实验设计2.ppt

实验设计（2）授课教师：孙丽君授课教师：孙丽君回顾什么是实验设计实验设计的分类单因素、多因素实验设计单因变量、多因变量实验设计被试间实验设计本节主要内容被试间实验设计被试内实验设计混合实验设计3.1.1.3多因素组间实验设计（1）两因素组间实验设计研究中有两个自变量，每个自变量有两个或多个水平。把被试随机分配给实验处理（两个自变量水平数的组合），每个被试只接受一种实验处理。如果一个自变量有P个水平，另一个自变量有q个水平，实验中含有pq个处理。模式（24为例）例：探讨生字密度、文章主题熟悉性对阅读理解的影响 文章主题熟悉性：熟悉、不熟悉 生字密度：5：1；10：1；15：1 可以随机选取一批被试，把被试随机分为6组，每组被试接受一种实验处理。统计方法：方差分析 双因素方差分析表双因素方差分析表与单因素实验设计相比，两因素实验设计除了可以分析各自变量的主效应之外，它的一个明显优点是可以对自变量间的交互作用进行分析，从而可以获得比单因素实验更加丰富的信息。对交互作用的进一步检验 若交互作用不显著，检验每个因素的主效应很重要；若交互作用显著，对每个因素的主效应的检验意义就不大了；需进一步进行简单效应的检验.简单效应：检验一个因素在另一个因素的每个水平上的处理效应，以便具体地确定它的处理效应在另一个因素的哪些水平上是显著的，在哪些水平上是不显著的。因素在b1水平上的简单效应 SSA（）因素在b水平上的简单效应SSA（b）因素在a1水平上的简单效应 SSB（a1）因素在a水平上的简单效应SSB（a）例：探讨生字密度、文章主题熟悉性对阅读理解的影响 文章主题熟悉性：熟悉、不熟悉 生字密度：5：1；10：1；15：1 双因素方差分析表双因素方差分析表变异来源 平方和 自由度 均方 F处理间 218.333 5A（主题熟悉性）80.666 1 80.666 43.37B（生字密度）81.083 2 40.542 21.80 AB 56.584 2 28.292 15.21 处理内 33.500 18单元内误差 33.500 18 1.86合计 251.833 文章主题熟悉性的主效应（A）是显著的，生字密度（B）的主效应也是显著的。结果表明：学生对主题熟悉的文章比主题不熟悉的文章阅读理解的成绩要好；随着文章中生字密度的增大，学生的阅读理解成绩会下降。主题熟悉性和生字密度存在着交互作用。A因素在B的三个水平上的简单效应：当文章中生字密度较大时，学生对主题熟悉和不熟悉的文章的阅读理解都很差，不存在显著差异；随着文章中生字密度的减小，学生对主题熟悉的文章的阅读理解显著好于主题不熟悉的文章。B因素在A的两个水平上的简单效应：当文章主题不熟悉时，无论生字密度较大或较小，学生对文章的阅读理解都很差，且差异不显著；当文章主题熟悉时，学生的阅读理解成绩随着文章中生字密度的减小而显著提高。（2）三因素组间实验设计研究中有三个自变量，每个自变量有两个 或多个水平。把被试随机分配给实验处理（三个自变量水平数的组合），每个被试只接受一种实验处理。如果实验中的一个因素有P个水平，另一个因素有q个水平，第三个因素有r个水平，则研究中共有pqr个处理。例：探讨文章的生字密度、文章类型和文章的句子长度对学生阅读理解的影响 生字密度：5：1 20：1 文章类型：说明文；叙述文 句子长度：平均句长20个词；平均句长30个词 222三因素实验设计 8种处理水平的结合 32名学生随机分成8组3.1.2 组间实验设计评价优点：每个被试只接受一种实验处理，因而处理方式之间不存在相互影响或干扰。缺点：所需要的被试数量巨大；由于接受不同处理的总是不同的个体，因此被试间设计从根本上是不能排除个体差异对实验结果的混淆的。控制个体差异的方法（等组问题）匹配法：将被试按某一个或几个特征上水平的相同或相似加以配对，然后再把每一对中的每个被试随机分配到各个组别。匹配的步骤是：先对所有被试进行前测，然后根据前测的作业分数进行匹配分组。匹配时，前测的内容必须和实验作业高度相关。例：30个被试分配到三个自变量水平A、B、C中 将被试者按先检验作业分数的高低排列（如下表1）。表表1 301 30名被试者先检验分数的高低排列名被试者先检验分数的高低排列被试者分数被试者分数被试者分数12345678910756564636045454241411112131415161718192040393737343231303030212223242526272829302725211919161513102表表2 302 30名被试者配对分组的结果名被试者配对分组的结果 被 试 者 分组12345678910 SABC6564756360454241454139403437373132303027301925211915162111334.635.035.218.516.517.1匹配法在实施时遇到的问题有：-匹配往往是不完全的。-匹配法往往耗费大量的工作量。-当多个匹配特征之间存在交互作用时可能混淆实验结果。-匹配法需要防止回归假象的介入。随机化法：是把被试随机地分配到不同的组内接受不同的自变量处理。其统计学前提是：各随机被试组在未经受不同处理之前是相等的，即使有差异也是在统计允许的限度以内的随机误差。3.2被试内设计（within-subjects design）每个被试接受所有的实验处理。又称重复测量设计或组内设计。例：自变量是照明度 有强、中、弱三种强度 因变量是阅读效果3.2.1 种类3.2.1.1单因素组内设计是指研究中有一个自变量，自变量有两个或多个水平,实验中每个被试接受所有的处理水平。例：四种生字密度的文章对学生阅读理解的影响目的：利用被试自己做控制，使被试的各方面特点在所有的处理中保持恒定，以最大限度地控制由被试的个体差异带来的变异。假设：当若干处理水平连续实施给同一被试时，被试接受前面的处理，对接受后面的处理没有长期的影响。模式(单因素三水平为例）优点：从总变异中分离出了被试间变异，与完全随机实验相比，它提高了实验处理的检验的敏感性。3.2.1.2 两因素被试内设计研究中有两个自变量，每个自变量有两个或多个水平。参加实验的被试接受全部实验处理（两个自变量水平数的组合）。如果一个自变量有P个水平，另一个自变量有q个水平，实验中含有pq个处理。研究中的两个自变量都是被试内变量。模式(24因素设计为例）例：文章生字密度、主题熟悉性对阅读理解的影响 生字密度：a1，a2，a3；主题熟悉性：b1，b2；六种实验处理的结合 8名被试，每名被试阅读相应的6篇文章3.2.2被试内设计评价优点：节省被试；不同实验条件被试的个体差异得到控制。缺点：实验处理对被试有长期影响时不能用该实验设计；不能用来研究被试特点自变量之间的差异；由于接受实验处理的顺序不同，存在练习效应、疲劳效应。被试内设计的平衡技术平衡是指在实验中为了消除或减少实验顺序效应而采用一些系统地改变实验处理顺序的设计，它是对实验处理顺序的平衡。其逻辑是尽量让被试在所有顺序下接受处理，使得各处理下结果的不同归因于自变量而非顺序。常用的平衡设计技术有：ABBA 设计和拉丁方设计。ABBA 设计适用于自变量的水平只有两个时（分别用A 和B 表示）的情况。表表1 ABBA1 ABBA法平衡组内实验设计系统误差法平衡组内实验设计系统误差组内实验设计 自变量（实验处理）水平1 水平2 水平2 水平1被试1 A B B A被试2 A B B A 被试6 A B B A例：Bower（1961）奖赏对反应形成的影响。P80当时间顺序误差不是线性系统变化的时候（例如有些实验会出现初期练习效应）要考虑以下两种改进方案：一种办法是在实验正式开始之前，让被试按实验要求做一些练习，由于被试接受了一些练习，在实验处理引进之前，因变量一直保持稳定。另一种办法是使用几种平衡设计（例如，一半被试按一种设计进行，而另一半则按相反的设计进行）。拉丁方设计当自变量的水平有两个以上时，使用平衡的拉丁方设计。P80？例：预研究不同颜色灯光（红、黄、蓝、绿）反应时的差异，如果存在练习效应，该如何安排实验程序？实验顺序被试编号123412345678当被试内和被试间两种设计都适用时，研究者提出更倾向于使用被试内设计。因为它最大优点是：更有力或更敏感，其由被试变异性而导致误差的可能性比被试间设计小。实验设计应用研究文章类型对阅读理解成绩的影响自变量A:材料难度,两个水平(易,难)自变量B:呈现方式,三个水平(无插图,黑白插图,彩色插图)因变量:阅读理解成绩分别用被试内设计和被试间设计来设计实验被试的个数、分配方法可能存在的问题3.3 混合设计（mixed design）是指在一个研究中，有些自变量按组内设计安排，有些自变量按组间设计安排。基本方法 首先确定实验中的被试间因素和被试内因素，将被试按被试间因素的水平数随机分组，然后，每组被试接受被试间因素的某一处理水平与被试内因素所有处理水平的结合。例：（24混合实验设计）表表1 1 两因素混合实验设计举例两因素混合实验设计举例 B因素（被试内）B1 B2 B3 B4被试 A因素（被试间）实验组1 A1 Y Y Y Y实验组2 A2 Y Y Y Y混合实验设计举例：（1）有一个变量是被试变量：研究不同智力水平初中生三种难度推理作业水平的差异智力水平：高、中、低（被试间变量）不同难度推理作业：高、中、低（被试内变量）（2）有一个变量是暂时的被试变量：研究在快乐和悲伤情绪状态下对正向和负向情绪词回忆效果的差异情绪状态：快乐、悲伤（暂时的被试变量）被试间变量学习情绪词：正向、负向（被试内变量）（3）两个变量都非被试变量：？不同生字密度、主题熟悉性文章对被试阅读理解的影响 -生字密度：5:1;10:1;20:1（被试内因素）-主题熟悉性：熟悉；不熟悉（被试间因素）在一个多因素实验设计中，如果多个因素的水平数都比较多，使用被试间实验设计所用的被试量太大，而选用被试内实验设计，每个被试重复测量的次数很多，会带来疲劳和练习效应，这时，混合设计是个很好的选择。思考：设计实验验证“鬼为什么可怕”鬼为什么可怕单因素被试内设计：给被试呈现鬼的图像，同时呈现声音，音调分为高低两种。每个被试都听这两种声音。多因素被试内设计：给被试呈现鬼的图像，图像分为清晰和模糊两种；同时呈现声音，音调分为高低两种。每个被试都看四种鬼。鬼为什么可怕单因素被试间设计：给被试呈现鬼的图像，同时呈现声音，音调分为高低两种。一半的被试听高音调的，一半的被试听低音调的，分组要注意平衡。多因素被试间设计：给被试呈现鬼的图像，图像分为清晰和模糊两种；同时呈现声音，音调分为高低两种。1/4的被试看高音调清晰，1/4高音调模糊，1/4低音调清晰，1/4低音调模糊。鬼为什么可怕混合设计：给被试呈现鬼的图像，图像分为清晰和模糊两种；同时呈现声音，音调分为高低两种。一半的被试看高音调的清晰模糊图形，一半的被试看低音调的清晰模糊图形。这里组间变量是音调高低。总结被试间被试内混合设计知识巩固主效应交互作用主效应如何根据图来判断主效应？交互作用如何根据图来判断交互作用？想一想？交互作用会出现一个自变量判断存在交互作用，另一自变量判断不存在交互作用吗？交互作用必须判断两个自变量方面吗？