Lecture 5 Experimental Design and Data AnalysisSchool of Psychology, Huazhong Normal University 莫书亮 Ph.D. booklight_pku163.com* *1 1版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008OUTLINE实验设计的概念l什么是实验设计l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DateDate2 2版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008实验设计类型不同分类：l根据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l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l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DateDate3 3版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008被试间设计l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。l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。DateDate4 4版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008l缺点：个体间的差异可能会影响到结果的有效性。所以必须处理个体间的差异。l两种克服办法：随机组设计（random groups design）匹配组设计（matched groups design）DateDate5 5版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008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DateDate6 6版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008匹配组设计l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。l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。DateDate7 7版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008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。DateDate8 8版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008一个实验有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！DateDate9 9版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008被试内设计（Within-subjects design）l每个或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。l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。l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DateDate1010版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008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。DateDate1111版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008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。DateDate1212版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008被试内设计的几种形式：l完全的被试内设计a、随机区组设计； b、ABBA平衡法l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。DateDate1313版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008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、ADateDate1414版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008完全被试内设计随机区组设计（Block Randomization） ：l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 。l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）。l当被试的某些特征可能影响到实验效果时，可 以采用这种方法。DateDate1515版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008每一区组内被试的人数分配有三种情况：l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。l每个区组内被试的人数是实验处理数目的整倍 数。l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。 DateDate1616版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008例如：研究不同声音刺激对学生解答数学 问题的影响。l自变量：声音刺激（四个水平）；因变量：解 答数学问题成绩l实验设计：实验处理几种？：X1、 X2 、X3 、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。DateDate1717版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008区 组实验处 理区组平均X1、 X2 、 X3 、 X4优良O11、O12、 O13 O14中等O21、O22、 O23 O24较差O31、O32、 O33 O34处理平均DateDate1818版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008ABBA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。DateDate1919版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-20082组对抗平衡：ABBA3组对抗平衡：ABCCBA4组对對抗平衡：ABCDDCBADateDate2020版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008 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。 DateDate2121版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008不完全的被试内设计： 所有可能的顺序：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。DateDate2222版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008实实 验验 顺顺 序实实 验验 顺顺 序1st2d3d4th1st2d3d4th123431241243314213243214134232411423341214323421213441232143413223144213234142312413431224314321DateDate2323版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008 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。 DateDate2424版权所有版权所有. .华师心理学院莫书亮华师心理学院莫书亮 2007-20082007-2008ABCDBCDACDABDABC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，