效应以及两个因素
均反应时）
数据表
方差分析
计算公式
• SSA
方差分析结果
交互作用图
阅读反应时/ms
640 620 600 580 560 540 520 500
规则
高频 低频
不规则
简单效应检验（simple effect test）
• 多因素实验设计中，当交互作用显著时， 考察一个因素在另一个因素的每个水平上 的处理效应，以确定该因素的处理效应在 另一个因素的哪个水平上是显著的
总结（两因素实验设计）
• 两个自变量，每个自变量有两个或两个以上的水平，如 p×q个处理水平
• 两因素完全随机实验设计 • 两个自变量都是被试间变量
• 两因素被试内实验设计 • 两个自变量都是被试内变量
• 两因素混合实验设计 • 一个自变量是被试内变量，一个是被试间变量
三因素实验设计
• 三因素完全随机实验设计
多因素实验设计的优点
• 单因素实验设计 • 只考察一个自变量对因变量的影响 • 忽略了其它因素，以及因素间的交互作用对因变量的影响 • 与实际情况不相符，结果的推论性低
• 多因素实验设计 • 同时探讨多个自变量对因变量的影响 • 能揭示多个变量间的交互作用 • 结果的推论性高
• 内部效度越高，结果越能确定是由实验处 理造成的；外度效度越高，结果可推论的 范围的越大。
• 内部效度和外部效度相互影响
• 保证实验内部效度的前提下，采取适当措 施以提高外部效度。
信度
• 定义：实验结论的可靠性和前后一致性程度。
• 确保有足够的观察量
• 信度验证的方法 • 直接验证：保持原实验方法的情况下重复实验 • 系统验证：在实验中引入原来未加控制的变量 • 概念验证：验证同一个命题，方法有更大的差异
• 充分考虑了被试的不同质 • 探讨稀有现象的有效方法
实验研究的效度和信度
• 效度：实验方法达到实验目的的程度，即实验结果的准确 性和有效性程度。主要包括内部效度和外部效度。
• 内部效度：实验中的自变量和因变量之间因果关系的明确 程度。
• 零结果，自变量的变化没有引起因变量的相应变化： • 一是自变量的操作是否有效 • 二是因变量的测量是否充分 • 三是额外变量是否得到有效控制
被试分配模式
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，12名被试
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，都是被试间变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：100名中学生，随机分配到四个处理水平 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平
• 外部效度：实验结果能够推论到样本的总体中去的程度， 即实验结果的普遍代表性和适用性，生态效度。
• 制约外部效度的因素 • 实验环境的人为性：提高实验情境与现实情境的相似性 • 被试样本缺乏代表性 • 测量工具的局限性：反应指标的选择
• 不同的被试群体，不同的实验或测验材料，不同的实验处 理或变量操作方式，进行系列实验研究
被试分配模式
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，两名被试
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，都是被试内变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：25名中学生，每名被试阅读了所有处理水平结合的
• 效度和信度是紧密联系的 • 效度好的实验结论可重复性也高 • 信度高的实验设法提高其效度
实践练习
典型的两因素实验设计
• 两因素完全随机实验设计 • 两个自变量都是被试间变量
• 两因素被试内实验设计 • 两个自变量都是被试内变量
• 两因素混合实验设计 • 一个自变量是被试内变量，一个是被试间变量
两因素完全随机（被试间）实验设 计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量都是被试间变量 • 被试随机分配给各处理水平结合 • 每个被试只接受一个处理水平结合的处理
数据表
方差分析
方差分析结果
在SPSS中的计算
两因素随机区组实验设计
• 适用条件 研究中有两个自变量，每个自变量有两个
或多个水平 研究中有一个无关变量，且这个无关变量
与自变量之间没有交互作用，研究者希望 分离出这个无关变量的变异
• 被试分配模式
• 平方和分解
SS总变异 = SS处理间+SS处理内= (SSA+SSB+SSAB)+(SS 区组+SS残差)
• 重复测量一个因素的三因素实验设计
重复测量两个因素的三因素实验 设计
三因素被试内设计
各种非重复测量设计的平方和与 自由度
各种被试内实验设计的平方和与 自由度
各种混合实验设计的平方和与自 由度
小样本设计
• 大样本研究适合以正常人为被试进行
• 某些特殊的被试个体较少，难以采用大样本研究，采用小 样本甚至个案研究
计算公式
• 规则性在高频 水平上处理效 应是否显著
• 频率在规则字 水平上的处理 效应是否显著
简单效应分析结果
在SPSS中的计算
• 数据整理
两因素被试内实验设计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量都是被试内变量 • 只有一个实验组 • 每个被试接受所有处Baidu Nhomakorabea水平结合的处理
例子
• 汉字的频率和声旁规则性是否影响读者的阅读速度 • 自变量：2字频（高频、低频）×2声旁规则性（规则、不
规则），四种处理水平的结合，字频是被试间变量，声旁 规则性是被试内变量 • 实验材料：160个汉字，每种处理水平40个汉字 • 被试：50名中学生，随机分成两组，每组25名，一组只阅 读高频字，包括高频-规则字和高频-不规则字，一组只阅 读低频字，包括低频-规则字和低频-不规则字 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平 均反应时）
的交互作用更感兴趣
被试分配模式
• 将被试随机分配到被试间变量的各个水平，使每 个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
• 2A（a1，a2）×3B（b1，b2，b3）的实验设计， 6个处理水平，A因素是被试内变量，B因素是被试 间变量
• 6名被试，随机分配到B因素的三个水平上，每个 水平两名被试，每名被试接受A因素的所有水平
汉字 • 因变量：阅读汉字的反应时（每名被试阅读40个汉字的平
均反应时）
数据表
方差分析
方差分析结果
在SPSS中的计算
两因素混合实验设计
• 基本特点 • 两个自变量，每个自变量有两个或两个以
上的水平，如p×q个处理水平 • 两个自变量一个是被试内变量，另一个是
被试间变量 • 研究者对被试内变量的效应以及两个因素
均反应时）
数据表
方差分析
计算公式
• SSA
方差分析结果
交互作用图
阅读反应时/ms
640 620 600 580 560 540 520 500
规则
高频 低频
不规则
简单效应检验（simple effect test）
• 多因素实验设计中，当交互作用显著时， 考察一个因素在另一个因素的每个水平上 的处理效应，以确定该因素的处理效应在 另一个因素的哪个水平上是显著的
总结（两因素实验设计）
• 两个自变量，每个自变量有两个或两个以上的水平，如 p×q个处理水平
• 两因素完全随机实验设计 • 两个自变量都是被试间变量
• 两因素被试内实验设计 • 两个自变量都是被试内变量
• 两因素混合实验设计 • 一个自变量是被试内变量，一个是被试间变量
三因素实验设计
• 三因素完全随机实验设计