实验心理学第二章 变量及控制

本章内容 第一节心理实验中的变量分析 第二节自变量及控制 第三节因变量及控制 第四节额外变量及控制 第一节心理实验中的变量分析 一 变量概述 二 变量的分类 一 变量概述 variable 在性质上和数量上可以发生变化的事物的属性 变量是使实验运转的嵌齿和齿轮 因此 实验的关键在于变量的有效选择和操纵 content 二 变量的分类 一 根据变量之间关系的性质分 相关变量与因果变量 二 根据变量的数据形式分 连续变量 非连续变量 三 根据变量的性质分 存在变量和引发变量 四 根据其来源分 刺激变量 机体变量 反应变量 五 根据实验研究过程中所起的作用不同分 自变量 因变量 额外变量 一 根据变量之间关系的性质分 相关变量与因果变量 1 相关变量 在方向 大小方面存在一定关系 但不能确定它们之间哪个是因 哪个是果 主要存在于相关研究中 正相关 负相关 伪相关 两变量的相关只是表面上的 实际上由第三变量引起 当第三变量消失时 相关关系亦随之消失 中介相关关系 即变量x与中介变量c相关 而x又与变量y相关 或可能是 伪零度相关 即两变量本来存在相关 由于第三变量各与两者相关 使两变量之间显现不出相关关系 了解 content 2 因果变量 相互之间存在因果关系 如果说变量x是导致变量y变化的因 则必然会有 x和y之间存在关系 非对称的关系 即x的变化先于y的变化 而不是相反 不管其他因素发生与否 x的变化必然会引起y的变化 即有x必有y 充分条件 但并不意味着 没有x就没y 必要条件 y通常不止有x一个因素的影响 存在变量 引发变量 预先已经存在的 并非研究过程中引起的变量 如性别 学校类型等 属于准自变量 只能选择 不能操纵 在研究过程中由研究者施加或引起的变量 如刺激的呈现方式等 属于真正的自变量 可以操纵 三 根据变量的性质分 存在变量和引发变量 四 根据其来源分 stimulusvariable S organismvariable O reactionvariable responsevariable R 心理学的实验研究就是要探明这三类变量间的相互关系 特别是因果关系 因此 现代心理学的实验方程式可以写成如下形式 R f S O 1 刺激变量 刺激变量 来自外部的刺激情境 是心理实验中对被试的心理或行为可能产生影响的各种外在条件或因素 包括自变量与额外变量 自变量 是研究者想研究的并借助于实验过程以探明其对被试的心理或行为能否产生影响的变量 额外变量 不是主试想研究的 但是可能对被试的心理或行为产生影响 混淆变量 指那些不想研究但却与自变量一起发生系统改变的变量 使得被试心理或行为变化的原因无法确定 研究问题 集中学习和分散学习的效果比较 结果 证实了假设 分散学习比集中学习好 2 机体变量 可能对被试的心理或行为发生影响的被试自身的特征或身心特征 如被试的性别 年龄 身心健康水平 认知方式等 值得注意的是 在心理学实验中 可操纵的变量和机体变量都可以作为自变量 但实验中至少有一个可操纵变量 才可以揭示出自变量和因变量之间的因果关系 一般来说 如果一个实验的自变量全部为被试变量 则该实验很难揭示自变量和因变量之间的因果关系 如 吸烟导致肺癌 3 反应变量 也叫因变量 由于自变量的变化而引起的被试反应或内外变化 因变量是在实验中需要观察和记录的 通常包括强度 速度等 心理学实验中变量的分类 自变量被操纵因变量被观察额外变量被控制 第二节自变量及控制 一 自变量的定义independentvariable 又叫独立变量 刺激变量 指在实验中由实验者操纵 控制的 对被试的反应产生影响的变量 相关的术语 因素 水平 实验处理 在实验设计中 自变量也叫因素或因子 factor 通常讲的单因素实验设计 多因素实验设计是指自变量的个数 一个 两个或多个 水平是同一个自变量采取的维度 即自变量的不同取值 也叫实验处理 每种自变量水平也叫一种实验处理 2 环境变量 二 自变量的分类 1 作业变量 3 被试变量 1 作业变量 2 环境变量 taskvariable 实验作业 任务 各种可以操纵质和量变化的刺激 environmentalindependentvariable 各种环境因素充当的自变量 如学校 地区 班级等 3 被试变量 4 暂时的被试变量 又称机体变量 是指在外界条件一致的情况下 被试间不同程度的持续性特征 如年龄 性别 不同文化程度 职业 健康状况等的个体差异 严格讲这些变量是准自变量 通过主试的言语 态度及用某些方法使被试的特性 机能状态等产生一时的变化 由这一时的变化作为自变量的被试因素 如疲劳 焦虑 恐惧 奖励 饥饿等 5 复合变量 大多实验往往是同时操纵两个或两个以上的自变量 效率高 易保持额外变量的恒定 结果更接近实际 三 自变量的特性 可控性 可以由实验者直接操纵变化性 值是可以变化的诱发性 可以引起某些心理活动或行为表现的变化 四 自变量的控制 一 制定操作性定义 二 确定检查点 三 自变量呈现仪器的控制 四 确定自变量的呈现方式 次序 空间位置 时间长短等 一 制定操作性定义 operationaldefinition 用可感知 度量的事物事件 现象和方法对自变量或指标作出具体的界定 说明 例 给 学习态度 进行操作定义 答 用学生到校率 迟到和早退的次数与时数 上课认真听讲情况 作业完成的认真程度等具体可感知的现象代表学习态度 例 饥饿答 剥夺仅是24小时后个体存在的状态 练习 给 幸福 班主任的业绩 进行操作定义 具体包含确定它的数量 间距及范围 1 确定检查点的数量要根据变量的自身性质而定 检查点过少 有时难以反映出变量内部的规律 检查点过多 又容易引起实验的复杂化 最终也很难探讨清楚变量的本质特性 主要针对定量变量而言的 设置原则 至少确定两个或两个以上的检查点 二 确定检查点 如 动机强度对作业成绩的影响 图1检查点的数量对因变量的影响 2 间距的设置要适宜设置原则 检查点间距至少要大于差别阈限 主要针对定量变量而言 以上面的例子为例 距离太小 适中 图2不同距离的检查点对实验结果的影响 3 检查点的范围 当自变量的数量和间距都合适的情况下 如果它的测试区段不合理 同样也不能反映自变量的变化趋势 图3数量 间距相同 测试范围不同对结果的影响 三 自变量呈现仪器的控制1 实验仪器应准确 精密 不失真 2 仪器性能要稳定 稳压装置 3 仪器的显示范围要满足自变量的变化的要求 4 仪器要操作方便 反应灵敏 5 最好一个实验的不同被试使用同一台仪器 四 确定自变量的呈现方式 次序 空间位置 时间长短等 第三节因变量及控制 一 因变量的定义dependentvariable 又称反应变量 指由自变量的变化而引起的行为或心理上的变化 是研究者力图测量 记录的指标 因变量 自变量 二 因变量必备的性质 必备性质 信度 效度 区分度 一 信度 Reliability 指在所有的条件都不变的情况下 重复测量的结果的相似程度 即对于自变量来说 在相同或相近条件下测量结果的前后一致性 思考 如果判断一个因变量信度的高低 Validity 测量的有效性 即因变量能不能确实测量到它所要测量的被试心理或行为的变化 包括 内部效度和外部效度 内部效度 是指因变量的变化确实是由自变量的变化而引起的程度 凡是因变量的变化不能明确确定是由自变量引起的 都说明此实验的内部效度有问题 外部效度 是指研究结果的代表性 普遍性或可推广性 二 效度 因变量最重要的性质 例 研究作业难度对识记效果的影响 再如 有人用磅秤测量人的身高 虽然有信度 但却没有效度 答案 经验 专家效度 需要特别注意的是 当测量的因变量不具有高效度时 研究可能得到错误的 甚至是荒谬的结论 这种错误或荒谬即使没有被专家评审时提出 也最终会在实践中暴漏出来 思考 当测量信度较低时 自然就没有了高效度 但是当信度较高时 又如何判断因变量的效度高低呢 三 区分度 Discrimination 随着自变量的变化 因变量也随着变化 即因变量对自变量的变化比较敏感 灵敏 天花板效应和地板效应都会影响因变量的区分度 ceilingeffect 任务过于容易引起所有自变量水平都获得很好的结果 没有什么差别 flooreffect 任务过于困难 所有自变量水平反应都极差 没有什么差别 例 材料的难度和数量对记忆能力的影响 实验环节 记忆传递 小明今天去食堂吃了一个肉包 两个饺子和一碗粥 吃饱了刚想回宿舍的时候 小芳打电话叫他帮忙打包两个肉包 一个饺子和两碗粥 公园有四排石狮子 每排是十四只大石狮子 每只大石狮子背上是一只小石狮子 每只大石狮子脚边是四只小石狮子 史老师领四十四个学生去数石狮子 你说共数出多少只大石狮子和多少只小石狮子 讨论 该研究可能存在什么问题 研究者想要比较游泳和跑步的减肥效果 他找来两个肥胖的人做被试 首先用一架最大量程为300磅 1磅 0 454千克 的台秤称他们的体重 发现两个被试的体重正好都是300磅 然后 这两个被试开始减肥计划 一个通过跑步减肥 另一个游泳 几个月后 两人又一次用同一台秤称体重 结果发现两个人的体重都是250磅 研究者认为两个人都减重50磅 因此断定跑步和游泳的减肥效果一样好 请问该研究可能存在的原因是什么 假如你叫一个动作不太协调的朋友打保龄球 你认为奖赏可以提高作业水平 因此每当他打一个全中你就为他买一杯啤酒 然而你的朋友将球都扔到沟里去了 这样 你就不能提供奖赏了 由于再没有比沟球更低的水平了 所以你观察不到成绩单任何下降 此时你朋友的作业水平已经到了反应指标量程的最低端 这就是地板效应 因变量必须同时具备信度 效度 区分度三个基本条件 才是较好的心理实验中被试心理或行为的有效测量指标 一般来说 信度和区分度是效度的必要条件 但不是充分条件 当信度和区分度较高时 因变量才可能具有高效度 具有高效度的因变量则肯定具有较高的信度和一定的区分度 三 因变量的种类 一 常用的认知指标1 反应速度2 反应的正确性3 反应难度4 反应的次数或机率5 反应的强度 二 生理指标1 眼动模式 眼跳 扫描轨迹 第一次注视时间 总注视时间 注视次数等 2 脑电 皮肤点 肌电3 心血管指标 心率 血压 血流量等 4 脑激活区的位置与强度三 其他行为指标1 口语记录 protocol 被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录 或在实验后 对主试提出问题所做回答的记录 目前 广泛用于问题解决中 2 行为模式 四 因变量的控制 一 指导语的制定 1 指导语要清楚 全面 避免使用专业术语 2 指导语要简明扼要 不能模棱两可 一语双关 以避免难记和不同被试的不同理解 3 指导语必须标准化 以便对所有被试都使用相同的指示语 二 主试和被试的态度 1 主试对被试要尊重 有礼貌 热情接待 不浪费被试时间 注意对实验结果的保密 2 在实验的始终 主试的言行 态度应保持一致 3 尽可能用同一个主试 三 反应的观察 记录和测定 观察应详细 记录应使用客观方法 测定应准确 四 反应指标的平衡 第四节额外变量及控制 一 什么是额外变量extraneousvariable 又叫控制变量 与实验的目的无关 但又对被试的反应有一定影响的变量 额外变量是相对于具体的研究目的而言的 注意 额外变量不同于无关变量 无关变量是指实验中存在 但对因变量不会产生任何影响的无需考虑顾及的变量 例 如在工作环境与工作效率关系的研究中 光线 噪音等可为自变量 但在多数实验中为额外变量 同一实验在多个房间 用多台电脑进行 则有干扰作用 智力水平与创造力关系的研究中 智力为自变量 但在注意 记忆 思维等个体差异研究 性别特点 年龄特点 中常为额外变量 二 额外变量的来源 一 被试方面 被试参与是否认真 是否真正懂得了指导语 做实验的动机 兴趣 态度 情绪状态 身心状况 练习或相关的实验经验 是否知道实验者的意图和实验目的等 被试方面常见的实验效应 霍桑效应 安慰剂效应 德西效应 思考 如何克服霍桑效应 安慰剂效应 答案 单盲实验 Single blindtrials 在实验中可能引起个人偏好或者使实验结果发生偏差的信息不向实验的参与者提供 而实验者却完全掌握关于实验的所有信息 二 主试方面 研究者的年龄 性别 外表 言谈举止 态度 暗示等都有可能影响研究结果 常见效应 实验者效应 问题 如何克服实验者效应和被试者效应 答案 双盲实验 Double blindtrials 主试和被试都不知道实验的假设和目的的情况下进行的实验 实验者不知道哪些参与者属于控制组 哪些属于实验组 只有在所有数据被记录完毕之后 在有些情况下是分析完毕之后 实验者才能知道被试的分组情况 三 研究设计方面 是指由于实验程序不当引起的无关变量 具体包括 设计方法的选择 被试间设计 被试内设计 被试的分派 各实验组匹配与否 被试反应的测量 视角是否统一 仪器规格是否统一 记录是否准确等 实验日期的安排实验的顺序 刺激呈现顺序是否符合要求 四 研究实施环境方面温度 光线 声音 布置 熟悉性 空间阔窄等 在研究实施现场发生的意外事件 如停电 有人大声说话 施工噪音 计时表停了 临时发现题目印刷不清楚 装订错误等 五 数据处理方面数据分类不合理 极端数据没有剔除或剔除不当 不合格被试的删除 评分出现过失或评分标准不统一 统计方法选择不恰当等 对额外变量控制不当会产生两种误差 随机误差和系统误差 三 额外变量的两种影响 随机误差 randomerror 指实验中由于一些难于控制的偶然因素导致的因变量数据的随机变化 一般是由随机取样方法的先天局限造成的 随机误差无法避免 也无法控制 由于随机误差方向不定 可左可右 大小和方向是完全随机的 无规律可循 故从理论上可以认为 其平均误差值趋于零 对测量结果或研究结论的影响可忽略不计 系统误差 systematicerror 在实验中由于某种或几种无关因素的影响 导致因变量数据的系统变化 表现为持续的测量或研究结果偏向某一方向 系统误差稳定地存在于每一次测量和研究结果中 使得研究者对同一事物 现象或特征的多次测量与研究结果虽然一致 但是却不准确 其方向和大小的变化是恒定而有规律的 系统误差是由无关变量引起的 可以人为地控制和避免 控制系统误差是实验成败的关键 随机误差和系统误差的比较 1 系统误差只影响研究结果的准确性 但不影响结果的一致性 随机误差既影响研究结果的准确性 又影响结果的一致性 2 系统误差只影响研究的效度 但不影响信度 随机误差既影响研究的效度 又影响信度 3 在实际研究中 辨别两者的难易程度不同 随机误差易察觉 系统误差不易察觉 四 额外变量的控制 消除法 恒定法 匹配法 抵消平衡法 统计控制法 随机化法 一 消除法 eliminationmethod 通过采取一定措施 将影响研究结果的额外变量从试验中消除掉 是一种常见的 比较理想和可靠的控制额外变量的方法 它可以从根本上排除额外变量对实验结果的影响 1 物理环境变量的控制 光线 噪音 方法是将实验安排在暗室或隔音室中进行 排除各种感觉通道的条件下进行感觉剥夺实验 2 消除 实验者效应 霍桑效应 采用双盲实验 3 主试方面 加强对主试的训练 使其按照规定程序操作 4 过去经验或知识 选用新生儿 或生下来就被放在暗室中隔离饲养的动物 或刚做了复明手术的先天忙患者为被试 优点 可以将某些额外变量的影响完全隔离缺点 1 造成研究情境与现实情境的较大差异 外部效度下降 2 反而会导入新的无关变量 二 恒定法 constantmethod 采取一定措施使某些额外变量在整个实验研究中保持不变 包括环境变量 程序变量 被试变量的恒定 心理实验中常见的可恒定的无关变量 1 采用同一地点 同一仪器 同一主试 同一时间段 2 主试态度要保持恒定 3 按同一实验程序或步骤进行实验 4 选择智力 性别 年龄 教育程度相同的被试 存在问题 1 实验结果难以推广到额外变量的水平 如 如果只用男性成人作被试进行实验 其结果不能推广到女性成人 2 恒定变量本身与自变量之间存在交互作用 如 实验者是富有魅力的女性 实验中 实验者就有可能使被试分心 这是交互作用产生的额外变量 三 匹配法 matchingmethod 根据被试某些方面的特征或行为表现 将被试人为地划分为具有相同特质的若干组 使各组被试的特质在一定范围内保持同质 使用时 首次要对被试的有关因素进行初测 然后根据测试成绩将被试进行匹配性分组 例 小升初分班 练习对学习射击成绩的影响 缺点 增加了被试选择的难度 尤其在样本较大时 若在两个以上变量上匹配 则难度更大 如实验者要同时考虑年龄 性别 起始成绩 智力等因素 力图使所有的因素均匹配成相等两组就很困难了 即使能解决此困难 也会使很多被试者不能参加实验 四 抵消平衡法 counterbalancingmethod 通过采用某些综合平衡的方式使额外变量的效果相互抵消 以达到控制额外变量的目的 主要用于克服实验中的空间位置效应和时间效应 空间位置效应 指刺激呈现的位置或被试操作键的位置引起的因变量的变化 时间效应即顺序效应 包括练习效应和疲劳效应 解决办法 ABBA法和拉丁方实验设计 1 当研究中自变量只有两种处理A B时 采用ABBA法 2 当研究中自变量有多个处理时 可采用拉丁方实验设计 Latinsquareexperimentdesign 每个条件在每个位置上出现的次数相同 即一个自变量水平在每一列都出现 并且每个条件 每一自变量水平 在其他所有条件的前 后出现的频率也相同 拉丁方设计是为了克服顺序效应 让每个自变量水平都能同等机会出现在实验处理顺序中的每一个位置 例 鲍尔1961年用老鼠研究奖赏对反应形成的影响 任务 走迷宫 自变量 走完迷宫的奖赏量 1 30 当处理数是偶数时 第一行次序可用如下顺序安排次序 1 2 n 3 n 1 4 n 2 5 n代表实验条件的总数 随后的次序是在第一个次序的数目上加 1 直到形成拉丁方 假设处理数n 6 则拉丁方如下 一个平衡的拉丁方是一个两维矩阵 其中 列 自变量水平 行 被试 数字代表自变量的水平 第一行的公式是1 2 n 3 n 1 n 2 当处理数是奇数时 则采用如下方法 以n 5为例 1 先按偶数法则形成一个拉丁方 能满足每个位置上出现的次数相同 但是每个条件在其他位置之前有相等次数的要求没有满足 2 然后把上述模式简单反过来 即形成 3 最后将两个模式结合起来使用 则第二个要求也能满足 五 随机化法 randomizationmethod 按照随机化的方法抽取被试 分配被试或编排实验 不附加别的条件 包括两个方面 1 实验单元或被试是从一个更大的 研究者感兴趣的总体中随机选择的 2 实验单元或被试是随机分配给各个处理条件的 六 统计控制法 experimentalcontrolmethod 指在实验之后采用统计分析技术 把影响实验结果的额外变量的效果分析出去的方法 常见方法 剔除极端数据 根据主观观察剔除不可靠数据 分别加权 协方差分析 上述关于心理实验中的变量分析 使得心理实验的本质更为清晰了 心理实验的本质在于 主试操纵自变量 控制额外变量 观察记录因变量 以揭示自变量与因变量之间因果关系的过程 变量命名练习 因为理解自变量 因变量和控制变量非常重要 所以我们在这里再举一些例子以便你检查自己是否真的理解了 对于每一个例子都要说出三种变量 学习走迷津实验 P36 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 自变量 学习次数因变量 时间 错误次数控制变量 刺激因素 被试自身因素 主试因素 环境因素 例1 汽车制造者想知道刹车灯多亮可最大程度地减少后面司机意识到前方正在停车的时间 实验就是回答这一问题 对变量命名 自变量 被操纵变量 刹车灯的明度因变量 被观察变量 刹车灯亮到尾随车司机踩刹车踏板之间的时间控制变量 额外变量 刹车灯颜色 刹车板的形状 刹车所需力气 额外照明度等 例2 训练鸽子绿灯亮时啄键 红灯亮时停止 对作出正确反应的鸽子给予玉米的奖励 对变量命名 自变量 灯的颜色 红或绿 因变量 啄键次数控制变量 食物剥夺时间 键的大小 红灯绿灯的强度等 例3 治疗者试图改善患者的自我形象 每次患者描述自己积极的一面时 治疗者就以点头 微笑和额外注意予以奖励 对变量命名 自变量 用于奖励的语言种类 因变量 语言数量 或频率 控制变量 办公室情境 治疗者 例4 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 对变量命名 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 变量命名练习 1 不同诉求方式的手机网页广告效果研究刘玥灵 心理科学 2000年01期2 不同情绪诱导条件下的自我参照效应陈京军 钟毅平 心理科学 2000年01期3 不同时间睡眠剥夺对抑制能力影响研究宋国萍 张侃 心理科学 2000年02期4 新手 熟手 专家型教师主观幸福感与教学动机的研究李亚真 潘贤权 连榕 心理科学 2000年03期 本章小结 一 名词解释1 operationaldefinition2 independentvariable3 dependentvariable4 ceilingeffect5 flooreffect6 double blindtrials7 randomerror8 systematicerror二 填空1 根据