实验研究方法

目次 壹、绪论 4贰、实验研究法的意义 4参、实验研究法的特性 5一、随机化 5二、控制变项 5三、周详的观测 7四、精确数量的记载 7五、反复实验 7肆、实验研究法理论基本 7一、实验心理学 7二、逻辑经验论 9三、措施统一论 10伍、提高实验研究设计具有内外在效度 11一、具有内在效度 11二、精确性 15三、具有外在效度 25陆、实验研究法进行程序 29柒、实验误差控制 30一、实验控制的因素 30二、实验控制的措施 31捌、实验设计类型 33一、前实验设计 33二、真实验设计 34三、多因子实验设计 36四、准实验设计 37玖、实验研究法合用的记录工具 41一、各量尺合用之记录工具 41二、实验研究法常用的记录 42拾、实验研究伦理问题 45一、研究伦理的原理原则 45二、遇到限制时，因应之道 46拾壹、实验研究法在教育研究应用的限制 46一、长处与限制 46二、使用实验研究法应注意事项 48拾贰、论文评析 49一、论文搜寻来源 49二、课程与教学领域中运用实验研究法之论文 49三、实验研究法近期在课程与教学研究的趋势 59四、论文评析 60拾参、参照书目 69表目次表1 记录检定的也许成果 24表2 独立样本多因子设计模式范例 36表3 非独立样本多因子设计模式范例 37表4 多种前、真实验设计的内外在效度 39表5 各类型准实验研究设计的内外在效度 40表6 各量尺合用之记录工具 41 图目次图1 三个自由度不同的t分派 18图2 图2：当68、X 2时之95%及99%推估信赖区间.19图3 假设检定的信赖水平与拒斥区 22壹、绪论 实验研究法是唯一能真正考验有关因果关系之假设的措施，也是解决教育上理论与实际的问题及推动教育成为一门科学的最有效途径。在实验研究中研究者至少操纵一种自变项，控制其他有关变项，以及观测一种或多种变项的成果。 实验研究法最早运用在物理界的研究观测，十九世纪引入生物科学，十九世纪末将之应用于实验心理学，1890年代将之应用于教育情境问题的研究，尔后便大量运用于教育领域中(王文科，1999)。贰、实验研究法的意义实验研究法是科学研究的一种方式，是用以找出事件之间的因果关系的措施，从事实验研究时，实验者对某一种或几种变项加以操弄，以观测或测量其他变项因此而发生的影响或变化。实验研究法中所谓变项(variable)，乃是指一种可变的状况或因素，在实验中所操作的变项，称为自变项(independent variable)或实验变项，用以指任何实验解决，所观测之其他变项称为依变项(dependent variable)，由此可知，实验研究法是指研究者在小心操弄也许影响实验成果的因素下，探求自变项与依变项的关系。实验研究非常强调操作，即对实验状况，自变项及控制组之控制，其重要目的有三，其一为自变项以外的其他因素不致影响依变项，其二为拟定自变项所产生之影响大小，其三为以数值表达变项之限度(郭生玉，1999)。 此外A. C. Porter（1997）对实验研究法有更明拟定义，其为拟定自变项直接受研究者掌控，实验成果是筹划中的变化，而非自然变化，而实验对象的选择是随机的。参、实验研究法的特性学者大体上有如下的见解（郭生玉，1999；陈龙安、庄明贞，）一、随机化（randomization）在心理与教育研究中，由于研究情境相称复杂，且不同组别的受试者具有许多特质的差别，故欲完全控制这些因素，事实上是无法达到的目的。因此，研究者往往采用随机化原则排除那些无法直接合适控制的因素之影响。所谓随机化，简朴的说，就是在一种界定的研究群体（population）中，每一种分子均有相等的机会被抽取做为研究的对象。一般而言，最常用在实验研究中的随机化环节有两个：一种是随机抽样（random sampling），另一种是随机分派（random assignment）。理论上，抽取的样本人数愈多，在理论上实验组与控制组的各方面特性将会接近完全相等或相似。二、控制变项（control variable）控制变项的重要目的，是经由合适的实验设计，以控制三种变异量，即实验变异量、无关变异量和误差变异量。如下分别阐明控制这三种变异量的意义。（一）增长实验变异量到最大实验研究者在从事实验时，其重要任务之一是操纵实验变项，使由这个实验解决所导致的实验变异量（experimental variance）增长到最大的限度。易言之，实验者必须尽量使几种实验解决间彼此有很大的不同。（二）排除无关变异量 无关变异量（extraneous variance）是由某些实验者没有控制好的变项所导致。这些无关变异量常因此混淆实验的效果，而使实验成果的解释产生困难。因此研究者必须设法控制实验变项以外的所有无关变项，使它们对实验效果的影响减至最低的限度，以免无法对的解释实验成果。（三）减低误差变异量到最小任何实验研究总难免会有误差存在，只是限度上的不同而已。由于这些误差将会影响实验效果的明显性，因此，研究者必须设法减低到最小的限度。在实验过程中，导致误差的来源重要有二：一是无法认定和控制的个别差别因素，另一是测量误差。为了减低误差变异量到最小，研究者应从两方面努力：第一，妥善控制实验情境。第二，提高测量的信度。三、周详的观测实验者对于环境的一切事物必须时时抱持着怀疑的态度，以犀利之眼光、客观的态度、科学之措施，观测问题之所在，然后实验工作才干着手。四、精确数量的记载科学研究的特性之一，是所得到的具体数据，都可以用实际的数量来比较，用记录的措施来解决。因此，实验的成果必须用精确的数量记载，以表达其确切性。五、反复实验科学的实验，贵在充足的客观性，可验证性，例如某项实验研究完毕后，其别人依此实验的措施及条件，反复实验，其成果亦为一致，这种禁得起考验的特点，也是科学措施最大特性。肆、实验研究法理论基本一、实验心理学(一) 欧陆的实验心理学:老式欧陆在研究心理现象，多以实验措施加以操弄以探求人类心理运作，此一研究方式影响教育领域甚深，其主张如下1、心理实验心理的实验其目的多在藉控制措施，测量等将人类心理现象化约为简朴元素，以使其数量化，冯德(W. Wundt)一方面将实验室的技术应用在心理作用的研究上(张肖松，1982：137)。2、实验的研究措施继之德国雷依(W.A.Lay)和谬曼(E. Meumann)受实验心理学的影响，主张以实验的研究措施，即实验记录以及细心的或系统的观测来解决教学或教育问题，以获致最佳的成果(陈龙安、庄明贞，)。 3、普遍性的科学措施前述实验教育学与心理技术的探讨均植基于自然科学研究之理论-技术-模式中，企图建立一种普遍性的科学措施，将教育学研究转移至事实的科学与技术模型中(陈龙安、庄明贞，)，故可知教育中的实验研究受实验心理学影响之深。(二)美国的实验主义:美国实验主义主张以实验的研究态度来研究经验，为实验研究的渊源之一1、实验主义措施杜威(J. Dewey)在基本(Fundamentals)一文中，曾提到实验主义的措施:即从研究观测，实验和工作假设构成与遵从等多种措施找到安身立命的基本。 2、临时性的假设Childs L. John尝言实验主义觉得有关我们所住的世界之意义与性质的某种信念，只是临时的当作假设来把握，这种信念全要进一步的知识来修正(引自陈龙安、庄明贞，：77)。 3、实验的研究态度 实验主义觉得所谓哲学的，就是用批评的、实验的研究态度来解决经验(陈龙安，庄明贞，)，由此可知，实验主义的实验精神为实验研究提供了理论基本。二、逻辑经验论：逻辑经验论主张知识之可检证原则，为实验研究提供了充足的立论基本，如下为其主张(一)维也纳学园(Vienna Circle)逻辑经验论此一名称来自维也纳学园所倡导的逻辑实证论(Logical Postivism)，逻辑经验论者觉得使用科学措施才干获致普遍性，可靠性的知识。（二）可检证原则逻辑经验论提出意义的判准-可检证原则，根据可检证原则，任何故意义的语句，不是分析命题，便是可为经验所检证的综合命题，卡纳普(R.Carnap)规定每一理论语词皆化约为可观测语句，才故意义(引自陈龙安、庄明贞，：78)。（三）教育命题系统对教育现象之绵密的因果解释系统，理论之于教育实际之运用，也严谨的以技术逻辑(Logik der Technologie)来控制教育过程的绩效，以此种自然科学的研究措施使教育学落入目的论-因果分析的研究典范，也使教育命题系统排除任何规范性的论述(陈龙安、庄明贞，)。三、措施统一论(一)理论在科学地位的判准波柏(Karl Popper)觉得一种理论在科学地位的判准是理论的可否证性(falsifiability)、可辩驳性(refutability)或可验证性(testability)(洪庸皖，1985)。(二)措施统一论波柏主张所有理论性或概括性的理论，不管是自然科学或社会科学，都应使用同样措施，以达到科学措施上的统一，她提出两种原则1.不管对前科学的知识和科学的知识而言，唯有零散实验是所有社会知识的基本。2.实验的意义不是指成果不能拟定的行动，而应是借着比较所获得的成果与预期的成果而获取知识。（三）科学措施的阐明 科学措施的阐明，至少必须符合下列两项系统的规定:1.相干性:即事物之间因果与关系，在逻辑上的关联与经验上的有关性。2.可验证性:即解释或阐明可由检查而加以实证或否证(陈龙安，庄明贞，)。伍、提高实验研究设计具有内外在效度一、具有内在效度：实验者所操纵的实验变项对依变项所导致的影响的真正限度，亦即实验解决与否的确导致故意义的差别。实验内在效度的高下，是研究者对无关变项控制情形而定，控制愈好，实验的差别愈能解释为由实验解决所导致。反之，控制愈差，实验成果愈无法解释，究竟其成果是由实验解决所产生，或由其他无关因素所导致。在1963年时，Campbell and Stanley觉得（引自王文科，1999：564-569；郭生玉，1999：314-318；Porter，1997：533-534）影响内在效度的无关变项重要有八个，研究者必须设法控制，以使研究成果可做对的的解释。（一）同步事件（contemporary history）在实验期间，受试者往往会从实验情境内外，经历到某些实验解决以外的其他事件，这些事件也许会影响依变项而干扰实验成果。一般而言，实验期间愈长，实验解决以外的其他事件的影响，也许性就愈大。控制同步事件影响的措施，一般为设一组控制组，以资比较。（二）成熟（maturation）受试者在实验期间，不管生理或心理均会产生变化。例如：变为更成熟、强健、疲劳、饥饿、分心或没有爱好等，这些变化会影响实验成果。为避免成熟的影响，最佳也是设一组比较的控制组，以假定两组均有相似的成熟和发展的经验。（三）测验（testing）在许多心理与教育实验中，往往在实验解决之迈进行前测（pretest）的工作，以做为观测实验效果的根据。前测的经验，会使受试者更纯熟做测验的技巧和熟悉测验的内容，有助于后测分数的提高，特别是前后测的题目相似时。测验自身须具有信度，信度是指相似的个人在不同的时间，以相似的测验测量，或以复本测验（相等的试题）测量，或在不同的情境下测量，所得成果的一致性（consistency）（引自郭生玉，1988：44）。（四）测量的工具（instrumentation）在测量过程中，测量工具（测验或仪器）、观测者和主试者的不同，也许变化实验的成果。例如：后测的测验，不仅不同于前测的测验，且比较容易，则实验成果的变化，也许是测量工具不同的成果，而非实验解决的效果。（五）记录回归（statistical regression）当实验者根据某项心理特质的极端分数而选择研究对象时，记录回归的问题就易于产生，尤以在有前后测的实验设计中为然。记录回归现象，是指受试者的测量分数在第二次测量时，有向团队平均数回归（趋近）的倾向。易言之，高分组的受试者在第二次测量时，其分数由于向平均数回归而有减少的趋势，但低分组的受试者，其分数却有升高的趋势。因此，避免此种因素混淆实验效果的措施，是尽量不以极端分数的受试者做为研究对象。（六）差别的选择（differential selection）在采用两组或多组的实验研究中，研究者必须考虑不同组别受试者在各项特质上与否同样。如果实验组和控制组在许多方面的特质本来就不相等，所得实验效果就不得归因于纯由实验解决所导致，由于选择的偏差也许混淆实验的解决效果。欲使研究不同组别的各方面特质达到相等，以减少选择的偏差，最有效的措施是运用随机分派的方式，决定那些人为实验组，那些人为控制组。（七）受试者的流失（experimental mortality）研究样本在实验期间的流失，如迁徙、退学、死亡等，是影响两组或多组实验内在效度的重要因素。（八）因素的交互作用（interactive combinations of factors）上述七项因素的彼此交互作用，将是构成影响内在效度的另一种因素。例如：样本的选择与成熟间的交互作用。（九）强亨利效应（the John Herry effect）是指实验组采用新法或环节取代控制组的的措施或环节时，控制组的受试者为了不甘示弱，力图与实验组一较长短，则控制组的体现，常在一般的平均水平之上。因此，在实验解决上，如果发现实验组与控制组间有差别或没有差别时，须注意与否由于控制构成员的不平常动机，而非由解决导致的效应。（十）实验的解决扩散（experimental treatment diffusion）若实验的条件与控制的条件具有很密切的关系，则控制组的成员也许谋求接触解决条件的机会；或若实验组与控制组的受试者彼此很亲近，实验的解决扩散，特别容易发生。为了避免发生这个问题，研究者安排条件时，宜设法避免让实验组与控制组接触。（十一）实验者偏见（experimenter bias）或称为混淆（contamination），是指实验者精心设计或无意解决，而对受试者产生的影响。当实验执行者懂得实验组与控制组之分时，除实验解决外，对实验组故意或无意的特别待遇，受试者的行为无意中会受到实验者若干特性或行为的影响。实验者自身的期待，也会使实验解决的实行，与对受试者的行为观测导致偏差。为了避免发生这个问题，应由第三者予以进行实验解决，而实验者本人也不知那一组是实验组，那一组是控制组。（十二）记录的结论（statistical conclusion）在多数研究中，常以记录作为对预定成果与关系作为结论的基本。但是记录的使用若违背其原理，则据以获得的成果，欲作推论则有问题，甚至如误用记录考验，则无法获得有效的成果。二、精确性：实验者藉由操纵实验变项，而须精确的观测出此变项的变化对依变项所产生的影响效果。理论上随机法是控制所有无关变项的唯一抱负措施。如果实验过程中，受试者的抽取和实验解决的分派，都能完全随机化，在记录上，实验各组的受试者在各方面的特质应可视为相等。但是这并不能保证完全相等，由于仍然有随机抽样的误差存在。所谓的精确性，是要让实验成果的差别是确由自变项所导致，而非抽样机误的成果，其概念可由如下几点得之：（一）抽样分派（sampling distribution）与原则误（standard error）如果我们能在一种母群体中，以相似的样本人数，多次随机取样，形成多种样本时，我们会发现，这些样本的记录数自然形成一种分派，有平均数，也有原则差。这个分派就称为抽样分派。抽样分派不是原始分数的分派，而是样本记录数的分派。样本平均数分派的平均数以X表达，原则差以X表达。但是为别于一般原始分数的原则差，故抽样分派的原则差改称为原则误。平均数的原则误必须由母群体的原则差及样本人数来估算。其式子如公式1： （公式1）然而，在实验研究中，大都不懂得母群体的原则差，在此情形下，只得以样本的原则差作为母群体原则差的估计数，因此如公式2所示： （公式2）上述公式中的SX是样本的原则差，n是样本人数。但是应用此一公式时，必须注意，由于SX是用来替代X的，故其计算公式须以n1为分母，即： （公式3）而以样本原则差计算所得的原则误，就以SX作为符号，替代本来的X。由上述公式可以看出，平均数的原则误之大小，决定于母群体或样本原则差之大小，以及样本人数的多寡。因此可知，若其他条件不变，当母群体或样本的原则差愈大时，原则误愈大；当样本人数愈多时，原则误愈小。这就是为什么取样时要尽量加大样本人数的道理。 平均数的抽样分派具有一项基本特性，那就是：当样本人数（n）逐渐增多时，平均数的抽样分派逐渐成为常态分派，这个现象称为中央极限定理（central limit theorem）。换言之，当样本人数够大时，我们就可以采用常态分派的Z值来解释抽样分派之原则误的位置及其相应的面积，故也称为Z分派（Z-distribution）；但当样本人数少的时候，其分派情形却与常态分派不尽相似，故小样本的抽样分派称为t分派（t- distribution）。 就形状来看，t分派也是钟形、对称的分派，但峰度比常态分派低，且两端离横轴的距离较大。但因抽样分派是随样本人数而变化，故t分派的形状亦因样本人数亦因样本人数之不同而异，当样本人数超过120时，t分派就接近常态分派，而可视同常态分派。t分派的形状虽与样本人数有关，但实际决定t分派形状的却是自由度（degree of freedom，简写为df）。所谓自由度，系指样本的实际观测次数（即人数）中，能自由变动的次数。图1显示三个自由度的t分派形状，其中，当自由度无限大时（df无限大），即为常态分派（吴明清，）：图1：三个自由度不同的t分派资料来源：教育研究：页452，吴明清，台北：五南。（二）区间推估与信赖水平 以样本的记录量来估计母体的母数有两大类做法:一类是点估计(point estimation)，另一类是区间估计(interval estimation)。(所谓点推估，是指估计的成果只提示一种特定的值（a single-value），这个值就称为估值（estimate）。如果估值确能合适显示母群体的特性，就称为不偏估值（unbiased estimate）；如果估值也许高估或低估母群体的母数，则称为偏差估值（biased estimate）。所谓区间推估，是指估计的成果提示一定范畴的值（a range of value），这个范畴就称为估计区间（estimate interval）。一般，作区间推估时，都波及一种可以信赖的比率，称为信赖水平（confidence level）。譬如：某一国小全六年级月考成绩平均数之推估，当我们估计母群体的平均数在75-85之间时，我们觉得母群体的平均数有95%的机率会落在75-85之间。换言之，当我们作此推估时，我们有95%的信心，这个推估是对的的；反言之，估计错误的也许性只有5%。在此种状况下，95%（或 .95）就是信赖水平，而75-85分就是信赖区间（confidence interval），写成CI95。因此CI95（75，85）的意思就是：在95%的信赖水平时之信赖区间为75-85。信赖水平愈大，则信赖区间也愈大，故其成果错误也许性较小，但对的成果之精确性较低；反之，信赖水平愈小，则信赖区间也愈小，故其错误也许性较大，但对的成果之精确性较高。我们以图2来看： 图2：当68、X 2时之95%及99%推估信赖区间。资料来源：教育研究（页457），吴明清，台北：五南。图2涉及（A）（B）两图，（A）图是95%的信赖区间，曲线下空白的部分，就是信赖区间（64.08，71.92）所占的面积，斜线部分，右端占2.5%，左端占2.5%，合为5%。这5%也就是作上述估计时也许的错误机率，也称为值。换言之，当68、X 2时，样本的平均数也也许不小于71.92，或不不小于64.08，这种情形浮现的机率只有5%。采用相似的方式，可以解释（B）图的空白面积和斜线部分。由于（B）图中样本平均数不小于75.36及不不小于64.08的机率各为0.5%，故作上述估计（CI62.84，73.56）的错误机率只有1%（亦即.01）。由此可以看出，信赖水平愈高，信赖区间愈大，但愈粗略（吴明清，；李沛良，1988；Porter：1997）。（三）记录检定的程序与措施记录检定（statistical test）是一种记录的程序，藉以拟定基于样本数据对母群体特性的估计之真实限度。由于母群体特性之估计常以假设的形式表达，故记录检定也称为假设检定（hypothesis testing）。譬如，从五年级学生（母群体）中随机抽取50人（样本），量其身高，平均数是145公分，如果我们假设五年级学生的平均身高是150公分，那么这个假设，那么这个假设（即150）是不是可以接受？可靠的限度有多大？我们必须用记录的程序来拟定，才干厘清抽样机误与真正的差别。这个记录程序就是记录检定。记录检定有其逻辑的顺序，兹以母群体平均数之检定为例，提示记录检定的基本环节，并阐明每一环节中有关的概念或原理（吴明清，）。1.拟定研究问题并据以提出记录假设教育研究应用记录措施来解决并分析研究资料，其目的是要回答研究问题（research question）。因此，在进行记录检定期，要明确列出研究问题，然后根据研究问题形成记录假设。记录假设（statistical hypothesis）有两种形式，一称为虚无假设（null hypothesis），一称为对立假设（alternative hypothesis），分别反映问题的两个也许答案。记录检定期，研究者都需要先提出虚无假设，接着提出对立假设，一般，研究者都盼望回绝虚无假设而接受对立假设。2.决定明显水平并找到临界值样本平均数之因此异于母群体平均数的理由有二：其一是抽样误差（sampling error），也就是机误（random error）；其二是真正差别。记录检定的重要功用，就是在辨别样本平均数与母群体平均数的差别，究竟是抽样误差形成的、抑或是真正差别。一般，记录检定都以95%或99%的信赖水平为接受抽样误差的范畴，凡在95%或99%的机率范畴内浮现的样本平均数，即视为抽样误差的成果，故与母群体平均数没有差别，此时要接受虚无假设；若超过此机率范畴的样本平均数，即视为真正差别，此时要回绝虚无假设，接受对立假设。图3显示此种关系：图3：假设检定的信赖水平与拒斥区资料来源：教育研究（页466），吴明清，台北：五南。图3涉及（A）（B）两图，（A）是单尾检定，（B）是双尾检定。设信赖水平定于95%，则（A）（B）两图空白的面积即为95%。若样本平均数落在这个范畴内，就要接受虚无假设，故空白部分称为接受区（region of acceptance）；若样本平均数落在这个范畴外，就要回绝虚无假设，故斜线部分称为回绝区（region of rejection）。但以图（A）及图（B）来看，若母群体平均数为，样本平均数将有5%的机会会落在回绝区内，这5%就是我们回绝虚无假设时错误的也许性，记录学上称这种回绝虚无假设时的错误机率为明显水平（level of signficance），也称为水平（alpha level）。常用的明显水平是.05或.01。换言之，若信赖水平是95%，则明显水平为.05；若信赖水平是99%，则明显水平为.01。所谓临界值，是指上图中，回绝区与接受区交接点上的数值，一般以原则分数作为临界值。如果是Z分派，就称为临界Z值（critical value of Z），如果是t分派，则称为临界t值（critical value of t）。临界Z值或临界t值都要根据附录的表来查索。查阅Z值表时，要考虑单尾或双尾检定、以及明显水平；查阅t值表时，要考虑自由度、单尾或双尾检定、以及明显水平。3.计算检定记录数在抽样分派中，以原则误为单位、显示样本分数离母群体平均数之距离的数值，称为检定记录数（test statistic）。如在Z分派中，Z值就是检定记录数；而在t分派中，t值就是记录检定数。4.比较检定记录数与临界值：在第2环节中根据明显水平查表所得之临界Z值或临界t值，提示了回绝或接受虚无假设的原则。因此，在第3环节中计算的检定记录数（Z值或t值），须与临界值比较，若等与或不小于临界值，则可回绝虚无假设；若检定记录数不不小于临界值，则需要接受虚无假设。5.做决定并解释成果：根据前一环节比较检定记录数与临界值之大小，即可决定回绝或接受虚无假设。在应用记录检定解决数据时，要特别注意检定成果的错误类型及其机率。盖记录检定的成果不外两种决定：一是回绝虚无假设；一是接受虚无假设。无论是回绝或接受，均有错误的也许性。表1是一种22的双向表，横列表达两种决定，直行则代表虚无假设的真假。表1：记录检定的也许成果HO为真HO为假回绝HO第一类错误（）对的决定（1）接受HO对的决定（1）第二类错误（）资料来源：教育研究（页474），吴明清，台北：五南。我们一般犯的错误有两种。第一种错误是：如果虚无假设是真的，我们却回绝它，那就犯了第一类错误（type I error），用（alpha）表达，因此也称为错误。第二种错误是：如果虚无假设是假的，但我们却接受它，那就犯了第二类错误（typeerror），用（beta）表达，因此也称为错误。三、具有外在效度实验设计一开始的两个目的是内在效度和精确性，而实验设计的第三个目的可以做有效的归纳称之为外在效度（Porter，1997）。外在效度是指成果的可概括性，即指被操纵因素（自变项）与成果（依变项）之间的关系，可以普遍应用于其他不属于此一实验情境的限度。亦指实验可以推论到其他受试者或其他情境的限度，因此是指实验的可推性。实验可推论性越大，代表可合用性越高，外在效度也越高（王文科，1999）。影响外在效度的因素，G. Bracht & G. V. Glass提出两类威胁外在效度的情形，即解决概括母群体与解决实验的情境（引自Porter，1997：538）。研究的成果可以用来概括她人的限度，称之为母群体外在效度，所要问的问题为：期待受试者的母群体体现的方式，与样本实验受试者相似？生态的外在效度波及实验的效果概括于其他类似环境的条件限度，所要问的问题是：在什么条件（即情境、解决、实验、依变项等）可期待得到相似的成果。如下将分别论述影响外在效度的因素（王文科，1999；Porter，1997）：（一）母群体效度研究者但愿得自实验组受试者的研究发现，可概括为接受研究的较大母群体。即指实验推论至母群体的限度，影响母群体效度的因素如下：1.样本的代表性（sample typicality）研究的样本与否足以代表母群体，可藉由随机选择的方式。（1）随机选择在抱负的实验，先建立一致性与列一种清单，这个清单是根据实验假设去描述母群体，实验参与者从清单中被选择，每一种人被选择的机会相等，这个程序称为随机选择。（2）随机选择与随机分派随机选择与随机分派提供两个明显不同的效用。随机选择藉由外在效度提供动机；随机分派藉由内在效度提供动机。随机分派是实验的基本成分，但由于费用和研究领域的关系，随机选择几乎不是实验设计的部分。2.实验的可接近母群体（experimentally accessible population）与标的母群体（target population）实验的可接近母群体是研究者在进行研究时，可运用的受试者母群体。标的母群体是研究者想将自发现的结论，所要应用的所有受试者母群体。3.心理学变项（psychological variables）与解决效应的交互用如两组实验的可接近母群体，无法代表相似的标的母群体，虽然是类似的研究也也许导致完全不同的成果。亦即在解决其中一组特性之间发生的交互作用，不会发生在另一不同特性的组。（二）生态的效度研究者但愿在其他实验的条件之下，仍可获得相似的发现。研究设计须能拟定实验的效应，不受实验环境的约制。即指实验推论至生活情境的限度（或其他类似的情境），影响生态效度的因素如下：1.完整描述研究的运作与实验情境唯有如此，读者才可以判断研究成果可以概括其他情境的限度。情境的代表性是影响研究发现能被概括的因素。2.多重解决的干扰在相似的或不同的研究中，对相似研究者，持续实行两种（含）以上的解决，欲拟定实验成果的因素，或仅把成果概括在一种解决的情境，不仅有困难，有时也不也许。3.霍桑效应受试者获知参与实验或受到特别照顾，而易于改善体现的效果，谓之霍桑效应。教育上的研究为了避免霍桑效应，当在比较老式的教材与新式筹划时，实验组与控制组材料均被标记为实验材料。4.新颖性与破坏效应实验的成果部分是由于解决具有新颖性，如有别于老式的旧教学法，令受试者好奇引起过度的热中导致，或实验解决异于常规，受试者无从理解而导致破坏。5.实验者效应受试者的行为，无意中受到实验者若干特性或行为的影响。6.前测的敏感性如实行前测，部分实验的成果，会受到解决内容的影响。因而获得的实验成果，也许无法应用于未接受前测的群体。7.后测的敏感性解决效应也许有潜伏性或有残存性，而在后来实行的实验测验中浮现。8.临时事故与解决效应的交互作用由于在实验期间发生的无关的事件，也许产生独特性的成果。9.依变项的测量成果的概括与对依变项的确认以及测量这些变项选用的工具有关。10.测量时间与解决效应的交互作用在两种不同的时间，测量依变项，也许产生不同的成果。在实行解决之后立即观测得到的解决效应，与在稍后一段时间观测所得的不同，反之亦然。陆、实验研究法进行程序 任何一项完整的实验研究，都涉及下列基本的环节（陈龙安、庄明贞，）：一、拟定研究问题。二、陈述研究假设。三、设计实验进程。四、拟定研究对象。五、选择研究工具。六、进行实验观测。七、整顿分析资料。八、撰写研究报告。柒、实验误差控制一、实验控制的因素实验研究时，研究者除了操纵某（些）变项，以理解另一（些）变项的变化外，尚须进行控制的观测，其所要控制的因素，除了无关变项的控制之外，重要的有（王文科，1999）： （一）对自变项的控制。（二）对依变项的控制。（三）对实验者的控制。（四）对受试者的控制。（五）对实验组与控制组的控制。（六）对前测与后测的控制。（七）对母群体的控制。（八）对样本的控制。二、实验控制的措施实验控制的措施根据学者的论点综合分述如下（引自王文科，1999：567）（一）物理的控制（physical manipulation）物理控制的方式有器具的、手术的、药物的等方式。如将实验室隔音、运用单面透视玻璃、变化药物剂量等。（二）选择的控制为了控制无关变项的干扰，以避免影响实验的成果，研究者设法使实验组与控制组在无关变项上，维持恒定的条件。例如实验者采相似程序、秉持相似态度、运用相似设备进行，根据选择的控制亦有如下的措施：1.随机化（Randomization）又称随机分派，亦即运用随机的环节把受试者分派到不同的组别去接受不同的解决，这些受试者在未被分派之前，每一种人均有同等的机率被分派到任何一组。随机化为消除老式偏见及削弱无关变项之影响力的最有效因素，其目的在提高实验研究的内在效度。2.研究者自身控制让同一群受试者每人均参与所有的不同实验解决，也可以控制因受试间差别导致的偏误；运用受试者自身控制的实验设计，有时称为单一组法或受试者内在设计或反复量数设计，其为提高实验研究之内在效度的有效措施，但其易产生所谓的累进误差。3.受试者配对（Matching Case）选择也许影响依变项的外在干扰变项为根据，将受试者加以配对，然后再使用随机的环节将同一配对组内的各受试者随机分派到不同的组别，如果配对得当，则实验成果较少受到无关变项的干扰，有助于提高实验研究的内在效度。配对变项一定要和依变项有相称高有关。4.采用平衡对抗法将一半受试者采用ABBA顺序，另一半受试者采用BAAB顺序解决，此种环节不仅可以控制累进误差的混淆，亦可抵消环境变项所引起的系统误差，有助于提高实验研究的内在效度。（四）记录的控制采用共变量分析的记录控制，将实验组与控制组间的数个变项，使用记录措施将它们最初的差别予以排除，亦即采用共变量分析进行记录控制，其可以控制受试者间的差别，提高实验研究的内在效度。1 .排除变项法即把干扰变项当作控制变项，如只选择男生为研究对象。如此只浮现一种性别，那在本研究中性别就不是一种变数，而是常数。但是研究成果也只能推论到男生。2.（多）因子设计法受试者的个体变项会影响实验成果时，可将其纳入实验设计中，其目的在排除个别差别变项对实验解决的混淆效果，换言之，由单因子实验设计改为多因子实验设计。除了收控制之效，也可理解变项间交互作用。（中国教育学会，1989；陈龙安、庄明贞，）捌、实验设计类型一、前实验设计(preexperimental design)，又称限度控制的实验设计 此实验设计，重要特性是使用单一实验组(缺少控制组)，或使用不相等的实验组做实验，其内在效度很低(郭生玉，1999)，它常常是唯一可行的选择，但是比较无法确立因果关系(Christine Marlow，1996/)，种类如下（如下设计模式之X为实验解决，Xo为控制解决，O测量，R为随机分派）（一）单组后测设计:选择某些受试者，并予以实验解决，其缺陷为缺少对照组(郭生玉，1999)，本设计另一缺陷为没有前测，即没有其他的解决可供比较，充其量仅能视为临时作成的因果结论，如没有前测也难如下结论说行为已完全变化(王文科，1999)，设计模式如下设计模式:X O（二）单组前后测设计:本实验设计缺少控制组做比较，且有前测经验影响，故产生许多影响因素混淆实验成果(郭生玉，1999)，影响本设计最严重的因素是临时变故，由于缺少控制组或比较组，研究者无法拟定在前测与后测之间与否有其他事件介入，影响了实验成果(王文科，1999)，设计模式如下 设计模式: O1 X O2（三）静态组比较设计:其为多增设一组以兹比较，但两组受试者在各方面特质并不相等，意即未使用随机抽样方式选用受试者，也未随机分派至两组，设计模式如下设计模式: X O1 O2 二、真实验设计(true experimental design)，又称合适控制实验设计 此种设计几乎控制所有影响内在效度的因素，设计特性其一为除实验组外，另设一组供比较的控制组，其二为经随机抽样及随机分派受试者，种类胪列如下（一）等组前后测设计:其为单组前后测设计的延伸，一是增长控制组，二是受试者随机分派于每一组，此实验设计内在效度高，但外在效度较低，设计模式如下 设计模式: R O1 X O2 (实验组) R O3 X O4 (控制组) （二）等组后测设计:此实验设计除不必施予前测外，与前一等组前后测设计无异，此设计可避免因前测经验所产生的测验的反作用效果，设计模式如下 设计模式: R X O1 O2（三）四个等组设计:可视为等组后测及等组前后测设计的综合，系由所罗门一方面创用，故又称为所罗门四组设计，其为最严谨的实验设计，但四组实验工程浩大，恐挥霍资源，设计模式如下 设计模式: R O1 X O2(实验组) R O3 O4(控制组) R X O5(实验组) R O6(控制组) 三、多因子实验设计 其可以在一次研究设计中同步控制两个或以上实验变项对依变项之影响的设计，可提供自变项对依变项单独的重要影响效果，并且亦可提供这些自变项对依变项的交互作用效果(in-teraction effects)，其可同步考验数个假设，种类如下(一)独立样本多因子设计:此种设计事实上是前述的等组后测设计的推广应用，只要在设计中多增长一种或以上的实验变项，即为此设计教学措施，以表2为一范例表2 ：独立样本多因子设计模式范例 讨论法讲述法学习情境高焦急低焦急第一组第二组第三组第四组资料来源:心理与教育研究法(页338)，郭生玉，1999，台北:精髓。(二)非独立样本多因子设计:在此设计中，几种自变项中有一种是属于反复量数(repeated measures)，意即同一种受试者在这个自变项上须反复接受几种不同的实验解决，以表3为一范例 表3：非独立样本多因子设计模式范例: 学习情境/受试/问题性质受试高度焦急适度焦急低度焦急横列平均值理解性问题1-5记忆性问题6-10纵行平均值资料来源:心理与教育研究法(页338)，郭生玉，1999，台北:精髓。四、准实验设计研究者在研究中，无法随心所欲的在实验情境中采用随机抽样措施，分派至受试者并控制实验情境，如在现实教育情境中，碍于行政上的理由，无法打破班级界线，研究者无法采用随机化原则，此时所使用之实验设计即称为准实验研究法(郭生玉，1999)，类型如下（一）不相等控制组设计:其为前即等组前后测设计的综合，使用之记录措施为共变量分析。 设计模式: O1 X O2 O3 O4 （二）等时间样本设计:合用于只有一组受试者可被用为实验对象的状况，重要特性为实验解决与控制解决在相等的时间内交互间格浮现，每位受试者均反复接受这些解决。 设计模式:X1O1 XoO2 X1O3 XoO4 （三）对抗平衡设计:此设计旨在运用轮换方式，将每种实验解决都呈现给每一组研究对象，藉以制衡每组之间的实验误差，当研究者必须使用原班级而不能随机分派受试者，或可运用的研究对象有限，没有前测及实验解决有多种时，可以应用此种设计，设计模式如下(郭生玉，1999) 设计模式: 1 2 3 4 组别 A X1O X2O X3O X4O B X2O X4O X1O X3O C X3O X1O X4O X2O D X4O X3O X2O X1O（四）时间系列设计(time series design):当只有一组受试者可接受实验解决时，其特色是在实验解决的前后，受试者要接受一系列的定期性前测及后测(郭生玉，1999)，时间系列设计的长处是它能发现实验解决前后数据的变化趋势(Christine Marlow，1996/)，设计模式如下设计模式:O1O2O3O4 X O5O6O7O8 综合上述之各实验设计之简介，仅以表4及表5分析各实验研究设计内外在效度之比较，以分析其优缺陷表4：多种前、真实验设计的内外在效度资料来源:心理与教育研究法(页331)，郭生玉，1999，台北:精髓。表5：各类型准实验研究设计的内外在效度内在效度外在效度同步事件成熟测验测量工具记录回归差别的选择受试的流失选择与成熟的交互作用测验的反作用效果选择偏差的交互效果实验安排的反作用效果多重实验解决的干扰不相等控制组设计+?+-?O1XO2O3XO4相等时间样本设计X1O1 X0O2 X1O3 X0O4+-?-对抗平衡设计X1O X2O X3O X4OX2O X4O X1O X3OX3O X1O X4O X2OX4O X3O X2O X1O+?-时间系列设计O1O2O3O4 X O5O6O7O8-+?+-?资料来源:心理与教育研究法(页358)，郭生玉，1999，台北:精髓。玖、实验研究法合用工具一、各量尺合用之记录工具将各量尺合用之记录工具以表6加以阐明：表6：各量尺合用之记录工具量尺过程数据解决合用的考验组数类别分类计数无母数卡方考验2顺序按顺序排列级别斯皮尔曼级别有关2等距测量等距没有真正的零测量等距真正的零比率关系母数T考验独立样本22222222有关样本等比变异数分析单因子多因子共变量分析因素分析皮尔逊有关系数雪费检定资料来源：教育研究法（页651），王文科，1999，台北：五南。二、实验研究法常用的记录实验研究法常用的记录，分述阐明如下（王文科，1999；李沛良，1988；吴忠武，；吴明清，；李卓伟，1999；林真真，）：（一）t考验：用来考验两个母体平均数间差别的明显性1.独立样本：两组样本互相独立无