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第02章 实验研究的基本问题 本章主要内容： 第一节 实验心理学中的基本概念 第二节 心理实验的基本要求 第三节 实验研究的仪器第一节 实验心理学中的基本概念 一、主试与被试 二、指导语 三、变量 四、效度第一节 实验心理学中的基本概念 一、主试与被试 主试（Experimenter）：是指心理实验中的组织、设计和具体实施者。 被试（Subject）：由主试选择的实验对象或在主试的监视或指导下具体操作实验的人或动物。第一节 实验心理学中的基本概念 二、指导语（instruction） 指导语是在实验前由主试向被试解释和说明的或是被试自己阅读的，关于实验如何进行、被试如何做反应以及在反应过程中应该注意的文字说明。第一节 实验心理学中的基本概念 制定指导语时，应注意的问题 1在指导语中应该把实验的要求、被试如何做反应、实验应该注意的问题交代清楚，使被试对自己应该做什么以及如何做等一目了然。 2要严格确定给被试什么样的指导语。 3指导语要写得简单明确，切忌模棱两可，也不要用专门术语，要保证被试确实懂得了指导语。 4指导语要标准化。第一节 实验心理学中的基本概念 三、变量 （一）定义 （二）自变量 （三）因变量 （四）额外变量 （五）中间变量与调节变量第一节 实验心理学中的基本概念 （一）变量 变量（variable）是指在数量上或质量上可变的事物的属性。第一节 实验心理学中的基本概念 （二） 自变量1、定义2、自变量的分类3、对自变量的操纵（二） 自变量 1、定义 自变量（independent variable）即刺激变量，独立变量，它是由主试选择、控制的变量，它决定着行为或心理的变化。 （二） 自变量 2、自变量的分类： （1）刺激特点自变量 （2）环境特点自变量 （3）被试特点自变量 （4）暂时造成的被试差别 （二） 自变量 3、对自变量的操纵 （1）对自变量下操作定义 操作定义（operational definition）：在心理学上，操作定义是用可以感知到的事件、现象或指标来对研究变量进行数量化或定性的界定和说明. （2）确定自变量的各个水平 自变量的水平，即指自变量的一个取值（或操纵结果）第一节 实验心理学中的基本概念 （三） 因变量 1、定义 2、因变量的分类 3、对因变量的控制 4、因变量的测量与选择需要注意的几个问题 （三） 因变量 1、定义 因变量（dependent variable）即被试的反应变量，它是自变量造成的结果，是主试观察或测量的行为变量，又叫反应变量（response variable）、依从变量。（三） 因变量 2、因变量的分类 （1）客观指标主要有： 反应速度 反应速度的差异 反应的正确性 反应的难度 （2）主观指标 主要是指被试的口语记录（protocol），主要是指被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录，或在实验之后，被试对主试提出问题所作回答的记录。 （三） 因变量 3、对因变量的控制 （1）反应控制 让被试的反应确实发生在实验者感兴趣的因变量维度上。 （2）选择恰当的因变量指标 （三） 因变量 4、因变量的测量与选择需要注意的几个问题： （1）因变量的可靠性即信度 （2）因变量的有效性即效度 （3) 因变量的敏感性（四）额外变量 1、基本概念 2、额外变量的分类 3、心理学实验中典型的额外变量 4、额外变量的控制 1、基本概念 （1）相关变量：凡是对因变量产生影响的实验条件都称为相关变量； （2）无关变量：对因变量不产生影响的实验条件称为无关变量（或无关变项）。 （3）额外变量：实验者不用于研究的那些相关变量称为额外相关变量，或简称为额外变量。 （4）自变量混淆：如果应该控制的变量没有控制好，那么，它就会造成因变量的变化，这时，研究者选定的自变量与一些没有控制好的因素共同造成了因变量的变化.2、额外变量的分类 系统的额外变量：与实验目的无关的、相对恒定的客观条件对实验结果产生的影响，这种影响通常是在一个恒定的水平上下波动，我们将这种额外变量称为系统的额外变量。 系统的额外变量对实验结果会产生系统误差（Systematic Error）。 随机的额外变量：是随机的、偶然出现的。不可预期的与实验目的无关的，但又对实验结果有一定影响的因素，这些因素称之为随机的额外变量，随机变量引起的误差称为随机误差（Random Error）。 3、心理学实验中典型的额外变量 （1）实验者效应：主试在实验中可能以某种方式有意无意地影响被试，使他们的反应附和实验者的期望。这种现象称为称为实验者效应（experimnetor effect）。 （2）需要特征（要求特征）:被试会自发地对实验者的实验目的产生一个假设或猜想，然后再以一种自以为能满足这一假想的实验目的的方式进行反应。我们把这种现象称为要求特征。4、额外变量的控制 （1）消除法或排除法 消除法（elimination method）是把额外变量从实验中排除出去。4、额外变量的控制 （2）恒定法 恒定法（constant method）就是使额外变量在实验的过程中保持恒定不变。 （3）随机化法 随机化（randomization）是根据概率理论，把被试者随机地分派到各处理组中。 （4）匹配法 匹配法（matching method）是使实验组和控制组中的被访者的特点相等的一种方法。4、额外变量的控制 （5）抵消平衡法 抵消平衡法（counterbalancing method）是通过采用某些综合平衡的方式使额外变量的效果互相抵消以控制额外变量的方法。4、额外变量的控制 （6）统计控制法 在实验完成后通过一定的统计技术来事后避免实验中额外变量的干扰的方法。（四）中间变量与调节变量 1、中间变量（mediator） 如果在考察自变量对因变量的影响时,自变量通过变量M来影响因变量,就称M为中间变量。 （四）中间变量与调节变量 2、调节变量(moderator) 如果变量Y与变量X的关系是变量M 的函数,称 M 为调节变量。查 阅 资 料 1、青少年自尊与攻击的关系：中间变量和调节变量的作用 .(心理学报 2007, 39 (5):845851) 2、中介变量调节变量与协变量的概念、统计检验及其比较(心理科学2007,30 (4) :934 936) 3、有中介的调节变量和有调节的中介变量(心理学报2006, 38 (3) : 448452)四、效 度 （一）定义 （二）影响实验内部效度的因素 （三）影响实验外部效度的因素（一）定义 实验效度（experimental validity）是指实验方法能达到实验目的的程度。 实验的内部效度是指实验变量（处理）能被精确的程度。 实验的外部效度是指实验研究的结果能被普遍推论到实验情境条件以外的程度。 （二）影响实验内部效度的因素 1、历史（经历） 前摄历史因素包括被试固有的和习得的差异，比如性别、工龄、经验、身高、体重、态度、个性、运动与心理能力等等。 后摄历史的是指在实验过程，与实验同时发生，并对实验结果产生影响的特定事件。 2、成熟或自然发展的影响 指在实验过程中随着时间的延续，被试身心发生变化。（二）影响实验内部效度的因素 3、选择 4、测验 5、被试的亡失 6、统计回归 7、仪器的使用 8、选择与成熟的交互作用及其它（三）影响实验外部效度的因素 1、测验的反作用效果（reaction or interaction effect of testing） 测验的反作用指前测对后测的作用； 测验的交互作用指前测与后测的交互作用。（三）影响实验外部效度的因素 2、选择偏差与实验变量的交互作用 从事于实验的被试必须具有代表性、必须从将来预期推论、解释同类行为现象的总体中进行随机取样。（三）影响实验外部效度的因素 3、实验安排的反作用效果 例如，学生知道自己被选择在参加一项新的教学方法的实验 4、重复实验处理的干扰 实验的内部效度和外部效度是相互联系、相互影响的。 在实验情境中，要同时十全十美兼顾这两种效度是很难做到的。一般，基本研究比较重视内在效度，而应用研究则比较重视外在效度。 第二节 心理实验的基本要求 一、对选题和实验设计的要求 对选题要求 1、避免重复性研究； 2、已有的研究能够很好地衔接； 3、有一定的理论与实践价值。 实验设计要求 1、实验过程要有效控制 2、避免实验过程中的各种误差 二、对实验环境的要求 实验室环境条件应保持相对恒定。 三、对主试的要求 在实验前应对主试进行统一的培训，使其清楚实验的目的、实验过程的控制、实验中出现的意外情况应如何处理、如何记录被试的反应、如何控制。第二节 心理实验的基本要求 四、对被试的要求 被试应严格按照实验指导语和主试的要求对刺激进行反应，反应要真实、可靠。 第二节 心理实验的基本要求 五、对实验过程控制的要求 实验者通过对实验过程的控制，排除各种额外因素对实验结果可能产生的影响。 六、统计方法的运用和实验结果的解释 统计方法的科学性。 选择合适的统计方法，避免统计方法乱用。第三节 实验研究的仪器 1.听力计 计（audiometer）是测定个体对各种频率声音的感受性大小的仪器，通 过与正常听觉的比较，可确定被测者的听力损失情况。 现在的听力计 可以产生各种频率及各种强度的可听纯音，能够测量各种频率纯音的响度绝对阈 限。现在的听力计 可以产生各种频率及各种强度的可听纯音，能够测量各种频率纯音的响度绝对阈 限。 使用时，仪器主件自动提供由弱到强的各种频率刺激，自动变换频率，测听时被试戴上双封闭隔音的耳机，当听到声音时，即按键。 仪器可根据被试的反应直接绘出可听度曲线。另外，有的听力计还可能附有骨传导器等附件。 第三节 实验研究的仪器 2.立体镜 立体镜（stereoscope）是一种证实双眼视差和产生立体知觉的仪器。 目前实验室常用的立 体镜有：三棱镜式立体镜、反射式立体镜和栅栏式立体镜。 立体镜（采自张春兴，1991）第三节 实验研究的仪器 3.深度知觉仪 深度知觉仪（depth perception apparatus）是用以检验深度知觉敏锐度的仪器。 由霍瓦多尔曼（Haward-Dolman，1919）设计，故又称霍瓦多尔曼知觉仪（Haward-Dolman perception apparatus）。 这种仪器内有三根直棒，左右两侧固定的直棒为标准刺激，中间一根可以前后移动的直棒为比较刺激。 被试在2 米的距离外通过一个长方形的窗孔来观察这两根直棒，并遥控来调节可移动的直棒，使三者看起来在同一距离上。 在这种条件下，被试必须完全依据视知觉来 进行深度判断，除了双眼视差起作用外，排除了其他深度知觉的线索。 第三节 实验研究的仪器 4.速度知觉仪 速度知觉仪（speed perception apparatus）是测量人的速度判断能力的仪器。 速度知觉反映了每个人对速度知觉的差异。它是顺利从事各项活动不可缺少的能力。 速度知觉仪由知觉箱、被试反应键和活动挡板三个主要部分组成。 使用时，测试室的光线应稍暗。被试坐在距仪器1.2米处，面向知觉箱正面，双眼和光点 保持在同一水平上，右手拿反应键。 第三节 实验研究的仪器 5.时间知觉测试仪 时间知觉测试仪（time perception apparatus）是时间知觉实验的基本仪器，可用于检验各种因素对时间知觉的影响；检查个体的自我估计在估计时间中的作 用；测试个体在时间知觉上的阈限；检验刺激的不同呈现方式对估计时间的影响； 帮助学习用复制法研究时间知觉。而且，此种装置还可代替定时装置。 该装置的常用刺激类型分为光和声刺激两种，可用以区别不同感觉器官对于时间知觉的影响。 刺激的呈现方式主要有两类：一类是连续的方式，信号刺激延 续一段时间，即连续的光刺激或连续的声刺激；另一类是断续的方式，呈现一段 空的时间间隔，即第一次光灭（或者声音停止）到第二次光亮（或者声音出现） 之间的间隔时间。 6.空间知觉测试仪 空间知觉测试仪（space perception apparatus）是用于考察人类空间知觉的认知特点的仪器，通过人们凭借视觉对空间位置中形状、方位的辨别过程，来鉴别个体对空间特性的辨别能力。 还可用于验证刺激的空间结构特点对信息传递效率的影响。 该装置包括三个主要部分：（1）灯光显示器，由许多小灯组成，可根据实验者要求组成各种图案；（2）主试控制器，上面装有信息变换开关以保证多组重复实验的准确性，还装有自动正负反馈信号灯，第三节 实验研究的仪器 7.速示器 速示器（tachistoscope）是一种短时呈现视觉刺激的仪器，在知觉、记忆和学习等方面的研究中，经常要用适当的仪器来把刺激呈现给被试，以记录他们的反应。 该仪器用途较广，可通过高速呈现来测定图形、汉字、英文字、数字、广告的辨认阈限；测定注意范围；还可用于学习和记忆等多种实验。 弱点，即由于有视觉后象的存在，常常无法判定被试到底 是对刺激反应，还是对后象（记忆痕迹）反应。 8.记忆鼓 记忆鼓（memory drum）为一种研究记忆的仪器。 记忆鼓具有更完善的传动装置和时间控制装置，可以选择十种不同的定时时间在呈现窗口中连续不断地向被试呈现字词、或系列/对偶的文字与符号刺激，并具有三种显示面积。 第三节 实验研究的仪器 9.反应计时器 反应计时器（reaction timer）是一种用以测量个体在不同条件下对单个或多个刺激或刺激组合的反应速度和准确性的仪器。第三节 实验研究的仪器 简单反应计时器（simple reaction timer）是呈现单一刺激，要求被试作单一反应的仪器，主要用于测试人的视听通道的反应速度。 通过测定，可比较在声和光的不同刺激条件下，反应速度的快慢。实验过程中由主试操纵开关，选择声或光为约定的刺激信号，当被试感觉到信号（声或光）时就按下反应键。这时计时器便记录了从呈现刺激到作出反应之间的时间，如此重复多次可取得较为可靠的数据。该数据在需要时还可以与选择反应时测得的数据进行比较。 视觉选择反应计时器（visual choice reaction timer）装置是用来测量单纯的反应时间和辨别反应/运动时间的仪器。每个装置由四种颜色的刺激信号灯（红、蓝、绿和白），一个2800赫兹的音调刺激，以及五个反应键组成。一根15英尺的电缆和操作者控制台上的防护罩将操作者与被试隔离开来。另外需要一个多功能计时器/计数器来进行时间测量。实验中还可以将两个或更多的该装置联合起来使用，以证明反应时间随着任务中刺激-反应对数量的增加而增加。 多选择反应计时器（multi-choice reaction timer）系统可以让实验者自行选择刺激类型、反应方式、刺激延迟和刺激开始呈现的方式。 该装置包括一个控制盒、有三个电报键和中央刺激呈现的被试盒、双频声音继电器、按钮和幻灯片看片器。 反应盒（response box）也是目前常用的一种用以测量视觉和听觉刺激反应 时的装置。Lafayette 仪器公司生产的 8-键反应盒可以让被试将手舒适地放在反应盒的面板上，面板上的反应开关是按照手指的形状分布的。在面板的顶端还连接 有输出端。使用DmDx等应用软件的实验通常需使用反应盒装置来记录反应时。 第三节 实验研究的仪器 10.警戒仪 警戒仪（alertness apparatus）是测定个体警戒状态的仪器。 警戒指的是人在 一定环境中的觉察特点，不能预期出现的事件的准备状态。 警戒作业的绩效受多 种因素的影响，通常随着持续时间的延长而下降。信号出现的频率较高时易为人 们所觉察，信号出现频率较低时则容易被漏检，但是，过高的信号出现频率同样 也会引起觉察效率的下降。 该仪器的测试面板由沿圆周均匀分布的 60 只小灯（发光二极管）构成。工作时，小灯能以一定的间隔时间（0.55 秒）、一定的占空比（10%90%）从起始位置沿顺时针方向依次点亮。 当某一时刻（随机发生）突然跳空而直接点亮隔位小灯时，被试应在2.5秒内按回答键响应，以示其已正确观察到这一现象。仪器自动记对一次，否则记错一次。如果小灯未出现跳空时，被试也按下回答键，同样算出错一次，仪器自动记录。 仪器的主控操作面板可为主试提供有关参数设置，并显示测试结 果：“SET”、 “”、“”键用于参数设置；“STR”键用于启动测试；“FY”健显示格式选择，改变显示器显示内容；“”、“”键在测试结束后可用于翻看各组测试结果。 11.镜画仪 镜画仪（mirror tracer）是一种主要用于研究练习效果和技能迁移作用的实验仪器，可考察被试的反转能力、手眼协调能力和学习能力。 该装置是由一面镜子、一块画有多角星形图案的底板、一块遮挡板和一支金属笔组成。其中，遮挡板用来在实验中挡住被试的目光，以防止其直接观察到底板上的星形图案。该装置还包含一个自动计数器，以记录金属笔离开多角星形图案轨迹的次数（即错误次数）。 12.眼动仪 眼动仪（eye tracker）是测试人眼活动情况和研究有关心理过程的专用仪器。 人在进行无意注意或者有意注意时，眼睛的视线总是对准知觉对象的某一点（即眼睛的注视点），并不断地转动着视线以转换注意的目标。 眼睛是以跳动的方式将视线转换到新的目标上去的，在每次目标转换以后，眼睛稍许停顿片刻，注视这一目标，然后再跳动到新的注视点上去。 在注意对象时，眼睛就是这样不断地以注视、跳动、再注视来达到对知觉对象的整体观察。 眼动仪就是用来研究注意时眼球运动的轨迹，以确定注意时不同部分所起的作用，进而分析信息加工过程的某些特点。 眼动仪的结构包括测试计算机、图像显示计算机和测试托架。测试计算机与图像显示计算机之间可进行同步通讯。 实验时，被试将下颚放在安装有红外灯和摄像头的托架上，注视前方图像显示计算机屏幕上的图形。主试通过测试计算机来控制图像显示计算机上所显示的图像，并采集分析被试的眼动数据。 眼动仪系统通过加工来自红外线瞳孔摄像机的眼睛视频信息，来识别和确定瞳孔中心和角膜反射点之间的距离变化。通过测量这些点横向和纵向的向量距离，得到各注视点的坐标，从而获得眼动的精确测量值。 该系统的数据记录单元或打印机、绘图仪可记录眼动过程的详细数据，如眼珠的水平和垂直运动的时间、位移距离、速度及瞳孔直径、注视位置等，并描绘出眼动的连续轨迹。可对图像数据进行采集分析：注视分析可显示出发生视觉刺激时注视点移动的路径，以及观看活动图像或静止图像时目光停留位置和时间；统计分析则可显示绝对的和相对的注视时间，及选定时间段内注视持续时间所占的百分比。 此外，还可记录相关实验数据，如注视点数据（每个注视点的平均持续时间和百分比）、兴趣区（向被试呈现的视觉刺激的某一特定区域）、驻留时间（花费在注视一个兴趣区上的总时间）、扫视时间和距离（两个注视点之间的间隔时间和长度）、平均瞳孔直径等。研究者通过分析这些数据，即可推断被试的内部心理活动。 实验中的变量分析 学习走迷津实验 实验目的：研究随着学习次数的增加，走迷津所用的时间和错误次数的变化。 实验材料：触棒迷津（见下图）、小棒、遮眼罩（见下图）、秒表、记录纸。实验程序 （1）三人一组，被试者带上遮眼罩，用小棒走迷津（实验前被试者勿看迷津，也勿用手触摸迷津）。主试者对被试者的指示语必须这样说明：“在排除视觉的条件下，尽快地学会用小棒走迷津，中间不要停顿，要积极运用动觉、记忆和思维，争取早些学会”。主试者把小棒放在迷津的入口处，然后让被试者用优势手拿住小棒，手臂悬空。 （2）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。 （3）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。 （4）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