北京大学心理学重要实验设计讲义.doc

第一讲 导论：心理实验研究的哲学基础一、笛卡尔(1596-1650)和艾宾浩斯(1850-1909)1笛卡尔“身心二元论”：“我思故我在”，我的全部本性在于思维作用，认识外界事物必须靠心灵。心灵与形体彼此独立。 “身心交感论”：除了天赋观念、意志以及思维仍由心灵认识外，感觉、爱、恨、恐惧等是这一相互作用的结果。2艾宾浩斯的“遗忘曲线”艾宾浩斯成功的关键在于他对可能会对结果产生影响的额外变量的控制上。以无意义音节作为词语学习的实验材料如“DIQ”、“KOP”等。采用这些材料可以达到几个目的：(1) 控制难易度；(2) 控制熟悉度；(3) 控制单元间的联结强度。(4)使用德文字母组合了约2300个无意义音节，解决了词语材料可能重复的问题。采用序列学习法：把学习材料的各个单元项目排成序列，形成一个词单，在学习时，每个项目都按词单中固定的顺序依次一一呈现给被试，词单呈现完毕，被试开始回忆每个单元项目及其序列位置。例如，第一单元项目是“DIQ”，第二个是“VIF”，中间的记不清了，最后一个项目是“KOP”，如此等等。如果被试不能正确回忆所有的单元项目，或达到预期的学习标准，就必须继续接受另一次学习回忆期，如此等等，直到被试达到预定的学习标准。以节省百分数为因变量，研究了间隔时间与遗忘的关系，采用了6个不同水平的学习和回忆的间隔时间：20分钟、1小时、8小时、24小时、2天、6天以及31天。结论：开始一段时间遗忘较快，随着间隔时间的增加，遗忘速度减慢。二、科学研究的实证原则：为什么艾宾浩斯的研究富有生命力？1什么是科学科学与形而上学的分界(Karl R. Popper)：可证伪性、可验证性（可重复性）科学的研究程序：问题假设实验研究理论新的假设胡适：“大胆的假设，小心的求证”（观察、实验、归纳、推理、直觉）2什么是科学的心理学科学的心理学旨在寻找心理行为过程的规律，揭示心理行为过程中各变量间的因果关系。三、为什么要强调方法的重要性1心理学的研究对象人（或人的心理）十分复杂2心理学存在着分裂的可能性？既有“作为自然科学的心理学”，又有“作为社会科学的心理学”3到目前为止，心理学之所以尚没有出现一个公认的、能解释各种心理现象的理论体系，其根本原因何在？按照库恩 (T. S. Kuhn) 的所谓“范式”(Paradigm) 理论，目前的心理学仍处于尚未成熟的前范式阶段，还不是一门规范科学(normal science)。一个处于前范式阶段的学科要成为一门规范科学，资料的收集与积累将是一不可缺少的过程。4在心理学尚无统一范式的情况下，研究方法十分重要：方法已成为资料获取的准确性、丰富性以及资料概括和提炼的直接制约因素。四、心理研究的多种途径（质的研究与量的研究）解释学（或释义学、诠释学）方法：通过对心理现象的解释来达到对隐藏在心理现象背后的意义的理解（弗洛伊德对梦的解释）。例如，访谈法。现象学方法：对研究对象进行整体描述，即面向现实中的事物本身（格式塔心理学和人本主义心理学）；二者均强调从精神的和社会文化方面研究人的心理。例如，观察法。实证方法：强调心理研究的客观性，它要尽可能排除影响研究对象的任何主观因素问卷法：一种相关研究方法，采用问卷调查，探讨变量间的相关，用于预测和估计测验法：实验法（狭义的实证研究）：目的在于最大限度地揭示心理行为过程中各变量间的因果关系。现场实验研究（准实验法）第二讲 如何建立变量间的因果关系一、心理实验研究中的变量变量：在质或量上能产生变化的事物的属性刺激变量反应变量机体变量建立这些变量间的关系，最好是因果关系Y = f(X1, X2, , Xn)实验中实验者所操纵的对被试反应产生影响的变量称为自变量(independent variable)，由操纵自变量而引起的被试的某种特定反应称为因变量(dependent variable)。但是，除了自变量之外，还会有其它许多因素会影响因变量的变化，凡是对因变量产生影响的变量都可称为有关变量(relevant variable)，对因变量不产生影响的变量都可称为无关变量(irrelevant variable)，在有关变量中，实验者拟研究的变量称为自变量，不打算研究的那些有关变量称为额外的有关变量(extraneous relevant variable)，简称为额外变量(extraneous variable)，由于实验中必须要控制这些额外变量，故额外变量也被称为控制变量(controlled variable)。因变量因变量的信度：同一刺激情况下的变异程度因变量的效度：能否真正测到因变量在不同自变量水平下的变化程度采用公认的因变量避免ceiling effect与floor effect采用多项测量变量的操作性定义：采用测量它的操作程序来测量二、如何建立变量间的因果关系？穆勒五法1843年，英国哲学家穆勒 (John S. Mill, 1806-1873) 在其名著逻辑体系中系统地论述了探求因果关系的五种方法，为通过实验研究揭示心理行为过程中变量间的因果关系提供了一般方法论基础。契合法若A,B,Ca,b,c A,B,Da,b,d A,C,Ea,c,eA是a的因差异法（使用对照组）若A,B,Ca,b,c B,Cb,cA是a的因契合差异并用法若A,B,Ca,b,c A,D,Ea,d,e A,F,Ga,f,g B,M,Nb,m,n D,O,Pd,o,p F,Q,Rf,q,rA是a的因共变法（当有些现象无法消除从而不能使用对照组时）A1,B,Ca1,b,cA2,B,Ca2,b,c A3,B,Ca3,b,c结论：A是a的因剩余法A,B,C,D是a,b,c,d的因，而A是a的因，B是b的因，C是c的因，则D是d的因上述方法均有一定局限性，应用是否成功的关键在于心理变量能否进行正确有效的分离一个例子：Waugh和Norman关于短时记忆遗忘的研究三、额外变量的控制(1)排除法：将额外变量从实验中消除；(2)恒定法：使额外变量在实验过程中保持固定不变，同一主试、同一时间、同一仪器等；(3)匹配法：使实验组和控制组中的被试特点相等（独立组设计）；(4)抵消平衡法：通过采用综合平衡方式使额外变量的效果互相抵消（重复处理设计所产生的顺序效应）；(5)随机化法：随机抽样并把样本随机地分配到各处理组、让刺激随机呈现等（已知有额外作用但不适于上述方法；无法确定起作用的额外变量来源）；(6)统计控制法：由于条件限制不能采用上述方法时，可在实验后采用协方差分析等统计方法来控制额外变量。四、心理实验中主试与被试的关系指导语主试的期待：实验者效应(Rosenthal, 1966) ，主试可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使其反应符合主试的期望被试的动机：霍桑效应(Hawthorne effect)，由于被试对实验态度发生了变化从而导致研究的自变量发生混淆安慰剂效应(placebo effect) 双盲控制五、心理实验研究的效度：内部效度、外部效度外部效度以内部效度为基础，没有一定的内部效度，永远不会有外部效度。第三讲 心理研究的程序一、发现问题，陈述问题，形成假说生活事件观察、文献阅读Psychological Abstracts、PsychInfo1. Cognitive Psychology2. Current Directions in Psychological Science3. Intelligence4. Journal of Educational Psychology5. Journal of Experimental Psychology: General6. Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory, & Cognition7. Memory & Cognition8. Psychonomic Bulletin & Review9. Psychological Review10. American Psychologist11. British Journal of Psychology12. Quarterly Journal of Experimental Psychology13. Developmental Psychology14. 心理学报15. 心理科学进展16. 心理科学以假说的形式陈述问题。如果，那么。 假说如何形成？长期的思索、意外的发现、直觉与灵感好的假说的特点：可验证性、简洁性、概括性举例：“勤奋的学生学习成绩好”，其中，勤奋应该作具体定义，学习次数或学习时数。二、确定研究类型自然观察法：在自然环境下观察、记录自然发生的行为，Lorenz观察动物攻击行为、印记行为等，珍尼古多尔在原始森林观察黑猩猩行为；调查研究档案研究准实验研究：不能以随机方式分配被试，只能根据已经形成的群体推论因果关系社会学研究、社会心理学研究等实验研究：随机抽样选择被试、操纵自变量，可减少误差，对实验研究的许多批评源于对实验研究本质的不甚了解。探索性实验与验证性实验预备实验三、实验研究过程1发现问题，陈述假说2界定变量：自变量、因变量、控制变量3选择仪器4确定实验方案：选定何种实验设计5选择和分配被试：界定总体和样本：所有可能参与研究的个体为总体；从总体中抽取部分个体，组成实验受试者，为样本。样本应有代表性取样：随机取样和分层随机取样；随机分组以获取等组被试；随机会产生波动，但仍是最好的方法。6数据采集与处理：计划、指导语、时间安排等数据类型：比例型数据：身高、体重、反应时间等，有相等单位，有绝对零点，可加减乘除等距型数据：温度、智商、能力大小等，有相等单位，无绝对零点，可加减等级型（顺序型）数据：喜好程度等，无相等单位，无绝对零点，不能加减乘除类别型数据：气质类型、性格类型等，无相等单位，无绝对零点，不能加减乘除数据处理：合理正确的统计方法极为重要，参数检验，非参数检验7得出结论，检验假说8撰写研究报告题目 摘要 正文 前言 方法 结果 讨论 结论 参考文献第四讲 随机组设计一、双随机组设计1一个例子：维生素C对感冒的作用从总体中抽取60名被试，随机分为实验组与控制组。实验组：服用维生素C控制组：服用同样形状的淀粉颗粒观察今后6个月内患感冒的次数设计关键：实验前必须确定两组在各方面相等（包括要记录的因变量）2如何达到等组？相对大的样本；随计化原则：随机抽样、随机分组若为小样本，两组被试各方面容易波动，较难“相等”大样本更容易减少两组之间的差异，但仍可能由于随机波动出现不等组。另一例子：RNA是否与记忆有关？3统计分析虚无假设：两组因变量的总体平均数之间无差异；计算平均数计算t值。t值反映两组平均数之间的差异程度，若差异很小（即不显著），则差异是由于随机波动而产生的，反之则是实验处理导致的；计算自由度：df = n1 + n2 2；若t(13) = 4.48 4.22 (此时=0.001)，可得出结论P RTc RTa，RTa也称为基线时间 (baseline time)，RTc在简单反应时的基础上增加了对刺激的辨别时间，因此RTc-RTa为辨别过程所需要的时间，而RTb 则在简单反应时的基础上增加了对刺激的辨别时间以及对反应作出选择的时间，因此RTb-RTc为选择过程时间。该方法起初是用来确定某个心理过程所需的时间的，故称为反应时间的相减法(subtractive method)，但是反过来看，可以从两种反应时的差数来判定某个心理过程的存在。这一减法逻辑在理论上有相当的合理性，在实验心理学中一直占有很高地位，后来用正电子发射断层扫描研究人脑功能时所采用的减法实验设计，正是在唐德斯的反应时间的相减法基础上直接发展起来的。斯腾伯格 (S. Sternberg，1969)的研究：反应时间的加因素法(additive factors method)主要观点：完成一个作业所需的时间是一系列信息加工阶段分别所需时间的总和，如果发现可以影响完成作业所需的时间的一些因素，那么单独地或成对地应用这些因素进行实验，就可以观察到完成作业时间的变化。如果两个因素的效应是相互制约的，即一个因素的效应可影响另一因素的效应，那么这两个因素只作用于同一个信息加工阶段；如果两个因素的效应是分别独立的，那么这两个因素各自作用于某一特定的加工阶段。这样，通过单变量和多变量的实验，从完成作业时间的变化就可确定这一信息加工过程的各个阶段。一个例子：短时记忆信息提取实验先给被试相继呈现一系列随机数字（6个以内），作为识记项目，然后再看一个数字（测试项目），并同时开始计时，要求被试回答该测试数字是否是刚才识记过的，按键作出是或否的反应。这样就可以确定被试能否正确提取以及所需要的时间（即反应时）。可以设想，被试先对测试项目进行编码（假设所需时间为e毫秒），然后将编码好的数字与保持在短时记忆中的识记项目（假设为N）逐一比较（假设每一项目的比较耗时为c毫秒），并确定每一项目与测试项目是否匹配（决策），最后作出相应反应，假设作出决策和反应所需时间为d毫秒，根据加因素法原理，被试的反应时为这四个阶段所需时间的总和，即RT = e + cN + d也可以写作RT = cN + (e + d)这是一个直线方程，其中c为斜率，e + d 为截距。通过对被试在不同记忆集下所作出反应时间的分析计算表明，c = 38，e + d = 397，即每比较一次需时38毫秒，而对刺激编码、作出决定和反应共需397毫秒。该结果有力证明短时记忆中信息的提取是以系列扫描（逐个检查）方式进行的，而非平行扫描（同时检查）。任务分离 (task dissociation)：通过实施两种任务达到对心理过程的分离。采用双任务法对心理过程进行分离是基于所谓的双分离(double dissociation) 原则。在关于脑损伤病人的神经心理研究中，至少需要两个病例才能运用双分离原则探讨脑局部损伤对行为的影响。在这一方面，双分离原则的逻辑是，若一被试不能顺利完成A任务，另一被试不能顺利完成B任务，已知任务A只与脑区a有关而与脑区b无关，任务B与脑区a无关而只与脑区b有关，则这两个任务存在不同的脑机制。在神经心理学研究中，运用双分离原则研究脑局部损伤对心理行为的影响取得了很大成功。下面的一个例子表明，运用双分离原则可以将人类工作记忆中的词语信息加工与视觉空间信息加工过程分离。Basso 等报告过对一则病例的研究结果。患者PV是一名28岁的女性，右利手，5年前中风，脑受损面积很大，扩展到脑左半球语言功能区的前后，她不能重复刚听到的句子。Basso 等进一步测验了其词语工作记忆(verbal working memory)和空间工作记忆(spatial working memory)，词语工作记忆测验是让被试读完一系列不同长度的随机数字（或字母）串后按顺序背诵出来，空间工作记忆测验则是让被试看完一组相同物体的排列布局后再将它们按原布局重新排出来。研究表明，PV的词语工作记忆较正常人差，但空间工作记忆能力正常。Hanley 等5 报告的一则病例其表现正好相反。患者ELD是一名55岁的的女性，右利手，其脑右半球中央有一脑动脉瘤，导致6年前外侧沟出现血肿，测验结果表明该患者的空间工作记忆能力明显低于正常人，但其词语工作记忆能力正常。研究还发现，PV和ELD的工作记忆能力缺陷并非由于其编码词语或空间材料的能力缺陷引起。例如，PV的语音分辨音韵判断以及单词的理解能力均正常，其词语项目的长时记忆能力也正常，表明其工作记忆能力受损具有特定的选择性；ELD能正常辨认物体图片以及判断面部表情，其空间记忆能力受损影响了其长时记忆和新的视觉刺激材料的学习，但这一缺陷显然不是由于知觉编码问题。因此，PV和ELD这两个病例为分离词语工作记忆和空间工作记忆提供了较为明确的证据，且进一步表明，词语工作记忆与左半球有关，而空间工作记忆与右半球有关。通过对两个病例所作的一系列神经心理测查，上述研究运用双分离原则成功地对词语工作记忆和空间工作记忆进行了分离。人拥有感觉、知觉、记忆、思维、表象等多种多样的认知能力，任何一种认知能力都包含多个心理过程，例如较高级心理活动如记忆、思维通常需要感觉、知觉等心理过程的参与，也就是说，感觉、知觉等心理过程通常是多种认知能力的基本环节。在神经心理研究中，如果观察到局部脑损伤导致某种认知能力下降甚至丧失，这就需要确定该能力下降或丧失是否是由感觉、知觉等更一般性的心理过程缺失引起的，否则会使研究结论缺乏明确的说服力。例如，Wang和Bellugi研究了两组分别患有威廉斯氏综合症(Williams Syndrome)与唐氏综合症(Down Syndrome)病人。这两组病人皆由于异常遗传导致神经发育不正常，从而使智力发育迟缓，其中威廉斯氏综合症病人的语言功能保持相对完好。Wang和Bellugi研究了这两组病人的工作记忆能力，测验其词语记忆和空间记忆，发现威廉斯氏综合症病人的数字广度成绩比唐氏综合症病人要好，而唐氏综合症病人的空间记忆成绩比威廉斯氏综合症病人好，两组病人在两种任务的操作上表现出明显的分离。但这并不能得出结论说两种工作记忆存在分离，因为存在这种可能性，即威廉斯氏综合症病人的空间性知觉编码能力存在缺陷，而恰好唐氏综合症病人的词语性知觉编码能力存在缺陷。这