lecture5实验设计和数据统计分析2.ppt

1、2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,1,Lecture 5Experimental Design and Data Analysis,School of Psychology, Huazhong Normal University 莫书亮 Ph.D. booklight_,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,2,OUTLINE,实验设计的概念 什么是实验设计 实验范式 实验设计中的变量及其控制 实验设计类型 实验设计的信度和效度,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,3,实验设计类型,不同分类： 根据

2、对实验控制的严密程度分为：真实验设计，准实验设计和前实验设计 根据被试如何分配到各种实验条件下分为：被试者间设计、被试者内设计和混合设计 根据实验中要操纵变量的多少：分为单因素实验设计和多因素实验设计,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,4,被试间设计 又叫独立组设计，或组间设计。把被试分配到自变量的不同水平上或者不同的自变量上。每个被试在实验中只接受其中的一种处理。 优点：一种处理（或实验条件）不会影响另一 种处理或实验条件，因为每个被试只对一种处 理做反应。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,5,缺点：个体间的差异可能会影响

3、到结果的有效 性。所以必须处理个体间的差异。 两种克服办法： 随机组设计（random groups design） 匹配组设计（matched groups design）,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,6,随机组设计： 将被试随机分配在不同的组内接受不同的自变量处理。建立随机组的要点在于分派被试到不同组时，不能有偏差（bias）存在。如果有某些被试特征或与被试变量相关的因素左右了被试的分派，就是存在“偏差”。 随机化原则： 随机化方法：随机点名，掷骰子或奇偶分，先来后到，随机数字表。,实验设计中很重要的原则,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书

4、亮 2007-2008,7,匹配组设计 所有的被试都要先经过一个和实验作业同类、相似或表现出高相关的预试，然后根据预试的成绩来将被试配对分组。把被试分组后，再随机分配到不同的实验处理条件下。 但在匹配所有特征上有困难，而且增加实验工作量。常用随机化方法。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,8,独立组设计混淆主要来自被试变量：随机组设计中混淆发生的概率比较小，但是一旦发生我们就无从得知混淆来自哪里； 配对组设计主要是为了减少被试变量混淆机率，但由于配对组设计本身的缺点，所以使用较少。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,9,一个实

5、验有A、B、C三种实验条件，我们打算每种实验条件最少各有15名被试，至多30名。每个被试可以得到40元的酬劳。在当地报纸上登广告征求被试，唯一的条件是必须10岁以上，然后要被试在某一特定时间到某大楼的某地方报到并按先后顺序排队。结果那天门口排了90个人。对于这90名可能的被试来说，从任何标准来衡量他们差异都很大。除了知道他们看过报纸上的广告之外，不了解关于他们的任何事情。问题是必须在被试一进门就立刻将他们不偏不倚地分成三组，如何做到这一点？,练习一下吧！,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,10,被试内设计（Within-subjects design） 每个或

6、每组被试接受所有的实验处理，然后比较在不同实验处理条件下的行为变化。又叫组内设计，有时候叫重复测量设计。 优点 节省被试。方便有效。 消除了被试的个别差异对实验的影响。 缺点 一种实验条件下的操作将会影响另一种实验条件下的操作，即实验顺序造成了麻烦。,实验效率比较高，实验效果比较好，由被试变异性而导致误差的可能性比被试间设计小，容易达到统计显著水平。,练习效应 疲劳效应 ：随机化方式进行平衡处理,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,11,此方法不能用来研究某些被试特点自变量之间的差异。 如果实验中每一种实验条件需要较长时间的恢复期，则不宜使用组内设计。 当自变量

7、的不同水平代表一种连续事件的延续结果时，不宜使用组内设计。几种刺激在本质上应该是相对独立的。 例如，在复述实验中，被试重复一次和重复5次，两个自变量水平。但被试可能自己私自重复。破坏了自变量两个水平之间的差异。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,12,处理办法：通过平衡技术可以减小，但不能完全消除。如果确实会产生，可以在两种处理方式之间保持足够长的时间间隔。或采用被试间设计。 对某些实验研究不适用。如用两种不同学习方法学习同一个实验材料。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,13,被试内设计的几种形式： 完全的被试内设计 a、随

8、机区组设计； b、ABBA平衡法 不完全的被试内设计 c、所有可能的顺序； d、选择的顺序 拉丁方设计（Latin Square） 不管采用什么方法，都是为了平衡实验条件间的顺序效应，同时考虑控制其他额外变量的影响。只是适应的情况不同而已。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,14,完全的被试内设计（complete within-subject design）：一名被试接受所有的实验处理，因此其所有的被试变量效应都可以全部抵消掉。 不完全的被试内设计（incomplete within-subject design）：即每一位被试接受每一种实验条件，但在每一名

9、被试的数据上，都混有实验条件和其他变量的作用，只有把每一种实验条件下的所有被试的数据总和起来才可能去掉这些混淆。 如自变量有3个水平A、B、C，第一组先进行A、B两种处理，第二组进行B、C两种，第三组接受C、A,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,15,完全被试内设计 随机区组设计（Block Randomization） ： 把被试分出不同的区组（block），每个区组内被试“同质”。每个区组接受全部实验处理，每种实验处理重复的次数也要相同。最后统计中可以剔除区组效应，获得纯粹的自变量效应。 一个区组内可以是一个被试或者多个被试（实验处理数目的正倍数）。 当被

10、试的某些特征可能影响到实验效果时，可以采用这种方法。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,16,每一区组内被试的人数分配有三种情况： 一名被试作为一个区组。每名被试(区组)均接受全部处理，在接受处理的顺序上要采用随机化的方法。 每个区组内被试的人数是实验处理数目的整倍数。 区组内的基本单元不是一名被试或几名被试，而是以一个团体为单元。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,17,例如：研究不同声音刺激对学生解答数学问题的影响。 自变量：声音刺激（四个水平）；因变量：解答数学问题成绩 实验设计： 实验处理几种？：X1、 X2 、X3

11、、X4。将学生按照平时成绩分成3类：优良，中等和较差。那么就获得了三个区组。在每个分类中随机抽取12名被试，三个区组共有36名被试。将每个区组内的学生随机分成4个小组，每组3人。实验时一个区组内的每个小组，随机接受一种实验处理。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,18,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,19,ABBA平衡法（ ABBA Counterbalancing ）： 是指每一种实验条件都以正反两种顺序呈现给被试。虽然ABBA表示的是两种实验条件，但它并不仅仅限于两种实验条件。 可以应用到多种实验条件并可以被多次重复，但

12、这种方法一般应用于较少的实验条件和重复次数较少的实验中。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,20,2组对抗平衡：ABBA 3组对抗平衡：ABCCBA 4组对對抗平衡：ABCDDCBA,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,21,ABBA平衡法存在的问题： 如果练习效果不是呈线性增长的，这种平衡就 是无效的。 预期作用。是指被试对后面实验条件的预期。 如果这个循环被重复几次，那么，被试肯定会 了解并预期以上的时间间隔的呈现模式。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,22,不完全的被试内设计： 所有可能

13、的顺序： 采用所有可能的实验条件顺序组合（适用于三种以下实验条件的实验设计）。 列出所有实验条件组合，并随机分派被试到各种实验组合中。 当条件很少时，可以实现，但当条件很多时，没有可行性。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,23,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,24,拉丁方设计： 为使各组被试都接受不同的实验处理，对实验处 理的顺序和实验时间的顺序采用轮换的方法。又 叫轮换设计。 采用拉丁方设计安排实验条件的顺序，然后将被 试随机平均分派到各种实验顺序中去。适用于六种以下实验条件的实验设计。,2020/9/9,版权所有.华师

14、心理学院莫书亮 2007-2008,25,顺 序 一 二 三 四,1 2 3 4 被 试 数 目,传统的44拉丁方设计,没有消除顺序效应，反而人为强化了顺序效应。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,26,平衡式拉丁方设计,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,27,在实验条件为偶数时，平衡式拉丁方设计较容易，当实验条件为奇数时，每个被试必须在每种条件下测两次才能获得平衡式拉丁方。所以有两个方格。,方格1,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,28,方格2,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮

15、 2007-2008,29,第一行安排实验顺序的公式： 对于偶数个子变量水平，建立平衡的拉丁方的第一行公式为1、2、n、3、n-1、4、n-2.，以六个自变量水平为例，第一行为1、2、6、3、5、4.对于奇数个自变量水平，必须有两个方阵，第二个方阵与第一个方阵正好相反，以5个自变量为例，第一行为1、2、5、3、4 / 4、3、5、2、1。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,30,实验设计的例子及详细的统计，请参阅： 舒华：心理与教育研究中的多因素实验设计 。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,31,被试者间设计和被试内设计的比

16、较：,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,32,混合设计： 在同一个研究中有些自变量按被试间设计处理，而另一些自变量则按被试内设计处理。一般地，如果一种自变量很可能会影响另一种自变量，那么这些变量按组间设计安排，其余的自变量则按组内设计安排。 优点：保留了被试间和被试内设计的优点，克服了各自的缺点。适用于多变量的实验设计。虽然不如被试内设计有效和经济，但很安全。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,33,实验设计举例： Johnson等人（1983）用混合设计的方法比较抑郁者和非抑郁者的记忆成绩。他们假设，抑郁者比非抑郁者对于未完

17、成的记忆任务的记忆效果更好。实验中，要求抑郁组和非抑郁组完成20项记忆任务，其中，10项记忆任务在完成之前被打断。在全部任务完成后，要求被试回忆记忆任务的名称或尽可能多地描述记忆任务。 被试变量是组间设计（抑郁 ：非抑郁），任务类型是组内设计（完成：未完成）。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,34,多因素实验设计,什么是多因素实验设计： 在一个实验中包括两个或两个以上因素或自变量，而且每个因素有两个或两个以上水平。这样的实验设计常常叫多因素实验设计。与单因素实验设计相对而言。 心理学很多研究都是多因素实验设计。优点是实验效率高；实验控制很好；容易建立结果的普

18、遍性；有利于观察变量之间的交互作用和主效应。能考察多个因素之间的关系。实用价值高。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,35,几个概念： 水平：指自变量的单个的处理方式或条件。 如自变量是学习中的作业反馈，两种处理方式分别 是积极反馈和无反馈。那么就说自变量作业反馈有 两个处理水平。 处理（treatment）与处理水平的结合：特定的实验条件,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,36,交互作用：指一个自变量对因变量的影响，因为另一个自变量水平的不同而不同时，就说这两个自变量产生了交互作用。这时不能独立讨论各个自变量的主效应。 主效

19、应(main effects）：一个自变量的各个水平对因变量的影响。 简单效应（simple effects）：一个因素的水平在另一个因素的某个水平上的变异。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,37,误差变异（error variance）：不能由自变量或明显的额外变量解释的那部分变异。 形式举例： 一个实验有两个自变量，A和B，A有两个水平A1和A2，B有2个水平B1和B2，那么这个实验设计就叫2 x 2 的二因素实验设计。如此类推，自变量数和水平数可以增加。则如 2 x 3； 2 x 2 x2； 2 x 3 x4； 但是，一般因素数超过4个就太复杂，对结果

20、进行解释也很困难。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,38,实验举例： A 2(diet) x 2(exercise) design will produce 4 groups (experimental conditions)。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,39,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,40,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,41,两种假象模式,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,42,2020/9/9,版权所

21、有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,43,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,44,练 习,研究8岁和10岁儿童阅读用10号字和12号字打印的段落材料的时间差异。 请提出：自变量，因变量，实验处理。设计类型，推测结果：主效应和交互作用。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,45,准实验设计(Quasi-experimental designs),概念： 与真实验设计相对而言。在实验中不能对变量进行严格的控制（这些变量常常是被试变量特征），或者使用自然发生的组，而不能把被试随机分配到各种实验条件下。但是仍然观察到因变量作为自

22、变量变化的函数。 优点：因问题和条件限制而无法使用严格的控制实验时，可以采用准实验设计。适用自然发生的自变量，解决实际问题，常用于一些应用研究。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,46,如典型的被试变量（年龄，性别，种族，种群），社会引起的被试属性（社会阶层，宗教等），疾病以及与疾病有关的被试因素（智力低下，脑损伤等），只能选择而不能改变。研究很有实际的应用价值。 缺点：付出控制的代价。本质来讲，准实验设计只能是一种相关设计，评价因果关系及其推广到其他情境，必须非常谨慎。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,47,准实验设计类型

23、：,时间序列设计（time-series design） 对一组被试或个体进行周期性测量，并在这一时间序列的测量过程中引进实验处理，然后观察引进实验处理后测量结果的变化趋势，如果发现实施处理后测量结果出现不连续性，从而就可以推测实验处理的效果。 模式：O1 、 O2 、O3 、O4 X O5、 O6 、O7 、O8 （O代表测量，X代表实验处理）,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,48,优缺点： 可以较好的控制成熟以及测验因素的影响。但是没有控制组，不能排除与自变量同时发生的偶发事件的影响，测验敏感性容易受到影响。也不能排除测验与实验处理之间的交叉作用。收集数

24、据不容易，实施统计复杂。 变式：另外增加一个不接受实验处理的控 制组，可以增加时间序列设计的效能。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,49,非相等控制组实验组前测后测设计 （Nonequivalent control group design with pretest and posttest) 设计模式：一个不相等的控制组，不接受实验处理。对实验组和控制组都进行前测和后测。然后比较实验组和控制组的差异。 O1 X O2 O1 O2,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,50,优缺点：基本上控制了成熟、历史和测验等因素对实验处理的

25、干扰。有前测，可以了解实验处理前的状态，有了比较的基线水平。但没有随机分配被试接受实验处理，实验组和控制组不对等，降低了实验的效度。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,51,交叉滞后组相关设计 要求在时间点1对两个变量（A、B）的关系作出测定和相关分析，然后在时间点2作相似测定和分析。通过交叉滞后相关系数的比较，找出交叉滞后相关差异的方向，然后根据差异的方向，确定变量之间的关系。即当交叉滞后相关之间有显著差异时，具有一定因果意义。在同步相关稳定情况下，如果Ra1b2b1a2，那么A引起B，否则，B引起A。如图所示。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书

26、亮 2007-2008,52,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,53,三个基本假设： 所表示的因果关系不随时间推移而变化。 同步相关与稳定性尽可能一致。 交叉滞后组相关中包含了主要的变量，并已作出相应的测量。 由于上述假设不易满足。对于这种设计中的因果关系，要作谨慎的解释。不能完全证明因果关系，需要其他研究补充和验证。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,54,单被试实验设计（single-subject experiments） 针对一个被试，看实验处理是否对因变量有作用。 几种设计形式： 反转或撤消设计（reversal d

27、esigns) 多基线设计(multiple baseline designs)。在引入干涉变量前，有多个基线，可以是多个被试的多个基线，也可以是一个被试的多个行为的不同基线。 有专门的实验统计方法。,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,55,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,56,反转/撤消设计,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,57,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,58,前实验设计,单组后测设计 单组前测后测设计 固定组比较设计 事后回溯设计,2020/9/9,版权所有.华师心理学院莫书亮 2007-2008,59,单组后测设计,在单组后测设计