第二章实验

1、基礎統計學 第二章 實驗,實驗(1),前言 一、當我們要探究兩變數間的關係(特別是因果 關係)時，單靠觀測(如抽樣調查)以蒐集資料 是不夠的。 二、原則上，實驗對因果關係提供較好的證據。 三、好的實驗可以提供的訊息遠比抽樣調查多 得多。,實驗(2),四、觀測研究乃觀察一些個體，並量度我們所興趣 的變數，但並不試圖影響回應。觀測研究之 目的是在描述一種狀況(或許可稱為事實)。 五、實驗則刻意地將一些個體做某種處理，以觀察 他們的反應。實驗之目的是要研究各處理間 是否有差異。 六、研究之所以是實驗，並非研究中有解釋變數 與反應變數即是，而是有主動施加某種處理。,實驗(3),實驗用語 一、個體：實驗

2、加諸於其上的物體。 當個體為人時，我們稱其為受測者。 二、變數：個體某一被量度的特質。 三、反應變數 (Response variable)： 我們欲研究其變化的變數， 反應變數可視為一種結果。,實驗(4),四、解釋變數 (Explanatory variable)： 可解釋或造成反應變數變化的變數。 五、處理 (Treatment)： 任何加諸於個體的特定實驗條件， 通常即各解釋變數的某特定值的組合。,實驗(5),為什麼要實驗？ 以下三個實例說明緣由。,實驗(6),實例一、按時阿斯匹靈(Aspirin)是否 可以防止心臟並發作？ (1) 醫師健康研究曾進行一項研究，將22,000名 男性醫師

3、隨機等分成兩組。一組每天服用一顆 阿斯匹靈，另一組服用安慰劑(Placebo)。 在研究期間觀察受測者是否發生心臟病？ (2) 此實驗之反應變數為是否發生心臟病，解釋 變數為是否服用阿斯匹靈，而其中 服用阿斯匹靈及服用安慰劑分別為 一種處理。,實驗(7),(3) 若干年後，安慰劑組有239人曾有過心臟病發作 ，而阿斯匹靈組則有139人。 (4) 這樣的資料是否有足夠證據說明按時阿斯匹靈 可以防止心臟並發作？ (5) 根據統計推論的原理，以上實驗的結果應有足夠 證據說明按時阿斯匹靈可以防止心臟並發作。,實驗(8),實例二、在美國，於中學裡修習外國語文是否 會增加學生的英文能力？ 英文老師茱麗取得

4、她的高中裡所有高三學生曾修或未修外國語文的資料，然後給所有高三學生實施一次英文能力測驗，據此比較兩組之英文能力的差異。 測驗結果，發現曾修過外國語文的學生之平均成績遠高於未修過外國語文的學生。 這樣的資料是否有足夠證據說明修習外國語文會增加學生的英文能力？ 這僅有觀測研究，無法提供證據，說明修習外國語文會增加學生的英文能力 (為什麼？)。,實驗(9),實例三、服用阿斯匹靈及 胡蘿蔔素是否可以 抑制癌症的發生及心臟病的發作？ (1) 本研究涉及兩個反應變數：癌症的發生否 及心臟病的發作否，當然也可將本研究 視為兩個研究。 (2) 本研究有個解釋變數：是否服用阿斯匹靈 及是否服用 胡蘿蔔素。,實驗

5、(10),(3) 本研究中計有四個不同的處理，如表所示： (4) 如此實驗的運作，除了可研究服用阿斯匹靈的效果及 服用 胡蘿蔔素的效果外，尚可研究交互作用 (Interaction)。而所謂交互作用指兩解釋變數間所 產生的聯合效應的情況。,實驗(11),為什麼要做實驗呢？ 由前面幾個例子，可以了解唯有透過實驗 我們才可確實針對我們感到興趣的處理，研究 它的效果。(其實並非如此簡單！),實驗(12),什麼是爛的實驗？ 一、潛在變數(Lurking variable)： .指對研究中其他變數間的關係有重要影響， 卻沒有被列入研究範圍的變數。 二、交絡(confounding)： .當兩個變數對反應

6、變數的影響混在一起， 無法區分時，我們稱此二變數是交絡的。 交絡的變數可為解釋變數，亦可為潛在變數。 三、當一實驗忽略潛在變數與研究中之變數會產生 交絡時，爛的實驗即可能發生。,實驗(13),實例一、宣傳的影響。 一、1940年某位心理學家針對美國大學生做測驗，以了解 宣傳的影響。於是先對這些大學生做測驗，以了解他們 在當時候對德國政府的態度。然後再提供德國政府的 宣傳品讓他們閱讀，數月後再對這些學生做測驗，看看 他們對德國政府的態度有無改變？ 二、此實驗看似沒有問題。但在實驗的過程中發生德國 攻打法國的戰爭，這事件深深影響美國大學生對德國 的看法，而這事件正所謂潛在變數。,實驗(14),實例

7、二、胃冷凍(Gastric freezing) 一、胃冷凍乃要胃潰瘍的病人先吞下充填冷凍溶液 的氣球，維持一小時。企圖使胃溫降低， 以減少胃酸分泌，減輕潰瘍症狀。 二、一篇刊登在美國醫學會期刊的實驗報告指出， 胃冷凍確實能舒緩潰瘍所造成的痛苦。,實驗(15),三、另一個實驗是這麼做的，將胃潰瘍的病人隨機分成 兩組： 一組進行前述胃冷凍的治療(處理組)； 另一組接受安慰劑療法，亦即打入胃裡的並非 凍溶液的氣球，而是與體溫相同的(控制組)。 結果： 處理組的82個病人中34有改善；控制組 的78個病人中有38有改善。,實驗(16),四、第二個實驗顯示胃冷凍應是無效的，之所以 病情有改善純粹是心理作

8、用罷了。故以後對 胃潰瘍的病人就不再使用胃冷凍療法。 五、第二個實驗中，將胃潰瘍的病人隨機分成 兩組： 一組接受胃冷凍的治療(處理組)； 另一組接受安慰劑療法(控制組)。 這樣做是非常重要的，一則可以對照比較， 二則可以避免其他潛在變數的影響。,實驗(17),隨機化比較實驗 一、設計實驗的目標在純化解釋變數對 反應變數的影響。簡單設計的運作 型式如下： 實驗個體 處理 反應 如此，常因交絡的緣故使原先的 目標無法達成。,實驗(18),二、隨機化比較實驗之目的在使我們能夠得到 因果關係的結論，而它的邏輯是： (1) 先用隨機化的方法將實驗個體分組，再分別 施以不同組處理，以避免各組在實驗前已有

9、差異。 (2) 用比較的設計，確保除了正在實驗的處理 不同外，其他的因素都同樣地作用在所有各組 之個體上。 (3) 由(1)及(2)可確保：反應變數的差異概由 處理效果所致。,實驗(19),三、實驗設計的原則 多元處理 .隨機化 重複性 結論：用足夠多的實驗個體和同時比較數個 處理，以及隨機化均為統計實驗設計 的基本原則，背離這些原則便模糊、弱化 我們想探究的因果關係。,可控制潛在變數對反應變數的影響。,可避免人為指派可能造成的系統性偏差。,可減低因機遇所造成結果的差異。,實驗(20),四、隨機化比較實驗的基本型式： 有 n1 個受測者 處理1 隨機分配 有 nk 個受測者 處理k 比較處理差

10、異 有 nm 個受測者 處理m 所有m 種處理中必定有一組是控制組(對照組)。,實驗(21),五、統計顯著性(Statistical significance) 當我們觀察到處理間效果的差異已經 大到非單靠機遇可以解釋的程度時 (亦即發生這樣的結果的機率極低)，我們 稱此結果有統計顯著性。 統計顯著性與實用顯著性的意義 有時是不同的。,實驗(22),實驗的施行 一、實驗者必須確知想要探討的是何種 處理及反應，而且必須建構需要的 設備，以施行處理及測度反應。 此即所謂的設計實驗。,實驗(23),二、隱性偏差 因受測者在不同的處理下，受到不同待遇時， 就可能造成偏差。例如： 實驗室裡的小老鼠的餵食

11、研究顯示：造成老鼠成長差異除了食物因素外，居處亦有影響。 (2) 人類情感會對兔子的膽固醇濃度造成影響。 (3) 雙盲(Double-blind)實驗： 指實驗過程中，每個受測者到底接受何種處理， 包括受測者與工作人員都被矇在鼓裡。在研究結果 出來之前，只有該研究之統計學家確知是怎麼回事。 雙盲實驗是排除心理因素的一種好的設計。,實驗(24),三、受測者不配合的影響 .(1)拒絕參加：指某個體已被選為受測者， 但本身拒絕參與。 (2)不合作：指受測者在實驗過程中， 未能遵照處理程序。 (3)中途退出：指受測者在實驗過程中退出， 而未能完成該實驗。 在實驗研究中受測者不配合的影響等同觀測研究 (

12、抽樣調查)中之無回應。,實驗(25),四、處理是否實際？ 人類行為的研究，實驗的處理只能模擬我們想研究的狀況，若不實際是無法獲得結論。 例如： (1)挫折的研究 (2)霍桑效應(Hawthorne works)： 指當人們知道自己正在被研究時 會改變行為的事實。,實驗(26),五、實驗的結論能推廣到什麼程度？ 實驗的結論能推廣到什麼程度是見仁見智的 ，其原因如下： (1)設計實驗是否忽略潛在變數的交絡問題？ (2)設計實驗是否不切實際？ (3)實驗過程中是否有瑕疵？ (4)外在環境是否與驗時大不相同？ 例：(1)第三煞車燈 (2)食物與癌症,實驗(27), 實驗是否讓人信服？ 是否具實用價值？

13、 不是全由統計理論決定，而是 根據實驗者對於實驗主題領域的知識而定。,實驗(28),公共政策實驗 一、紐澤西福利實驗 (1)舊制：福利金之給付額是固定的，當接受 給付的家庭有超過某一小額度的收入時 ，便停止給付。(自1968年開始實施) (2)新制：福利金之給付額採浮動方式， 金額隨家庭收入的增加而遞減。,實驗(29),(3)新制的想法：促使低收入戶工作的動機，因為 福利金不會因其找到一個低收入 的工作便全部取消。 (4)反對意見：擔心新制下政府會支出太多經費。,實驗(30),(5) 實驗： (a)由最初抽出之48000戶中僅27000戶完成受訪，而其中 只有3124戶符合參與實驗的各項條件。 (b)當邀請此3124戶參與實驗時，僅1357戶表示願意參加。 (c)將1357戶按當時的收入分成三各區集，以進行實驗。 (d)前後經9年才得到實驗的結果。 (e)因為政治環境早已改變，政策實驗的研究結果對 福利政策已毫無影響。,實驗(31),二、政策實驗的缺點 (1)政策實驗經常會面臨許多實際的困難。 (2)成本高。 (3)時效低。 (4)對實際政策影響小。,實驗(32),三、政策實驗的優點 隨機化比較實驗可提供清楚的證據，顯示政策的改變確實可造成結果的改變。 實例：巴