第二章 实验设计与数据统计分析讲解
教学课件PPT试验设计及数据分析PPT
1，A事件发生，成功 0，A事件未发生，失败
（二）二项分布的定义及其特点
在n重贝努里试验中，事件 A 可能发生0， 1，2，…，n次，现在我们来求事件 A 恰 好发生k(0≤k≤n)次的概率Pn(k)。事件A在n
次试验中正好发生k次共有 Cnk种情况。由
贝努里试验的独立性可知，A在k次实验中 发生，而在其余n-k次试验中不发生的概率 为
界t值已编制成附表1，即t值表（p219）。
例如，当df=15时，查附表1得两尾概率等于0.05的 临界t值为 =2.131，其意义是：
P(-∞<t<-2.131)= P(2.131<t<+∞) =0.025；
P(-∞<t<-2.131)+ (2.131<t<+∞) =0.05。
由附表1可知，当df一定时，概率P越大，临界t值越 小；概率P越小，临界t值越大。当 概 率 P 一定时，随 着df的增加，临界t值在减小，当df=∞时，临界t值与标 准正态分布的临界u值相等。
二、统计量：均值、方差、标准差、极差 三、表征数据资料集中趋势的统计特征数－平均数
x 算术平均数
众数 中（位）数
四、表征数据资料变异程度的统计特征变异数
极差R 偏差、偏差和 偏差平方和SS、方差S2 标准差S 变异系数CV
统计中常用希腊字母读法
大写 小写 音标 读法 大写 小写 音标 读法
4. F分布（ F distribution）
在一个平均数为μ、方差为σ2的正态总体
中，
随机抽取容量为n1和n2的两个样本，则这两个样本 方差为S12 与S22 之比值定义为统计量 F，即
F＝
S12 S22
第二章 试验设计与统计分析PPT课件
按试验年限、地点分类 一年试验和多年试验 一点试验和多点试验
19
※
园
林
试验条件的代表性
植
物
试验结果的正确性
试 验
的
试验结果的重演性
基
本
要
求
20
试验条件的代表性
试验条件
除试验处理以外的其他一切可能影响试验结果的条件， 包括试验对象、试验的自然环境条件、生产措施及经济 状况等。
试验条件的代表性
7
水平组合※
在同一试验中各因素不同水平组合在一起而构成的 技术措施（或条件）就叫水平组合。
一个试验中所有可能的不同水平组合数是各因素水 平数之积。
举例
因素 品种 修剪方式
表 2-1 品种×修剪试验因素水平
水平 甲、乙、丙 重剪、轻剪
水平数 3 2
8
表 2-2 品种×施肥量×修剪试验因素水平
因素 品种 施肥量（kg/667m2） 修剪方式
16
按因素多少分类
单因素试验
在同一试验中只研究某一个因素的若干水平的效应，而 其他非试验因素则处于相对一致的条件下。
复因素试验
在同一个试验中同时研究两个或两个以上因素效应。
综合试验
各个因素的各水平不构成平衡的水平组合。
17
按试验小区面积大小分类
小区试验
小区面积小于100m2的试验。
大区试验
小区面积大于或等于100m2的试验。
设置方式
在试验地四周设置；在区组四周设置；在小区四周 设置。
58
第四节 常用试验设计
顺序排列的试验设计 随机排列的试验设计
59
顺
序
排
列
对比法设计
实验设计与数据统计分析
控制组与实验组
实验组
实验的对象，接受实验处理
控制组
用于与实验组的对照，不接受实验处理， 但在其他指标上与实验组保持一致
实验组与控制组的差异比较用于验 证实验处理的显著性
实验效度
实验效度是指实验方法能达到实验目的 的程度
实验效度主要包括内部效度和外部效度
实验目的是验证假设，验证自变量和因 变量之间的关系，使实验结果的推论可 用以解释和预测其他同类现象
前测的影响
在一般正常情况下，前后两次测 量的结果会有一定的差异，后测的 分数将比前测的高。这中间包括练 习因素、临场经验、以及对实验目 的的敏感程度，从而提高了后测的 成绩。特别是前后两次测量时间较 近，这一因素的影响就更显著
被试者的选择偏性
在对被试者进行分组时，如果没有 用随机取样和随机分配的方法，在 实验处理之前，他们在各方面并不 相等或有偏性，从而造成实验结果 的混淆，降低了内部效度
用于奖励的语言种类。 语言数量(或频率) 办公室情境、治疗者
社会心理学家做了一个实验，为了发 现当六个人挤在一个电话亭里时是男 人还是女人感到更不舒服
答案 自变量 参与者性别
因变量
不舒服的程度
控制变量 电话亭的大小、挤在电话亭的人数(6)、个体的大小等
实验设计中的控制
控制
对实验条件的限制 心理学实验是对实验环境的操纵(控制)和 对行为变化的观察 控制是心理学实验的灵魂
被试者手执小棒静候。主试者在每次开 始前2秒钟，先发出“预备”口令，主试 者再说“开始”时，被试者才用小棒走 动。在发出“开始”口令的同时，主试 者开动秒表 被试者在走迷津的过程中，凡进入盲巷 一次就算出错一次，主试者记下错误次 数
当被试者的小棒进入迷津终点，主试者 立刻说“到了”，同时停秒表，记录走 一遍迷津所用的时间（秒）。再做下一 次的准备工作 学习遍数因被试者而异，均以连续三次 不出错为学会的标准 若被试者在学习途中感到疲劳，可在某 次走到终点后休息几分钟
第二章 实验设计与数据统计分析(上)PPT课件
■ 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
■ S－R或S－O－R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
22
一、实验设计的基本问题——变量 选择与控制
2.实验设计中的控制
3
第二章 实验设计与数据统计分析
4
心理学实验研究的一般程序 （教材之外的补充）
5
心理学实验研究的一般程序 一．课题选择与文献查阅 二．提出问题与研究假设 三．实验设计与实施 四．数据处理与统计分析 五．研究报告的撰写
6
一、课题选择与文献查阅 ■ 选择研究课题包括确定研究方向和选 择具体研究课题两个方面的内容： 1.研究方向：研究者在一个较长时期内 长期从事的研究活动的工作方向。 2.研究课题：研究所要解决的问题。
7
一、课题选择与文献查阅
■ 研究课题的类型（按研究目的）： ■ 理论性课题——以揭示心理现象本质
及其发展变化规律为主要目的的课题。 ■ 应用性课题——直接为社会实践服务，
以提出解决某种社会实践问题的具体 方案或对策为主要目的的课题。
8
一、课题选择与文献查阅
■ 研究课题的类型（按深度）：
■ 描述性课题——对心理现象的真实情况进行具体 描述的课题，回答“是什么”、“怎么样”的问 题。
20
概念
实验设计包括：
■ 形成统计假设 ■ 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？ ■ 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） ■ 实施计划：按计划搜集资料，并分析资料 ■ 统计决策：对统计假设的真伪作出归纳性推断
实验设计与数据的统计
实验设计是确保实验结果可靠、准确 和有效的关键，它有助于避免实验误 差和偏差，提高实验的效率和科学价 值。
实验设计的基本原则
随机性
确保实验对象被随机分配到不 同的处理组，以消除潜在的偏
差和误差。
对照原则
设置对照组以比较不同处理组 之间的差异，更好地评估实验 处理的效果。
重复原则
进行多次实验以增加结果的可 靠性和稳定性，减少实验误差 。
详细描述
拉丁方设计是一种将受试对象按照拉丁方阵排列的实验设计 方法，能够平衡不完全区组设计中的偏差，减少误差的变异 。这种方法常用于农业、生物和医学等领域中的实验设计。
交叉设计
总结词
交叉设计适用于需要重复测量同一受试对象的实Байду номын сангаас场合，能够有效地控制个体差异和时间因素的影响 。
详细描述
交叉设计是将受试对象按照一定的顺序依次接受不同的处理，然后经过一段时间的“清洗期”后再进 行下一个轮次的实验。这种方法能够有效地控制个体差异和时间因素的影响，提高实验的准确性和可 靠性。
盲法原则
在实验过程中，应尽量减少人 为因素对实验结果的影响，如
采用双盲法等。
实验设计的分类
描述性实验设计
旨在描述和探索现象，不涉及控制变量和比 较组。
随机对照实验设计
通过随机分组将受试者分配到不同的处理组， 并比较处理组之间的差异。
析因实验设计
同时研究多个因素对结果的影响，确定各因 素之间的交互作用。
根据研究目的和变量性质，对数据进 行分组或分类，以便进行更深入的分 析。
数据清洗
对原始数据进行预处理，如缺失值处 理、异常值检测与处理等，以确保数 据质量。
推论性统计
参数估计
实验设计与数据统计分析
第二章实验设计与数据统计分析✶实验设计的基本问题–变量的选择与控制–实验中的效度✶真实验设计–完全随机设计–多因素实验设计–随机化区组设计✶准实验设计和非实验设计一、实验设计的基本问题（一）变量的选择与控制1、变量的选择2、实验设计中的控制–何谓控制？–控制的应用对变量的控制：随机化使用控制组3、实验误差–是存在于实验单元内作同样处理所得观测数据间的变差的度量。
–实验误差的来源：内在变差；环境和操作的不一致；重复实验的误差。
或S;G;R型误差。
（二）实验中的效度何谓实验效度？–一项实验所能揭示的事物本质规律的有效性程度。
自从1966年科贝尔(Campbell)和斯大理(Stanly)提出内在效度(InternaI Validity)和外在效度(ExternalVa1idity)这一概念描述研究效度以来，很多学者对影响效度的因素作过认真的研究，提出很多方面的因素。
1979年库克(Cook)和科柏尔(Campbell)认为这一划分方法不够完整，后又从内在效度中抽出一部分命名为统计结论效度(Statistical Conc1usion Validity)，由外在效度中提出一部分命名为构想效度(Construct Validity)。
1、内部效度及影响因素含义：实验处理被精确估计的程度。
♦影响内部效度的因素–历史：在实验中，与实验变量同时发生，并对实验结果产生影响的特定事件。
–成熟或自然发展的影响：–选择：–测验：–被试的亡失：–统计回归：–仪器的使用：–选择和成熟的交互作用及其他。
2、外部效度及影响因素含义：实验结果能被概括到实验情境条件以外的程度。
♦影响外部效度的因素：–测验的反作用效果–选择偏差和实验变量的交互作用–实验安排的反作用效果–重复实验处理的干扰3、统计结论效度含义：统计方法的适切性所引起的结论有效性程度，它主要反映统计量与总体参数之间的关系。
内在效度是总体参数（真值）与有系统偏差的实验总体参数之间的关系问题，如没有系统误差，两个总体参数之间应该无差异。
食品实验设计与统计分析-2 试验设计基础
试验设计应注意的问题： （1）试验目的是否明确？
（2）试验设计是否合理？ （3）试验管理是否严格？ （4）试验数据是否准确可靠？
二、试验设计的基本概念
1、 试验指标( experimental index )
在试验设计中，根据试验的目的而选定的用来衡量或考 核试验效果的质量特性称为试验指标。
单指标试验与多指标试验 试验指标：定量指标和定性指标两类。
所谓试验干扰，是指那些可能对试验结果产生影响， 但是在试验中未加以考察，也未加以精确控制的条件 因素。
试验设计时必须严格遵循试验设计的3个基本原则— —重复、随机化、局部控制。
四、试验设计的基本原则 1、重复原则
重复是指在试验中每种处理至少进行2次以上。重复试验是估计和 减小随机误差的基本手段。一般地讲，重复次数越多越好。重复 试验的目的是估计和减小随机误差。
例如：如杀菌温度、杀菌时间
单因素试验与多因素试验 试验因素常用大写字母A、B、C、…等表示
二、实验设计的基本概念
3、因素水平(1evel of factor )
在试验中，为考察试验因素对试验指标的影响情况， 要使试验因素处于不同的状态。我们把试验因素所处 的各种状态称为因素水平，简称水平。
如杀菌温度为：85 ℃ 、95 ℃ 、105 ℃等3个水平 确定因素与水平应注意事项 (1)水平宜取三水平为宜 (2)选取水平应按等间隔原则 (3)水平是具体的
二、实验设计的基本概念
4、试验处理(experimental treatment )
试验处理简称处理，在 单因素试验中，试验的 1个水平就是1个处理。 试验处理是指事先设计 好的实施在试验单位上 的一种具体措施。
二、实验设计的基本概念
5、试验单位(experimental unit )
实验心理学第二章心理实验研究设计类型
①设计模式
前测
后测
R O1 X O2
R O3
O4
O1 、O3 表示在实验前对两组被试进行前测验，得到初 始状态的成绩，O2、O4是后测成绩。
（1）随机实验组控制组前测后测设计
② 数据的统计检验：
A：增值分数比较：△a＝O2－O1 ? △a＝△b
△b ＝O4－O3
两组增值分数进行显著性检验的方法：t-检验（参数统计） （常用）；曼-惠特尼U-检验或中位数检验（非参数检验）。
♫若有两种以上的处理，有多少种处理就采用多少个被试 者（组）。
教材（ A 、 B ）对学生成绩的影响。
组间设计：一组用教材A，另一组用教材B ，或者相反。
（一）组间设计
2、实验处理 实验中由主试操纵的自变量构成的实验条件。 实验处理的数目由每个自变量各自水平的乘积所得。
例：呈现速度对命名汉字的影响（组间实验设计） 2×2=4
▲首先对被试进行前测，让所有被试做“共同作业”，即接 收预备测验，获得作业分数；
▲其次，根据作业分数形成配对组。 ③ 优点：在实验处理之前，就把组间变异缩到最小和要求两 组组内变异比单独的随机分配更接近相等。 ④ 缺点：
（3）使用组内实验设计
复习思考
我们要研究句子类型对理解速度的影响，
自变量是什么？ 因变量是什么？ 额外变量是什么？
第二章 实验设计与数据统计分析
第二节 心理实验研究的设计类型
一、真实验设计 （一）组间设计（between-group design） 又称被试间设计、独立组设计、完全随机设计 1.、组间设计的界定 要求每个被试者（组）只接受一个自变量处理，对另外一 个被试者（组）进行另外一种处理的实验设计。 【实验中每个被试只接受一种自变量水平或自变量水 平的结合。】
食品实验设计与数据分析第2章课件(2024版)
2.3 半定量（等级）资料 半定量或等级资料(semi-quantitative or ranked data)是指将观察单位按所考察的性状或指标的等级顺序分组，然后清点各组观察单位的次数而得的资料。这类资料既有次数资料的特点，又有程度或量的不同。如某种果实的褐变程度是视果实变色面积将其分组，然后统计各级别果数。
第二章 统计资料的整理与分析
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1 数理统计中的常用术语
1.1 总体与样本 总体：根据研究目的确定的研究对象的全体称为总体(population)； 个体：总体中的每一个研究单位称为个体(individual)； 样本： 依据一定方法由总体中抽取部分个体所组成的集合称为样本(sample)； 有限总体：含有有限个个体的总体称为有限总体； 无限总体：包含有无限多个个体的总体称为无限总体；
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退 出
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组距确定后， 首先要选定第一组的组中值。在分组时为了避免第一组中观察值过多，一般第一组的组中值以接近或等于资料中的最小值为好。第一组组中值确定后，该组组限即可确定，其余各组的组中值和组限也可相继确定。 注意：最末一组的上限应大于资料中的最大值。
338.0
341.1
347.3
347.2
339.8
344.4
347.2
341.0
341.0
343.3
342.3
339.5
343.0
表2－1 100听罐头样品的净重 g
1、求全距 R 全距是数据资料中的最大值与最小值之差，又称为极差(range)，用R表示。即 R=Max(xi)-Min(xi) xi为观测值 本例 Max=358.2 Min=331.2 R= 358.2 - 331.2 =27.0
实验心理学实验设计与数据统计分析
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多变量(多原因）设计
多因变量试验设计
是指在一个试验中包含两个或两个以上因变量试验 设计。就是含有多个行为指标。
实验心理学实验设计与数据统计分析
第28页
两个自变量（年纪大小和材料性质）对再认能力 影响
实验心理学实验设计与数据统计分析
第29页
被试间设计和被试内设计
被试间设计：是每一个被试只接收一个自变量水平处理，对另
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多原因完全随机设计
不一样照明条件与噪音条件对工作效率影响研究：
照明条件定为明、暗两种水平，噪音条件为大、小两种水平，两种原因组合水平为
4种：明高、明低、暗高、暗低。每种试验处理准备要30人，从某工厂随机选出120名工 人
，随机将他们分为4个组，每组30人，然后每组随机指定接收1种处理，进行处理后各组 被
实验心理学实验设计与数据统计分析
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思索题
指出下面是什么样设计？ 试验目标：考查暴力场面对人记忆影响。 被试：226名University of Washington自愿参加者；随 机分配到以下两组。 组一：看带有暴力场面电影 组二：看非暴力场面电影 看完电影之后，要求两组被试回答25道关于电影中事件问 题。其中一道题非常关键：问被试在银行外面露天停车场 踢球男孩穿足球衫上号码是多少。 因变量是正确回想出男孩运动衫号码人数百分数。 结果：组一，4%；组二，28%。
3、单原因、两原因、多原因……
4、随机、匹配、重复测量、混合、随机区组……
实验心理学实验设计与数据统计分析
第9页
1、变量、原因、水平、处理……？
自变量—试验结果确实是由你设置那个/多个 变量引发
自变量必备条件： （1）自变量本身能改变 （2）自变量能由研究者直接控制操纵 （3）自变量能引发要研究心理现象
实验心理学实验设计与数据统计分析PPT课件
3.实验设计的内容 广义地说，实验设计包括以下几方面： （1）形成统计假设，并为检验假设、搜集和分析 数据制定有效的计划； （2）阐明检验统计假设所遵循的决策； （3）按计划搜集资料； （4）按计划分析资料； （5）对统计假设的真伪作出归纳性推断。
2021
4、分类
（1）依据：实验控制条件严密程度不同，即： ①对内在无效来源和外在无关因素的控制程度； ②能否随机选择和分配被试； ③能否主动操纵实验变量.
真实验设计 准实验设计
非实验设计
2021
（2）依据：每个实验都需要回答三个问题 ①实验采用多少自变量？ ②各自变量内又采用多少处理水平？
③在各自变量和各处理水平中用相同的被试者，还 是用不同的被试者？
根据这三个条件的组合，就可构成许多不同类型的 实验设计。
被试内设计 被试间设计
混合设计
➢这三种设计为实验中的“三大动态因素”（不可并存）
2021
（7）仪器使用 （8）选择和成熟的交互作用及其他
2021
2、影响外部效度的因素
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。 （1）测验的反作用 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。 （2） 选择偏差与实验变量的交互作用 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）。 （3） 实验安排的反作用
2021
②保障被试退出的自由（这一原则规定，研究者必须 尊重被试的自由，允许被试在任何时候放弃或退出实 验，被试应当被告知自己有权利随时选择放弃实 验。）；
③保护被试免遭伤害（这一原则要求研究者在实验进 行中和完成后，都必须确保被试不会因为实验而产生 任何不良反应）
实验设计与数据分析讲义
陕西理工学院生物科学专业基础选修课程—《实验设计与数据分析》讲义生物科学与工程学院陕西省资源生物重点实验室目 录概论 ................................................................................................................................................... - 5 - 一、生物统计与试验设计的概念..................................................................................................... - 5 -（一）统计学................................................................................................................................. - 5 -1. 搜集数据 .................................................................................................................................... - 5 -2. 整理数据 .................................................................................................................................... - 5 -3. 分析数据 .................................................................................................................................... - 5 -4. 推论数据 .................................................................................................................................... - 5 -（二）生物统计与试验设计 ....................................................................................................... - 5 -二、主要内容 .................................................................................................................................... - 6 -三、生物统计学发展概况 ................................................................................................................ - 6 - 第一章数据的整理及基本统计 ......................................................................................................... - 8 - 第一节常用统计学术语................................................................................................................... - 8 -一、总体与样方............................................................................................................................. - 8 -二、变量与常量............................................................................................................................. - 9 -三、参数与统计数....................................................................................................................... - 10 -四、效应与交互作用................................................................................................................... - 10 -五、机误与错误........................................................................................................................... - 10 -六、准确性与精确性................................................................................................................... - 10 - 第二节 Excel 在统计学中的应用.................................................................................................. - 10 - Excel中的数据分析简介............................................................................................................. - 11 -1 安装分析工具库 ....................................................................................................................... - 11 -2 使用分析工具库 ....................................................................................................................... - 11 - 第三节数据整理和简单统计方法................................................................................................. - 12 -一、频数（率）表和频数（图）的编绘................................................................................... - 12 -1. 频数 .......................................................................................................................................... - 12 -2. 频数图绘制 .............................................................................................................................. - 13 -3. 研究频颇数（率）分布的意义 .............................................................................................. - 13 -4. 频数（率）分布的不恒定性 .................................................................................................. - 13 -二、样本的几个特征数 ............................................................................................................. - 14 -1. 样本数据的集中程度（平均数） .......................................................................................... - 14 -2. 样本数据的分散程度（标准差） .......................................................................................... - 15 -3 样本特征值的计算 ................................................................................................................... - 15 -4. 考试成绩的整理统计 .............................................................................................................. - 16 - 第二章统计推断................................................................................................................................. - 18 - 第一节统计推断的基本原理和方法............................................................................................. - 18 -一、统计推断的一般原理........................................................................................................... - 18 -二、小概率原理........................................................................................................................... - 18 -三、单侧检验与双侧检验........................................................................................................... - 19 -四、显著性检验的基本程序如下：........................................................................................... - 19 - 第二节单个样本显著性检验......................................................................................................... - 20 -一、σ已知的情况下，单个平均数的显著性检验—u检验[u-test] ........................................ - 20 -二、σ未知时平均数的显著性检验—t检验[t-test] .................................................................. - 21 -三、变异性的显著性检验—χ2检验[χ2-test or chi-test] ............................................................ - 22 - 第三节二样本数据的统计推断..................................................................................................... - 24 -一、方差的检验........................................................................................................................... - 24 -二、平均值的检验....................................................................................................................... - 24 -1. 成组数据平均数比较的假设检验 .......................................................................................... - 24 -2. 成对数据平均数比较的假设检验 .......................................................................................... - 26 - 第四节参数的区间估计与点估计................................................................................................. - 27 -1. 平均值μ的区间估计 .............................................................................................................. - 27 -2. 方差σ2的区间估计 ................................................................................................................. - 27 -3. 平均数差的区间估计 .............................................................................................................. - 27 -4. 成对数据的区间估计 .............................................................................................................. - 28 - 第五节非参数检验......................................................................................................................... - 28 -一、符号检验法........................................................................................................................... - 28 -二、秩和检验法........................................................................................................................... - 29 - 第三章χ2检验 ..................................................................................................................................... - 33 - 第一节χ2检验的原理与方法 ......................................................................................................... - 33 - 第二节适合性检验......................................................................................................................... - 34 - 第三节独立性检验......................................................................................................................... - 36 -一、2×2对联表的独立性检验.................................................................................................... - 36 -二、2×c列联表的独立性检验.................................................................................................... - 37 -三、r×c列联表的独立性检验 .................................................................................................... - 38 - 第四章单因素方差分析..................................................................................................................... - 40 -一、方差分析的基本原理........................................................................................................... - 40 -1. 方差分析的一般概念 .............................................................................................................. - 40 -2. 不同处理效应与不同模型 ...................................................................................................... - 41 -二、固定效应模型....................................................................................................................... - 42 -1. 线性统计模型 .......................................................................................................................... - 42 -2. 平方和与自由度的分解 .......................................................................................................... - 42 -3. 均方期望与统计量F............................................................................................................... - 43 -4. 方差分析的数据分析工具操作步骤 ...................................................................................... - 43 -三、随机效应模型....................................................................................................................... - 44 -四、多重比较............................................................................................................................... - 44 -1. 最小显著差数法 ...................................................................................................................... - 44 -2. Duncan（新复极差SSR）检验法 .......................................................................................... - 45 - 第五章两因素及多因素方差分析..................................................................................................... - 46 -1. 两因素方差分析中的一些基本概念 ...................................................................................... - 46 -1.1 模型类型 ................................................................................................................................ - 46 -1.2 主效应与交互作用 ................................................................................................................ - 46 -1.3 两因素交叉分组实验设计的一般格式 ................................................................................ - 47 -2. 固定模型 .................................................................................................................................. - 47 -2.1 线性统计模型 ........................................................................................................................ - 47 -2.2 平方和与自由度的分解 ........................................................................................................ - 47 -2.3 均方期望与统计量F的确定................................................................................................ - 48 -2.4 双因素重复实验方差分析 .................................................................................................... - 48 -2.5 无重复实验时的两因素方差分析 ........................................................................................ - 49 -2.6 多重比较 ................................................................................................................................ - 51 -3. 随机模型 .................................................................................................................................. - 51 - 第六章一元回归分析......................................................................................................................... - 55 -1. 回归与相关的基本概念 .......................................................................................................... - 55 -2. 一元线性回归方程 .................................................................................................................. - 55 -2.1 散点图 .................................................................................................................................... - 55 -2.2 一元正态线性回归模型 ........................................................................................................ - 56 -2.3 参数α和β的估计 ................................................................................................................ - 56 -3. 线性回归的检验 ...................................................................................................................... - 57 -3.1 b和a的显著性检验 .............................................................................................................. - 57 -3.2 两个回归方程的比较 ............................................................................................................ - 59 -3.3 一元回归分析的意义 ............................................................................................................ - 60 -4. 一元非线性回归 ...................................................................................................................... - 60 -4.1 处理一无非线性回归的原则 ................................................................................................ - 60 -4.2 对数变换 ................................................................................................................................ - 60 -4.3 概率对数变换 ........................................................................................................................ - 61 - 第七章实验设计................................................................................................................................. - 63 - 第一节实验设计的基本原则和步骤............................................................................................. - 63 -一、实验设计的基本原则........................................................................................................... - 63 -二、实验计划书的编制............................................................................................................... - 64 -1. 实验计划书的格式 .................................................................................................................. - 64 -2. 国内外研究动态 ...................................................................................................................... - 64 -3. 实验目的 .................................................................................................................................. - 64 -4. 预期结果 .................................................................................................................................. - 64 -5. 实验设计的选择 ...................................................................................................................... - 64 -6. 实验方法的确定 ...................................................................................................................... - 65 -7. 田间规划 .................................................................................................................................. - 65 -8. 实验记录 .................................................................................................................................. - 66 -三、生物学试验的基本要求....................................................................................................... - 66 -（一）试验目的要明确............................................................................................................... - 66 - （二）试验条件要有代表性....................................................................................................... - 66 - （三）试验结果要可靠............................................................................................................... - 66 -（四）试验结果要能重演........................................................................................................... - 67 - 四、试验设计的基本要素........................................................................................................... - 67 - （一）处理因素........................................................................................................................... - 67 - （二）受试对象........................................................................................................................... - 67 - （三）处理效应........................................................................................................................... - 67 - 五、试验误差及其控制途径....................................................................................................... - 67 - 第二节抽样原理与方法................................................................................................................. - 68 -一、抽样误差的估计................................................................................................................... - 68 -二、样本平均数的标准误和置信区间....................................................................................... - 68 -三、样本频率的标准误和置信区间........................................................................................... - 69 -四、样本容量的确定................................................................................................................... - 69 -1、样本容量的确定..................................................................................................................... - 69 -2、以频率为单位的样本容量..................................................................................................... - 69 -3、成对资料样本容量的确定..................................................................................................... - 69 -4、成组资料样本容量的确定..................................................................................................... - 69 - 第三节抽样的基本方法................................................................................................................. - 69 -1. 界定总体 .................................................................................................................................. - 69 -2. 确定抽样架构 .......................................................................................................................... - 70 -3. 选出样本单位 .......................................................................................................................... - 70 -4. 选择抽样方法 .......................................................................................................................... - 70 -5. 决定样本大小 .......................................................................................................................... - 70 -6. 收集样本数据 .......................................................................................................................... - 70 - 第四节实验设计与统计分析......................................................................................................... - 72 -一、对比设计及其统计分析....................................................................................................... - 72 -二、随机区组设计....................................................................................................................... - 72 -三、拉丁方设计........................................................................................................................... - 72 -四、正交设计及其统计分析....................................................................................................... - 73 - （一）正交表及其特点............................................................................................................... - 73 - （二）正交设计试验结果分析................................................................................................... - 75 -1. 计算各项平方和与自由度 ...................................................................................................... - 76 -2. 列方差分析表进行F检验...................................................................................................... - 77 -3. 互作分析与处理组合选优...................................................................................................... - 77 -概 论一、生物统计与试验设计的概念（一）统计学统计学（Statistics）是数学的一个分支，用以搜集、整理、分析数据，进而推导分析结果的科学方法，因而有学者也将统计学统称为统计方法（Statistical Method）。
实验设计与分析教学课件-第二章简单试验的统计分析PPT课件模板
第二章 简单试验的统计分析
讲授内容和学时
讲授内容
• 第一节 参数假设测验
2
• 第二节 参数的测验
4
学时
引言
• 一个处理和两个处理的试验称为简单试验，它 通常采用按设置重复和随机化两个原则进行的 完全随机设计，两个处理试验的设计有时也采 用更精细的配对设计。
u0.01 2.576
u0 u0.01
0.01
u双尾测验图示
N 0,1
1
2
2
0 u
n
H0否定域
0 H0接受域
0 u
n
H0否定域
（上述例题中α=0.01, μ=33.5 g , σ2 =1.6 g u,0.01n=2.576
8,
）
2. 来自σ2未知总体的大样本平均数的测验
• 大样本：n≥30 • 在这种情况下，
总体方差未知且n＜30的小样本测验。 计算公式和查表 • u测验计算u值，查u表。 • t测验计算t值，查t表。
（二）两个样本平均数相比较的假设测验
概述 1. 成组数据的平均数比较 （1） 在两个样本的总体方差已知时，采用u测验 （2） 两个样本的总体方差未知，但可假设σ12＝σ22
，而两个样本又为小样本时，用t测验：讲求合并 均方 （3） 两个样本的总体方差未知，且σ12≠σ22，而两 个样本又为小样本时，用t测验；矫正。 2. 成对数据的比较
（一）提出统计假设 1. 统计假设的概念 2. 假设的种类 3. 提出无效假设的原
因 （二）统计假设测验
1. 统计假设测验的概 念
2. 方法 （三）作出推断
1. 推断的原理 2. 推断的方法
（一）提出统计假设
1. 什么叫统计假设：对总体的某些参数所作的假设。 实例：假设某地大面积种植玉米品种单产为每公顷7500㎏，标
2第二章 实验设计与数据统计分析附件PPT资料16页
实例分析
有一个问题儿童比尔特别能哭闹， 父母亲想了一切办法都无济于事， 最后只得带他去见了心理医生， 经过一段时间的心理治疗后，小 比尔竟真地不再哭闹了。有研究 者猜测是成人的注意强化了比尔 哭的行为，心理医生在治疗期间 可能只是采取不理会比尔的哭声 的做法，比尔就改掉了爱哭的毛 病。如果你是研究者，你会采用 怎样的实验设计来验证这一假设？
多基线设计的程序是：找到一个或若干个与 所要研究的行为（或被试）接近的行为（或 被试），在不同时间内对它引入同一自变量 的处理（治疗），也是不同的行为（或不同 的被试）在引入自变量之前有长短不等的基 线期，从而可以将自变量的影响和时间的因 素逐阶段地演示出来，以便于研者最终确定 被试行为变化的真正原因和自变量处理的真 实效果。多基线设计的内在逻辑是：当一种 行为或一个被试正在接受处理时，另一种行 为或另一个被试仍处于基线条下。如果这种 未受处理的行为在自变量引进之前（保持稳 定，然后随自变量的变化而变化，我们就可 以认定，是自变量导致了该行为的改变，而 不是一些碰巧在观察期内发生变化的其他因 素。
不过我们可以想见，哭和摔打一般总是连在 一起的，因此，一种行为的处理会影响另一 种行为的发生，也就说，撤销对比尔哭的注 意时，摔打行为也会随之相应减少，这样就 不能把该行为的变化归功于自变量的作用了。 所以，当自变量有明显的迁移效应或行为之 间会发生相互影响时，应该采用被试间多基 线设计。采用被试间多基线设计时，研究者 先要找到一个和比尔症状十分类似的儿童， 然后在某一时间开始撤销对比尔哭的注意， 几天后再开始撤销对另一儿童的摔打行为的 注意，那么如果该儿童摔打行为在注意撤销 之前保持稳定，就可以认定是撤销注意减少 了比尔的哭行为。
又只有一两个患者，或像心理物 理学实验那样极端费时且个体差 异几无影响时，心理学家也会采 用与之相反的实验模式——小样 本设计。小样本设计是被试内设 计的一种变式,实验时它向人数较 少的被试或单个被试呈现自变量
试验设计与数据分析
引言概述试验设计与数据分析是科学研究中非常重要的环节，它们旨在通过精心设计的实验方案和科学的数据分析方法来验证假设、推断现象、解释结果。
本文将从试验设计和数据分析两个方面来详细阐述这两个主题。
正文内容一、试验设计1.1目的确定1.1.1确定研究的问题和目标1.1.2确定试验的预期结果1.2可行性分析1.2.1确定实验的可行性和可靠性1.2.2评估实验的时间和成本1.3实验变量的选择1.3.1确定自变量和因变量1.3.2控制变量的选择1.4实验设计方法1.4.1随机对照试验设计1.4.2区组设计1.4.3因子试验设计1.5样本选择与分组1.5.1确定样本的代表性和大小1.5.2分组的原则和方法二、数据分析2.1数据收集与整理2.1.1数据收集的方法和工具选择2.1.2数据的清洗和整理2.2描述统计分析2.2.1均值、中位数、众数等集中趋势指标2.2.2方差、标准差等离散趋势指标2.3探索性数据分析2.3.1绘制直方图、散点图等图表2.3.2数据的正态性检验2.4参数估计与假设检验2.4.1参数估计的方法和原理2.4.2假设检验的原理和步骤2.5回归分析2.5.1简单线性回归模型2.5.2多元线性回归模型三、结果解读与讨论3.1结果的有效性分析3.1.1根据实验设计和数据分析结果对实验数据的有效性进行评估3.1.2针对可能出现的偏差和误差进行解读3.2结果与预期的一致性分析3.2.1比较实验结果与预期结果的差异3.2.2分析差异产生的原因3.3结果的科学解释与数据推论3.3.1根据实验结果对研究问题进行解释和推断3.3.2推论的置信水平和显著性水平分析3.4结果的应用与推广3.4.1将实验结果应用到实际问题中3.4.2推广实验结果到其他相关领域四、结果的可重复性与稳定性4.1实验结果的可重复性分析4.1.1采用其他独立样本进行实验的结果复制4.1.2分析实验结果的稳定性和一致性4.2结果的信度和效度分析4.2.1采用其他衡量指标的结果进行比较4.2.2分析实验结果的准确性和实用性4.3结果的灵敏度分析4.3.1对关键参数进行敏感性测试4.3.2分析实验结果对参数变化的响应五、总结试验设计与数据分析是科学研究中至关重要的部分。
最新第二章--实验设计与数据统计分析教学讲义PPT课件
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。
实验误差的三个主要来源：
来自被试差异的误差（S-类误差，G-类误差） 来自实验环境和操作过程的误差（G-类误差） 重复实验引起的误差（R-类误差） 注 S:subjects; G:groups; R:replications
一、实验设计的基本问题——变量选择与控制
3. 实验误差
尽可能减少误差的措施 调整实验中验重复的次数，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
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。
2.实验设计中的控制
（1）实验控制：指对实验条件的限制。 （2）控制的应用
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。
从限定总体中随机抽取样本的常用方法有：
一、实验设计的基本问题——变量 选择与控制
1.变量的选择
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
S－R或S－O－R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
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。
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R O1 X O2
R O3 O4
R：采用随机法分配被试和分组
X：实验者操纵的实验处理
O1和O3：前测成绩
O2和O4：后测成绩
随机实验组控制组前测后测设计
2、设计评价 基本控制多数影响内部效度的因素。 但是，采用前测，使被试由于前测验而获
得经验，可能对后测产生敏感性，出现测验 的反作用效果，导致对实验外部效度的影响
20 15 10 5 0
自学辅导
20
15
2年以下
5年以上
10
5
0
传统教学
2年以下
自学辅导 传统教学
5年以上
多因素完全随机实验设计
2×2完全随机析因设计的实例
可能的结果二：
测验成绩
测验成绩
20 15 10 5 0
自学辅导
传统教学
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0 2年以下
自学辅导 传统教学
5年以上
在析因设计中，为简化表述常常用英文大 写字母表示因素（自变量），用对应的小 写字母及数字表示因素的水平，各个因素 之间的不同水平之间的相互结合，用乘号 “×”表示。处理是指实验中一个特定的、 独特的实验条件。
如在一个包括两个因素的析因设计中，其中每个 因素有两水平，我们以A和B代表两个因素，以 a1,a2和b1,b2分别代表因素A和B的水平。这种设 计被称为是双因素设计，又称A×B设计，或2×2 设计，2×2表示本设计共有4种处理。
再如，实验中有A、B和C共3个因素，并且它们的 水平数分别为2、3、4，则称为三因素设计，又称 A×B×C因素设计，又可称为是2×3×4设计，以 此类推。因此如果依据实验中所包含因素数目来 进行分类，可将多因素完全随机设计划分为完全 随机双因素析因设计、完全随机三因素析因设计。
小练习
“不同教龄教师采用不同教学方法对学习成绩的 影响”的实验是几因素设计？如果选择2、5两个 教龄的教师和自学辅导法与传统教学法两种教学 方法则实验共有几种实验处理？用字母如何表示？ 用数字如何表示？共有几种处理？
随机实验组控制组前后测设计
3、设计的显著性检验 （1）对增值分数进行分析：t检验（参数统
计）、曼—惠特尼U检验或中位数检验（非参 数检验） （2）协方差分析法 4、研究实例 研究一种训练方法（教学生根据报纸标题 预测内容）的有效性
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随机实验组控制组后测设计
1、设计模式
教师年龄、气质类型及教学方法对学习成绩的影 响实验是几因素设计？如果选择2、5、10三个教 龄的教师、自学辅导法与传统教学法两种教学方 法、4种气质类型的教师参与实验，则实验共有几 种实验处理？用字母如何表示？用数字如何表示？ 共有几种处理？
多因素完全随机实验设计
（二）实验设计的基本模式 （三）实验效应分析 （举例说明） 1、主效应 2、交互作用 3、简单效应 （四）实验设计评价
………………
On11 On12 On21 On22 On31 On32
随机化区组设计
（四）统计分析方法： 随机化区组设计的方差分析
（五）设计评价 1、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 2、缺点 区组的划分不一定容易进行，如果同一区组内
O.1 O.2 O.3 O.4
区组平均
O1 O2 O3 O..
随机化区组设计
（三）3×2随机化区组二因素设计的基本模式
区组
1 2 … n
实验处理组合
Xa1b1 Xa1b2 Xa2b1 Xa2b2 Xa3b1 Xa3b2 O111 O112 O121 O122 O131 O132 O211 O212 O221 O222 O231 O232
主效应
每个单独因素（自变量）所引起的因变量的 变化
因素A的主效应：Oa1与Oa2比较
因素B的主效应：Ob1与Ob2比较
交互作用
当一个因素（自变量）对因变量影响大小因 其它因素水平的不同而有所不同时，称这两 个因素有交互作用。相反，如果某一因素 （自变量）对因变量的影响大小，不受其它 因素水平的影响，则这两个因素不存在交互 作用。
区组变量可以是个体差异（智力、情绪、人格 等）或环境变量（时间、地点、仪器）
设计原则是同一区组内的被试尽量“同质”， 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。
目的在于使区组内被试（环境）差异尽量缩小, 即让无关变异尽量小，从而使处理变异相对变大。
随机化区组设计
实验：年龄不同的教师用不同教学方法对学生测 验成绩的影响。 被试：小学刚升入初中的新生班学生 自变量：教学方法（自学辅导教学 vs. 传统 教学）；教师教龄（2年以下 vs. 5年以上） 因变量：测验成绩
多因素完全随机实验设计
2×2完全随机析因设计的实例
可能的结果一：
测验成绩 测验成绩
阅读理解的影响 需要回答： （1）自变量及水平数、因变量 （2）可能存在的额外变量 （3）如何选择分配被试 （4）如何统计分析结果
练习3
请用随机区组实验设计进行下面的研究：
研究文章生字密度、文章主题熟悉性对阅读理 解的影响。但想进一步分离出学生的智力对阅读 理解成绩的可能影响。想把智力作为一个额外变 量控制起来。
Xb2
O22 O3: ….
O42 O4: ….
Ob2
O2k
O4k
Oa1
Oa2
多因素完全随机实验设计
பைடு நூலகம் 2、
3×2完全随机析因设计的模式
Xa
Xa1
Xa2
Xa3
R Xa1Xb1 O1 R Xa1Xb2 O2 R Xa2Xb1 O3 R Xa2Xb2 O4 R Xa3Xb1 O5 R Xa3Xb2 O6
第一节 实验设计类型（一） ——真实验设计
真实验设计对实验条件的控制程度要求较 高，在真实验设计中，主试能有效地操纵 实验变量，能有效地控制内在无效来源和 外在无关因素的影响，能在随机化原则基 础上选择和分配被试，从而使实验结果更 能客观地反映实验处理的作用。
一、完全随机化设计 （一）随机实验组控制组前测后测设计 （二）随机实验组控制组后测设计 （三）随机多组后测设计 二、多因素（完全随机）实验设计 三、随机区组设计
需要回答： （1）自变量及水平数、因变量 （2）可能存在的额外变量 （3）如何选择分配被试 （4）如何统计分析结果
练习4
假定要探讨教师和学校领导交换意见的机会是 否有助于提高教师的工作态度。于是从学校中随 机抽取一些教师参加实验，其中一部分教师随机 分派为实验组，另一部分为控制组。实验开始时， 实验组的教师每日均有两次机会和校长交换意见， 商谈校务和教学事宜，控制组则无此机会。经过 一年后，实验组和控制组的教师，都接受一项测 量“教师工作态度”的问卷。然后比较两组教师 的工作态度是否有显著差异。
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随机多组后测设计
1、设计模式：研究者要进行的实验处理X有3 个或3个以上时。
R X1 O1
R X2 O2
R X3 O3
随机多组后测设计
2、实验结果的检验 单因素方差分析，不能采用t检验进行两
两比较。如果要进一步确定到底是哪两种处 理结果有显著差异，则可用多重比较来进一 步检验。
第二章 心理实验设计与数据统计分析
实验设计就是进行科学实验前做的具体计 划，有广义和狭义之分。
广义的实验设计指科学研究的一般程序知 识，它包括从问题的提出、假说的形成、 变量的选择，一直到结果的分析、论文的 写作等一系列内容。
狭义的实验设计特指实施实验处理的一个 计划方案以及与计划方案有关的统计分析。
2、 3种分配区组被试的方式 （1）一名被试作为一个区组 （2）每个区组内被试的人数是实验处理数 目的整倍数 （3)区组内的基本单元是一个团体（自然 班问题的解决方案）
随机化区组设计
（二）随机化区组单因素设计的基本模式
区组
优良 中等 较差 处理平均
实验处理
X1 X2 X3 X4 O11 O12 O13 O14 O21 O22 O23 O24 O31 O32 O33 O34
多因素完全随机实验设计
1、
2×2完全随机析因设计的模式
Xa
Xa1
Xa2
O11
O31
R Xa1Xb1 O1
Xb1
O12 O1: ….
O32 O2: ….
Ob1
R Xa1Xb2 O2
O1k
O3k
R Xa2Xb1 O3
Xb
R Xa2Xb2 O4
O21
O41
各组被试成绩的总和或平均数， 被称为是边缘值。
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三、随机化区组设计
（一）区组概念及原理
1、区组的概念 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。
对可能影响因变量，又不是研究者所关注的变 量，可以根据其特性分成不同区组，然后在每个区 组内随机安排实验处理，以控制其对因变量的影响。
实验设计的目的在于尽可能地减少额外或 未控制变量，从而增加实验的信度和效度。 实验设计是实验成功的关键。一个好的实 验设计能够用最少的人力、物力获得最多 和最有效的实验数据以达到实验的最佳结 果。
根据实验控制条件严密程度的不同，也
就是根据内在来源和外在无关因素的控制 程度、能否随机选择和分配被试以及能否 主动操纵实验变量，可以将实验设计分为 真实验设计、准实验设计和非实验设计。