心理与教育研究实验设计中 一些常见问题,舒 华 认知神经科学与学习国家重点实验室 北京师范大学心理学院,什么是科学研究,科学研究的目标：描述，预测，解释； 心理学研究相应的三种途径： 观察： 在自然状况下收集数据描述某种现象；包括自然观察；问卷调查；个案研究； 相关研究：对两种现象之间的关系感兴趣，例如：吸烟与肺癌之间的关系； 实验研究：对现象之间的因果关系感兴趣，方法：操纵或改变某些条件，观察其对行为的影响；例如：学习动机对学习成绩的影响。,心理与教育研究的特点,研究对象：人 带来的问题、困难： 影响因素多； 无关变量的混淆： 因素之间相互关联； 实验设计与复杂统计在研究中的重要性：,大笑可“宽心” 美国心脏病专家表示，每天爽朗地大笑可以令心脏病消失。 美国马里兰大学医疗中心在美国心脏协会的年会上发表报告指出，富有幽默感的人不宜患上心脏病。人们应每天抽出一段时间来大笑一场，例如观看充满欢笑的录像，以保障心脏健康。 科学家研究了两组人，一组是150名患有心脏病或接受过心脏分流手术的人，另一组150人身体健康。研究人员让他们看一些有趣的东西，结果发现，和同龄有心脏病的人相比，没患心脏病的人较容易发笑，欢笑率高出四成。有心脏病者较少在听到笑话后解颐（注：面现笑容），也较容易愤怒和抱有敌意。他们由此推断，那些人没有患心脏病，跟他们常欢笑有关。 摘自北京青年报2000年11月28日第14版,实验的基本思想： 操作、改变某些变量(自变量)，引起另一些变量(因变量)的变化。 问题： 变量（自变量） 变量（无关变量） 变量变化（因变量） 变量（无关变量） .,实验设计的主要目标,一、回答研究者感兴趣的理论问题 途径： 建立变量之间的关系，操纵、改变一个或多个变量，观察对行为的影响； 控制无关变量，减小无关变量的影响； 对变量进行操作定义；,二、增加实验中获得的信息量,在有限的研究中获得更多的信息； 途径： 1、选择合适的实验设计种类，例如根据研究问题的复杂性，选择多因素实验设计； 2、进行系列研究； 3、选用复杂的统计方法，在同样的数据量中得到更多有意义的信息；,多因素实验设计： 研究问题中的诸因素之间是互相影响的，当忽略一些因素而研究另一些因素时，难以看到真实的结果； 因素实验设计的优点： 可以同时估价两个或多个实验处理的效应，可以估价实验处理之间的交互作用。 因素实验设计可以对数据资源进行更有效的利用，使同样数量的数据给出更丰富的信息。,儿童汉字读音及其发展（舒华、曾红梅， 1996）,因素设计: 年级：二、四、六年级； 语文能力：高、中、低； 字的熟性：熟悉、不熟悉； 字的类型：规则字（纷）、 不规则字（略）、 声旁不独立字（忱）； 其中字的熟悉性和字的类型是被试内因素, 儿童的年级和语文能力是被试间因素。 任务：读音,结果：读音正确率,形声字类型 规则字 不规则字 声旁不知字 - .58 .36 .36 - 形声字类型x 年级 字的类型 规则字 其它字 年级 - 二 .53 .39 四 .58 .33 六 .62 .36 -,形声字熟悉性x 年级 - 字的熟悉性 熟悉字 不熟悉字 年级 - 二 .73 .14 四 .61 .21 六 .65 .23 - 形声字类型x熟悉性 - 字的类型 规则字 其它字 字的熟悉性 - 熟悉字 .75 .62 不熟悉字 .40 .09 -,能力x 熟悉性x 类型 - 熟悉性 熟悉字 不熟悉字 字的类型 规则 不规则 规则 不规则 语文能力 - 高 .90 .79 .51 .15 中 .76 .62 .39 .08 低 .56 .43 .28 .05 -,结果：读音错误,儿童读音中使用线索的平均次数 - 语文能力 高 中 低 年级 - 六年级 15.7 14.8 14.4 四年级 12.6 10.7 5.5 二年级 3.9 2.1 1.5 - 语音有关的错误： 声旁错误；歧-支 类似错误；歧-技,问题： 方差分析统计方法限定了一个研究中因素的数量：统计复杂，当实验中发现交互作用时，对结果的解释更复杂化。 在缺乏经验的情况下，不容易确定确实应该包含进实验设计的因素，多因素实验设计在确定理想的处理水平或处理水平的结合上不如小的系列实验更有效。,系列实验： 每一个实验所包括的因素不多，但通过一系列实验，深入探讨各因素的影响。 在系列实验中，后面的实验设计是建立在前期实验结果的基础上，因此实验设计的灵活性、有效性都更好。,汉字形旁的加工,目的： 探讨形声字中形旁的激活，形旁的影响因素。 材料： 启动字 目标字 s-c-l+f- s+c+l-f+ s-c+l-f+ s-c-l+f- 板 沐 桌 染 惧,实验一： SOA = 250ms 目标字 s-c-l+f- s+c+l-f+ s-c+l-f+ s-c-l+f- 板 沐 桌 染 惧 反应时 587 565 584 590 启动 3 25* 6,实验二： SOA = 70ms（mask) blank # prime target 450 50 300 60 400 目标字 s-c-l+f- s+c+l-f+ s-c+l-f+ s-c-l+f- 板 沐 桌 染 惧 反应时 583 569 565 582 启动 -1 13* 17*,实验中的变量,自变量： 研究者可以操纵、改变的； 种类 (1)： 客观外界的刺激; 被试固有的特征：如性别，教育水平、智力； 被试暂时的特征：如动机、疲劳； 种类 (2)： 定性：性别，教学方法； 定量：视觉或听觉刺激的强度；,自变量的操作： 自变量的水平； 自变量水平的范围； 自变量水平的步骤； 如何确定自变量水平的范围和步骤： 文献； 预实验；,自变量的范围和步骤,因变量： 可观察的行为：反应时间、速度、准确性等； 能够随自变量的改变而变化，对自变量的变化敏感； 可靠； 能够转换为数字数据，正态分布；,巧妙地设计实验的变量: Example: human errors: 1. Worker clothes; 7/15 correct; yes no 2. Age: 20-30: 7 0 35-60 0 8; 3. Change clothes; 4/12 correct (old subjects),巧妙地设计实验的变量: 自我面孔识别与右半球 Keenan等人（2001, NATURE）曾研究过5名癫痫病人。在病人颈动脉内注射异戊巴比妥（一种镇静催眠药）的和田试验（Wada test）期间，他们向病人呈现由著名人物面孔和病人自己的面孔所合成的面孔图片，并要求病人记住图片。待病人从麻醉状态中恢复过来之后，他们向病人同时呈现病人自己的面孔与著名人物的面孔，要求病人选出先前呈现过的面孔。实际上，麻醉期间，无论是自己的面孔，还是著名人物的面孔，病人都未见过。 结果发现，左半球麻醉之后，全部5名病人，所选出的都是自己的面孔。然而，右半球麻醉之后，5名病人中有4名病人，所选出的均是著名人物的面孔。这说明右半球是自我面孔觉察的优势半球。 Keenan J P, Nelson A, OConnor M et al. (2001). Self-recognition and the right hemisphere. Nature, 409, 305,无关变量： 实验中不是由实验者操纵、改变的，但会影响因变量； 不是研究者感兴趣的； 来源： 来自客观外界的： 如实验的场所、测验的时间； 被试固有的特征：如性别，教育水平、智力； 被试暂时的特征：如指导语；,控制无关变量的途径： 随机化 （Randomization）; 匹配 （Matching）; 拉丁方 （Counterbalancing）;,变量的操作定义,变量必须用测量或操作它们的步骤来定义； 原因：语言的歧义性； 重要性： 结果的评价； 结果的推广； 研究者之间的交流； 方法： 使用现有的信息，如性别、教育程度、汉字频率等； 通过操纵创建情景状态，如动机； 通过前测获得信息，如语义相关；,Example (Loftus & Palmer, 1974),Subject: 150 college students, 5 groups; Method: watch TV, and judge the speed of the automobile; to manipulate the instruction to create the different levels of independent variable: (1) The possible speed when the two cars cracked up(撞碎) (2) The possible speed when the two cars knocked together(相撞) (3) The possible speed when the two cars impacted(碰撞) (4) The possible speed when the two cars bumped(撞到) (5) The possible speed when the two cars touched(接触).,