1、第七章第七章 實驗法實驗法 體育科學研究方法編寫組 科學的真理不應該在古代圣人的蒙著灰塵的書 上去找，而應該在實驗中和以實驗為基礎的理論中 去找。 （意大利）伽利略 學習目標學習目標 1.了解實驗法的基本特點。 2.熟悉實驗設計的基本內容。 3.掌握實驗設計的基本原則。 4.了解控制實驗內部效度的常見方法。 5.學會常見的實驗設計方法。 目目 錄錄 第一節第一節實驗法概述實驗法概述 第二節第二節 實驗研究的程序實驗研究的程序 第三節第三節 實驗研究計劃的基本內容實驗研究計劃的基本內容 第四節第四節 實驗設計的原則實驗設計的原則 第五節第五節 實驗的效度實驗的效度 第六節第六節 常用的實驗設計方

2、法常用的實驗設計方法 第一節第一節 實驗法概述實驗法概述 實驗法 實驗法是指研究者按照研究目的，充分是指研究者按照研究目的，充分 地控制實驗的環境，創設一定的實驗條件，地控制實驗的環境，創設一定的實驗條件， 科學地選擇實驗對象，以確立自變量與因變科學地選擇實驗對象，以確立自變量與因變 量（反應變量）之間的因果關系的一種研究量（反應變量）之間的因果關系的一種研究 方法。方法。 一、實驗的基本要素與實驗的基本條件一、實驗的基本要素與實驗的基本條件 自變量（實驗處理） 實驗對象（被試） 因變量（觀測指標） （一）實驗的基本要素（一）實驗的基本要素 1.1.自變量自變量 （1 1）多數自變量是可以被研

3、究者操縱多數自變量是可以被研究者操縱的；的； （2 2）自變量的變化主要有以下幾種方式：自變量的變化主要有以下幾種方式： 不同種類的自變量，如運動與營養補劑； 某種自變量的出現與不出現， 如采用有氧運 動模型和不運動； 同一種自變量的不同水平。 （3 3）實驗自變量的水平或類型有時被稱為實驗處理實驗自變量的水平或類型有時被稱為實驗處理。 表表7-1 7-1 實驗處理舉例實驗處理舉例 實驗變量實驗變量可能的水平可能的水平 動物的服藥量動物的服藥量 5g 10g 15g 體育教學的教學方法體育教學的教學方法 分組教學 集體教學 個別化教學 訓練時間（每天）訓練時間（每天） 15分鐘 30分鐘 60

4、分鐘 治療類型治療類型 只用藥物 只鍛煉 藥物和鍛煉混合 2.2.實驗對象實驗對象 （1 1）實驗對象是）實驗對象是研究者設計研究者設計的的實驗處理的對象、實驗處理的對象、 應用范圍等應用范圍等。 （2 2）研究者操縱和控制自變量是通過對實驗對象研究者操縱和控制自變量是通過對實驗對象 進行實驗處理實現的。進行實驗處理實現的。 （3 3）實驗對象是接受實驗處理的參與者，通常稱實驗對象是接受實驗處理的參與者，通常稱 之為被試。之為被試。 3.3.因變量因變量 （1 1）研究所測量的變量就是因變量。研究所測量的變量就是因變量。 因變量是由自變量引起變化的變量，所以自變 量也被稱作原因變量，因變量則被

5、稱為結果變量。 實驗研究的中心目標是探討變量之間的因果關 系，其基本內同是考察自變量對因變量的影響，即 考察實驗處理因素對因變量的影響。 （2 2）在明確因變量的過程中，需要對因變量進行界在明確因變量的過程中，需要對因變量進行界 定，即給因變量下操作性定義，把抽象的變量轉化定，即給因變量下操作性定義，把抽象的變量轉化 為可觀察的、可度量的觀測指標。為可觀察的、可度量的觀測指標。 正式的實驗包括兩個基本條件：正式的實驗包括兩個基本條件： 第一第一，要使自變量產生變化。 第二第二，要有比較，通過比較自變量變化而產生的不 同實驗效應來驗證實驗假設。 組間比較組間比較指實驗組和對照組之間的比較方式。

6、組內比較組內比較指每個或每組被試都接受所有的實驗處理后，對同一個或同 一組被試不同實驗處理的效果之間進行比較。 自身前后比較自身前后比較則是比較實驗組實驗處理前和實驗處理結束后的數據。 （二）實驗的基本條件（二）實驗的基本條件 二、實驗法的類型二、實驗法的類型 （一）實驗室實驗法與現場實驗法（一）實驗室實驗法與現場實驗法 實驗室實驗法實驗室實驗法是指僅限于在實驗室內進行的實驗 方法。 運動現場實驗法運動現場實驗法是指直接在運動教學、訓練場地 進行的實驗方法。 （二）定性實驗法與定量實驗法（二）定性實驗法與定量實驗法 定性實驗法定性實驗法是指通過實驗，根據事物的某些特征 因素，判定事物的全部或部

7、分屬性的實驗方法。 定量實驗法定量實驗法是指通過實驗，以量化指標反映事物 變化的根本特征，并進而發現事物內在規律的實驗 方法。 （三）基礎研究實驗法和應用實驗法（三）基礎研究實驗法和應用實驗法 基礎研究實驗法基礎研究實驗法是指專門研究體育運動中基本理論問 題的實驗方法。 應用研究實驗法應用研究實驗法是指有針對性地解決體育運動中當前 存在問題的實驗方法。 （四）單組實驗法、對照組實驗法和多組實驗法（四）單組實驗法、對照組實驗法和多組實驗法 按照組織形式不同，實驗法可分為單組實驗法單組實驗法、對照對照 組實驗法組實驗法和多組實驗法多組實驗法。 第二節第二節 實驗研究的程序實驗研究的程序 實驗準備

8、實驗資料 處理 實驗實施 實驗研究可分為：實驗研究可分為： 一、實驗準備階段一、實驗準備階段 1.根據研究目的確定研究問題。 2.研究問題的確定是在分析總結前人或別人在已 取得的成果和尚未解決的問題的基礎上，找出所 要探索的研究課題的關鍵所在，或在實際研究工 作中發現問題，查閱有關文獻，建立假說。 3.研究問題是自變量和因變量因果關系假設的體 現。 （一）明確研究目的，提出研究問題和研究假說（一）明確研究目的，提出研究問題和研究假說 （二）制訂研究計劃（二）制訂研究計劃 為了利用有限的條件得到明確可靠的科學結論， 在研究之前，應針對研究目的、內容、方法、觀察指 標等進行深入的研究和思考，制訂切

9、實可行的計劃， 指導實驗的開展。 （三）建方法和建模（三）建方法和建模 建方法與建模（復制動物模型）是進行正式實驗 前的重要一步，是準備物質條件、建立主要實驗技術 和復制有關動物模型的階段。通過這一階段，對該研 究的實驗對象（被試）、自變量（實驗處理）和因變 量（觀測指標）有一個基本的了解。 二、實驗實施階段二、實驗實施階段 （一）預實驗（一）預實驗 1.預實驗的主要作用： 通過小規模實驗，估計假說成立與否及其可能性大小，樣 本量大小，估計實驗結束時間的長短，對原始假說、實驗方法 和技術操作進行必要的修改，如修正實驗對象的數量，改進實 驗方法和指標，調整處理因素的強度或量等，完善實驗設計， 為

10、正式實驗做好準備。 2.預實驗不僅是對原始假說作初步探索和進行 非正式驗證，還是對初步確定采取怎么樣的實 驗方法和操作步驟進行學習。 （二）正式實驗（二）正式實驗 正式實驗通常是在預實驗的基礎上，盡可能消 除無關因素的影響，按照研究計劃按部就班、一絲 不茍地進行觀察和記錄，積累實驗數據，對研究假 說做出肯定或否定的判斷。正式實驗不僅要按照研 究計劃和研究假說設定的觀察內容和指標進行觀察， 同時對可能出現的預期之外的現象進行自發性、有 效的觀察。 三、實驗資料處理階段三、實驗資料處理階段 （一）整理、分析實驗資料（一）整理、分析實驗資料 （二）撰寫實驗研究論文（二）撰寫實驗研究論文 （三）評價實

11、驗研究成果（三）評價實驗研究成果 第三節第三節 實驗研究計劃的基本內容實驗研究計劃的基本內容 一、明確研究目的一、明確研究目的 （一）（一）明確研究目的是進行研究的前提，因為實驗對象、研明確研究目的是進行研究的前提，因為實驗對象、研 究范圍、觀察指標等都是由研究目的來確定的。究范圍、觀察指標等都是由研究目的來確定的。 （二）（二）對于一項具體的實驗研究來說，應該有明確而具體的對于一項具體的實驗研究來說，應該有明確而具體的 研究目的：主攻方向是什么，近期目標、遠期目標是什么，研究目的：主攻方向是什么，近期目標、遠期目標是什么， 本研究要解決什么問題，得到何種預期結果，本研究的創新本研究要解決什么

12、問題，得到何種預期結果，本研究的創新 是什么。是什么。 （三）（三）一般來說，一項具體的實驗研究，只能解決一兩個問一般來說，一項具體的實驗研究，只能解決一兩個問 題，不要涉及問題太多，避免貪大求全，影響工作質量。題，不要涉及問題太多，避免貪大求全，影響工作質量。 （一）選擇實驗對象（一）選擇實驗對象 實驗對象由研究目的和方法來確定，大致可分 為人人和動物動物。 二、確定實驗對象二、確定實驗對象 1. 1.以人為實驗對象以人為實驗對象 （1）需要明確納入標準，即實驗對象的具體條件和 要求。 （2）同時明確規定不適宜做實驗對象的排除標準。 （3）不能妨礙實驗對象的正常活動。 （4）實驗要符合當地的

13、法律規范和人文道德標準。 2.2.以動物為實驗對象以動物為實驗對象 選擇實驗動物的一般原則主要有以下幾條：選擇實驗動物的一般原則主要有以下幾條： （1 1）盡量選擇功能、代謝、結構及疾病性質與人類相似的）盡量選擇功能、代謝、結構及疾病性質與人類相似的 動物。動物。 （2 2）根據實驗動物不同品種、品系的特點選擇動物。）根據實驗動物不同品種、品系的特點選擇動物。 （3 3）根據對實驗質量的要求擇標準化的實驗動物。）根據對實驗質量的要求擇標準化的實驗動物。 （4 4）選擇、飼養實驗動物時應考慮動物的年齡、體重、性）選擇、飼養實驗動物時應考慮動物的年齡、體重、性 別、生理狀態、健康狀況及實驗動物的生

14、活環境等可能影別、生理狀態、健康狀況及實驗動物的生活環境等可能影 響實驗結果的因素。響實驗結果的因素。 （5 5）善待實驗動物，遵守）善待實驗動物，遵守3R3R原則（原則（ReductionReduction減少、減少、 ReplacementReplacement替代、替代、RefinementRefinement優化）優化）。 （二）獲得實驗對象知情同意（二）獲得實驗對象知情同意 任何涉及到人的研究都必須事先征得實驗對象 或其監護人的書面或口頭同意后才能進行，并且 應該說明用什么方法獲得實驗對象的知情同意。 （三）確定樣本量大小（三）確定樣本量大小 1.樣本量大小取決于： 處理效果處理效果

15、：指標越靈敏，實驗處理效果越明顯所需樣本量越小。 系統誤差系統誤差：系統誤差越小所需樣本量越小。 同質性同質性：樣本的個體間差異越小，所需樣本量就越小。 資料性質資料性質：計數資料樣本量要大一些，計量資料則樣本量要小一 些。 2.具體的樣本量大小并沒有明確規定。實踐中，樣本 量的估算可以根據文獻報告或相關統計書上的公式進 行計算。 3.一般來說，研究所用的樣本量需要在估算好的樣本 量的基礎上少量增加一些，防止研究過程中可能出現 樣本丟失而造成樣本量不足。 （四四）明確實驗對象代表的總體）明確實驗對象代表的總體 1.1.實驗對象要代表研究總體。實驗對象要代表研究總體。 絕大多數實驗研究是通過樣本

16、推斷總體，即從 眾多實驗對象的總體中抽取部分單位作為樣本進行 觀察研究，進而說明總體情況。這些樣本是實驗的 具體參加者、被試，通過被試得到的實驗結果，其 外推程度同樣本特征與總體特征的相似程度有關。 2.隨機抽樣是保證樣本代表總體的一種重要的方 法，也是提高實驗外部效度的一種重要方法。為 了保證組間均衡性，在分組時實驗對象也要進行 隨機分配。所以在設計時，需要說明實驗的抽樣 方案和分組方案。 三、確定實驗處理因素（自變量）三、確定實驗處理因素（自變量） （一）（一）實驗處理因素是研究者依據實驗的目的，選擇并施加于實驗處理因素是研究者依據實驗的目的，選擇并施加于 被試，并使其發生變化的作用突出的

17、刺激因素，是實驗前實驗被試，并使其發生變化的作用突出的刺激因素，是實驗前實驗 對象所不具備的某些內容、結構等因素。對象所不具備的某些內容、結構等因素。 （二）（二）實驗處理因素可以是一個自變量不同的水平（單因素），實驗處理因素可以是一個自變量不同的水平（單因素）， 也可以是多個自變量（多因素）。也可以是多個自變量（多因素）。 （三）（三）將實驗處理因素具體化，即明確規定和設計處理因素的將實驗處理因素具體化，即明確規定和設計處理因素的 內容范圍、結構、強度、施加時間、施加程序、操作方法等，內容范圍、結構、強度、施加時間、施加程序、操作方法等， 并力求使其規范化、標準化，具有穩定性、客觀性和可操作

18、性，并力求使其規范化、標準化，具有穩定性、客觀性和可操作性， 從而保證實驗的可行性和有連續穩定的實驗效應。從而保證實驗的可行性和有連續穩定的實驗效應。 四、確定觀測指標（因變量）四、確定觀測指標（因變量） （一）（一）指標是在實驗觀察中用來反映實驗對象中某些指標是在實驗觀察中用來反映實驗對象中某些 特征的、可被研究者或儀器感知的一種現象標志。特征的、可被研究者或儀器感知的一種現象標志。 （二）（二）指標可分為計數指標和計量指標，或主觀指標指標可分為計數指標和計量指標，或主觀指標 與客觀指標等。與客觀指標等。 （三）（三）選擇觀測指標的基本條件選擇觀測指標的基本條件: : 1.準確性和精確性 2

19、.特異性和靈敏性 3.客觀性和標準化 4.可行性、代表性和認可性 （四）（四）確定指標觀測的方法、所需儀器、試劑或工具確定指標觀測的方法、所需儀器、試劑或工具 。 五、確定統計方法五、確定統計方法 在研究設計中要考慮好最后用什么方法進行統 計分析。因為研究內容、觀察指標、資料收集方式 等均與統計方法密切相關。根據統計方法要求有目 的地收集數據，又可對收集資料的方法及內容提出 進一步的要求。 六、擬定研究記錄六、擬定研究記錄 原始記錄必須寫明實驗題目、實驗對象、實驗 方法、實驗條件、實驗操作者、實驗日期，記錄好 觀察測量的結果和數據，把實驗中的原始資料或數 據完整地收集下來，圖形、圖片一定要整理

20、保存。 規定填寫的項目要及時、完整、整潔、準確地填寫 好，嚴禁撕頁或涂改，并保存好。 七、誤差的控制與組織實施的設計七、誤差的控制與組織實施的設計 （一）控制誤差（一）控制誤差 1.1.誤差來源誤差來源 誤差誤差是指研究觀察結果與真實情況之間的差異，即樣 本統計量與總體相應參數間的差異，包括隨機誤差和系統 誤差 （1 1）隨機誤差隨機誤差指由于多種無法控制及不能預料的因素引起 的一類表現不恒定、隨機變化的誤差，包括隨機測量誤差 和抽樣誤差。 （2 2）系統誤差）系統誤差是在重復性條件下，對同一被測量進行無限 多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。包括儀 器誤差、方法誤差、操作誤差、試劑誤

21、差和心理偏差等。 2.2.誤差控制誤差控制 減少誤差減少誤差的主要方法：的主要方法： （1）可采用標準化措施（使實驗儀器、實驗步驟、 操作規程等諸多因素標準化和規范化）； （2）可采用均衡性措施（使非特異因素、外附因素 等盡可能均勻分配到不同的樣本，使組間齊同）； （3）可采用分層化措施。 （二）確定研究時間（二）確定研究時間 1.研究時間包括研究期限和具體實驗時間的 安排。 2.研究期限應根據研究需要等確定。 3.研究的具體時間安排指研究的時間進度， 主要依據研究要求、內容、及主客觀條件來 確定。 4.研究時間的確定，一定要留有余地，以防 意料不到的情況出現。 （三）做好組織工作（三）做好組

22、織工作 在研究設計時，必須思考整個實驗的組織工作， 如經費預算、研究人員分工、實驗物質條件準備（如 安排實驗室或訓練場地器械、實驗對象及實驗儀器等 現實問題）等。經費預算包括購置必要的儀器設備、 消耗用品（動物、試劑等）、交通等后勤開支、實驗 對象補貼等，要依據財力安排研究工作。 第四節第四節 實驗設計的原則實驗設計的原則 一、對照原則一、對照原則 通過對照，可以消除非處理因素的影響，找出綜 合因素的主要矛盾，驗證實驗方法的可靠性。常用的 對照方式可分為： 1.空白對照 對照組不施加任何處理因素。如觀察運動對心 血管的影響，實驗組采用某種運動模式，而空白對照 組不運動。 2.假處理對照（實驗對

23、照） （1 1）對照組不進行實驗特定的處理，其他處理相同。對照組不進行實驗特定的處理，其他處理相同。 如賴氨酸添加實驗中，實驗組給予添加賴氨酸的面 包，而對照組為不加賴氨酸的面包。當處理因素的時間 需伴隨其他因素時（如面包、注射），若這些因素有可 能影響實驗結果，應設立假處理對照，以保證組間的均 衡性。類似的假處理還有假照射、假手術等。 （2 2）安慰劑對照也是一種假處理對照，即對照組采用安慰劑對照也是一種假處理對照，即對照組采用 一種無藥理作用、無害的安慰劑的對照。一種無藥理作用、無害的安慰劑的對照。 安慰劑在外形、顏色、劑量和處置上均與實驗藥物 相近，但不含任何有效成分。安慰劑對照有助于避

24、免對 照組和實驗組產生不同的心理作用，影響實驗結果。 3.自身對照 對照與處理在同一受試對象中進行，比較受試對 象接受處理因素前、后觀察指標的差別。 4.相互對照 幾種處理（或水平）互為對照。如采用不同強度 的運動方案的組別之間互為對照。 5.歷史對照 用以往的研究結果或歷史文獻資料為對照。 二、隨機化原則二、隨機化原則 隨機化是指總體中每一個體都有同等的機會被 抽取作為受試對象，或每一受試對象有同等機會被 分配到不同處理組。即從制取樣本、實驗分組到實 驗過程中的操作程序都要具有隨機性，其目的是為 了使總體中的每個單位都具有同等被抽取的機會， 從而保證樣本對總體有較好的代表性，避免人為造 成各

25、組之間的非均衡性。 三、重復原則三、重復原則 1.每一實驗應有足夠的數量的樣本例數或重復 次數（重復實驗、重復測量和重復取樣）； 2.最重要的具體實施是確定樣本量； 3.樣本量過小或過大都不合適； 4.實驗設計就是要做實驗的重復次數減少到不 影響實驗結果的最小限度。 四、盲法原則四、盲法原則 所謂盲法原則，就是“不知道”原則。盲法包括 單盲單盲、雙盲雙盲和三盲三盲，其中使用較多的盲法是單盲和雙 盲。 1.1.單盲單盲 單盲指研究者知道分組情況，而被試不知道自己 屬于實驗組還是對照組。單盲法可以控制被試期待心理 對實驗結果產生影響。 2.2.雙盲雙盲 雙盲指研究者和被試都不知道哪個是實驗組，哪

26、個是對照組，需要第三方來負責安排、控制整個實驗。 雙盲法可以控制研究者和被試主觀偏向所帶來的誤差。 五、齊同原則五、齊同原則 齊同是指除處理因素外，不同比較組實驗對象的 其他因素或條件相同，即組間要有良好的可比性。 齊同包括以下幾個方面齊同包括以下幾個方面： 1.各組被試的條件應相同 2.對實驗效應的觀察方式要相同 3.其他對研究效應有影響的因素也應相同 第五節第五節 實驗的效度實驗的效度 一、內部效度一、內部效度 內部效度是指實驗中的自變量與因變量之 間的因果關系的明確程度，即實驗研究的有效 性，如結果的可信度、真實性和有效性等。 1.1.被試特征被試特征 2.2.被試缺失被試缺失 7.7.

27、突發事件突發事件3.3.被試環境被試環境 6.6.前測效應前測效應 5.5.數據采集者數據采集者 4.4.被試態度被試態度 （一）影響內部效度的主要因素 8.8.生長發育生長發育 （二）控制影響內部效度因素的方法 控制影響內部效度因素就是對無關變量進行控制。控制影響內部效度因素就是對無關變量進行控制。 在研究中，除了實驗處理外，還混雜著其他變量的干擾，在研究中，除了實驗處理外，還混雜著其他變量的干擾， 這些變量的存在影響了實驗的內部效度，這些變量通稱這些變量的存在影響了實驗的內部效度，這些變量通稱 為無關變量。為無關變量。 自變量 無關變量 因變量 原因結果 u 控制無關變量主要有以下的幾種基

28、本方法：控制無關變量主要有以下的幾種基本方法： 1.1.對實驗條件進行標準化對實驗條件進行標準化 如保證實驗處理的方式、收集數據的方式規范化、標 準化、恒定性等。 2.2.收集更多有關被試的信息收集更多有關被試的信息 即得到充分的與實驗相關的被試特征的信息，并在分 析和解釋結果時運用這些信息。 3.3.收集更多有關研究細節的信息收集更多有關研究細節的信息 即研究在哪里和何時進行的、所發生的無關事件等。 4.4.選擇一種適當的實驗設計選擇一種適當的實驗設計 合適的實驗設計可以在很大程度上控制這些影響內部 效度的因素。 二、外部效度二、外部效度 實驗的外部效度是指研究結果能夠推廣到樣本所來自 的總

29、體和推廣到其它的總體中的程度，即研究結果和變 量條件、時間和背景的代表性和普遍適用性。外部效度 可以分為總體效度總體效度和生態效度生態效度兩類。 l影響外部效度的因素主要有以下幾種：影響外部效度的因素主要有以下幾種： 1. 1.前測效應前測效應 2. 2.被試選擇被試選擇 3. 3.實驗情境實驗情境 三、結構效度三、結構效度 結構效度是指關于關系變量及變量之間關系構想的結構效度是指關于關系變量及變量之間關系構想的 準確性，以及實驗變量在實驗時的操作定義與推理時的準確性，以及實驗變量在實驗時的操作定義與推理時的 定義的一致性程度。提高結構效度需要對實驗中的自變定義的一致性程度。提高結構效度需要對

30、實驗中的自變 量和因變量進行定義以及在實驗設計中說明的這些變量量和因變量進行定義以及在實驗設計中說明的這些變量 是如何被操控的。是如何被操控的。 l 影響結構效度的因素主要有以下幾種：影響結構效度的因素主要有以下幾種： 1.1.對自變量或因變量定義不充分對自變量或因變量定義不充分 2.2.混淆結構和結構的水平混淆結構和結構的水平 3.3.單一方法偏差單一方法偏差 四、統計結論效度四、統計結論效度 統計結論效度是指做出實驗組和控制組之間存在統統計結論效度是指做出實驗組和控制組之間存在統 計上的顯著差異的結論的效度。如果統計結論錯誤，就計上的顯著差異的結論的效度。如果統計結論錯誤，就 會對自變量是

31、否影響因變量做出錯誤的結論。會對自變量是否影響因變量做出錯誤的結論。 l 影響統計結論效度的因素主要有以下幾種：影響統計結論效度的因素主要有以下幾種： 1.1.樣本量過小樣本量過小 2.2.違反統計假設違反統計假設 3.3.偶然發現和錯誤率問題偶然發現和錯誤率問題 4.4.測量的信、效度測量的信、效度 第六節第六節 常用的實驗設計方法常用的實驗設計方法 一、弱實驗設計一、弱實驗設計 弱實驗設計，又被稱作非實驗設計，是因為 這類設計沒有對影響內部效度的無關因素進行內 在控制。除了自變量外，有很多因素可以影響到 結果，所以很難對自變量的效果做出評價。但弱 實驗設計可以使研究者對變量之間存在的相關關

32、 系作出因果關系的假設，為后續的真實驗提供必 要的補充。 （一）單組后測設計（一）單組后測設計 單組被試單組被試X XO O后 后 對觀測指標在實施處理因素前進行觀察和測量，此為前測； 對觀測指標在實施處理因素前進行觀察和測量，此為前測； 對觀測指標在實驗處理結束時進行觀察和測量，此為后測。這對觀測指標在實驗處理結束時進行觀察和測量，此為后測。這 種設計最明顯的弱點是它缺乏任何控制，研究者無法知道所獲種設計最明顯的弱點是它缺乏任何控制，研究者無法知道所獲 得的結果有沒有產生變化，也無法知道這個結果是由實驗處理得的結果有沒有產生變化，也無法知道這個結果是由實驗處理 所導致的，還是其他因素導致的。

33、所導致的，還是其他因素導致的。 只有一組接受一種實驗處理，并對因變量進行后測。我們 用X代表某種實驗處理，O代表測試結果（后同），這種設計如 表7-2所示： 表表7-2 7-2 單組后測設計單組后測設計 （二）單組前后測設計（二）單組前后測設計 單組前后測設計中，單組被試在實驗處理前和實驗處理后都 接受觀察或測量。這種設計如表7-3所示： 單組被試單組被試O O前 前 X XO O后 后 表表7-3 7-3 單組前后測設計單組前后測設計 這這種設計要優于單組后測設計，研究者至少知道因變量是否種設計要優于單組后測設計，研究者至少知道因變量是否 發生了變化，但仍有無關因素沒有得到控制。研究者無法知

34、道前發生了變化，但仍有無關因素沒有得到控制。研究者無法知道前 后測之間的差異是實驗處理導致的，還是其他因素造成的。后測之間的差異是實驗處理導致的，還是其他因素造成的。 （三）固定組比較設計（三）固定組比較設計 固定組設計就是使用兩個已經存在或自然形成的組，如固定 組是已經存在的兩個班級。其中一個組不接受實驗處理，作為對 照組，另一個接受實驗處理，作為實驗組。這樣就矯正了單組設 計中實驗結果的差異是來自于實驗處理還是無關因素的問題。這 種設計如表7-4所示： 固定組固定組1 1X X O O后 后 固定組固定組2 2 O O后 后 表表7-4 7-4 固定組比較設計固定組比較設計 由于被比較的兩

35、個組是已經存在的，也就是說，被試不是由于被比較的兩個組是已經存在的，也就是說，被試不是 被隨機分配到這兩個組中去的，那么實驗結果會受到這兩個組被隨機分配到這兩個組中去的，那么實驗結果會受到這兩個組 不同的被試特征的影響，而且，也比較容易受到被試流失因素不同的被試特征的影響，而且，也比較容易受到被試流失因素 和被試環境因素的影響。和被試環境因素的影響。 （四）固定組前后測設計（四）固定組前后測設計 固定組前后測設計對兩個固定組都要進行前測和后測。這種 設計如表7-5所示： 固定組固定組1 1 （實驗組）（實驗組） O O前 前X X O O后 后 固定組固定組2 2 （對照組）（對照組） O O

36、前 前 O O后 后 表表7-5 7-5 固定組前后測設計固定組前后測設計 在進行分析時，用后測減去前測得到的差（即獲得量在進行分析時，用后測減去前測得到的差（即獲得量 或改變量）作為分析數據，比較兩個固定組差值之間是或改變量）作為分析數據，比較兩個固定組差值之間是 否不同。這種分析雖然對被試特征因素進行了一定的控否不同。這種分析雖然對被試特征因素進行了一定的控 制，因為分析的是被試自身的改變，但是仍然不能完全制，因為分析的是被試自身的改變，但是仍然不能完全 排除被試特征因素的影響，因為這種改變量可能與初始排除被試特征因素的影響，因為這種改變量可能與初始 情況（前測）有關，可能出現好的更好（或

37、差的更差）情況（前測）有關，可能出現好的更好（或差的更差） 的情況。為了優化這個設計，可以利用前測來進行組的的情況。為了優化這個設計，可以利用前測來進行組的 配對，這種設計就變成配對前后測對照組設計（準實驗配對，這種設計就變成配對前后測對照組設計（準實驗 設計有介紹）。設計有介紹）。 二、真實驗設計二、真實驗設計 真實驗設計最重要的是遵循隨機化原則，隨 真實驗設計最重要的是遵循隨機化原則，隨 機原則是實現不同組間齊同的必須措施，能有效機原則是實現不同組間齊同的必須措施，能有效 地控制被試特征因素對內部效度的影響。地控制被試特征因素對內部效度的影響。 （一）隨機化分組（一）隨機化分組 1.1.完

38、全隨機化完全隨機化 實踐中常用的完全隨機化方法有抽簽法、隨機數表法、隨機 排列表法、計算機隨機法等。 l下面介紹一種完全隨機化方法下面介紹一種完全隨機化方法隨機數表法隨機數表法 隨機數表法可將實驗對象按一定的順序（如身高、體重等） 排隊編號，然后在隨機表上隨機選擇起點，根據實驗對象的數量 具體要求，將此隨機數字自左向右依次讀取，最后把隨機數字為 奇數的實驗對象分為一組，偶數的分為另一組。若兩組的實驗對 象不相等，則可再次使用隨機數字表分配，直到兩組的實驗對象 數相等為止。 l隨機數表法舉例隨機數表法舉例 例如，試把體重在一定范圍內的例如，試把體重在一定范圍內的2020名被試用隨機數表法分成甲、

39、名被試用隨機數表法分成甲、 乙兩組。乙兩組。 首先稱量被試體重，然后按體重編為1-20號。 然后在隨機數目表中任一數字開始，如自第3行第6列的數字 56開始自左向右取20個數目，按編號和隨機數目表上查得的20個 數目對應排列，并令隨機數目屬于單數的歸于甲組，屬于雙數的 歸于乙組，結果如表7-6所示： 甲組甲組4 4、5 5、8 8、1010、1111、1212、1515、17178 8名名 乙組乙組1 1、2 2、3 3、6 6、7 7、9 9、1313、1414、1616、1818、1919、20201212名名 表表7-6 7-6 完全隨機分組結果完全隨機分組結果1 1 為使兩組被試相等，

40、須把乙組中的2名用隨機法改為甲組。 可接著使用前面用過的隨機數目，按順序在第4行第1列開始查找 第21和22位數字為12和56，為使乙組中12名被試都有改為甲組的 機會，故用12除12得余數為0，因為沒有0號，故后推一個數字為 56和85，用12除56得余數8，則應將乙組中第8名被試改為甲組， 12除85得余數為1，則應將乙組中第1名被試改為甲組。 隨機數表法使被試完全有均等的機會被分配到各組而不受任 何固定因素的影響，但分配的結果，各組數目常不相等，而需要 經過調整，平均體重亦有一定差別。 還有一種簡單的隨機數表分配方法，就是從在隨機數目表中 任一數字開始取數，大于20的舍去，這樣取到一個隨

41、機序列的 120的數字，與編號的被試一一對應，然后單號歸于甲組，雙 號歸于乙組。分配情況見表7-7： 被被試試 編號編號 1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010 1111 1212 1313 1414 1515 1616 1717 1818 1919 2020 隨機隨機 數字數字 0707 1313 1414 1010 1212 0505 0303 0909 0606 1818 0101 1616 1717 2020 0404 1111 1919 1515 0808 0202 組別組別甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 乙乙 甲甲 甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 甲甲 乙乙 甲甲 乙乙 乙

42、乙 甲甲 甲甲 甲甲 乙乙 乙乙 表表7-7 7-7 完全隨機分組結果完全隨機分組結果2 2 確定哪一組為實驗組、哪一組為對照組也需要用完全隨機化 方法，如抽簽法。 2.2.配伍組隨機化（區組隨機化）配伍組隨機化（區組隨機化） （1 1）配伍組隨機化也叫做區組隨機化，是將被試按照一定 條件劃分為配伍組或區組，再將每一配伍組（區組）的各被試隨 機分配到各個處理組去。每個配伍組（區組）的例數等于處理組 個數。劃分配伍組（區組）的條件是影響實驗效應的非處理因素。 （2 2）這種設計的優點是能縮小受試對象間的個體差異，可 提高各處理組間的均衡性，從而減少實驗誤差，提高實驗效率。 因此，配伍組設計主要應

43、用于被試個體差異較大（如年齡、體重 等差異較大）、個體因素對實驗效應有明顯影響、被試的選取條 件未控制。例如，動物實驗里，常按月齡、性別體重等條件進行 劃分配伍組（區組）；在人群實驗中，常根據性別、年齡、生活 或工作條件等劃分配伍組（區組）。 例如，將例如，將1818個被試用配伍組法分配到個被試用配伍組法分配到A A、B B、C C 三個組。三個組。 先把18個被試按條件每三個編為一個配伍組，并編號， 13為第一配伍組，46為第二配伍組，以此類推。查隨機數表 ，隨機指定6行，每行只取隨機數1-3，其余舍掉，依次標在各配 伍組被試編號下。預先規定隨機數字為1歸入A組，為2歸入B組， 為3歸入C組

44、。分配結果如表7-8所示： 被試編號被試編號1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212121214141515161617171818 隨機數字隨機數字1 12 23 32 23 31 13 31 12 23 31 12 22 21 13 33 32 21 1 組別組別A AB BC CB BC CA AC CA AB BC CA AB BB BA AC CC CB BA A 配對設計是最簡單的配伍組法設計。 表表7-8 7-8 配伍組隨機化分組配伍組隨機化分組 3.3.其他隨機化分組其他隨機化分組 （1 1）分段（或分層）隨機化法。）分段（或分層）隨機化法

45、。 分段（或分層）隨機化法是按實驗對象特征，即可能產生 混雜作用的某些因素（如年齡、性別、種族、文化程度、居住 條件等）先進行分層，然后在每層內隨機地分組，最后把實驗 對象分別合并為實驗組和對照組。 （2 2）分層區組隨機化法。）分層區組隨機化法。 分層區組隨機化法是區組隨機化法和分層隨機化法相結合 的一種方法。 （3 3）動態隨機化法）動態隨機化法。 動態隨機化法指在分組過程中被試分到各組的概率不是固 定不變的，而是根據一定的條件進行調整的方法。 （二）單因素實驗設計（二）單因素實驗設計 1.單因素設計指實驗中只操縱一個自變量（可為多個不 同水平）的設計，其他實驗因素保持不變，從而研究 該實

46、驗因素（自變量）與實驗結果（因變量）之間關 系的方法。 2.真實驗的單因素設計中，實驗組和對照組都是隨機分 配被試的方式進行分組。各個處理組樣本例數可以相 等，也可以不等，可進行兩組或多組設計。 1.1.隨機后測對照組設計三級標題隨機后測對照組設計三級標題 例如，例如，欲研究某個運動方案對糖尿病小鼠的療效，以血糖作為 實驗效應的觀測指標，被試糖尿病小白鼠已用完全隨機法分成 甲、乙兩組，試用后測對照組進行實驗設計。 乙組（實驗組）乙組（實驗組）X XO O后 后 甲組（對照組）甲組（對照組） O O后后 表表7-97-9隨機后測對照組設計隨機后測對照組設計 這種設計，通過隨機分配，很好地控制了被

47、試特征等可能影響實這種設計，通過隨機分配，很好地控制了被試特征等可能影響實 驗結果的因素，但還有一些可能影響內部效度的因素沒有得到控制驗結果的因素，但還有一些可能影響內部效度的因素沒有得到控制 ，如被試的流失，這可能導致兩個組的特征不再相似，而這又會相，如被試的流失，這可能導致兩個組的特征不再相似，而這又會相 應地影響實驗結果。同時，也可能存在實驗操作、突發事件等因素應地影響實驗結果。同時，也可能存在實驗操作、突發事件等因素 對實驗內部效度的影響。另外，由于實驗前沒有對兩組被試進行前對實驗內部效度的影響。另外，由于實驗前沒有對兩組被試進行前 測，無法表明隨機分配后，兩個組是否真的均衡。測，無法

48、表明隨機分配后，兩個組是否真的均衡。 2.2.隨機前后測對照組設計隨機前后測對照組設計 與隨機前測對照組設計相比，隨機前后測對照組設計使 用了前測，即實驗組和對照組在實施處理因素前都接受一次 測量，在實驗處理結束時都接受第二次測量，需注意兩組的 觀察和測量都要同時進行。仍使用上例，設計如表7-10所示： 乙組（實驗組）乙組（實驗組） O O前前 X X O O后后 甲組（對照組）甲組（對照組） O O前前 O O后后 表表7-10 7-10 隨機前后測對照組設計隨機前后測對照組設計 進行前測，可以使研究者檢查隨機分配是否成功地使兩個進行前測，可以使研究者檢查隨機分配是否成功地使兩個 組達到均衡

49、，特別是當每個組的被試比較少時，這個前測是非組達到均衡，特別是當每個組的被試比較少時，這個前測是非 常必要的。如果前測表明兩個組并不均衡，研究者需要采用配常必要的。如果前測表明兩個組并不均衡，研究者需要采用配 對技術等，使兩個組達到均衡后，再進行實驗處理。對技術等，使兩個組達到均衡后，再進行實驗處理。 3.3.隨機化所羅門四組設計隨機化所羅門四組設計 隨機前后測設計不足的是，前測與實驗處理之間可能產生交 互作用效應，就是說，實驗組可能從前測中受到影響，在后測中 比對照組表現更好（或更差）。隨機所羅門4組設計的目的就是 減少前測可能導致的影響。但缺點是被試要分為4個組，所需樣 本量增大，實驗工作

50、量增加一倍。這種設計如表7-11所示： 實驗組實驗組1 1O O前前X XO O后后 對照組對照組1 1O O前前 O O后后 實驗組實驗組2 2 X XO O后后 對照組對照組2 2 O O后后 表表7-11 7-11 隨機化所羅門四組設計隨機化所羅門四組設計 4.4.單因素隨機區組實驗設計單因素隨機區組實驗設計 在有些實驗中，各區組之間的差別對因變量有明顯的影響， 這個差別又不是研究者關注的內容，這時劃分區組后，各區組 被試不再隨機分配，而是作為一個整體，把區組劃分條件作為 一個協變量引入到實驗中，通過統計處理，消除協變量的影響。 由上可見，隨機區組實驗設計是在考察自變量影響效應的 實驗中

51、，考慮到一個額外變量的影響，將這個額外變量作為協 變量，對其在各種實驗處理條件下產生的影響進行平衡，同時 將該協變量引起的變異從誤差項中分離出來，以防止這些無關 變量降低實驗研究的內部效度。 例例：考察三個體育教學方案的優劣，試設計實驗。考察三個體育教學方案的優劣，試設計實驗。 處理因素體育教案有三個水平：X1、X2、X3。如果認為被試 體育成績的不同可能會引起因變量的變化，就可以將體育成績 作為協變量，這樣就可以形成一個區組實驗設計。隨機抽取同 質被試，按照體育成績分成三個區組，每個區組內再隨機分三 個小組，如表7-12所示： 區組區組X X1X X2X X3區組平均區組平均 優優O11O1

52、2O13O1 中中021O22O23O2 差差O31O32O33O3 結果結果OA1OA2OA3 表表7-12 7-12 單因素隨機區組設計單因素隨機區組設計 5.5.拉丁方實驗設計拉丁方實驗設計 拉丁方實驗設計是隨機區組設計的一種特殊排列，也可以平 衡無關變量。一般來說，區組實驗設計多用于平衡一個無關變量， 拉丁方實驗設計可以平衡兩個（或以上）無關變量。 依然用上例， 現在做進一步假設： 假如，被試來自不同的 班級也可能會引起因變量變化。這樣需要對班級這個無關變量進 行平衡處理，研究中采用班級和體育成績兩方面因素的平衡方法 安排實驗，構成了一個單因素的拉丁方實驗設計，設計模式如表 7-13所

53、示： 表表7-13 7-13 拉丁方實驗設計拉丁方實驗設計 區組區組班級班級1 1班級班級2 2班級班級3 3區組平均區組平均 優優X1X2X3O優 中中X2X3X1O中 差差X3X1X2O差 區組平均區組平均 O班1 O班2 O班3 （三）多因素實驗設計（三）多因素實驗設計 多因素設計指實驗中操縱2個或2個以上自變量（每個自變 量可包括多個不同水平）的設計。 真實驗的多因素設計，進行分組時也遵循隨機化原則。 多因素設計不僅可檢驗每個因素各水平的差異，而且可以 檢驗各因素間的交互作用。兩個或多個因素間如存在交互作 用，表示各因素不是各自獨立的，而是一個因素的水平有改 變時，另一個或幾個因素的效

54、應也相應有所改變；反之，如 不存在交互作用，則表示各因素具有獨立性，一個因素的水 平改變不影響其他因素的效應。 1.1.析因實驗設計析因實驗設計 例如例如，欲研究某個運動方案（一個自變量的兩個水平為 采用運動方案不運動）和某個營養方案（另一個自變量的兩 個水平為采用某營養方案和常規營養方案）對糖尿病小鼠的 療效，以血糖（因變量）作為觀測指標，被試為同質的糖尿 病小白鼠40只，試作出析因實驗設計。 首先首先，我們明確實驗處理因素組合的數量。實驗處理因 素的數量是因素個數與水平個數的乘積，本例中有兩個自變 量（2個因素），每個自變量有2個水平，因此有22共4個 組。 其次其次，把受試對象用隨機化技

55、術分組。本例被試可以隨 機分為4組。我們用X代表運動方案，用X代表營養方案實 驗設計，如表7-14所示： 表表7-14 7-14 析因實驗設計析因實驗設計 X X1 1X X2 2 XX1 1X X1 1+X+X1 1X X2 2+X+X1 1 XX2 2X X1 1+X+X2 2X X2 2+X+X2 2 2.2.裂區實驗設計裂區實驗設計 （1 1）完全隨機裂區實驗設計）完全隨機裂區實驗設計。 首先，要把兩個自變量分為一級處理因素和二級處理因素。 設計中應把主要分析的因素、實驗操作難度大、變異大的因素作 為一級處理因素。然后按一級處理因素的水平數進行完全隨機化 分組（裂區）。 其次，按照二級

56、處理因素的水平數把已分好的各組再進行完 全隨機化分組，這種設計相當于幾個完全隨機設計的組合。我們 用A、B表示兩個不同的自變量，用1、2表示自變量的水平，如表 7-15所示： 表表7-15 7-15 完全隨機裂區實驗設計完全隨機裂區實驗設計 A A B B B B1 1 隨機分配隨機分配 B2B2 A A1 1 A1 1-B1 1B2 2-A1 1 A1 1-B2 2B1 1-A1 1 A A2 2 A2 2-B1 1B2 2-A2 2 A2 2-B2 2B1 1-A2 2 （2 2）隨機區組裂區實驗設計）隨機區組裂區實驗設計 即幾個隨機區組法設計的組合。其基本步驟也是先劃分區 組，然后按照一

57、級實驗單位將各區組被試按一級處理因素的水 平數隨機分組，再將一級處理單位隨機分到二級實驗單位接受 B因素各水平處理。如2個處理因素隨機區組裂區實驗設計，實 驗分組設計如表7-16所示： 表表7-16 7-16 隨機區組裂區實驗設計隨機區組裂區實驗設計 區組區組A A B B B B1 1 隨機分配隨機分配 B B2 2 區組1 A1 A1-B1B2-A1 B1-A1A1-B2 A2 A2-B1B2-A2 B1-A2A2-B2 區組2 A1 A1-B1B2-A1 B1-A1A1-B2 A2 A2-B1B2-A2 B1-A2A2-B2 3.3.正交實驗設計正交實驗設計 正交實驗的基本特點是用部分實

58、驗代替全面實驗，通過 對部分實驗結果的分析，了解全面實驗的情況。 正交實驗設計是利用一套現成規格化的表格，合理安排 多種處理因素和不同水平，以便能經濟、快速地取得實驗結 果的一種實驗設計方案。 實驗次數實驗次數 實驗對象實驗對象 A AB BA AB B 1A1B1A1B1 (1,1) 2A1B2A1B2 (1,2) 3A2B1A2B1 (2,1) 4A2B2A2B2 (2,2) 表表7-17 L7-17 L4 4（2 23 3）實驗安排表）實驗安排表 例如例如，欲研究某個運動方案和某個治療藥物對糖尿病小鼠的療 效，以血糖測定作為實驗效應，被試為某品系、體重在一定范 圍內的糖尿病小白鼠，試作出

59、正交實驗設計。 首先，擬定影響觀察指標的因素和水平。首先，擬定影響觀察指標的因素和水平。 因素A：水平1（A1）某運動方案 水平2（A2）不運動 因素B：水平1（B1）某藥物 水平2（B2）不使用這種藥物 因素C：水平1（C1）雄性小白鼠 水平2（C2）雌性小白鼠 選擇合適的正交表。根據題意，除了要分析A、B、C的主效 應外，還要分析交互作用AB、AC，主效應有3個，分析的交 互作用有兩個，一共5個因素，每個因素兩水平，顯然L4（23）不 夠用，可選擇L8（27），表頭設計如表7-18所示： 列號列號1 12 23 34 45 56 67 7 因素因素A AB BA AB BC CA AC C 表表7-18 7-18 正交實驗表頭設計正交實驗表頭設計 第第六六列可以根據實驗需要再安排一個因素如列可以根據實驗需要再安排一個因素如A AB BC C，也可，也可 以與第以與第七七列一起作為空列，用做誤差分析列。實驗設計如表列一起作為空