第二章 实验设计与数据统计分析讲解
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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
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
简单效应
（舒华）在因素实验中，一个因素的水平在 另一个因素的某个水平上的变异。
A因素的两个水平在b1水平的方差叫A在 b1水平的简单效应
A因素的两个水平在b2水平的方差叫A在 b2水平的简单效应
同理得B因素在a1、a2水平上的简单效应
（四）实验设计评价
1、省时、省力、效率高。 2、可探讨不同自变量间的交互作用
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
返回
随机实验组控制组后测设计
1、设计模式
R X O1
R
O2
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O2：后测成绩
随机实验组控制组后测设计
2、设计评价 具备随机实验组控制组前后测设计所有优点 3、设计显著性检验 (1)t检验； (2)非参数检验（曼—惠特尼U检验或中位数检验） 4、研究实例 比较数学自学辅导教学与传统教学的效果
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
地各实验单元（被试）的差异较大，则会出现较 大的误差。
练习1
Loftus and Burns (1982)
实验目的：考察暴力场面对人的记忆的影响。
被试：226名University of Washington的自愿参 加者；随机分配到以下两组。
组一：看带有暴力场面的电影
组二：看非暴力场面的电影
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
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。
看完电影之后，要求两组被试回答25道关于电 影中事件的问题。其中一道题非常关键：问被试 在银行外面露天停车场踢球的男孩穿的足球衫上 的号码是多少。计算出正确回忆出男孩运动衫号 码的人数的百分数。结果：组一，4%；组二，28%。 这种设计是什么样的设计？
练习2
请用完全随机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
返回
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。
………………
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
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。
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。
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。
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。
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？
Xb2
O22 O3: ….
O42 O4: ….
Ob2
O2k
O4k
Oa1
Oa2
多因素完全随机实验设计
2、
3×2完全随机析因设计的模式
XaHale Waihona Puke Baidu
Xa1
Xa2
Xa3
R Xa1Xb1 O1 R Xa1Xb2 O2 R Xa2Xb1 O3 R Xa2Xb2 O4 R Xa3Xb1 O5 R Xa3Xb2 O6
O11
Xb1
O12 O1: ….
O1k
Xb
O21
Xb2
O22 O2: ….
O2k
O31 O32 O3: …. O3k
O41 O42 O4: …. O4k
O51
O52 O5: ….
Ob1
O5k
O61
O62 O6: ….
Ob2
O6k
Oa1
Oa2
Oa3
多因素完全随机实验设计
3、 2×2完全随机析因设计的实例
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。
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
返回
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。
返回
多因素实验设计
（一）什么是多因素实验设计 是指实验中包括两个或两个以上因素(自
变量)，并且每个因素有两个或两个以上的水 平，各因素的不同水平互相结合，构成多种 组合处理的一种实验设计，又称完全随机析 因设计，或多因素完全随机设计。如要考察 不同教学方法下不同年龄教师对教学效果的 影响。
完全随机化设计也称简单随机化设计， 是指用随机化方法将被试随机分为几组， 然后依实验的目的对各组被试实施不同 的处理。包括：
随机实验组控制组前测后测设计 随机实验组控制组后测设计 随机多组后测设计。
返回
随机实验组控制组前测后测设计
1、设计模式：在实验前采用随机分配的方法将 被试分成两组，并随机选择一组为实验组；另 一为控制组。实验组接受实验处理，而控制组 不给予实验处理。两组在实验前都接受前测验 以得到被试初始成绩。
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
20
15
2年以下
5年以上
10
5
0 2年以下
自学辅导 传统教学
5年以上
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。
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
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
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
简单效应
（舒华）在因素实验中，一个因素的水平在 另一个因素的某个水平上的变异。
A因素的两个水平在b1水平的方差叫A在 b1水平的简单效应
A因素的两个水平在b2水平的方差叫A在 b2水平的简单效应
同理得B因素在a1、a2水平上的简单效应
（四）实验设计评价
1、省时、省力、效率高。 2、可探讨不同自变量间的交互作用
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
返回
随机实验组控制组后测设计
1、设计模式
R X O1
R
O2
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O2：后测成绩
随机实验组控制组后测设计
2、设计评价 具备随机实验组控制组前后测设计所有优点 3、设计显著性检验 (1)t检验； (2)非参数检验（曼—惠特尼U检验或中位数检验） 4、研究实例 比较数学自学辅导教学与传统教学的效果
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
地各实验单元（被试）的差异较大，则会出现较 大的误差。
练习1
Loftus and Burns (1982)
实验目的：考察暴力场面对人的记忆的影响。
被试：226名University of Washington的自愿参 加者；随机分配到以下两组。
组一：看带有暴力场面的电影
组二：看非暴力场面的电影
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
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。
看完电影之后，要求两组被试回答25道关于电 影中事件的问题。其中一道题非常关键：问被试 在银行外面露天停车场踢球的男孩穿的足球衫上 的号码是多少。计算出正确回忆出男孩运动衫号 码的人数的百分数。结果：组一，4%；组二，28%。 这种设计是什么样的设计？
练习2
请用完全随机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
返回
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。
………………
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
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。
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。
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。
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。
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？
Xb2
O22 O3: ….
O42 O4: ….
Ob2
O2k
O4k
Oa1
Oa2
多因素完全随机实验设计
2、
3×2完全随机析因设计的模式
XaHale Waihona Puke Baidu
Xa1
Xa2
Xa3
R Xa1Xb1 O1 R Xa1Xb2 O2 R Xa2Xb1 O3 R Xa2Xb2 O4 R Xa3Xb1 O5 R Xa3Xb2 O6
O11
Xb1
O12 O1: ….
O1k
Xb
O21
Xb2
O22 O2: ….
O2k
O31 O32 O3: …. O3k
O41 O42 O4: …. O4k
O51
O52 O5: ….
Ob1
O5k
O61
O62 O6: ….
Ob2
O6k
Oa1
Oa2
Oa3
多因素完全随机实验设计
3、 2×2完全随机析因设计的实例
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。
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
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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。
返回
多因素实验设计
（一）什么是多因素实验设计 是指实验中包括两个或两个以上因素(自
变量)，并且每个因素有两个或两个以上的水 平，各因素的不同水平互相结合，构成多种 组合处理的一种实验设计，又称完全随机析 因设计，或多因素完全随机设计。如要考察 不同教学方法下不同年龄教师对教学效果的 影响。
完全随机化设计也称简单随机化设计， 是指用随机化方法将被试随机分为几组， 然后依实验的目的对各组被试实施不同 的处理。包括：
随机实验组控制组前测后测设计 随机实验组控制组后测设计 随机多组后测设计。
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随机实验组控制组前测后测设计
1、设计模式：在实验前采用随机分配的方法将 被试分成两组，并随机选择一组为实验组；另 一为控制组。实验组接受实验处理，而控制组 不给予实验处理。两组在实验前都接受前测验 以得到被试初始成绩。
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
20
15
2年以下
5年以上
10
5
0 2年以下
自学辅导 传统教学
5年以上
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。
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