第四章 实验研究【学生】

第四章实验研究华南师范大学教育科学学院宋宇第一节实验法概述定量的研究方法；数据收集方法实验研究可以说明自变量与因变量之间因果关系——最主要优势目录实验法的含义实验法的特征实验研究的基本要素实验效度什么是实验法来源：由自然科学领域发展而成的严谨的研究历程，逐渐被用于社会科学的研究领域定义：实验研究方法是通过系统地操作某些实验变量，观测与这些实验操作相伴随现象的变化，同时对影响实验结果的非实验变量加以控制，从而确定实验操作与观测现象之间因果关系的一种研究方法。关键：操作实验变量+控制非实验变量+观测因变量+确定实验变量与因变量之间的因果关系【教学方法、学习环境的安排、学习资料等，常用作自变量】优势：严谨、科学、具有解释变量因果关系的能力实验研究的基本特征1随机化（1）含义：随机化是在一个界定的研究群体中，每一个分子都有相同的机会被抽取作为研究对象。（2）步骤：A随机抽样【就是抽取适量的被试作为研究样本】B随机分配【将抽取出来的被试分配到实验组或控制组，让每个抽取的被试都有同等机会接受任何一种实验处理】（3）为什么要随机化主要目的在于减少主观因素的影响，利用概率的原理确保研究对象的代表性。【当保证实验组与控制组除了自变量不同之外，其余各方面基本保持相似或一致，然后就可以进行随机抽样了和随机选取了。不要看书本中】2

控制非实验变量控制是实验者为消除实验变量之外的所有非实验变量而进行的处理【举例说明这些非实验变量可能会对因变量产生影响，产生混淆实验的效果，所以研究者必须设法控制或排除实验变量以外的“绝大部分或者是主要”非实验变量。】研究者寻求保持除了自变量以外的被试者、变量、情景、项目及程序的恒定，目的在于排除自变量以外的因素对因果关系可能造成的影响。3

操控自变量实验者能够直接操控至少一个或更多自变量，这是实验研究和其他研究方法的最大不同之处【教学环境，教学方法改变】。直接操控是指实验者直接控制被试在何时接受以及受到何种方式、强度的实验处理【噪声，干扰注意力】。当操控自变量时，对不同实验处理（即自变量不同水平时）所产生的影响进行比较，以便找出是否由于自变量改变而导致、影响因变量的改变。探寻是否存在因果关系，以及什么样的因果关系4设置控制组一个实验通常包括实验组和控制组。【一般有两个组别，一个实验组一个控制组，有时也会有多个组，或仅有一个组进行前后时间对比】实验组接受实验处理的组；控制组不接受任何实验处理，或者是接受不同的处理。目的：比较实验组和控制组在实验前后的因变量是否存在差异。三、实验研究的基本要素【完整的实验研究包括以下八个要素】（一）研究假设实验研究是定量的研究方法，需有明确的实验假设，对变量之间的因果关系作出预判。利用实验观察来搜集资料并进行统计分析，目的是排除相反的假设、竞争性假设和谬误，进而判断假设是否获得获得证据的支持。相反的假设：与原假设意思相反的假设【例如，成绩提高会增加学生课堂参与。相反的假设就是成绩提高不会增加课堂参与】竞争性假设：与原有假设不同的，对因变量的其他解释。【课堂准备增加可能会导致课堂参与提升，谬误或者叫误差，就是实验中出现的差错】。（二）研究被试被试是参与实验的人【所有人，接受或不接受实验处理，不同于教科书】研究者选择有代表性的样本，目的是使结论具有推广性【样本是什么解释】研究者以随机抽样确定样本，然后再以随机分配方式将被试分配到实验组或控制组。【尽可能地随机选择和分配，实际上，受教育条件限制，多以现有的教学班组成研究被试】（三）实验组与控制组（四）实验变量自变量、因变量、非实验变量自变量（1）自变量是引起其他变量变化的变量，也称作原因变量。（2）自变量是在实验中由实验者掌握、在性质或数量上可以变化、可以操作的条件、现象或特征；是我们在实验中进行操作的变量，也叫做实验变量或干预变量。（3）运用自变量对研究结果进行干预的过程，被称为实验处理。自变量的取值范围至少包括两个变化值，自变量的每一种变化值被称为一种实验处理水平【所以就会有两个或两个以上不同的水平或状态】。（4）一个自变量：单因素实验；两个或以上自变量：多因素实验因变量因变量是实验中的反应变量。因为自变量的变化而产生的现象变化或结果，因此也被称为结果变量。非实验变量非实验变量是指那些除了实验因素（自变量）以外的所有可能影响实验结果的变量。非实验变量也称非实验因素或非实验因子。可控（干扰）变量：可以被控制的，除了自变量以外的，其他可能会影响到实验结果的因素，被称为干扰变量。无关变量：可能会影响实验结果，不可控的，除了自变量以外的其它变量【比如光线、外面噪声的影响，对注意力研究】。（五）实验控制实验控制是指对干扰变量的控制和对无关变量排除。目的：把自变量的作用分离出来影响：能否控制好干扰变量和无关变量，影响实验结果的准确性和质量，影响对实验结果的影响。（六）实验程序实验程序包括完成实验所需的条件、方法、工具、过程、步骤和具体的操作要求【如何去操控自变量、如何去观察与测量因变量、如何及时处理实验过程的突发干扰时间等研究的条件、过程、步骤和具体的操作要求】。实验研究应该有较严密的程序。提前设计好每一程序的具体内容，使用的工具、方法、控制措施，实验进行的时间，以及实验中可能出现的问题和处理的办法。实施时严格按照设计好的程序进行。（七）研究结果【结果和结论的区别，因素A与B有正相关关系】研究结果是操作自变量引起的，是通过对非实验变量的控制和排除解释的，通过对因变量观测得到的。研究结果是将实验收集到的数据进行统计分析。（八）研究结论【回应解释教育问题】说明实验结果与实验假设之间的关系。（1）实验结果是证明了实验假设还是否定了实验假设。即说明因变量是不是由自变量的影响所造成的结果，在多大程度上受自变量的影响。（2）这个结果与已有的相关研究是否一致（3）这一实验结论是否具有推广性，可以推广到多大范围的群体中。（4）对教育教学的改善和进一步的研究有什么实际意义。举例罗森塔尔1968年进行的著名实验，理论假设“人们对他人行为的期望通常可导致他人行为向期望方向发展”，依据理论假设得到了研究假设：老师的期望影响学生的成绩，被老师认为更聪明的学生，会由于教师的偏见而在实际上变得比其他学生更聪明。实验：选择一所学校为实验，选择500名研究被试，其中，随机抽取20%的学生；告诉教师说这些学生的之前测验成绩是最高的，因此是最优培养前途的。一年后，研究者对着500名学生进行了测验。统计分析表明（实验结果）：上述20%的学生气平均成绩明显高于其余学生。研究结论：证明了研究假设，即教师的期望与学生学习成绩之间存在因果关系，当教师期望更高时，学生成绩也更好。【分析】首先以一个研究假设为起点，这个假设是一种因果关系的陈述，它假定自变量（教师的期望）会导致因变量（学生的成绩）的变化。实验操作：（1）前测，在实验开始时对因变量进行测试，学生成绩测一次。（2）引入自变量（教师期望），让它发挥作用和影响。（3）一年后，持续时间，再进行后测，测量学生成绩。（4）比较前测与后测的差一只就可以检验假设。有差异，正式原假设，自变量与因变量有影响。因为是随机选派，所以保证特征值和条件都相同。实验组：随机抽取的20%学生；控制组：剩余学生实验组受到自变量的影响，按照假设；控制组未收到自变量影响。4.1实验信度实验的信度是实验的可靠程度，包括是同一测试者或不同测试者进行多次实验，所获得的实验结果的一致性。一般通过重复实验的方法，如果发现几次实验的结果有较大的差异，则有可能是由于测量工具的原因。分为外部信度和内部信度。内部信度（或称内部一致性）指多次重复实验，所得结果的一致性，与受试者/样本的变异程度有关，以及两次测试的时间间隔、实验环境、所用仪器是否一致、定标差异是否通过等有关。

外部信度指不同的独立实验者能否重复同意实验，反映了某一研究假设/结论的可重复性，往往需要严格遵循实验流程、控制影响实验结果的变量，并受实验者的专业知识等影响。。

4.2实验效度实验结果是否准确，能够反映真正的因果关系。实验效度分为内在效度、外在效度。内在效度实验研究者所操纵的实验变量对因变量所造成的影响的真正程度外在效度是指检验结果的可推论范围的大小，反映实验结果的概括性和代表性可推广范围大，其应用性和代表性越大，说明外在效度高【结论是否可以推广到研究对象以外的其他人群，研究情景以外的其他情景，如果仅仅对参加实验的人才有校，那研究的应用价值就很小】内在效度与外在效度关系实验的目的是检验变量间的因果关系，并且使实验结果具有推广性。要追求内在效度：需要严格进行实验控制—严格控制情景和变量，以精确测量自变量的影响—提高内在效度，缩小了外在效度和推广范围。要追求外部效度：提高情景的真实性和样本的异质性—实验能概括广泛的现象—很难控制外部因素的影响—提高外在效度，降低内在效度同时达到内在效度与外在效度的统一较难，需某种程度的妥协，寻求内外效度之间的平衡。理论研究的实验更注重内在效度，应用研究的实验更加注重外在效度。内在效度是外在效度的必要条件，但是具有内在效度的研究结果不一定具有很高的外在效度。4.3影响实验内在效度的因素（1）历史（历史因素/同时事件）实验期间发生的某些事件可能对因变量的变化产生影响。实验是一个过程，在实施前测和后测之间有一个时间间隔，这一期间，实验处理以外的其他事件可能会对操作或结果产生影响。实验时间越长，实验处理以外的其他事件对被试发生影响的可能性就越大。【例如，偶然事件，实验过程中停电了，实验过程中外面有噪声干扰；语文教学实验，可能因为过程中历史科目学过相关内容，使得语文后测成绩提高。这样后侧成绩的变化就不单单是语文教学引起的】历史因素是无关变量，无法做出有效控制2成熟成熟是指在实验期间被试随着时间推移发生的生理、心理变化对实验结果产生的影响【思维方式测量，前后测，可能是因为成熟之后对自我认知提升了；阅读教学实验，可能不单单是因为教学方法的改进，可能因为学生成长了，认知、词汇方面有自然提高】。改进方法：设置不同组别，具有相同的成熟度和发展经验；一组实施实验操作，一组不实施，比较结果差别3测验测验因素是指前测会后测的影响。很多教育实验为了比较进行完实验操作的影响，经常进行前测和后测，然后比较两次测验差异。但是经过前测之后，被试可能会熟悉测验的技巧和内容，即使不经过实验处理，也可能因为有了前测的经验而使得后测成绩提高。改进方法：使用难度相似的不同题目；设置无前测的对照组加以控制。例如，所罗门四组实验设计。4测验工具测验工具是指实验中测试方法技术或工具的无效或缺少一致性。（1）主持实验者、研究者的影响。皮格马利翁效应【由美国著名心理学家罗森塔尔和雅格布森在小学教学上予以验证提出。暗示在本质上，人的情感和观念会不同程度地受到别人下意识的影响。人们会不自觉地接受自己喜欢、钦佩、信任和崇拜的人的影响和暗示】（2）测量工具缺乏效度。前测后测所使用问卷的质量（3）测量标准不一致，前后测难度不同。5统计回归是指实验者根据某项心理特质的极端分数选择研究对象时，被试的测验分数在第二次测量时，有向团体平均数回归（趋近）的倾向，即高分组分数有降低的趋势，低分组有升高的趋势。改进方法：避免采用两个极端的被试。【果真如此吗？现在，我们设想这样一个研究：对一个年级的学生进行语文水平前测，还是根据前测成绩把学生分成学优组和学差组；然后，在未经过任何教育训练、中间时间间隔也很小的情况下，再用结构与难度相当的测试卷对学生进行后测，我们观察学优组和学差组的成绩变化。你很可能会看到：学优组平均成绩有所下降、学差组平均成绩有所上升，都出现了向全年级的平均成绩靠拢的趋势，这就是所谓的“统计回归”，它不是任何教育训练引起。那又是由什么因素引起的呢？这就是统计学问题啦。学生在参加某一学业成绩测试时，其成绩的取得是由一些必然因素和一些偶然因素共同决定的，必然因素主要是其学业的真实水平和有效的考试技巧、智力水平等较稳定性因素；偶然因素主要是试卷内容选择、难度、学生当时的身心状态、环境因素等等。其中，这些偶然因素本身的变化具有随机性，它们的作用会引起测试结果的随机起伏，作用越大，起伏也就越明显。而数据的起伏即可能使成绩高于真实水平，出现正误差，使测试成绩偏高；也可能使测试成绩低于真实水平，出现负误差，使测试结果偏低。就一个年级同学的一次测试来说，有的同学测试结果有正误差、有的测试结果有负误差。高分组同学的高分成绩，可能是由于其本来的学业水平高，但也有可能是正误差造成的；低分组同学的低分成绩，可能是由于其本来的学业水平低，但也有可能是负误差造成的。如果再进行一次测试，根据偶然因素变化及其影响变化的随机性，第一次测试出现正误差的同学更有可能出现负误差、第一次出现负误差的同学更有可能出现正误差，于是原来的高分组成绩自然会有所下降、低分组成绩自然会有所上升，均向中间分数靠拢。这样看来，统计回归效应的真正原因就是偶然因素变化导致的随机误差，以及仅仅根据一次测试结果划分高分组和低分组。测试中随机误差的影响越大，统计回归效应也就会越大；反之越小。】在心理学研究中，如何避免这种回归效应对实验结果的影响呢？下列方法或许是可以采纳的：1.精心编制测试工具，提高测试工具的信度水平；2.增加测试项目取样，即从相关的多方面进行较为全面地测试；3.增加测试次数，以多次测试的平均成绩作为分组依据。如前述的研究，以多次的语文测试成绩的平均分作为分组依据，就可以在分组时控制随机误差的影响；6选择偏差是指由于被试选择的偏差对实验结果造成的影响。可能不是由于自变量的影响而导致因变量变化，而是由于选择的被试本身就存在差异。选择群体特质相似或一致性——随机抽样、随机分配7被试的流失研究样本在实验期间的流失是影响两组或多组实验设计内在效度的重要因素。包括被试的更换、淘汰或中途退出都可能对研究结果产生显著影响多发生在时间持续较长的实验中，一般流失较少可忽略不计，同时保证对照组之间流失水平一致也可避免其影响。8选择与成熟的交互作用选择对象不同；不同对象有不同水平的成熟程度，导致实验效度降低。【课本中，研究观看描述特殊教育儿童的影片对消除特殊教育儿童偏见的影响，从两个不同地区选取两组被试，实验组多为来自中上层家庭的学生，而控制组多为中低层家庭。一段时间之后，中上层家庭孩子的认知能力成熟更快】9实验处理的扩散是指实验组与控制组的成员具有密切关系，因接触、讨论而会造成实验处理的扩散。改进方法：避免两组间的接触4.4影响外在效度的因素（1）测验与处理的交互作用效应在有前测和后测的实验设计中，前测的经验往往会限制研究结论的推论性。进行前测后，被试对实验处理会更加敏感，平时未曾注意到的问题，此时变得更为敏感和警觉，以致实验效果可能是由于部分来自前测的经验所产生。（2）选择与实验处理的交互作用效应即选择的实验被试是否有代表性（3）实验安排的效应实验安排的效应是指实验情景措施对被试的影响，这就是有名的霍桑效应。“霍桑效应”：当人们在意识到自己正在被关注或者观察的时候，会刻意去改变一些行为或者是言语表达的效应。参加实验的被试，觉察到他们正在接受一项实验研究，为投实验者所好，他们可能改变正常的行为方式，努力表现出研究者所期许的行为。亨利效应：是指实验组采用新方法或步骤时，控制组的被试不甘示弱，力图与实验组一较长短，则控制组的表现不能反映其平时的真实情况【补偿性对抗】（4）多重处理干扰当同样的被试重复接受两种或多种实验处理时，由于前面的处理通常不易完全消失，以致几项实验处理之间会相互产生干扰作用。实验结论难以推论到非重复处理的问题上。第二节实验设计实验设计的内容（1）设计被试如何选取（2）被试如何分配到实验组与控制组（3）实验程序的安排（4）如何控制非实验变量（5）如何操作实验变量实验设计中的常用符号X：表示实验操作（自变量）X下方带不同下角标表明不同水平的实验处理O/Y：表示前测与后测的结果自左至右：表示时间次序或先后同一橫行的X或O：表示处于同一组R：表示随机化M：表示把被试加以配对……由虚线隔开的各组是非同质的，虚线表示不能随机选择和部署两组。（一）真实验设计真实验需满足的条件（1）真实验必须等组，除了实验因素外，所有能影响实验的其他因素必须相同或相等。（2）随机选择和分配（3）一般有控制组进行对照比较1、实验组控制组后测设计基本模式RG1XO1RG2—O2读取信息随机抽取和分配的两组被试，实验组与控制组，无前测。比较O1与O2，如果存在显著差异，就表明有统计学意义，自变量对因变量具有影响。该实验设计主要优点（1）控制了选择作用的影响。（2）消除了历史、成熟因素的影响（3）避免前测的影响，包括前测引起的敏感，前测提高测验经验的影响，前后测测验工具不一致的情况。（4）避免统计回归因素的影响。（5）消除流失因素的影响。缺点可能被试本身就存在差异。无法检验实验开始时两个组的特征值是否相等。2、实验组控制组前后测设计基本模式RG1O1XO2RG2O3—O4信息读取在前面两组后测设计的基础上，增加了前测，即在实验组进行实验处理之前，对两组进行了前测并记录。研究结果：情况一：如果两组前测值不存在显著差异，这是就比较后测值是否存在差异，如果差异显著，即表明自变量对因变量产生影响。情况二：如果两组前测值存在显著差异，比较增值差异，即（O2-O1）和（O4-O3）进行比较，t检验；也可以用协方差分析。优点：（1）检验实验组、控制组是否等组（2）前测数据具有一定意义缺点：影响实验的外部效度。被试者经过一次前测，可能会对自变量的引入产生敏感，在前测会引起受试者敏感的情况下，应考虑采用无前测的实验设计。所罗门四组设计所罗门，1949年提出，随机化设计模式，能够处理测验与刺激交互作用的问题。RG1O1XO2RG2O3—O4RG3XO5RG4—O6信息读取：随机等组，2个实验组，2个控制组，同样的实验处理X，一对有前测，一对无前测。实质：实验组控制组后测设计与实验组控制组前后测设计的组合O2与O1比较，有差异，不能完全说明这是自变量的影响，差异=自变量+前测影响（包括前测的经验，前测警觉）+外部因素影响（没控制好因素，历史成熟因素影响）O5与O6比较，有差异，可以说明自变量X的影响，因为里面没有前测，外部因素两组抵消O4与O6比较，前测经验的影响O5与O3比较，消除前测的影响，差异可能是由自变量和外部因素产生的O6与O3比较，消除前测的影响，了解外部因素的影响准实验设计含义准实验是指在难以随机分组的情况下，或者为了提高实验情境与实际情境的相似性，运用原始群体进行实验处理的研究方法。特点（1）没有真实验可靠。（2）自然状态，如果能保障内在效度，外在效度优于真实验。（3）准实验强调对自变量的操作，但是对非实验变量的控制较差（4）可借助统计方法进行调节，或将一些非实验变量纳入自变量，来提高对于非实验变量的控制能力。（5）可借助其他方法收集的资料进行补充，如访谈、调查等。准实验类型（1）不等组前后测设计基本模式G1O1XO2G2O3—O4读取信息：有前后测；两个组，在原有的班级进行实验，不是随机分配，实验组和控制组不相等；被试不是随机分派，但是实验处理可以随机分派。优点：有控制组、有前后测，因此可以控制成熟、历史、测验、工具、统计回归等因素影响，提高了研究的内在效度。缺点：（1）不是随机取样分组，选择与成熟的交互作用可能会减低实验的内在效度。（2）前后测的交互作用。由于实验组和控制组彼此非等组，因此在分析上宜采用共变分析来处理资料。（2）不等组后测实验该设计适用于易引起实验敏感的实验干预。除此之外，与不等组前后设计的基本原理相同。所不同的是，该设计利用被试的原始材料作为初始数据，替代了前测，如被试档案、入学成绩等。（3）时间序列设计含