實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
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一種有計(jì)劃的研究，包括一系列有意圖性的對(duì)過(guò)程要素進(jìn)行改變與其效果觀測(cè)，對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以便確定過(guò)程變異之間的關(guān)系，從而改變這過(guò)程。
目錄 |
定義
在實(shí)驗(yàn)心理學(xué)上，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是這樣定義地：
廣義
廣義的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指科學(xué)研究的一般程序的知識(shí)，它包括從問(wèn)題的提出、假說(shuō)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(jìn)行科學(xué)研究的概貌，試圖解決研究的全過(guò)程?！ ?/p>
狹義
狹義的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特指實(shí)施實(shí)驗(yàn)處理的一個(gè)計(jì)劃方案以及與計(jì)劃方案有關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析。
狹義的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)著重解決的是從如何建立統(tǒng)計(jì)假說(shuō)到作出結(jié)論這一段。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的活動(dòng)
包括如下：
1．建立與研究假說(shuō)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)假說(shuō)；
2．確定實(shí)驗(yàn)中使用的實(shí)驗(yàn)處理(自變量)和必須控制的多余條件(額外變量)；
3．確定實(shí)驗(yàn)中需要的實(shí)驗(yàn)單元(被試)的數(shù)量及被試抽樣的總體；
4．確定將實(shí)驗(yàn)條件分配給被試的方法；
5．確定實(shí)驗(yàn)中每個(gè)被試要記載的測(cè)量(因變量)和使用的統(tǒng)計(jì)分析?！ ?/p>
主要步驟
研究者在實(shí)驗(yàn)前根據(jù)研究目的擬定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃及方法策略。其主要內(nèi)容是合理安排實(shí)驗(yàn)程序，并提出將如何對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析、心理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)證假設(shè)的方法、程序；③選擇適當(dāng)?shù)奶幚?、分析?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法。
功能及其評(píng)價(jià)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要功能是對(duì)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?jī)煞N教學(xué)方法對(duì)兒童學(xué)業(yè)成就的影響時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。良好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要表現(xiàn)在合理安排實(shí)驗(yàn)程序，對(duì)無(wú)關(guān)變量進(jìn)行有效的控制。心理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量,有些可以象理化實(shí)驗(yàn)?zāi)菢油ㄟ^(guò)一定的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)平衡或抵消其影響。這種控制方法稱作實(shí)驗(yàn)控制法,常用的有幾種:
①消除或保持恒定法：主要利用實(shí)驗(yàn)室條件排除無(wú)關(guān)變量的干擾，對(duì)于不能排除的年齡、體重、實(shí)驗(yàn)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(jī)原則將被試分為實(shí)驗(yàn)組與控制組，使無(wú)關(guān)變量對(duì)兩組的影響均等；
③抵消法：其目的在于控制由于實(shí)驗(yàn)順序造成的影響，主要采用循環(huán)方式（只有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)處理時(shí)采用AB、BA法）；
④納入法：即把某種無(wú)關(guān)變量當(dāng)作自變量處理，使實(shí)驗(yàn)從單因素變?yōu)槎嘁蛩卦O(shè)計(jì)，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，從中找出每個(gè)自變量的單獨(dú)作用及交互作用。還有一些無(wú)關(guān)變量，雖然明知它對(duì)結(jié)果有影響，但限于實(shí)驗(yàn)條件，不可能用實(shí)驗(yàn)控制法加以平衡或抵消，而只能在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用統(tǒng)計(jì)的方法分析出來(lái)，從結(jié)論中排除。這種控制方法叫做統(tǒng)計(jì)控制法。常用的統(tǒng)計(jì)控制法主要是協(xié)方差分析或稱共變量分析。當(dāng)研究工作由于事實(shí)上的困難或行政上的理由不能以個(gè)人為單位進(jìn)行隨機(jī)抽樣、必須保持其團(tuán)體的完整性（如以班級(jí)為單位）時(shí)，常使用這種方法。
評(píng)價(jià)一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以有許多標(biāo)準(zhǔn)，但主要是看其能否充分發(fā)揮以下功能：①恰當(dāng)?shù)亟鉀Q研究者所要解決的問(wèn)題，即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須與研究問(wèn)題匹配；②有較好的“內(nèi)在效度”，即能夠有效地控制無(wú)關(guān)變量，使反應(yīng)變量的變化完全由自變量決定；③實(shí)驗(yàn)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”?！ ?/p>
基本類型
常用的心理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)與對(duì)比設(shè)計(jì)
根據(jù)是否設(shè)置控制組（對(duì)照組）劃分的兩種基本設(shè)計(jì)類型。
①單組設(shè)計(jì)。在所選被試編組時(shí)不設(shè)置控制組，其基本模式是前測(cè)－處理－后測(cè)，通過(guò)前后兩次測(cè)量的差異檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)處理的效果。統(tǒng)計(jì)結(jié)果一般采用t檢驗(yàn)法。目前單獨(dú)使用這種類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)已不多見(jiàn)。因?yàn)樵谇皽y(cè)與后測(cè)中間有許多因素,如成熟、前測(cè)對(duì)后測(cè)的影響、測(cè)量工具的變形、情境的改變等，與實(shí)驗(yàn)處理的效果相混淆，從而降低實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在效度。
②對(duì)比設(shè)計(jì)。這是心理實(shí)驗(yàn)最基本的設(shè)計(jì)之一。它把被試分為兩組,一組為實(shí)驗(yàn)組,施以實(shí)驗(yàn)處理（也稱處理）；另一組為控制組，不加實(shí)驗(yàn)處理。為使兩組被試盡量同質(zhì)，便于比較，一般采用隨機(jī)分派法分組，通過(guò)測(cè)量?jī)山M的差異檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)處理的效果。其基本模式如Ⅰ。
即使隨機(jī)分派被試，但樣本不很大時(shí)也很難保證兩組在處理前同質(zhì)，因而兩組測(cè)量的差異不一定全是處理的結(jié)果。為了彌補(bǔ)這一不足，常在處理前先對(duì)兩組進(jìn)行測(cè)量，即模式Ⅱ。
如果前測(cè)的結(jié)果相近，可直接比較兩組的后測(cè),并用t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)其差異，這時(shí)的差異即可認(rèn)為完全是由處理造成的。如果兩個(gè)前測(cè)不同，就要把前測(cè)作為共變量，進(jìn)行獨(dú)立樣本單因素的共變量分析。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是克服了大部分影響內(nèi)在效度的無(wú)關(guān)變量。但由于有前測(cè),又增加了前測(cè)的反作用效果，使外在效果有所降低。所謂測(cè)驗(yàn)的反作用效果是指處理前進(jìn)行的前測(cè)可能增加或減少被試對(duì)處理的敏感性。
完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)與隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)
根據(jù)分組與處理方式劃分的兩種基本設(shè)計(jì)類型。
①完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)。又稱被試間設(shè)計(jì)或獨(dú)立組設(shè)計(jì)。它起源于抽樣理論，即依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的原則，把被試隨機(jī)分派到各組，接受各組應(yīng)進(jìn)行的處理。由于是隨機(jī)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(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上組施以相同處理，則各組效果的平均數(shù)在統(tǒng)計(jì)上應(yīng)沒(méi)有顯著差異；如果對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)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(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般采用獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)或方差分析。在對(duì)比設(shè)計(jì)中所列的模式Ⅲ和Ⅳ，都可以說(shuō)是完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)，也可以算作對(duì)比設(shè)計(jì)。
模式Ⅲ的特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)組不進(jìn)行前測(cè)，控制組不進(jìn)行后測(cè)。由于被試是隨機(jī)分派的,實(shí)驗(yàn)組與控制組被看作同質(zhì),所以比較控制組的前測(cè)與實(shí)驗(yàn)組的后測(cè)，即可推斷處理的效果。這種交叉前后測(cè)法雖在理論上能克服前測(cè)的不良影響，但較為理想的隨機(jī)對(duì)比設(shè)計(jì)則是模式Ⅳ。它是把被試隨機(jī)分為4組,即兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組和兩個(gè)控制組，每?jī)蓚€(gè)之中都是一個(gè)有前測(cè)另一個(gè)無(wú)前測(cè)。模式表中的Y1、Y2、Y3、Y4均為后測(cè)的結(jié)果。用獨(dú)立樣本2×2方差分析法檢驗(yàn)“前測(cè)與無(wú)前測(cè)的差異”、“實(shí)驗(yàn)處理與無(wú)處理的差異”以及“前測(cè)與處理交互作用是否顯著”，就能既克服前測(cè)存在的反作用，又防止實(shí)驗(yàn)組與控制組可能出現(xiàn)不同質(zhì)的狀況。這種設(shè)計(jì)雖然比較理想，但它的被試有4組,人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)次數(shù)也多，因而不夠經(jīng)濟(jì)。
②隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。又稱被試內(nèi)設(shè)計(jì)。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(jī)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(duì)于一個(gè)區(qū)組來(lái)說(shuō)是接受所有處理的。這一點(diǎn)與完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)不同。完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)中各組只分別接受各自所應(yīng)該接受的處理。Ⅴ是隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的基本模式。它與完全隨機(jī)化設(shè)計(jì)的不同還表現(xiàn)在把“區(qū)組”這一變量也納入了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。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(jī)化設(shè)計(jì)相比，它能把由個(gè)別差異造成的變異估計(jì)出來(lái)。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(dāng)同一區(qū)組的被試在第1個(gè)實(shí)驗(yàn)處理中得分高于其他區(qū)組時(shí)，在第2個(gè)處理中的得分也同樣高。因此，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)方法一般用相關(guān)樣本的t檢驗(yàn)或方差分析。另外,如果隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)中的每一區(qū)組都進(jìn)行所有的處理，便稱為完全區(qū)組設(shè)計(jì)；如果每區(qū)組所進(jìn)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(jì)。后者雖然每一區(qū)組不進(jìn)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(shí)驗(yàn)中的處理數(shù)都不太多，基本上是用完全區(qū)組設(shè)計(jì)。若處理數(shù)很多(農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)中常遇到這種情況)，由于實(shí)驗(yàn)的總實(shí)施次數(shù)很大，限于人力、財(cái)力及時(shí)間，則須采用不完全區(qū)組設(shè)計(jì)。
單因素設(shè)計(jì)與多因素設(shè)計(jì)
這兩種設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中自變量的多少來(lái)劃分的。
①單因素設(shè)計(jì)。它的自變量只有一個(gè)，其他能影響結(jié)果的因素均作為無(wú)關(guān)變量而加以控制。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明易行，但由于在實(shí)際生活中影響心理活動(dòng)的因素常不止一個(gè)，所以當(dāng)情況比較復(fù)雜時(shí)，最好使用多因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
②多因素設(shè)計(jì)。自變量為兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。常用的多因素設(shè)計(jì)有完全隨機(jī)化、隨機(jī)區(qū)組和拉丁方等。完全隨機(jī)化多因素設(shè)計(jì)根據(jù)自變量及每個(gè)自變量的變化水平(處理)的多少進(jìn)行隨機(jī)分組。在2×2因素設(shè)計(jì)中，有兩個(gè)自變量因素A、B，每個(gè)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(jī)地把被試分為4組,每組接受一種處理，即模式Ⅵ。通過(guò)獨(dú)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(dú)作用及A與B的交互作用。隨機(jī)區(qū)組多因素設(shè)計(jì)則需在2×2因素設(shè)計(jì)中選一組被試，讓每一個(gè)被試都接受4種處理,在次序上哪個(gè)人先接受哪種處理用隨機(jī)法決定,這樣，每一個(gè)人的4種處理結(jié)果就是一個(gè)區(qū)組。該設(shè)計(jì)所采用的統(tǒng)計(jì)方法用相關(guān)樣本的方差分析。
拉丁方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如，A、B、C3種因素各有3個(gè)水平，需做33=27次實(shí)驗(yàn)。若采用拉丁方設(shè)計(jì)就不必做那么多次。在這種設(shè)計(jì)中,A、B兩個(gè)因素的安排如Ⅶ。
根據(jù)這樣的安排,共9次實(shí)驗(yàn)。同時(shí)還要考慮C,要使它的每一水平與其他兩個(gè)因素的不同水平各組合1次,總實(shí)驗(yàn)次數(shù)仍為9次如Ⅷ。
由于此設(shè)計(jì)常用拉丁字母，故稱這種排列方式為拉丁方。其統(tǒng)計(jì)方法是拉丁方變異數(shù)分析。這種設(shè)計(jì)除了可減少總實(shí)驗(yàn)次數(shù)外，還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)，即能平衡實(shí)驗(yàn)順序的影響。但利用它時(shí)必須符合一定的條件，即假設(shè)各因素之間沒(méi)有交互作用，且因素的個(gè)數(shù)必須與實(shí)驗(yàn)處理水平數(shù)相同。
準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
當(dāng)研究者事先已認(rèn)識(shí)到某些無(wú)關(guān)變量會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果但實(shí)際上卻又難以妥善控制時(shí)，可采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的主要特點(diǎn)是沒(méi)有采用隨機(jī)化程序，即被試的選擇和編組、處理分配等都不是隨機(jī)安排的?！ ?/p>
準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要類型
①間歇時(shí)間序列設(shè)計(jì):指在實(shí)施處理前后的一段時(shí)間里對(duì)一個(gè)被試組進(jìn)行多次重復(fù)觀測(cè)，通過(guò)比較整個(gè)時(shí)間序列的觀測(cè)結(jié)果來(lái)確定處理的效果。所得結(jié)果的分析，需要對(duì)處理前后的一系列觀測(cè)值作出檢驗(yàn)和比較,通常采用相關(guān)樣本t檢驗(yàn)法。
②相等時(shí)間樣本設(shè)計(jì)：指在兩段相等的時(shí)間里測(cè)量一個(gè)被試組，其中的一段時(shí)間給予處理，另一段時(shí)間不給予處理，然后對(duì)在兩段相等時(shí)間里得到的觀測(cè)值進(jìn)行檢驗(yàn)和比較
③非同質(zhì)控制組前測(cè)后測(cè)設(shè)計(jì)：其基本模式如下：
從表面上看，該模式與對(duì)比設(shè)計(jì)中的模式Ⅱ相同，但由于沒(méi)有采用隨機(jī)化程序,實(shí)驗(yàn)組和控制組是非同質(zhì)的,對(duì)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)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(duì)抗設(shè)計(jì)：指在實(shí)驗(yàn)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(cè)的實(shí)驗(yàn)中，如果有兩種處理A和B，采用平衡對(duì)抗設(shè)計(jì)就是按ABBA的順序進(jìn)行處理。
非實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
通常是一種自然描述，用來(lái)確定自然存在的臨界變量及其相互關(guān)系。非實(shí)驗(yàn)研究的方法很多，如自然觀察法、相關(guān)法、訪談法、問(wèn)卷法、測(cè)驗(yàn)法、個(gè)案法和傳記法等。在非實(shí)驗(yàn)研究中，研究者既不采用隨機(jī)化程序，也不能主動(dòng)操縱自變量和控制其他無(wú)關(guān)變量。
非實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要類型
①單組后測(cè)設(shè)計(jì)：對(duì)一個(gè)被試組給予一次處理和一次后測(cè)。②單組前測(cè)后測(cè)設(shè)計(jì):對(duì)一個(gè)被試組進(jìn)行前測(cè)、處理和后測(cè)。這兩個(gè)研究設(shè)計(jì)都沒(méi)有控制組。③靜態(tài)組比較設(shè)計(jì)：對(duì)在處理前已經(jīng)組織起來(lái)的兩個(gè)原組（非隨機(jī)選擇的）中的一個(gè)原組給予處理和后測(cè)，而對(duì)另一原組不給予處理僅作后測(cè)，然后比較兩組的結(jié)果。④事后回溯設(shè)計(jì)：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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的組成部分或重要元素，所以也稱為前實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
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