實驗設(shè)計
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一種有計劃的研究，包括一系列有意圖性的對過程要素進行改變與其效果觀測，對這些結(jié)果進行統(tǒng)計分析以便確定過程變異之間的關(guān)系，從而改變這過程。
目錄 |
定義
在實驗心理學(xué)上，實驗設(shè)計是這樣定義地：
廣義
廣義的實驗設(shè)計指科學(xué)研究的一般程序的知識，它包括從問題的提出、假說的形成、變量的選擇等等一直到結(jié)果的分析、論文的寫作一系列內(nèi)容。它給研究者展示如何進行科學(xué)研究的概貌，試圖解決研究的全過程?！ ?/p>
狹義
狹義的實驗設(shè)計特指實施實驗處理的一個計劃方案以及與計劃方案有關(guān)的統(tǒng)計分析。
狹義的實驗設(shè)計著重解決的是從如何建立統(tǒng)計假說到作出結(jié)論這一段?！ ?/p>
實驗設(shè)計的活動
包括如下：
1．建立與研究假說有關(guān)的統(tǒng)計假說；
2．確定實驗中使用的實驗處理(自變量)和必須控制的多余條件(額外變量)；
3．確定實驗中需要的實驗單元(被試)的數(shù)量及被試抽樣的總體；
4．確定將實驗條件分配給被試的方法；
5．確定實驗中每個被試要記載的測量(因變量)和使用的統(tǒng)計分析?！ ?/p>
主要步驟
研究者在實驗前根據(jù)研究目的擬定的實驗計劃及方法策略。其主要內(nèi)容是合理安排實驗程序，并提出將如何對實驗數(shù)據(jù)作統(tǒng)計分析、心理實驗設(shè)計的主要步驟可歸納為：①根據(jù)研究目的提出假設(shè)；②擬定驗證假設(shè)的方法、程序；③選擇適當?shù)奶幚?、分析實驗?shù)據(jù)的統(tǒng)計方法?！ ?/p>
功能及其評價
實驗設(shè)計的主要功能是對變量的控制，首先是在控制條件下有效地操縱或改變自變量，使因變量(即反應(yīng)變量)的變化得到觀察。例如，研究兩種教學(xué)方法對兒童學(xué)業(yè)成就的影響時，實驗設(shè)計者應(yīng)安排使其他條件盡量相同，如選擇家庭和學(xué)校環(huán)境相似、學(xué)業(yè)基礎(chǔ)相似，年齡相同的兩組兒童，只控制使用兩種不同的教學(xué)方法，然后考查二者對學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。良好的實驗設(shè)計主要表現(xiàn)在合理安排實驗程序，對無關(guān)變量進行有效的控制。心理學(xué)實驗中的無關(guān)變量,有些可以象理化實驗?zāi)菢油ㄟ^一定的實驗儀器及技術(shù)予以排除，但大部分難以排除，因而必須依靠實驗設(shè)計平衡或抵消其影響。這種控制方法稱作實驗控制法,常用的有幾種:
①消除或保持恒定法：主要利用實驗室條件排除無關(guān)變量的干擾，對于不能排除的年齡、體重、實驗環(huán)境、被試水平等變量，則設(shè)法使其保持恒定；
②平衡法：即按隨機原則將被試分為實驗組與控制組，使無關(guān)變量對兩組的影響均等；
③抵消法：其目的在于控制由于實驗順序造成的影響，主要采用循環(huán)方式（只有兩個實驗處理時采用AB、BA法）；
④納入法：即把某種無關(guān)變量當作自變量處理，使實驗從單因素變?yōu)槎嘁蛩卦O(shè)計，然后對結(jié)果進行多元統(tǒng)計分析，從中找出每個自變量的單獨作用及交互作用。還有一些無關(guān)變量，雖然明知它對結(jié)果有影響，但限于實驗條件，不可能用實驗控制法加以平衡或抵消，而只能在實驗結(jié)束后，用統(tǒng)計的方法分析出來，從結(jié)論中排除。這種控制方法叫做統(tǒng)計控制法。常用的統(tǒng)計控制法主要是協(xié)方差分析或稱共變量分析。當研究工作由于事實上的困難或行政上的理由不能以個人為單位進行隨機抽樣、必須保持其團體的完整性（如以班級為單位）時，常使用這種方法。
評價一個實驗設(shè)計可以有許多標準，但主要是看其能否充分發(fā)揮以下功能：①恰當?shù)亟鉀Q研究者所要解決的問題，即實驗設(shè)計必須與研究問題匹配；②有較好的“內(nèi)在效度”，即能夠有效地控制無關(guān)變量，使反應(yīng)變量的變化完全由自變量決定；③實驗結(jié)果應(yīng)具有一定的科學(xué)性、普遍性，能夠推論到其他被試或其他情境，即有較高的“外在效度”。
基本類型
常用的心理實驗設(shè)計有幾種基本類型,而這些類型常常是被綜合使用的?！ ?/p>
單組設(shè)計與對比設(shè)計
根據(jù)是否設(shè)置控制組（對照組）劃分的兩種基本設(shè)計類型。
①單組設(shè)計。在所選被試編組時不設(shè)置控制組，其基本模式是前測－處理－后測，通過前后兩次測量的差異檢驗實驗處理的效果。統(tǒng)計結(jié)果一般采用t檢驗法。目前單獨使用這種類型的實驗設(shè)計已不多見。因為在前測與后測中間有許多因素,如成熟、前測對后測的影響、測量工具的變形、情境的改變等，與實驗處理的效果相混淆，從而降低實驗的內(nèi)在效度。
②對比設(shè)計。這是心理實驗最基本的設(shè)計之一。它把被試分為兩組,一組為實驗組,施以實驗處理（也稱處理）；另一組為控制組，不加實驗處理。為使兩組被試盡量同質(zhì)，便于比較，一般采用隨機分派法分組，通過測量兩組的差異檢驗實驗處理的效果。其基本模式如Ⅰ。
即使隨機分派被試，但樣本不很大時也很難保證兩組在處理前同質(zhì)，因而兩組測量的差異不一定全是處理的結(jié)果。為了彌補這一不足，常在處理前先對兩組進行測量，即模式Ⅱ。
如果前測的結(jié)果相近，可直接比較兩組的后測,并用t檢驗法檢驗其差異，這時的差異即可認為完全是由處理造成的。如果兩個前測不同，就要把前測作為共變量，進行獨立樣本單因素的共變量分析。這種設(shè)計的優(yōu)點是克服了大部分影響內(nèi)在效度的無關(guān)變量。但由于有前測,又增加了前測的反作用效果，使外在效果有所降低。所謂測驗的反作用效果是指處理前進行的前測可能增加或減少被試對處理的敏感性。
完全隨機化設(shè)計與隨機區(qū)組設(shè)計
根據(jù)分組與處理方式劃分的兩種基本設(shè)計類型。
①完全隨機化設(shè)計。又稱被試間設(shè)計或獨立組設(shè)計。它起源于抽樣理論，即依據(jù)概率統(tǒng)計的原則，把被試隨機分派到各組，接受各組應(yīng)進行的處理。由于是隨機分派，所以在理論上各組接受處理前各方面是相等的。如果在同樣條件下對兩個或兩個以上組施以相同處理，則各組效果的平均數(shù)在統(tǒng)計上應(yīng)沒有顯著差異；如果對兩個或兩個以上組分別施以不同的處理，所得效果平均數(shù)的差異可被斷定是由于處理的不同而造成的。這種設(shè)計的實驗結(jié)果一般采用獨立樣本的t檢驗或方差分析。在對比設(shè)計中所列的模式Ⅲ和Ⅳ，都可以說是完全隨機化設(shè)計，也可以算作對比設(shè)計。
模式Ⅲ的特點是實驗組不進行前測，控制組不進行后測。由于被試是隨機分派的,實驗組與控制組被看作同質(zhì),所以比較控制組的前測與實驗組的后測，即可推斷處理的效果。這種交叉前后測法雖在理論上能克服前測的不良影響，但較為理想的隨機對比設(shè)計則是模式Ⅳ。它是把被試隨機分為4組,即兩個實驗組和兩個控制組，每兩個之中都是一個有前測另一個無前測。模式表中的Y1、Y2、Y3、Y4均為后測的結(jié)果。用獨立樣本2×2方差分析法檢驗“前測與無前測的差異”、“實驗處理與無處理的差異”以及“前測與處理交互作用是否顯著”，就能既克服前測存在的反作用，又防止實驗組與控制組可能出現(xiàn)不同質(zhì)的狀況。這種設(shè)計雖然比較理想，但它的被試有4組,人數(shù)多、實驗次數(shù)也多，因而不夠經(jīng)濟。
②隨機區(qū)組設(shè)計。又稱被試內(nèi)設(shè)計。它先把被試按某些特質(zhì)分到不同區(qū)組，使各區(qū)組內(nèi)的被試更接近同質(zhì)，而區(qū)組間的被試更加不同。然后將各區(qū)組內(nèi)的被試隨機分派接受不同的處理,或按不同順序接受所有的處理。這樣，對于一個區(qū)組來說是接受所有處理的。這一點與完全隨機化設(shè)計不同。完全隨機化設(shè)計中各組只分別接受各自所應(yīng)該接受的處理。Ⅴ是隨機區(qū)組設(shè)計的基本模式。它與完全隨機化設(shè)計的不同還表現(xiàn)在把“區(qū)組”這一變量也納入了實驗設(shè)計。這樣,總變異就可以分成“處理間”、“區(qū)組間”及“誤差”。與完全隨機化設(shè)計相比，它能把由個別差異造成的變異估計出來。劃分區(qū)組的依據(jù)與要考察的反應(yīng)變量密切相關(guān)，即當同一區(qū)組的被試在第1個實驗處理中得分高于其他區(qū)組時，在第2個處理中的得分也同樣高。因此，隨機區(qū)組設(shè)計的統(tǒng)計方法一般用相關(guān)樣本的t檢驗或方差分析。另外,如果隨機區(qū)組設(shè)計中的每一區(qū)組都進行所有的處理，便稱為完全區(qū)組設(shè)計；如果每區(qū)組所進行的處理數(shù)小于總的處理數(shù)，則稱為不完全區(qū)組設(shè)計。后者雖然每一區(qū)組不進行所有的處理，但每一處理所在的區(qū)組數(shù)須相同。大部分心理學(xué)家在實驗中的處理數(shù)都不太多，基本上是用完全區(qū)組設(shè)計。若處理數(shù)很多(農(nóng)業(yè)實驗中常遇到這種情況)，由于實驗的總實施次數(shù)很大，限于人力、財力及時間，則須采用不完全區(qū)組設(shè)計?！ ?/p>
單因素設(shè)計與多因素設(shè)計
這兩種設(shè)計是根據(jù)實驗中自變量的多少來劃分的。
①單因素設(shè)計。它的自變量只有一個，其他能影響結(jié)果的因素均作為無關(guān)變量而加以控制。這種設(shè)計簡明易行，但由于在實際生活中影響心理活動的因素常不止一個，所以當情況比較復(fù)雜時，最好使用多因素實驗設(shè)計。
②多因素設(shè)計。自變量為兩個或兩個以上的實驗設(shè)計。常用的多因素設(shè)計有完全隨機化、隨機區(qū)組和拉丁方等。完全隨機化多因素設(shè)計根據(jù)自變量及每個自變量的變化水平(處理)的多少進行隨機分組。在2×2因素設(shè)計中，有兩個自變量因素A、B，每個因素又有兩種水平，共有 4種可能的處理，即A1B1、A1B2、A2B1、A2B2。這就必須隨機地把被試分為4組,每組接受一種處理，即模式Ⅵ。通過獨立樣本的2×2因素方差分析,可以分析出因素A或B的單獨作用及A與B的交互作用。隨機區(qū)組多因素設(shè)計則需在2×2因素設(shè)計中選一組被試，讓每一個被試都接受4種處理,在次序上哪個人先接受哪種處理用隨機法決定,這樣，每一個人的4種處理結(jié)果就是一個區(qū)組。該設(shè)計所采用的統(tǒng)計方法用相關(guān)樣本的方差分析。
拉丁方實驗設(shè)計能以較少的實驗次數(shù)完成實驗?zāi)康摹＠?，A、B、C3種因素各有3個水平，需做33=27次實驗。若采用拉丁方設(shè)計就不必做那么多次。在這種設(shè)計中,A、B兩個因素的安排如Ⅶ。
根據(jù)這樣的安排,共9次實驗。同時還要考慮C,要使它的每一水平與其他兩個因素的不同水平各組合1次,總實驗次數(shù)仍為9次如Ⅷ。
由于此設(shè)計常用拉丁字母，故稱這種排列方式為拉丁方。其統(tǒng)計方法是拉丁方變異數(shù)分析。這種設(shè)計除了可減少總實驗次數(shù)外，還有一個最大的優(yōu)點，即能平衡實驗順序的影響。但利用它時必須符合一定的條件，即假設(shè)各因素之間沒有交互作用，且因素的個數(shù)必須與實驗處理水平數(shù)相同。
準實驗設(shè)計
當研究者事先已認識到某些無關(guān)變量會影響實驗結(jié)果但實際上卻又難以妥善控制時，可采用準實驗設(shè)計。準實驗的主要特點是沒有采用隨機化程序，即被試的選擇和編組、處理分配等都不是隨機安排的?！ ?/p>
準實驗設(shè)計的主要類型
①間歇時間序列設(shè)計:指在實施處理前后的一段時間里對一個被試組進行多次重復(fù)觀測，通過比較整個時間序列的觀測結(jié)果來確定處理的效果。所得結(jié)果的分析，需要對處理前后的一系列觀測值作出檢驗和比較,通常采用相關(guān)樣本t檢驗法。
②相等時間樣本設(shè)計：指在兩段相等的時間里測量一個被試組，其中的一段時間給予處理，另一段時間不給予處理，然后對在兩段相等時間里得到的觀測值進行檢驗和比較
③非同質(zhì)控制組前測后測設(shè)計：其基本模式如下：
從表面上看，該模式與對比設(shè)計中的模式Ⅱ相同，但由于沒有采用隨機化程序,實驗組和控制組是非同質(zhì)的,對結(jié)果的統(tǒng)計處理所常用的方法是基礎(chǔ)方差分析和協(xié)方差分析等。
④平衡對抗設(shè)計：指在實驗處理的順序上提供控制,以抵消處理先后順序的影響所產(chǎn)生的順序誤差。在單組僅有后測的實驗中，如果有兩種處理A和B，采用平衡對抗設(shè)計就是按ABBA的順序進行處理。
非實驗設(shè)計
通常是一種自然描述，用來確定自然存在的臨界變量及其相互關(guān)系。非實驗研究的方法很多，如自然觀察法、相關(guān)法、訪談法、問卷法、測驗法、個案法和傳記法等。在非實驗研究中，研究者既不采用隨機化程序，也不能主動操縱自變量和控制其他無關(guān)變量。
非實驗設(shè)計的主要類型
①單組后測設(shè)計：對一個被試組給予一次處理和一次后測。②單組前測后測設(shè)計:對一個被試組進行前測、處理和后測。這兩個研究設(shè)計都沒有控制組。③靜態(tài)組比較設(shè)計：對在處理前已經(jīng)組織起來的兩個原組（非隨機選擇的）中的一個原組給予處理和后測，而對另一原組不給予處理僅作后測，然后比較兩組的結(jié)果。④事后回溯設(shè)計：在一事件發(fā)生之后才著手收集有關(guān)此一事件的各種資料，分析此一事件的效果和原由。由于非實驗設(shè)計是真實驗設(shè)計的組成部分或重要元素，所以也稱為前實驗設(shè)計。
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