《实验心理学》教案

实验心理学教案,李 鹏云南师范大学教育科学与管理学院2007年9月12月,选用教材：实验心理学，朱滢主编，北京大学出版社主要参考书：实验心理学，杨治良著，浙江教育出版社,第二章 实验设计与数据统计分析,概念,实验设计：指研究者针对需要验证的实验假设，为有计划地搜集资料而预先建立和依据的设计模式。心理学的实验设计是心理学与统计学相结合的实验技术科学（心理测量学也同样是心理学与统计学相结合的科学）,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,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SR或SOR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,2.实验设计中的控制（1）实验控制：指对实验条件的限制。（对比实验操作）（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：简单随机抽样分层随机抽样,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（2）控制的应用对变量的控制使用控制组逻辑：米尔的第一原则（如果a在A后面发生，那么A有可能是a的原因）和第二原则（如果a总是跟在A后面发生，并且如果A不存在，则a也不存在，那么可以断定A是a发生的原因）,一、实验设计的基本问题变量选择与控制,3. 实验误差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。（何谓实验单元？）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）,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的被试，以减少其内在的变差效应在可能的情况下，增加实验重复的次数，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。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。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,实验的内部效度：指实验变量（处理）能被精确估计的程度。实验的内部效度是指实验中的自变量与因变量之间的因果联系的真实程度。一项实验的内部效度高，就意味着因变量的变化确是由实验中的自变量引起的。在实际研究中，除了自变量之外，任何无关变量都可能对因变量产生影响。如果出现了自变量混淆，所得出的实验结论将不能正确地反映出自变量和因变量之间的关系。因此没有内部效度的实验研究是没有价值的，因为内部效度决定了对实验结果解释的正确性。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：历史（经历）历史事件指那些在实验过程中，与实验变量同时发生，并对实验结果产生影响的特定事件。当出现这种情况时，研究者往往无法判断实验结果是由处理（自变量）引起的，还是由特定事件引起的。周期比较长的实验容易历史因素的影响。例如，在某项教学改革实验中，实验学校在实验进行期间参与了上级教育主管部门在全地区范围开展的教学评比活动，这一事件势必会对整个学校的教学活动带来某种程度的影响，从而影响到我们对教改实验结果的评估。很多教育实验往往需要较长周期，所以历史事件对实验结果的影响应该得到关注和考虑。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：成熟或自然发展的影响人们无论是否参与实验，都在不断地成长和变化。而此类的变化将影响实验结果。在长期实验中，被试随着年龄的增长，将会变得日益成熟，经验和能力都会得到提高。参与时间较短的实验，被试也会发生疲倦、困倦、无聊、饥饿或其它变化，这些变化也会改变他们在实验中的行为。练习效应、学习效应、疲劳效应,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：选择选择因素指由于没有用随机取样和随机分配的方法来选择两组或几组被试，因而在实验处理之前各被试组在各方面就事先存在着差异。这样，以本来就存在差异的几个实验组施加实验处理之后再来比较各个组之间的差异，比较出来的结果就说明不了到底是本来就具有的差异造成的还是实验处理的不同造成的，研究假设就无从证明。随机化选择和分配被试的必要性、教育研究中的自然班的问题,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：测验指由于实验处理之前所施行的前测量可能积极地或消极地影响着实验处理后的测量，进而混淆实验的结果。在有前测的实验中，被试可能会由于在前测中获得了经验，从而提高了在后测中的答题能力；也可能会由于前测带来疲劳而影响到后测的成绩（前测和后测间隔时间很短）。前测的作用及可能的影响,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：被试亡失在一个延续时间较长的研究中，被试的更换、淘汰或中途退出可能会对实验结果产生显著影响。例如，在有实验组和控制组的两组实验中，由于控制组在中途有优秀生转学进来，结果实验组效果很好，这就可能是由于被试更换造成两组被试不等而造成的，而不一定就是实验处理的效果。 周期比较长的实验容易发生,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：统计回归指由于选用在某一特征方面具有极端分数（最优或最差）的被试，到了实验后期测验时分数通常会发生自然向群体的平均值靠拢的趋势（集中趋势）变得不再是最优或最劣，在重复测量中分数向平均分靠拢。例如在一次测验中，平均分为75分，最高分的学生第一次测验获得了98分，最低分的学生第一次测验仅得了55分，但在第二天紧接着进行的与第一次基本相当的第二次测验时，原来最高分的学生获得了92分，而最低分的学生获得了60分。这种变化不是以是否实施以实验处理为转移，这就是统计回归现象。对这种由于统计回归效应与实验处理效应相混淆而取得的实验结果，如不加分析，易产生错误结论。为了避免此因素的干扰，在研究中最好不采用两极极端的被试。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：仪器使用指实验中测试手段、技术和工具的失效或缺乏一致性。这可能是测试工具发生了变化（如仪器失灵、问卷涂损等），或者是在实验过程中由于试验者主观情绪状态发生变化（如变得更严格、疲倦或粗心等），或者是评判标准发生了变化（如前后难度不同，不同班用不同的测验，或者评判者的差异等），这些情况带来的可能结果是测量和评级的精确性的会受到严重影响。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响内部效度的因素：上述影响因素的交互作用：其中特别是选择和成熟的交互作用最为常见选择与成熟的交互作用是指成熟程度不同的被试被安排在不同的组中将会影响实验结果的正确解释。（说明前测在某些研究条件下的必要性）,一、实验设计的基本问题实验中的效度,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。实验设计的核心在于实验控制，但是，在人为控制创设的实验情景下得出的规律，其推论也往往有相当的局限性。 与外部效度类似的另外一个概念： 生态效度,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响外部效度的因素：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。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响外部效度的因素：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）。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响外部效度的因素：实验安排的反作用霍桑效应（安慰剂效应）：美国学者罗茨里伯格和迪克森（1939）在芝加哥市郊霍桑地区的西部电器工厂进行有关工作条件与生产效率关系的实验研究。开始的实验结果非常令研究人员满意，他们发现，工作条件的改善，使满足感与生产效率都提高了。例如，车间照明条件改善，生产效率因而提高。照明条件进一步改善，生产效率又随之提高。研究者抱着严谨的态度，为了进一步证实其科学结论，在把灯光转暗，但是这是出乎意料的结果出现了，生产效率仍然跟着提高！对这种现象的解释与其说是工人们因为工作条件改善而工作得更好，不如说是因为工人们感觉到研究者及厂方对改善其工作条件的关注从而提高了工作的积极性和满意度。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,影响外部效度的因素：重复实验处理的干扰同一组被试在短期内接受两种或两种以上的实验处理时，前一实验处理往往会对后一实验处理产生积极或消极的影响，使被试产生练习效应或疲劳效应。讨论：被试内设计的优点及可能存在的问题,一、实验设计的基本问题实验中的效度,教材上没有提到的其他影响实验内部效度或外部效度的重要因素：实验处理的“传染” 假如实验组与控制组有机会相互沟通，实验组的被试就可能把一些实验刺激的因素传递给控制组的被试。例如，某学校在进行一项教师是否进行学习方法指导对学生成绩影响的实验研究中，实验班和对照班的学生可能会私下交流学习经验，得到学习方法指导的实验班学生会把好的学习方法传播给对照班的学生。这时候我们就说对照班受到了“污染”，已经不是真正的对照班了。,一、实验设计的基本问题实验中的效度,教材上没有提到的其他实验内部效度和外部效度的重要影响因素：实验者或实验助理人员的偏向 皮格马利翁效应（期望效应）：在美国心理学家罗森塔尔和雅各布森（1968）一项针对实验者的期望对被试带来的影响所进行的一项实验中，对一所学校的学生首先进行某一项测验，然后跟这些学生的老师会面，告诉他们测验的结果，并指出某一些学生根据这个测试的预测，下一学年中学业可能会突飞猛进。但事实上，这完全是虚假信息，被预测将会有较大学业进步的学生实际上是由实验者随机从所有接受测试的学生中挑选出来的，而教师所获得的并不真是测验的结果。结果非常有意思的是，被预测为将有较大进步的学生在下一学年中却果然进步神速，在学业考试中出类拔萃。罗森塔尔认为，之所以出现这样的结果，其真正的原因是教师在获得虚假信息之后，对那些学生寄托了更高的期望，并会有意无意地对他们付出了更多的关注、鼓励和奖励。,实例分析,自变量是被操纵的； 因变量是被观察的；额外变量（控制变量）是保持恒定的。 指出下列实验中的自变量、因变量和控制变量。例一：一汽车制造商想了解为了使后面的汽车司机能够尽快地知道前面的车子已经停住，汽车的刹车灯应该多亮？,例二：训练一只鸽子看见绿光啄键盘，看见红光不啄键盘，正确啄键盘后，给予谷子作为强化。 例三：想知道一个人估计时间的准确性，设计如下：一只绿色小灯泡和电子记时器相连，主试按键让灯亮5秒、10秒、30秒、60秒，然后让被试相应复制出按键时间。例四：语言教师想知道在一个语言教学班里班容量的大小是否会影响学生学习的积极性。,二、真实验设计完全随机化设计,1.随机实验组控制组前测后测设计(1)设计模式：R O1 X O2R O3 X O4,二、真实验设计完全随机化设计,1.随机实验组控制组前测后测设计(2)数据的统计检验： 增值分数比较：aO2-O1 bO4-O3 ? a b,两种错误的统计检验方法,错误的检验方法一：？O2 O1 ？O4 O3 If （O2 O1 and O4 O3 ） Then 自变量对因变量有效应,两种错误的统计检验方法,错误的检验方法二：？O1 O3 ？O2 O4 If （O1 O3 and O2 O4） Then 自变量对因变量有效应为什么不对? 进行了两次统计决策，导致统计误差增大（0.950.950.90）；无法很好地排除历史、成熟、自然发展及测验等影响内部效度因素的影响。,二、真实验设计完全随机化设计,1.随机实验组控制组前测后测设计(2)数据的统计检验： 协方差分析：以前测分数为协变量，对实验实施前的被试的组间差异进行统计控制和调整，以使得两组的后测成绩具有可比性，排除前测成绩的影响。（优先选择的统计方案） 曼-惠特尼（Mann-Whitney）U-检验 或 中位数检验（非参数检验）,二、真实验设计完全随机化设计,1.随机实验组控制组前测后测设计(3) 评价： 优点：基本控制了绝大多数影响内部效度的因素 缺点：使用了前测，虽然为检查随机分组是否存在偏差提供了充分的依据，但可能对后测产生敏感性，出现测验的反作用效应。,二、真实验设计完全随机化设计,（4）研究实例分析（P 22）被试：46名8年级学生自变量：教学方法（实验组 vs. 控制组） 实验处理：实验组接受标题阅读教学；控制组接受常规阅读教学因变量：阅读成绩（阅读新闻标题，预测新闻内容）,二、真实验设计完全随机化设计,2.随机实验组控制组后测设计(1)设计模式：R X O1R X O2,二、真实验设计完全随机化设计,2.随机实验组控制组后测设计(2)数据的统计检验： t-检验：？O1 O2 曼-惠特尼（Mann-Whitney）U-检验 或 中位数检验（非参数检验）,二、真实验设计完全随机化设计,2.随机实验组控制组后测设计(3) 评价： 优点：几乎具有随机实验组前测后测设计所有的优点。是更为理想的实验设计方案。 缺点：有些实验需要在对被试施加实验处理之前，实行前测，以了解被试在实验阶段的初始状态。,二、真实验设计完全随机化设计,2.随机实验组控制组后测设计（4）研究实例分析（P 23） 被试：小学刚升入初中的学生自变量：教学方法（实验班 vs. 控制班） 实验处理：自学辅导教学；传统教学因变量：三次单元测验及一次期末考试成绩（分别作为因变量的4个指标）,二、真实验设计完全随机化设计,3.随机多组后测设计(1)设计模式：R X O1R X O2R X O3,二、真实验设计完全随机化设计,2.随机多组后测设计(2)数据的统计检验： 多因素方差分析 方差分析显著前提下的进一步成对比较（多重比较）：q检验、NK检验等等。,二、真实验设计多因素实验设计,多因素实验设计包含两个及两个以上的因素（自变量）多因素实验设计的优点：可考察各个自变量对同一因变量的主要影响效应（主效应）可考察各个自变量交互作用对因变量的主要影响效应（交互作用）可考察一个因变量的各个水平在另一个因素的某个水平上的效应（简单效应）,二、真实验设计多因素实验设计,完全随机析因设计模式的表达方式 用英文大写字母表示因素，用对应的小写字母来表示该因素的水平，用表示因素之间的相互结合关系。,二、真实验设计多因素实验设计,22完全随机析因设计的模式,二、真实验设计多因素实验设计,32完全随机析因设计的模式,二、真实验设计多因素实验设计,22完全随机析因设计的实例被试：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,二、真实验设计多因素实验设计,22完全随机析因设计的实例可能的结果一：,二、真实验设计多因素实验设计,22完全随机析因设计的实例可能的结果二：,二、真实验设计随机化区组设计,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。,二、真实验设计随机化区组设计,随机化区组设计的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。3种分配区组被试的方式：一名被试作为一个区组每个区组内被试的人数是实验处理数目的整倍数区组内的基本单元是一个团体（自然班问题的解决方案）,二、真实验设计随机化区组设计,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缺点：区组的划分不一定容易进行；划分得到的区组内部的被试差异也可能很大。,二、真实验设计随机化区组设计,随机化区组单因素设计的基本模式,二、真实验设计随机化区组设计,32随机化区组单因素设计的基本模式,二、真实验设计随机化区组设计,统计分析方法：随机化区组设计的方差分析,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（1）时间系列设计设计模式：O1 O 2 O3 O4 X O5 O6 O7 O8,12的测量中，引入实验变量X后，时间系列设计的某些可能的结果模型,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（1）时间系列设计 对设计的评价：能较好控制“成熟”因素对内部效度的影响，可控制测验因素的干扰，有时能控制统计回归的因素；不能控制与实验处理同时发生的偶发事件的影响，不能排除与自变量同时出现的附加变量的影响，不易控制测验与实验处理的交互作用，多次施测可能降低或增加被试对实验处理的敏感性。,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（1）时间系列设计数据的统计检验：检验实验处理X前的回归直线与实验处理X后的回归直线是否存在显著差异，包括对残差（剩余标准差）、截距和斜率的差异显著性检验。,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（2）相等时间样本设计设计模式：X1O1 X0O 2 X1O3 X0O4,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（2）相等时间样本设计设计的评价：能较好控制“历史”因素对内部效度的影响。所以该设计被广泛应用于研究不同条件下学生学习的效应。在控制影响外部效度的因素方面不够理想：测验的反作用、实验安排的反作用、选择偏差与实验变量的交互作用重复实验处理的干扰均可能影响相等时间样本设计下的研究的外部效度。,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,1. 单组准实验设计（2）相等时间样本设计数据的统计检验：两因素方差分析：2（实验处理）2（实施顺序） 第一次施行 第二次施行 X1 O1 O3 X0 O 2 O4,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,2. 多组准实验设计（1）不相等实验组控制组前测后测设计O1 X O2 O3 X O4虚线表示不能随机选择和部署两组主要缺点：选择与其他因素的交互作用可能会降低该设计的效度,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,2. 多组准实验设计（2）不相等实验组控制组前测后测时间系列设计O1 O 2 O3 O4 X O5 O6 O7 O8 O9 O 10 O11 O12 O13 O14 O15 O16虚线表示两组非随机组。影响内部效度的因素基本上得到控制；测验的反作用、选择偏差等因素是实验处理X的交互作用可能会影响该设计的外部效度。,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,2. 多组准实验设计（3）平衡设计（轮换设计、拉丁方设计） 设计模式：各组被试都接受不同的实验处理，而对实验处理的顺序和实验时间采用了轮换的方法,本设计的其他几种名称,平衡对抗设计实验中由于前一个实验处理影响后一个实验处理的效果，采用此设计可对实验处理顺序进行控制，使实验条件均衡，抵消由于实验处理先后顺序的影响而产生的系统性误差。轮组设计在实验中，由于学习的首因效应和近因效应的存在，因而在实验方法上，使实验内容的先后次序轮换，使情景条件和先后顺序对各个实验组机会均等，从而排除这两种效应的影响。,本设计的其他几种名称,拉丁方设计数学家欧拉发明的一种“数字拼图”，即每一数字（或字母）在每一横行和纵列只出现一次，不许重复。44 拉丁方的4个标准方 A B C D A B C D A B C D A B C D B A D C B C D A B D A C B A D C C D B AC D A B C A D B C D A B D C A B D A B C D C B A D C B A,22轮组设计基本模式,44轮组设计基本模式,三、准实验设计和非实验设计准实验设计,2. 多组准实验设计（3）平衡设计（轮换设计、拉丁方设计） 设计的评价：基本控制了成熟、历史和测验因素对实验结果的影响不能采用随机分配被试的方法，受选择因素的影响 ？（从对结果数据的统计分析方法来看：拉丁方试验的精确度比随机区组试验更高！ ）,三、准实验设计和非实验