实验心理学第五讲心理实验设计概论

1、心理实验设计,主讲人：陈彩琦 13076758518 chenq ,华南师范大学心理学研究生课程,第五讲 实验设计概述,实验设计的含义,广义的实验设计 是指根据研究目的，经过周密的思考而制定出的整个研究工作的具体计划和安排。 包括：问题提出、把问题转化为变量间的关系、研究假设的形成、变量的操纵、观察和控制、实验数据的分析、从数据到结论的推理过程。 研究例：被试费对实验结果的影响,狭义实验设计 是指对人类或者动物的心理和行为进行实验性观察时，对控制条件的设计（Robert Solso，2002），包括如何选择被试、如何将被试分配到各实验条件、如何控制额外变量以及如何收集数据（Randolph Smith, 2004）；目的在于使研究者观察到实验处理效应（张学民，舒华，2004）。 是指对实验所包含的各种条件的合乎逻辑的配置和安排 实验处理效应：研究者操纵并希望看到的效应，即由自变量的变化而引起的因变量的变化效应。 误差效应：由自变量之外的因素引发的变化效应。,实验设计的基本目标,科学地回答研究者所提出的问题 令人信服地回答问题 实验证明逻辑；实验设计 提高实验的敏感性 减小误差变异，突出

2、自变量的效果 不同的实验设计，实质在于分离误差变异的方法不同 增加实验所获信息量 多因素实验设计与交互作用分析,好的实验设计的标准,宏观评价标准（孟庆茂）： 能够恰当地解决所欲解决的问题 恰当地控制实验中的无关变量 使实验结果有很高的可靠性 微观评价（舒华）： 使研究变量的处理效应最大化 对额外变量进行有效控制 使实验误差变异最小化 充分体现自变量和因变量之间的内在联系因果关系,实验设计的基本术语,因素与水平 因素（factor）：指用来区分被试组或实验条件的维度 水平（level）：指因素的特定值，也称处理（treatment）。不过处理指引发变量的水平 水平的结合：也叫处理的结合，一个因素的某一个水平与其他因素某一个水平的结合。 p q n 一种结合相同于一种实验条件,主效应与交互作用 主效应（main effects）：实验中由一个因素的不同水平引起的变异。 在考察主效应的时候，需要视乎其他任何因素，只比较该因素各水平之间是否存在差异。 主效应敏感性相对较差，可能掩盖自变量的作用 例：性别年级SCL-90；教法能力教学效果 交互作用（interaction）：当一个因素的水平在另

3、一个因素的不同水平上变化趋势不一致时，我们称这两个因素之间存在交互作用。 反应两个或多个因素的联合效应 二重交互作用：一个因素的作用受另外一个因素影响 三重交互作用：一个因素的作用受另外两个因素影响,讨论1：主效应和交互作用的关系如何？ 彼此独立，主效应显著，交互作用未必显著；主效应不显著，交互作用可能显著 分析和写作思路：先报告各F值的显著性情况，如果交互作用显著，则直接分析简单效应；对主效应不需要再做分析；否则可能前后矛盾。,讨论2：对于一个因素来说，与其他因素有交互作用或者没有交互作用，哪种情形更能反映因素的作用? 无交互作用而主效应显著，反映了一种普遍的效应“放之四海而皆准” 请例举生活的交互作用现象 因材施教、因地制宜、因人而异、众口难调 萝卜青菜各有所爱、情人眼里出西施 但有些研究只有交互作用显著才有价值 赌博成瘾；职业歧视心理； 工作记忆容量与句子复杂性,交互作用分析实例（1） 赌博成瘾者的情绪stroop效应,赌博成瘾者对不同三类词颜色命名的反应时（McCusker等，1997）,交互作用分析实例（2）职业歧视的stroop效应,请试分析上表中变量的主效应和交互作用如何

4、？,检验结果：词性的主效应（F( 1, 33) = 54.85，p 0.05）。,该结果能得到什么结论？ 实验成功还是失败？,交互作用分析实例（3） 工作记忆广度与句子复杂性,句子复杂.：The boy that the girl pushed kissed the baby 句子简单：The girl pushed the boy that kissed the baby,King and Just (1991)报告了高低广度者在逐词呈现的句子阅读时间上的差异。在句法复杂性增加的关键点上阅读时间增加。两组被试最大的时间差出现在句法关键区宾语指代位置。 但Caplan的实验室未重复出以上结果。在其实验中，采用“听觉动窗”任务，句子录音一个词一个词呈现，被试听明白一个词后按键启动下一词。结果与Ferreira et al (1996)等一致：尽管出现了显著的句子复杂性效应，但是没有复杂性与容量的交互作用。,在这个研究中，交互作用显著与不显著说明了什么？,简单效应和简单简单效应 简单效应（simple effect）：一个因素的水平在另一个因素的某个水平上的变异。 实际上把其中一个因素固定

5、在某一个特定的水平上，考察另一个因素对因变量的影响。 简单效应通常做双向检验。 简单简单效应（simple simple effect）：是指一个因素在另外两个因素的水平结合上的处理效应。 实际上把其中两个因素固定在各自的某一个特定的水平上，考察另一个因素对因变量的影响。,图中每一条线代表一个简单效应,图中每一条线代表一个简单效应,简单简单效应,简单交互作用,因素设计：如果每个因素的所有水平都与其他因素的所有水平相结合，那么，这样的实验设计就成为因素设计。不同的有嵌套设计等。 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。 单元内误差（within-cell error）：几个被试接受同样的实验条件时，他们之间所出现的差异。被试个体差异导致的误差。 作用：用来估计实验误差。 残差（residual error）：误差变异中除了单元内误差以外的误差，也应该是一种随机误差。如，只有一个被试接受一种实验处理时存在的误差。 作用：用来估计实验误差,实验设计的分类,单因素设计和多因素设计 单因素设计 实验设计的雏形（前实验设计） 一组后测设计： T O

6、这是人们日常的分析逻辑，与记忆中的一般情况比较 这种逻辑是不严密的，所以日常判断有很多谬误 一组前后测设计：O1 T O2 逻辑：如果与前测比，后测分数变化，则说明有效果 这种逻辑也存在诸多混淆因素,实验设计的分类,单因素设计的常见形式 典型完全随机设计：自变量为引发变量，被试被随机分派接受其中一个水平；有几个水平就有几组被试，彼此独立。也叫独立组设计。 R| T O R| O 匹配组设计：自变量为引发变量，首先在某一变量上匹配被试，然后把匹配好的被试随机分派到不同的条件。,实验设计的分类,单因素设计的常见形式 不等组设计：以性别、年龄等存在变量为自变量，或者因为现实原因，无法对被试进行随机分组，采用自然组进行实验时，采用不等组设计。实际属于准实验设计。 G1| T O G1| O G2| O G2| O 前后测完全随机设计：在典型完全随机设计的基础上增加前测。 R| O1 T O2 R| O1 O2,实验设计的分类,单因素设计的常见形式 所罗门四组设计：包含两个实验组，一组有前测，另一组没有前测；两个控制组，也是一组有前测，另一组没有前测。 R| O1 T O2（实验组1） R| O

7、3 O4（控制组1） R| T O5（实验组2） R| O6（控制组2） O4-O6反映前测效应；O2-O5都反映了前测效应或前测与处理的交互作用；O3-O4反映历史、成熟、回归效应 被试内设计：每名被试接受自变量的所有水平,所罗门四组设计的例子1 小组 培训前 培训 培训后 培训组 测量 是 测量 对照组1 测量 否 测量 对照组2 不测量 是 测量 对照组3 不测量 否 测量,所罗门四组设计的例子2 如有一位教育心理学家用这种设计研究了“观看问题解决的电影对逻辑推理的影响”。由于进行前后两种测试有利于获得更多的数据，而本研究中的前测可能引起对看电影的暗示，使被试有意识地从电影中学习更多的东西。因此，采用了所罗门四组设计。 本研究的实验处理是看一场30分钟的电影。随机选取32名学生分成4组，每组8人。首先对实验组一和控制组一的16名学生同时进行前测，第二天，实验组的16人接受实验处理，即看电影。然后对所有32名学生进行后测。逻辑推理测验成绩为因变量。通过两两比较测验成绩，不但可推断看电影对逻辑推理的影响，还能检验出前测带来效应。,实验设计的分类,单因素设计和多因素设计 多因素设计 被

8、试间设计 也叫组间设计，以主体变量作为自变量，或者引发变量不同水平间存在遗留效果时采用被试间设计。每个被试只接受一种实验处理。 被试内设计 每个被试接受全部水平或者水平的结合。又称重复测量设计或组内设计。 混合设计 既有被试间变量，又有被试内变量的设计,实验设计的分类,项目间设计与项目内设计 被试和实验材料都属于实验单元，都需要随机取样，都涉及取样的代表性问题。对应的方差分析也有基于被试的方差分析和基于项目的方差分析。 项目间设计：比较在不同的项目间进行，如词的具体性效应研究 项目内设计：比较在相同的项目上进行。如不同空间位置下，物体的记忆效果研究。位置的合理性是项目内变量。,实验设计的其他分类概览,心理实验设计的宏观分类 真实验设计，准实验设计，非实验设计 真实验设计：就是通常所说的实验设计, 是以数理统计为基础的实验设计。其特征在于对影响内部效度的无关变量采取了严格的控制，能有效地控制研究中自变量的不同取值和因变量的指标，以及被试的分配情况，并可应用统计方法分析实验结果。 优点：条件控制严密； 局限：自然性差，人为性强，生态效度低。,准实验设计：是指降低了实验控制的标准，通常在不易

9、对被试进行随机取样，无法严格创设等组的条件下进行的设计。 如：教学方法与教学效果 如：工作压力与工作效率 优点：在真实性和生态效度上高于真实验设计。 局限：无关变量控制不够严格、因果关系确定性弱,1951-1959年康涅狄格州交通死亡人数（Campbell, 1969）,康涅狄格州（实线）和其他4个州的交通死亡率（Campbell, 1969）,非实验设计：是一种对自然条件下发生的心理现象进行观测、记录、描述的设计方法。这种设计 往往不易采取随机化原则分配被试，而且也不易主动地控制自变量和其他无关变量，它可以为进一步实施更严格的设计积累资料。 （有关该概念的理解国内外有很大不同） 意义：为更高层次的真实验设计和准实验设计提供必要的基础和资料。 局限：易受无关变量的影响。 包括：单组后测设计、单组前后测设计、固定组比较设计、事后回溯设计,真实验设计的其他分类,按统计检验力分 可分为：完全随机设计、随机区组设计和拉丁方实验设计 以上是三种最基本的实验设计方法，它们可以组合成各种复杂的实验设计。它们的区别在于控制无关变量的方法。分别采用随机化方法、区组技术、双重区组技术控制无关变量的影响。实验结果的检验精度逐级提高。 实验设计模型： 完全随机设计：Yij =+j+i(j) 随机区组设计：Yij = +j+i +i(j) 拉丁方设计：Yijkl = +j+k+l +pooled (i=1,2,n； j=1,2,p； k=1,2,p； l=1,2,p),实验设计的思想基础,统计检验的基本思想 思考：6岁儿童的男女身高差异问题的研究。从某地区随机抽取男生30人，M1=114cm；女生27名，M2=112.5cm，能否根据这一次测量的结果下结论：6岁男生的身高比女生高？ 两位候选人的票数相差很小，为何不进行统计检验？ 统计检验的目的：确定从样本统计值得出的差异能否作出一般性的结论总体参数之间确实存在差异。 使用条件：当研究假说不能通过直接观察或通过观察总体的所有成员而直接被

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