第一節(jié)實驗設(shè)計的基本類型x

第一節(jié)實驗設(shè)計的基本類型實驗設(shè)計（experimentaldes）g乃是進行科學(xué)實驗前做的具體計劃。它主要是控制實驗條件和安排實驗程序的計劃。它的FI的在于找出實驗條件和實驗結(jié)果之間的關(guān)系，做出止確的結(jié)論，來檢驗解決問題的假設(shè)。心理實驗設(shè)計的內(nèi)容包括:刺激變量（或刺激變項）（stimulusvariabl的確定及其呈現(xiàn)的方式，反應(yīng)變量（或反應(yīng)變項）（responsevaria）l的指標及其測量方法，對一切有關(guān)變量（或變項）（vsriEib）e的控制措施，確定被試者人數(shù)和選擇被試者的方法，擬定主試在實驗開始前對被試者要說的指示語，規(guī)定實驗次數(shù)，安排實驗程序，規(guī)定使用儀器的型號，處理實驗數(shù)據(jù)的方法等等。實驗設(shè)計要對實驗結(jié)果有預(yù)見性，要保證嚴格按照實驗設(shè)計進行才能取得有效的實驗數(shù)據(jù)。每一個實驗設(shè)計都必須回答三個基本問題：（1）實驗采用多少自變量？例如在一個閱讀速度的研究中取“照明強度”為自變量。（2）各自變量內(nèi)又采用多少處理水平？例如照明強度又分為強、中、弱等處理水平。（3）在各自變量和各處理水平中用相同的被試者，還是用不同的被試者？根據(jù)這三個條件的組合，就可構(gòu)成許多不同類型的實驗設(shè)計。一般根據(jù)對上述三個問題的回答，就可把實驗設(shè)計的類型大體上分為三種：被試者內(nèi)設(shè)計、被試者間設(shè)計以及同時包括被試者內(nèi)與被試者間的混合設(shè)計（mixeddesign。被試者如果在自變量發(fā)生變化的所有情況下接受實驗，則是被試者內(nèi)設(shè)計。例如，自變量是照明強度，假如有強、中、弱等三種照度供操縱；因變量是觀測一個在標準條件下視角為一分的C型視標的距離。采用被試者內(nèi)設(shè)計時，母-被試者需要在三種照明條件下都接受測試。如被試者只接受多個自變量情況中的一個，即不同的被試者接受不同變量的處理，這類設(shè)計便是被試者間設(shè)計。在上例中，如實驗者令一組被試者在強照度條件下測試，令另一組被試者接受中等照度條件下的測試，令第三組被試者接受弱照度條件下的測試，如此類推，直到各組都分別接受某--種照度條件下的測試。這種實驗設(shè)計就是被試者間設(shè)計。為什么在被試者內(nèi)設(shè)計和被試者間設(shè)計中，實驗都可以同時操作兩個或兩個以上的自變量呢？乍看之下，這種處理似乎違背了實驗法“單一變量”的原則。其實，由于實驗者采用了統(tǒng)計方法，可以通過平衡多變量的關(guān)系，通過控制其他一些自變量，使某一-階段變化特性顯露出來，這一問題就迎刃而解了。因此可以說統(tǒng)計技術(shù)是實驗設(shè)計的基礎(chǔ)。所謂混合設(shè)計，是指在一項實驗中，有些自變量是被試者內(nèi)的，而有些自變量是被試者間的。例如，一個被試者接受甲變量的每一種情況，但只接受乙變量的一種情況。根據(jù)被試彩內(nèi)設(shè)計和被試祥間設(shè)計的特征，這時的甲變量是被試者內(nèi)自變量，乙變量則是被試者間自變量了。這類實驗設(shè)計即是混合設(shè)計。一、被試者內(nèi)設(shè)計被試者內(nèi)設(shè)計（或受試者內(nèi)設(shè)計、單組實驗設(shè)計）（withiii-subjectsdesign）是每個被試者須接受口變量的所有情況的處理。其基本原理是：每個被試者參與所有的實驗處理，然后比較相同被試者在不同處理下的行為變化。這種實驗設(shè)計下的同一被試者既為實驗組提供數(shù)據(jù)，也為控制組提供數(shù)據(jù)。因此，被試者內(nèi)設(shè)計無需另找控制組的被試者。在實驗研究中，如果實驗者主要想研究每一?個被試者對實驗處理所引起的行為上的變化，一?般可考慮采用被試者內(nèi)設(shè)計。被試者內(nèi)設(shè)計乂可分為三種子類型：（-）實驗前后設(shè)計實驗前后設(shè)計（expeTimentdlbefore-afterdesign）是指在實驗條件處理前對被試者進行觀測的結(jié)果與實驗條件處理后所做的同樣觀測的結(jié)果加以對比的設(shè)計。也就是說，這種設(shè)計類型是實驗（處理）前后的比較設(shè)計。我們可用表2-1來表示這種設(shè)計的模式。實驗（處理）前、后設(shè)計，具有二個優(yōu)點：（1）能較明顯地檢查出實驗處理的效果如何。因為在這種實驗中，前、后被試者是同一的，如果能夠控制好無關(guān)變量的話，那么實驗處理前后的差異，就是實驗處理的結(jié)果。（2）表2-1實驗前與實驗后設(shè)計模式說明：表示實驗處理前對被試者觀測所得值Y?表示實驗處理后對被試者觀測所得值X表示實驗條件處理對被試者的需要量較少，一組被試者當二組被試者用，無須再增設(shè)被試者控制組。不僅效率提高了，而且被試者變量也得到了較好的控制。然而，我們應(yīng)該看到不足之處。各類被試者內(nèi)設(shè)計的共同缺點是，這類設(shè)計需要每個被試者在實驗中花費很多口寸間。通常一個被試者被要求執(zhí)行幾項任務(wù)，這勢必會產(chǎn)生疲勞，影響實驗結(jié)果。而前、后設(shè)計還有二個不足之處：（1）由于前、后兩次觀測之間存在口寸間間隔，這就會帶來外來影響。一般來說，前、后間隔口寸間愈長，則影響就愈大。反之，如果前、后兩次觀測時間很接近，倒可以認為這是實驗處理引起的彳丁為差異。（2）容易產(chǎn)生順序誤差。即前面的觀測影響后而觀測的結(jié)果，從而影響實驗結(jié)果。例如實驗中第一次觀測會產(chǎn)生學(xué)習、疲勞、情緒等效應(yīng)，從而影響第二次觀測的結(jié)果。（-）定時系列設(shè)計定口寸系列設(shè)計（timeserialdesign）是指實驗處理前對一組被試者作一-系列的定口寸重復(fù)觀測，然后實施實驗處理。再對被試者作一系列的定口寸重復(fù)觀測，分析自變量（實驗處理）對因變量的關(guān)系。定時系列設(shè)計可以看作是前、后設(shè)計的擴展形式。定口寸系列設(shè)計，一般先分別求出實驗處理前和實驗處理后的平均數(shù)，也有分別取眾數(shù)或中數(shù)的。我們用表2-2來表示這種設(shè)計的模式。表2-2定時系列設(shè)計模式its1X說明：Yl.Ylb.YL分別表示實驗處理前Z觀測值Y2C■分別表示實驗處理后Z觀測值X表示實驗條件處理定口寸系列設(shè)計除了具有上述前、后設(shè)計的二個優(yōu)點之外，還具有以下二個優(yōu)點：（1）降低由于一次觀測而得到被試者不正常行為的機率。實驗處理前和實驗處理后分別對每一位被試者作一系列測定，這就能降低只作一次觀測而得到不正確結(jié)果的機率。（2）提供測量過程小的信息。無論是在實驗處理前，或是在實驗處理后，均對被試者進行一系列的觀測，這樣就可以使我們看出發(fā)展趨向。但是，問題還具有兩面性，定時系列設(shè)計的這些優(yōu)點，也加重了前、后設(shè)計所存在的弱勢：（1）由于更多次的觀測，勢必延長實驗口寸間，從而會有更多的外來影響。（2）也正是更多次的觀測，更易引起順序誤差，更易導(dǎo)致練習、疲勞、緊張或厭煩等效應(yīng)，影響實驗結(jié)果。（三）抵消實驗條件的設(shè)計抵消實驗條件的設(shè)計（reversalexperimentalconditiondesign）是指抵消實驗過程中無關(guān)變量的一種設(shè)計。前面講到，有些無關(guān)變量在某些實驗情況下既不能被消除，又不能保持恒定。例如，單組實驗往往由于前一-處理影響后一-處理的效果，產(chǎn)生順序誤差。為了抵消順序誤差，最簡單的方法就是用ABBA的排列順序來安排實驗順序。其模式可用表2-3表示。從表2-3可見，首先給被試者作第一種處理（XQ和第一?種處理后的觀測（YJ,其次作第二種處理（XQ和處理后的第二次觀測（YG，再重復(fù)第二種、最后重復(fù)第一種的處理和觀測。整個實驗程序的安排，就是抵消實驗條件的設(shè)計的基本形式。這里不妨舉一個例子。有甲乙兩種操作方式，我們要比較這兩種操作方式哪一種更正確，更快些。我們知道，以人作為被試者的實驗，在不同口寸間所得結(jié)果必然有所不同，甚至同一人以同一操作方式作一系列實驗，要使其中兩次結(jié)果完全相同也是一件不容易的事。定口寸系列規(guī)則是解決此類問題的方法之一。但是定時系列規(guī)則不能消除和順序有關(guān)的實驗誤差。表23抵消實驗條件設(shè)計的模式A-ShsmjJ為了消除這類影響，方法之一就是使用抵消實驗條件的設(shè)計。木例就可用表2-4表示其模式。表24抵消實驗條件設(shè)計的實例itSOtMtUGMa這種實驗設(shè)計在處理X、的情況下得到兩個數(shù)值，在處理兒的情況下也得到兩個數(shù)值。統(tǒng)計時就通過分別求平均數(shù)后，加以比較。這樣的實驗設(shè)計，既安排了二種操作方式在程序上的均等，同口寸又提供了估計隨機誤差的可能性。抵消實驗條件的設(shè)計具有三個明顯的優(yōu)點：（1）能較好地控制被試者變量，這是單組實驗設(shè)計的共同優(yōu)點。單組實驗設(shè)計不但比兩組實驗設(shè)計用的被試者數(shù)量少，而口由于兩種實驗條件使用同一被試者，從而較好地控制了實驗變量。（2）能較好地控制順序誤差。在心理實驗小有許多變量與時間有關(guān)，例如學(xué)習、練習、遷移、挫折、疲勞等等。這些變量特別需要用這類實驗設(shè)計來消除順序誤差。如果一半被試者所作的順序為ABBA,另一半被試者所作的順序為BAAB,那就抵消得更徹底。（3）口寸間上比較經(jīng)濟。這類實驗一般觀測次數(shù)不多，上面操作方式甲乙的比較，也只要通過四次觀測就能完成某一被試者的實驗。因此被試者較易配合，以順利完成實驗，同時也排除了某一些實驗誤差。抵消實驗條件設(shè)計雖有上述優(yōu)點，但也有其局限性。主要有兩點：（1）反應(yīng)變量在口寸間維度（軸）［的關(guān)系是線性時才能使用。抵消實驗條件的設(shè)計的前提條件是反應(yīng)變量在口寸間維度（軸）1的關(guān)系是線性關(guān)系。例如單純的前影響作用，無論是從試驗一到試驗二，還是從試驗二到試驗四，都是后者受前者的影響。但是，當這些變量的實際效果與行為效果的關(guān)系是非線性口寸，則采用這類設(shè)計也不能達到抵消實驗的順序誤差的H的。（2）對有些實驗不適用。例如用兩種學(xué)習方法學(xué)習同一實驗材料就不適用。若一定要用這種設(shè)計，就必須改用同一被試用兩種學(xué)習方法，學(xué)習兩種難度相等的不同材料，才能消除練習誤差，同口寸還應(yīng)用相同的計量單位，否則無法進行比較。以【我們介紹了三類單組實驗設(shè)計，清楚了這些設(shè)計所具有的優(yōu)點。在心理實驗中確實有不少運用這種設(shè)計方法達到較好效果的例子。例如：楊治良等（1979）曾用單組實驗前后設(shè)計，對痛的成分進行心理學(xué)研究。采用這種設(shè)計的出發(fā)點是愿接受痛刺激的被試者不可多得，為了彌補單組實驗和被試者數(shù)量較少的不足，實驗采用單組實驗前后設(shè)計。在這樣的設(shè)計中，被試者變量能得到較好的控制，因為能消除由被試差異引起的誤差，從而對自變量的效果作出更精確的估計。同口寸，為盡可能減少單組實驗中的被試者在實驗中花費很多時間，實驗采用了心理量表法記分，通過被試者一次反應(yīng)，記錄較多的反應(yīng)指標，而這些指標之間乂存在著很大的一致性（見表2-5）0從表2—5可見，眾多的生理和心理指標增加了對照程度，在一定程度上彌補了被試者較少的缺陷。表2-5痛反應(yīng)量表SMSee**SMSWF無無無5WT相為于各級刺激的強度為被試的平均值（采自楊治良，1979）應(yīng)看到單組實驗設(shè)計有其局限性，同時，正如前面所述，對有些實驗不適用。單組實驗設(shè)計在不能避免某種系統(tǒng)誤差時，就要用被試者間設(shè)計或混合設(shè)計來完善實驗設(shè)計。二、被試者間設(shè)計被試者內(nèi)設(shè)計要求每一個被試者接受所有自變量處理，關(guān)鍵是如何安排各處理的先后次序。被試者間設(shè)計（或組間法）（between—subjectsdesign）是要求每個被試者（組）只接受一個自變量處理，對另一被試者（組）進行另一種處理，故又稱這種設(shè)計為獨立組設(shè)計（independent—groupsdesign）。這種設(shè)計的主要問題是如何決定哪一個被試者（組）接受哪一個實驗處理。若有兩種以上的處理，有多少種處理就采用多少個被試者（組）。被試者間設(shè)計或獨立組設(shè)計有兩類設(shè)計技術(shù)：隨機組設(shè)計和配對組設(shè)計。（一）隨機組設(shè)計隨機組設(shè)計（或隨機分組設(shè)計）（random—groupsdesign）是將被試者隨機地分配在不同的組內(nèi)接受不同的自變量處理。這一?假設(shè)是將被試者隨機分配到不同的組，若對各組用一樣的課題，在相同的條件下進行測量，其結(jié)果就成為相等組（或等組）（equivalentgroups），則它們的成績在統(tǒng)計上應(yīng)是相等的。換句話說，假設(shè)各組在與實驗課題有關(guān)的特性上（如年齡、智力、性格特征等）沒有差別（在統(tǒng)計允許的限度以內(nèi)），而實驗結(jié)果卻出現(xiàn)了差別，這差別就是由于處理的不同而引起的。從統(tǒng)計理論來講，特別是從抽樣理論來說，此設(shè)計的各被試者樣本（隨機組）在未受不同的實驗處理前，他們的作業(yè)平均數(shù)在統(tǒng)計上是沒有顯著差異的，如果有，也僅僅是抽樣變動。各自樣本的平均數(shù)X都是總體平均數(shù)口的無偏估計值。換言之，各隨機組在未經(jīng)受不同處理之前是相等的（在統(tǒng)計允許的限度以內(nèi)）。若這些隨機組經(jīng)受不同的實驗處理后，經(jīng)t檢驗和F檢驗后發(fā)現(xiàn)作業(yè)的平均數(shù)有顯著性差異，那么這些差別是實驗處理的不同引起的。各實驗處理的平均數(shù)不是來自總體的平均數(shù)口，而是來自各實驗處理總體「，X,，這就是根據(jù)隨機理論所作的邏輯推理。怎樣才能做到隨機分組呢？常用的方法有兩種：同口寸分配法和次第分配法。這兩種方法各有其特點，可擇宜采用。?同口寸分配法同口寸分配的條件是，被試者同時等候，而實驗者可隨意調(diào)派其中任何一個被試者。同時分配法通常有三種技術(shù)。（1）抽簽法：先將所有被試者編號，記入紙片，每一紙片號碼代表一個被試者，然后將紙片放入容器內(nèi)攪勻，按組抽取。若要將40個被試者分為四組時，第一次抽10片，代表第一組，第二次也抽10片，代表第二組，依次類推。假定40個被試者中有16個女生，則每組應(yīng)各有4名女生。所以可以在16名女生中先隨機選4名，再在24名男生中隨機選6名，歸入第一組，依次類推。（2）筆劃法：若要將40個被試者分為四組時，首先將被試者依其姓氏筆劃數(shù)進行次序排列，再查隨機數(shù)表每一?數(shù)列的第一位數(shù)，只取第一個數(shù)為1、2、3、和4的數(shù)字，分別歸屬四個組，各查10個，共查滿40個以后，按姓氏筆劃先后對入1、2、3、4所表示的組別。用此法時只要注意在查第一位數(shù)為1、2、3、4的隨機數(shù)時各查10個即可。（3）報數(shù)法：若要將40個被試者分為四組口寸，采用類似于體育課［的報數(shù)，假定被試者都坐在教室內(nèi)，實驗者令其從第一排報數(shù)，報1的被試者都被分在第一組、報2的被試者都分在第二組，依此類推，具是要注意原有順序的影響。若每排報數(shù)的方向隨機改變,例如用1234,4321,2341等不同的順序報數(shù)，則隨機分組的效果將更好。?次第分配法次第分配法的條件是，由于實驗持續(xù)時間較長或其他原因，實驗者知道有一群被試者，但不知道究競那位被試者什么口寸間會來，只能根據(jù)預(yù)先擬好的原則進行分派，而且當實驗結(jié)束時，各組要符合隨機組的要求。這里介紹兩種技術(shù)。（1）簡便法：按被試者出現(xiàn)在實驗的先后分派，第一名屬第一組，第二名屬第二組，第三名屬第三組，依此類推等。這有點像同時分配法中的第三例。一般而言，使用本法能滿足隨機的條件，然而它取決于被試者報到的次序是否符合隨機原則。（2）區(qū)內(nèi)隨機法：為了避免被試者非隨機出現(xiàn)的可能性，可按照被試者來到實驗室的先后，使用區(qū)內(nèi)隨機次序分派被試者歸屬各組。例如，可根據(jù)隨機數(shù)表來分配被試者。隨機組設(shè)計有優(yōu)點也有缺點。其優(yōu)點是：（1）用隨機分配被試者的方法可控制兩組被試者變量的差界，分組方法簡單可行。（2）由于對每一?被試者只作一次觀測，可消除某些實驗誤差，如消除學(xué)習誤差的影響。這種設(shè)計的缺點是：（1）分成等組的方法仍欠精密。（2）若兩組在不同時期觀測，就有可能插入實驗以外的偶發(fā)事件，影響因變量的觀測結(jié)果。（二）配對組設(shè)計配對組設(shè)計（或?qū)Φ冉M設(shè)計）（matched—groupsdesign）是隨機組設(shè)計的一種邏輯擴展。配對組設(shè)計的H的是使各組的特性更加相同。這種設(shè)計可控制組內(nèi)變異和組間變異。在心理學(xué)研究中常常會遇到某些變量，特別是機體內(nèi)部的變量，例如智力、態(tài)度……。它們對實驗變量（自變量），例如對教材、教法等來說是額外的、無關(guān)的，而對因變量來說卻是有關(guān)的。因此，它們是共變量。共變量若不受到實驗控制，則進行F檢驗時作為實驗誤差的組內(nèi)誤差往往就不合理地擴大了。配對組設(shè)計就能解決此類問題。這一設(shè)計要求把共變量分成兒個等級，經(jīng)過測量，然后把具有同一-等級特征的K個被試者加以配對，此口寸，每一?個配對組便是一個層級。配對組的K個被試者每人只接受一種實驗處理，至于誰應(yīng)接受哪一種實驗處理，則用隨機分派的方法來決定。表2-6乃是配對組設(shè)計的基本模式。表2—6配對組設(shè)計的基本模式實驗變量層級平均數(shù)層級123■■

■n實驗處理平均數(shù)X11x21x31實驗變量層級平均數(shù)層級123■■

■n實驗處理平均數(shù)X11x21x31■■XnlX[2x22X32■■■xn2a3

x13X23X33■

■■xn3AKX1Kx2K■■xnX?1X?2X?3X?K在表2-6±,每一等級的每一處理只是觀察一個被試者的做法，有時所觀察的基本單位不是一個被試者，而是一個團體或一個子集合。配對法常有兩個步驟：第一，令所有被試者做“共同作業(yè)”，即接受預(yù)備測驗，獲得作業(yè)分數(shù)；第二，根據(jù)作業(yè)分數(shù)形成配對組。第一步：共同作業(yè)共同作業(yè)(commontask)亦稱為先檢驗(或前測)(pretest)o配對組設(shè)計的優(yōu)劣完全依賴實驗作業(yè)是否與共同作業(yè)有高度的相關(guān)。先檢驗與實驗作業(yè)的相關(guān)越高，組間差異越小，則接受不同處理后的實驗結(jié)果越能反映實驗處理的差界。先檢驗作業(yè)有兩種：一種是和實驗作業(yè)有高度和關(guān)的其他作業(yè)；另一種是利用被試實驗作業(yè)的初期表現(xiàn)。通常，同一作業(yè)兩個階段的行為表現(xiàn)是相關(guān)的。彳艮多學(xué)習實驗以智力測驗為配對分組的依據(jù)，但在不能找出和實驗作業(yè)相關(guān)的作業(yè)時，對有些無練習效應(yīng)的實驗可使用實驗練習的成績作配對依據(jù)。第二步：配對分組配對分組(matchedgroups)乃是取得先檢驗測試分數(shù)后，再用兩種方法形成配對組。方法一：將被試者按先檢驗作業(yè)分數(shù)的高低排列（見表2-7）o現(xiàn)設(shè)有三種自變量處理（情況），將前三個被試者依區(qū)內(nèi)隨機方式派到A、B、C三組，接著將后三個被試者如法分配，直到分配完畢。從表2-8nJ以看到，表2—730名被試者先檢驗分數(shù)的高低排列表amiTSII21tl21239zr3133T23214143TIt500IS34258<5UL?TIT31ttIS?19X13孕411930101041to30302（采自楊治良、樂竟泓，1990）按這種方法分配的各組在平均數(shù)和標準差上都很接近。方法二取先檢驗分數(shù)小相同或非常接近的，以三人為一單位，然后按區(qū)內(nèi)隨機法逐次分派到A、B、C各組。每三個被試者的分數(shù)接近的程度完全是任意的，如表2-9的分派限定三個被試者分數(shù)差落入YW4的范圍內(nèi)。因為有了這樣的限制，超過標準的被試者被剔除。如表中每組被試者只有8人，各組分數(shù)相差甚微。表2—830名被試者按方法一配對分組的結(jié)果12345678910TS656342413431301919234.618.56460413937322725151135.016.57545454037303021161335.217.1者ABC說明"s為標舷（采自抑&良.樂1990）

表2—930名被試者按方法二配對分組的結(jié)果124S4TeXAS3413T30n1335.615.TBC854241393T3132303021ISLB15.615.1IS.2IS.3（米自楊治良、樂竟泓，1990）二種方法相比，方法二中各被試者的平均值比方法一更相近，但由于有隨機分配的程序因素參與其中，只比較平均數(shù)還不能說明問題，應(yīng)再比較所分各組的標準差。若被試者在方法二中的標準差比在方法一中的更接近，這就有力地說明了方法二的各組較為接近，而根據(jù)方法二的處理，各組的標準差總會小一些。配對組設(shè)計的作用在于控制組內(nèi)變異與組間變異。它的優(yōu)點是在實驗處理之前，就把組間變異縮到最小和要求兩組組內(nèi)變異比單獨的隨機分配更接近相等。因此，這種設(shè)計能對被試者個別差異給予很多的控制，小型實驗用配對設(shè)計，其效果比用隨機分組的效果更為顯著。但這種設(shè)計的缺點是，實驗者因分配被試者而大大增加其工作量?；旌显O(shè)計（mixeddesign）乃是在一個實驗中同時采用兩種基本設(shè)計的實驗設(shè)計。它要求一個自變量用一?種設(shè)計處理，如被試者內(nèi)設(shè)計處理，血另一個自變量用不同種類的設(shè)計處理，如被試者間設(shè)計處理。這時，實際JL是在進行兩個實驗。如果某個實驗要求處理三個自變量，可按同樣的原理對三個自變量采用不同的設(shè)計。注意，這里談及的三個自變量不同于一個自變量的同類的三種水平。這里舉一個例子，若將實驗限定在兩個自變量的范圍以內(nèi)，在最簡單的雙變量實驗設(shè)計（2X2）