心理学因果研究的实验设计(多变量)课件

心理学研究方法心理学研究方法谭旭运谭旭运曲阜师范大学教育科学学院研究生曲阜师范大学教育科学学院研究生E-mailE-mail：心理学研究方法谭旭运多变量（多因素）因果关系多变量（多因素）因果关系研究设计与统计分析研究设计与统计分析心理学因果研究的实验设计(多变量)课件多自变量（多因素）因果关系的统计检验方法表表1 两个以上变量的相关关系的统计检验方法两个以上变量的相关关系的统计检验方法数据模式统计检验方法连续 连续连续积差相关矩阵，多元回归类型 类型连续F检验（多向方差分析）类型 类型类型2 检验多自变量（多因素）因果关系的统计检验方法数据模式统计检验方法多因素实验设计o多因素实验设计:研究中有两个以上自变量的实验设计称为多因素实验设计。oABC三因素设计o223设计例：1.研究大学生对红绿黄三种灯光的反应时是否与灯光强度有关，并考察性别差异。【自变量是类型变量与连续变量；因变量为连续变量】2.不同教学方法对学生学习不同教学内容的迁移效果的研究【自变量与因变量同为类型变量】多因素实验设计多因素实验设计:研究中有两个以上自变量的实验类型IV与连续DV的多因素实验设计o基本类型：o多因素完全随机设计；o多因素随机区组设计；o多因素被试内设计；o多因素混合设计o优势：既可以探讨多个因素对因变量的影响作用，也可以对多个自变量之间的交互作用进行估计。类型IV与连续DV的多因素实验设计基本类型：类型IV与连续DV的多因素实验设计o基本步骤：（1）确定各自变量水平，得出实验处理；（2）根据具体情况确定各实验处理中被试的人数；（3）确定被试的组数、总人数与选取方法，选出实验被试；（4）根据实验设计方式，对被试进行分组安排（随机分配；拉丁方设计）（5）实施实验处理，获得因变量数据，得出原始数据表，进行统计分析。类型IV与连续DV的多因素实验设计基本步骤：多因素完全随机设计o统计方式：统计方式：非重复测量的方差分析o特例：特例：半完全随机设计：自变量为存在变量（如性别，年龄，年级等）o研究实例研究实例1：正常阅读和快速阅读条件下文章标记对文章主题通达的影响。oIV1：阅读速度：正常/快速oIV2：文章标记：有标记/无标记oDV：文章主题通达成绩多因素完全随机设计统计方式：非重复测量的方差分析多因素完全随机设计A1B1A1B2A2B1A2B2组Ww组Xx组YY组ZZ表2 两种阅读速度下文章标记对主题通达影响的实验设计多因素完全随机设计A1B1A1B2A2B1A2B2组Ww组X多因素完全随机设计表3 两种阅读速度下文章标记对主题通达的成绩比较表4 两种阅读速度下文章标记对主题通达影响的方差分析有文章标记无文章标记正常阅读5.8330.3814.9051.578快速阅读5.6601.0803.8001.080项目平方和自由度均方F 值 阅读效应（A）10.925110.9258.590*文章标记（B）46.163146.16338.173*交互作用5.64915.6494.074*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素完全随机设计表3 两种阅读速度下文章标记对主题通达的成多因素完全随机设计o研究实例研究实例2：图形提示对不同年龄幼儿汉字读音学习影响研究oIV1：幼儿年龄（35岁）：3、4、5岁三组；oIV2：图形提示：有/无提示oDV：读音学习：正确读音数o设计：设计：23（半）完全随机设计多因素完全随机设计研究实例2：图形提示对不同年龄幼儿汉字读音多因素完全随机设计表5 不同年龄幼儿汉字读音学习时图形提示影响学习结果比较表6 图形提示对不同年龄幼儿汉字读音学习影响的方差分析年龄组有图形提示无图形提示3岁12.671.917.802.344岁15.801.5712.871.465岁17.471.5116.001.93项目平方和自由度均方F 值年龄（A）691.4002345.700105.519*图形提示（B）196.5441196.54459.992*交互作用33.756216.8785.152*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素完全随机设计表5 不同年龄幼儿汉字读音学习时图形提示影多因素随机区组设计o统计方式：统计方式：非重复测量的方差分析o研究实例研究实例3：主题组织方式和文章标记对文章信息保持的影响。o被试选择：按照原阅读成绩从某高中高一学生中抽取6各区组，每个区组4名被试，各区组内学生阅读成绩相同oIV1：主题组织方式：有组织/无组织oIV2：文章标记：有标记/无标记oDV：文章信息保持成绩多因素随机区组设计统计方式：非重复测量的方差分析多因素随机区组设计A1B1A1B2A2B1A2B2组11111组21111组31111组41111组51111组61111表7 主题组织方式和文章标记对文章信息保持影响的实验设计多因素随机区组设计A1B1A1B2A2B1A2B2组1111多因素随机区组设计表8 不同文章主题组织方式和文章标记对文章信息保持成绩的比较表9 文章主题组织方式和文章标记对文章信息保持影响的方差分析有标记无标记文章有组织3.0710.6162.0570.663文章无组织2.1230.6411.7690.832项目平方和自由度均方F 值组织方式（A）13.925113.92524.205*文章标记（B）16.163116.16328.097*交互作用AB2.64912.6494.605*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素随机区组设计表8 不同文章主题组织方式和文章标记对文章多因素随机区组设计o统计方式：统计方式：非重复测量的方差分析o研究实例研究实例4：学习方式及图片类型对幼儿再认图片的影响。o被试选择：对某幼儿园儿童进行智力测验，根据测验成绩选出5各区组的被试，每组4人oIV1：学习方式：内隐学习/外显学习oIV2：图片类型：具体图片/抽象图片oDV：图片再认成绩多因素随机区组设计统计方式：非重复测量的方差分析多因素完全随机设计表10 学习方式对幼儿不同类型图片再认的影响研究的成绩比较表11 学习方式对幼儿不同类型图片再认的影响研究的方差分析具体图片抽象图片内隐学习91.045.4882.927.60外显学习81.8810.7770.6211.19项目平方和自由度均方F 值学习方式（A）900.01900.06.75*图片类型（B）3258.513258.524.44*交互作用AB2.812.80.02注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素完全随机设计表10 学习方式对幼儿不同类型图片再认的影多因素被试内设计o统计方式：统计方式：多因素重复测量的方差分析o注意事项：注意事项：实验处理拉丁方排列o研究实例：研究实例：文章生字密度和主题熟悉性对学生阅读理解的影响。o被试选择：随机选取20名被试，每人均接受四种实验处理oIV1：生字密度：有组织/无组织oIV2：主题熟悉性：熟悉/不熟悉oDV：文章阅读理解的成绩多因素被试内设计统计方式：多因素重复测量的方差分析多因素被试内设计A1B1A1B2A2B1A2B2组ww1w2w3w4组x x2x3x4x1组yy3y4y1y2组zz4z1z2z3表12 文章生字密度和主题熟悉性对学生阅读理解影响的实验处理安排注：14表示处理的顺序多因素被试内设计A1B1A1B2A2B1A2B2组ww1w2多因素被试内设计表13 文章生字密度和主题熟悉性对学生阅读理解影响的成绩比较表14 文章生字密度和主题熟悉性对学生阅读理解影响的方差分析主题熟悉主题不熟悉生字密度大4.001.303.800.77生字密度小8.000.655.800.77项目平方和自由度均方F 值生字密度（A）180.01180.0244.27*主题熟悉性（B）28.80128.8059.48*交互作用AB20.00120.0063.33*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素被试内设计表13 文章生字密度和主题熟悉性对学生阅读理多因素被试内设计o拓展练习：请计算在这个不完全重复测量设计中自变量的每一水平的拓展练习：请计算在这个不完全重复测量设计中自变量的每一水平的平均数。平均数。表中显示了在一个实验中实施给表中显示了在一个实验中实施给6个被试三种剂量的药（个被试三种剂量的药（0、50、100）。）。圆括号内的值代表每个被试在每个条件下完成问题解决任务所犯错误圆括号内的值代表每个被试在每个条件下完成问题解决任务所犯错误的数量。的数量。被试12310（2）50（9）100（9）20（7）100（5）50（3）350（5）0（3）100（4）4 50（8）100（10）0（6）5100（6）0（8）50（7）6100（8）50（4）0（4）多因素被试内设计拓展练习：请计算在这个不完全重复测量设计中自多因素混合设计o多因素混合设计，多因素混合设计，一般指自变量中既有被试内因素也有被试间因素的设计，也称组间因素与组内因素的混合设计o类型类型：wV和引发bV；wV和存在bV；o统计分析统计分析：多因素非重复测量方差分析结合重复测量设计方差分析o研究实例研究实例：学生对文章内容的不同预期对快速阅读理解和正常阅读速度理解的影响oV1：内容预期：正确标题提示/中性标题提示/误导标题提示；o(V2)：阅读速度：快速阅读/正常阅读oDV：文章理解程度测试成绩多因素混合设计多因素混合设计，一般指自变量中既有被试内因素也多因素混合设计表15 三种标题提示下学生快速阅读与正常速度阅读测试成绩比较表16 标题提示类型与阅读速度两因素混合设计的方差分析人数快速阅读正常阅读正确标题提示组306.7892.6677.7353.014中性标题提示组306.0352.3117.8482.916误导标题提示组305.1622.1247.4353.167项目平方和自由度均方F 值标题提示 A22.281211.4441.541阅读速度（B）126.7051126.70516.937*交互作用AB169.224284.61210.995*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素混合设计表15 三种标题提示下学生快速阅读与正常速度阅多因素混合设计o研究实例（组间变量为存在变量）：不同学段小学生对不同字频汉字命名的影响设计：23混合实验设计被试：3个学段分别随机抽取20名被试IV1：学龄阶段：低年级/中年级/高年级IV2：字频：高频字/低频字DV：汉字命名成绩多因素混合设计研究实例（组间变量为存在变量）：多因素混合设计表17 三学段小学生对不同字频汉字快速命名测试成绩比较表18 三学段小学生与不同字频两因素混合设计方差分析人数高频字反应时低频字反应时高学段组20466.4869.15637.5087.87中学段组20526.3177.11660.2881.38低学段组20645.4573.84711.9483.56项目平方和自由度均方F 值不同学段 A334048.692167024.3434.581*汉字字频（B）459987.991459987.99103.05*交互作用AB56174.42228087.216.29*注：*表示P0.05;*表示P0.01;*表示P0.001多因素混合设计表17 三学段小学生对不同字频汉字快速命名测试IV/DV均为类别变量的多因素实验设计o统计方法：2 检验o研究实例：不同提示类型与反馈对迁移的影响研究o被试：随机选取160人，并随机分为四组oIV1：提示类型：原理提示/动作提示oIV2：反馈：有反馈/无反馈oDV：迁移水平：完全迁移/部分迁移/无迁移(人数)IV/DV均为类别变量的多因素实验设计统计方法：2 检验IV/DV均为类别变量的多因素实验设计表19 不同提示类型与反馈对迁移的影响的实验设计表20 不同提示类型与反馈对迁移的影响列连表（人数）组别完全迁移部分迁移不迁移动作提示反馈121513无反馈81220原理提示反馈2695无反馈17158A1B1A1B2A2B1A2B2组11组22组33组44IV/DV均为类别变量的多因素实验设计表19 不同提示类型与IV/DV均为类别变量的多因素实验设计组别完全迁移部分迁移不迁移动作提示202733原理提示432413组别完全迁移部分迁移不迁移反馈382418无反馈252728表21 不同提示类型对迁移的影响列连表（人数）表22 有无反馈对迁移的影响列连表（人数）IV/DV均为类别变量的多因素实验设计组别完全迁移部分迁移不真实验设计与准实验设计真实验设计与准实验设计心理学因果研究的实验设计(多变量)课件29真实验设计真实验设计o真实验设计，即通常所说的实验设计。o本质特征：内部效度高。对影响内部效度的无关变量采取了严格的控制并有效地操纵研究变量。o实验设计中综合采取了随机取样、前测和控制组等手段。29真实验设计真实验设计，即通常所说的实验设计。30真实验设计真实验设计（一）实验组控制组（等组）后测设计（一）实验组控制组（等组）后测设计o形式：实验组形式：实验组 RG1 后测后测1 控制组控制组 RG2 后测后测2o优点：优点：采用了随机取样的方法，有效地控制了选择、选择与成熟交互作用等无关变量对实验结果的干扰；在实验处理之前没有前测，可避免练习效应的影响；控制组的设置控制了历史、成熟、测验和统计回归等无关变量的影响。o局限性：局限性：因为没有前测，因而不能进行实验处理前后差异的比较。o统计思路：统计思路：应使用独立样本t检验对1和2做差异检验。30真实验设计（一）实验组控制组（等组）后测设计31真实验设计真实验设计（二）实验组控制组（二）实验组控制组（等组）（等组）前后测设计前后测设计o形式：实验组形式：实验组 RG1 前测前测1 后测后测2 控制组控制组 RG2 前测前测3 后测后测4o优点：优点：可以对实验组前后测的差异（21）和控制组前后测的差异（43）进行比较。同时还具有后测设计的其他优点。o局限性：局限性：前测可能导致练习效应，对结果产生影响。o统计思路：统计思路：可以先比较实验组与控制组的前测（13），如果二者基本相等，就可以比较后测（24），这时应使用独立样本t检验；反之，就要比较实验组和控制组各自前后测的变化的幅度，即（21）与（43）的比较，这时应使用配对（相关）样本t检验。如果有多个实验处理组，可以用方差分析。31真实验设计（二）实验组控制组（等组）前后测设计32真实验设计真实验设计（三）所罗门四组设计（三）所罗门四组设计o形式：实验组形式：实验组1 RG1 前测前测1 后测后测2 控制组控制组1 RG2 前测前测3 后测后测4 实验组实验组2 RG3 后测后测5 控制组控制组2 RG4 后测后测6o将后测设计和前后测设计加以合并，因而又称“重叠实验设计”。32真实验设计（三）所罗门四组设计33真实验设计真实验设计（四）匹配组（区组）设计（四）匹配组（区组）设计 实验组实验组 RG1 后测后测1o形式：按区组变量做前测形式：按区组变量做前测 匹配匹配 控制组控制组 RG2 后测后测2o过程：过程：对所有被试按匹配（区组）变量做前测，然后将被试随机分配到实验组与控制组，对实验组施加实验处理，而控制组不施加，只需比较两个后测的结果即可考察实验处理的效果。o优点：优点：控制了一个无关变量，即匹配（区组）变量，使得实验组与控制组更加同质，所以匹配（区组）变量的选择应该是与因变量有关的无关变量。o局限性：局限性：在实验研究中，关键是要找到这种匹配变量，这是比较困难的，如果找的是与因变量无关的匹配变量那么采用这种设计就是不适当的。o统计思路：统计思路：对后测12之间应做配对（相关）样本t检验。33真实验设计（四）匹配组（区组）设计34准实验设计准实验设计o以真实验设计为主的实验室实验局限性逐渐显露，研究者越来越重视外部效度较高的现场实验，但其难以采用真实验设计，在这种情况下，准实验设计日益受到重视并完善起来。o准实验设计：准实验设计：是介于前实验设计和真实验设计之间的实验设计，它对无关变量的控制比前实验设计要更严格一些，能对一部分无关变量进行控制，但却不如真实验设计对无关变量控制的充分和广泛。o准实验设计运用原始群体（比如一个班级、一个部门、一个小组）作为被试，而不是随机安排被试进行处理，一般无法对被试进行随机取样，这样虽然可以设立控制组，但却都是静态的或不相等的。尽管如此，但准实验设计力图通过程序的改变尤其是测量的调整来提高它对无关变量的控制能力。34准实验设计以真实验设计为主的实验室实验局限性逐渐显露，研35一、不相等（非随机）实验组控制组一、不相等（非随机）实验组控制组前后测设计前后测设计 o形式：实验组形式：实验组 G1 前测前测1 后测后测2 控制组控制组 G2 前测前测3 后测后测4o优点：优点：由于设置了控制组和前后测的结合，就控制了历史、成熟、测验等因素。o无关变量的控制：无关变量的控制：由于实验组与控制组不是随机选取，所以可能存在取样偏差，要解决这个问题只能通过用前测来保证在因变量上静态组之间是相等的。研究者通过前测分数（13）比较和一些对实验处理有潜在影响的变量（智商、性别、年龄等）来比较两个静态组，如果两个组是相等的，或偏差不至于影响实验结果，则可以开始实验。o局限性：局限性：如果通过比较发现两个组的前测是不相等的，则必须寻找另外的设计。o统计思路：统计思路：对前测的13和后测的24，都分别是采用独立样本t检验。35一、不相等（非随机）实验组控制组前后测设计 形式：实验36二、单组（单被试、小样本）二、单组（单被试、小样本）相等时间样本设计（相等时间样本设计（ABABABAB设计）设计）o形式形式：A 测测1 B 测测2 A 测测3 B 测测4 注：注：A是测量基线阶段，获得基线水平；是测量基线阶段，获得基线水平；B是实验处理阶段。是实验处理阶段。o是指对一组被试抽取两个相等的时间样本，前一个时间样本里不出现实验变量，而在另一个时间样本里出现实验变量。o优点：优点：通过比较多次测量的差异，检验实验处理的效果，也可以对实验安排的顺序效应进行分析；有效地控制了历史因素的影响，其内部效度较高。o局限性：局限性：其外部效度可能受到实验安排的霍桑效应、重复测量的练习效应与疲劳效应以及选择偏差与实验变量的交互作用的影响。36二、单组（单被试、小样本）相等时间样本设计（ABAB设37二、单组（单被试、小样本）二、单组（单被试、小样本）相等时间样本设计（相等时间样本设计（ABABABAB设计）设计）o适用情况：适用情况：一般适用于一次实验处理对被试心理、行为只有暂时影响的研究。某些研究为了检查行为矫正或心理治疗的效果时常用这种设计，这种研究也通常应用于小样本研究中。o注意：注意：在进行相等时间样本设计实验研究时同样要注意基线的确定，即在A阶段的测量。在每次实施实验处理前都要保证被试行为反应的稳定性，方能确定被试的行为变化源于实验处理。37二、单组（单被试、小样本）相等时间样本设计（ABAB设38三、实验组控制组前后测时间系列设计三、实验组控制组前后测时间系列设计 o形式：实验组形式：实验组 G1 前测前测1 后测后测3前测前测5 后测后测7 控制组控制组 G2 前测前测2 后测后测4前测前测6 后测后测8o优点：优点：由于设置了控制组和前后测的结合，就控制了历史、成熟、测验等因素；可以在时间序列上增加处理次数；两组同步前后测，便于比较。o注意事项：注意事项：需要注意各处理之间不应互相干扰，以免分析结果时造成困难；需根据研究目的、行为对象的稳定性，确定前后测次数。o统计思路统计思路：（1）组间前测后侧比较，如对前测的12和后测的34进行比较，都分别是采用独立样本t检验。（2）组内前测后测比较：分别将实验组、控制组的后测平均数与各自的前测平均值相比，根据本组的前测后测平均分数的增量，经过相关样本t检验，确定差异的显著性水平。38三、实验组控制组前后测时间系列设计 形式：实验组 G1 四、修补法准实验设计四、修补法准实验设计o使用情景：在有些情况下，研究者不能及时找到两个证组的被试同时进行试验，只能在未作前测的情况下先对某些经过处理的被试获得后侧结果，此后在获得另一组被试时，先做与之前一组被试后测相同的前测，再对后面做同样的处理，并予以后测。表 修补法准实验设计处理方法：Y1与Y2同时进行最理想；分开进行时，相隔时间不宜过长。Y1与Y2可作为组间比较；Y2与Y3可作为前后测的组内比较。优势：适用于现实中被试只能进行一次的某种活动（如军训、驾驶班等）；容许研究工作在被试正参加的活动尚未结束前开始，特别适用于分批轮训的被试；设计本身比较合理，研究结果有较强的说服力。组别处理后测前测处理后测被试组1接受Y1被试组2Y2接受Y3四、修补法准实验设计使用情景：在有些情况下，研究者不能及时找40实验研究的评价实验研究的评价一、实验研究的优点一、实验研究的优点 第一，揭示变量之间的因果关系。第二，现场实验研究扩大了实验研究的范围。第三，实验研究的发展，使实验的内部效度和外部效度都有了较大提高，在一定程度上提高了实验研究结果的推广应用价值。第四，采用多因素实验还有利于揭示复杂的变量关系。40实验研究的评价一、实验研究的优点41实验研究的评价实验研究的评价二、实验研究的局限性二、实验研究的局限性 第一，实验研究对变量的操纵难以完全排除人为化的影响，研究结果推广程度受到限制。第二，实验研究虽然对无关变量采取平衡、消除等各种措施来加以严格控制，但仍无法排除所有无关变量的干扰。这给实验结果的解释造成困难。第三，实验研究要确定出自变量、因变量和无关变量，这是很有难度的，必须在大量的观察研究、测量的基础上进行，积累丰富的理论研究依据才可以做到。41实验研究的评价二、实验研究的局限性实验研究中的效度实验研究中的效度o效度：一个测量工具能够度量出它所要测量的东西或达到某种目的的程度。n内部效度：研究的自变量与因变量之间存在一定关系的明确程度。n构思效度：理论构思的合理性及其转换为操作定义的恰当程度，即理论构思及其转换的有效性。n统计结论效度：检验研究结果的数据分析程序和方法的有效性的指标。n外部效度：研究结果能够一般化和普遍化到样本来自的总体和其他变量条件、时间和背景中去的程度。实验研究中的效度效度：一个测量工具能够度量出它所要测量的东西影响内部效度的因素影响内部效度的因素n历史因素o前摄历史因素对被试随机化o后摄历史因素恒定其他事件n选择因素被试随机化n成熟因素被试选择分组尽可能随机化，并设立对照组n研究被试的更换和淘汰保持被试稳定一致n测量手段设立无事前测定组n统计回归效应把极端分数者单独分成对照组和实验组n实验处理和程序n多种研究条件和因素的交互作用影响内部效度的因素历史因素影响构思效度的因素影响构思效度的因素n对于研究构思的解释n单一方法的偏向n单一操作的偏向n实验者期望和被试猜测n构思水平之间的混淆n不同实验处理的交互作用影响构思效度的因素对于研究构思的解释统计结论效度统计结论效度o统计结论效度的条件n数据的质量n统计检验的假设o影响统计结论效度的因素n统计功效低n违反统计检验的假设n测量信度低n实验处理实施的可靠性（标准化）o被试的随机异质性（采用被试内设计或相对同质的被试）统计结论效度统计结论效度的条件外部效度o总体效度：研究结果能够适用于被试所来自的总体的程度与能力o生态效度：研究结果能够概括化和适用于其他研究条件和情景的程度和能力o影响外部效度的因素n自变量和因变量的定义和测试方式n对测量的敏感化n多重实验的干扰n实验者效应n研究与实际情景的相似性n被试选择和实验处理的交互作用外部效度总体效度：研究结果能够适用于被试所来自的总体的程度与结语:总体影响研究效度的因素o与被试有关的因素与被试有关的因素o测量与具体研究方法方面的因素测量与具体研究方法方面的因素o研究构思与程序设计因素研究构思与程序设计因素o实验条件与不同因素的交互作用实验条件与不同因素的交互作用 结语:总体影响研究效度的因素国庆节快乐！