《实验设计方法》ppt课件.ppt

第四章 实验设计方法 第一节 实验设计方法概述,研究设计是建立在选题、文献研究和提出研究假设的基础上，对研究的理论基础、具体课题和研究方法认真地分析、周密地思考; 充分预计可能遇到的问题或困难，并形成对研究整体框架和程序的完整构思 一项好的、缜密的研究设计可以指引研究者明确、顺利、经济地完成研究任务一 研究假设的形成,选定研究课题后，要根据事实和已有的资料对研究的问题进行分析、比较、推理、概括，设想出一种或几种可能的答案或结论，这就是“假设” 研究假设具体、准确地表述了将要研究的问题，并按确定的目标决定着研究方法 例如： 不同的教学方法会影响学生成绩的提高 能否提出好的研究假设，直接关系到该项研究能否达到较高的科学水平假设作为对科学问题的一种试探性回答，应满足三个条件: (1)能够合理地解释原有的理论所能够解释的那些事实和现象； (2)能够解释新发现的、但原有理论不能解释的那些事实和现象； (3)能够明确预言尚未发现的新事实，为进一步检验假设提供可能性 当一个研究能够满足第一个条件和第二个条件时，它既与原有的理论不矛盾，又对原有理论有所发展；当它满足第三个条件时，研究者才有可能通过事实进行验证，这样的研究假设才是有科学价值的。

二 研究中变量的确定,被研究的事实或者现象就是研究假设中的重要元素,用来表示这些被研究的事实或者现象的指标称为变量 变量是指在性质、数量上可以变化、测量或操纵的条件、现象、事件或事物的特征例如：人的性别和体重 等,变量的类别,根据变量的作用，可以把科学研究中的变量分为自变量、因变量、无关变量和干扰变量: 自变量： 是在研究中可以独立变化并同时引起其它变量的变化的变量在研究中自变量是引起某种现象变化的原因例如，教师的教学方法(如启发式、讨论式、研究式)会影响学生的学习效果自变量常常是区别被试各种特征(如学生的性别、年龄、智力水平、学习努力程度、兴趣、父母的文化程度、父母的职业、家庭经济状况)或者选择被试的依据，所以自变量又称为被试变量 因变量： 是指随着自变量的变化而发生变化并且不能由研究者操作和控制的变量，研究者只能观察和收集描述被试行为的资料(如学生学习效果的资料：考试成绩，学习能力测验分数等) 在上例中，学生的学习效果的变化是由教师的教学方式(自变量)引起的无关变量： 是一个相对的概念当一项研究中的自变量与依变量被确定下来之后，相对于一项研究的自变量和依变量关系而言，与被研究现象有关的其他变量就都成为无关变量。

如涉及到被研究的现象(学习效果)的变量还有许多，如学生的性别、智力水平、学习动机、努力程度、学习方法、父母的文化程度、父母的职业、家庭的经济状况……等等，这些因素都被排除在研究的现象之外，成了无关变量,干扰变量： 上述无关变量中还有一些会对学生的学习效果产生影响而这些能够对研究的现象产生影响的变量被称为干扰变量 在科学研究中，只有对可能影响研究结果的干扰变量加以控制，才能得到比较真实的结论从统计学处理资料的角度，可以把变量分为四种：类别变量、次序变量、等距变量和等比变量： ①类别变量 类别变量是指用名称或数值对研究现象进行分类的变量例如：教学方法、学生的性别、学生的血型等等由类别变量获得的资料即为分类资料 ②等级变量(或次序变量) 等级变量(或次序变量)是指可以利用数值或名称对研究现象进行排序或赋予等级的变量例如，学生的学习成绩可分为优、良、中、差由次序变量获得的资料即等级资料③等距变量 等距变量是指可以对其排序，并可以计算彼此差异大小的变量例如，用温度计测量气温所得的结果，就是等距变量由等距变量获得的资料即等距资料 ④等比变量 等比变量是指可以赋予名称、可以排序、可以计算差异大小，还可以找出比率关系的变量。

例如，身体检查时测得的身高、体重等结果，就是等比变量由等比变量获得的资料即等比资料 区分变量的统计学类别是非常重要的不同类别的变量，以不同的精确程度反映着所研究现象，而且在统计分析时所能运用的统计方法也不同变量之间的关系,对研究的问题的规律或原因作出的一种推测性论断和假定性解释是以变量以及变量之间的关系来表述的 分清楚变量之间的关系，是形成和表达假设的重要基础科学研究中研究变量之间的关系一般有三种类型： 1．比较关系 可以对两个或几个变量进行比较，以查明它们之间是否存在着差异 例如，我们常常对实验对象在实验前和实验后的某项成绩进行比较，以查明这两次的成绩之间是否存在差异，从而确认该项实验是否取得良好的效果2．相关关系 相关关系是指，两个或多个变量之间由于受某种共同因素的影响而存在着一定的联系例如：数学学得好的学生，其物理成绩一般也会比较好，那么数学成绩与物理成绩之间就是一种相关关系 相关关系有相关方向和相关程度的区分 3．因果关系 因果关系是指，两个变量之间不但存在着相关关系，而且其中一个变量是受另一个变量的影响而发生变化的即前述的，依变量随自变量的变化而发生变化 收集有关学生学习效果的实证资料，以验证新的教学方法或教学措施的改进是否提高了教学效果。

即教学方法与教学效果之间的因果关系三、设计研究策略,设计研究程序时，首先要考虑的就是以何种方式对假设进行验证 1．明确自变量和因变量 首先应分析并明确研究所涉及的变量中，哪些是自变量，哪些是随着自变量的变化而相应变化的因变量 自变量是在研究中需要施以一定的措施加以改变的，而因变量是在研究中需要通过一定的方法收集资料以辨明其随着自变量而发生相应变化的例如，当研究假设为： 概念型假设：不同的教学方法会影响学生阅读成绩的提高 操作型假设：对不同阅读成绩的学生，用方案A教学后阅读成绩的平均增加分数与用方案B教学后的平均增加分数之间存在显著差异 根据上述假设，在研究中需要证实的是“不同教学方法”对“学生阅读成绩的提高”的影响其中，“教学方法”是原因，是自变量；“阅读成绩”是结果，是依变量2．确定对自变量的操作方式 采用不同的研究方式时，对自变量的操作方式不同： 如果是根据现状进行预测性研究，那么常常采用调查的方法进行研究，一般不需对自变量进行操作，只需认真确定调查内容和方法； 如果是对现象间的因果关系进行研究，则应采用实验研究，那么就需要通过一定的操作来改变自变量，并观察和测量依变量的相应变化3．选择对自变量和依变量的观测指标及观测方法 对自变量和依变量，都需要采用一定的观测指标以收集实证数据。

观测指标可以是客观的(如学习成绩、脑电活动、反应时等)， 或是主观的(如满意度、自我效能感等)； 或是质性的(如访谈记录、观察记录等)， 也可以是量化的(如某项测验分数或测量结果等)选择变量的观测指标需要根据研究的目的、变量本身的特性、能够采用的观测手段乃至统计分析方法等结合起来通盘考虑和选择 一般来讲，在形成研究假设时，即已经对变量的观测指标有所考虑，在研究设计阶段是使它们更具体和明确4．确定控制无关变量的方法 对依变量产生影响的往往不只是研究中的自变量，还会有无关变量 要使研究能得到比较客观的结果，需要对无关变量进行控制，把它们对依变量的干扰作用减少到最小甚至完全消除对研究假设给予验证 如，由同一位教师分别以A方案和B方案对两个班的学生施教，以避免由教师的教学风格不同而带来的影响；,对学生方面，可以选择性别相同、学习习惯、学习能力和原有阅读成绩等均相同的学生分别分到两个班，使两个班的学生的构成条件基本一致，再开展实验教学，这样可以最大程度地减少由学生之间的差异造成的影响 对无关变量给以控制以后，依变量在实验研究中表现出来的变化基本上就可以看作是由自变量引起的四、设计取样方法,任何一项研究，都希望针对特定的总体发现一定的规律，以便对更广泛的应用具有指导作用。

总体是指在规定范围内具有某些共同的可观察特征的个体或某种客体的完整集合体，例如某一年龄的所有儿童等等 在绝大多数情况下，研究者不可能也没有必要对总体内的每一个个体逐一进行研究从要研究的总体中抽取一定数量的具体对象组成样本，对样本内的每一个对象进行研究之后，将研究结论推广到总体 推论的可靠性直接依赖于研究样本的代表性如果样本不能有效地代表总体，即使研究中对无关变量控制得再好，统计方法运用得非常恰当，由样本所得的结论对总体进行推论仍然是不可靠的 取样的恰当与否直接影响着所做研究的有效性1．取样的意义,(1)解决总体研究的困难： 如果涉及的研究总体很大，研究对象又分散在广阔地理区域内，总体无法确定其总数量时，可以采取抽样研究的方法 (2)降低研究成本： 对总体进行研究，需要研究的对象数量很大，因而要耗费大量时间、精力、人力、物力和费用，往往使研究者无法达到可根据科学方法抽取适量的、有代表性的样本进行研究，旨在显著地提高研究工作的效率3)提高研究结果的准确性和研究深度： 由于对总体进行研究时对象的数量多，参与人员多，数据处理规模巨大，会使数据收集和加工处理过程中的随机误差急剧增多，从而降低研究的准确性和可靠性； 使获取资料的手段、方法受到严重限制，这样就难以对研究对象进行深入的分析与研究，影响研究结果的准确性和深度。

采用科学的抽样方法，被试人数少，便于保证主试素质和提高数据收集与整理的质量，减少研究过程中的误差或系统误差，反而会提高研究的准确性4)有利于减少研究“污染”范围，保证以后研究的科学性; 科学研究中，测小相实验处理会影响研究对象的行为，使被试获取有关经验，产生各种效应(如练习效应、敏感效应等)，从而影响进一步的测试和随后的研究如果进行总体研究，将使总体中的每一个体受到某一个或多个研究的“污染”，从而影响随后测量或研究的准确性 采取抽样的方法，可起到减少研究“污染”范围，保护总体，保证随后研究科学性的作用2．取样的基本过程,取样的基本原则是随机性原则：指在进行抽样时，总体中的每一个体被选取的机会完全均等 具有最大的可能使总体的某些特征在样本中得以充分表现，从而保证由样本推论总体的可靠性 可以对抽样误差的范围进行预算或控制，能够客观地评价研究结果的精确度、决定样本的容量大小取样过程,一般应包括四个步骤： (1)定义总体 从内涵和外延两方面明确定义总体的界限 研究的目的、课题的性质决定总体的内涵例如，“大学生学习现状调查与学习指导的研究”，总体就是全国的所有大学生； 研究的目的决定了总体的范围。

研究者准备将研究成果推广到什么样的范围，就应在该范围内取样要区分是城市学校，还是农村学校；是重点校、一般校还是基础薄弱的学校；是大学理科，还是工科、文科；是男生还是女生；是低年级还是高年级 从某一总体抽取的样本，经过研究获得的结果只能推广到这一总体中去2)准备抽样框,抽样框(sampling frame):指能够代表总体，并可以从中选取样本的一个框架 主要包括有总体全部单位的名册、地图等例如，对某大学的学生进行调查，全体学生的名册就是一个抽样框；目前市场调研中对市民的消费水平进行调查，以簿作为抽样框 抽样框在抽样调查中处于基础地位，是抽样调查必不可少的部分，其对于推断总体具有相当大的影响3)确定样本容量,指样本内所包含的研究对象的数量样本容量与样本的代表性有关，样本容量越大，代表性越好；样本容量太小，可能失去对总体的代表性 确定样本的容量时须考虑三个因素： ①研究者的时间、人力和财力等客观条件； ②统计分析时允许的误差(可查阅《生物统计》书籍中的相关内容)； ③总体内研究对象之间的相似性程度 (4)选择取样方法及取样,(4)取样注意事项,选择取样方法时： ⑴应该依据研究目标考虑研究总体的特征、范围与数量 ⑵注意具体取样方法的特点与要求 ⑶进行研究工作的主客观条件等等 实施取样应遵循科学、规范的取样程序，否则将会由于样本选取不恰当而影响研究结论的正确性。

例如，有人研究某大学学生课余休闲和爱好，利用晚自习时间到图书馆发放问卷，问卷回收率90％以上，结论是：65％的大学生晚上都。