第二章實驗設計與數據統計分析第二節心理實驗研究的設計類型一、真實驗設計（一）組間設計（between-groupdesign）又稱被試間設計、獨立組設計、完全隨機設計1.、組間設計的界定要求每個被試者（組）只接受一個自變量處理，對另外一個被試者（組）進行另外一種處理的實驗設計。

【實驗中每個被試只接受一種自變量水平或自變量水平的結合。】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）。教材（A

、B

）對學生成績的影響。組間設計：一組用教材A，另一組用教材B，或者相反。2、實驗處理實驗中由主試操縱的自變量構成的實驗條件。實驗處理的數目由每個自變量各自水平的乘積所得。（一）組間設計例：呈現速度對命名漢字的影響（組間實驗設計）2×2=42（呈現速度：50毫秒、100毫秒）；2（漢字頻率：高頻字、低頻字）3、評價優點：由于每一個人只接受一種處理方式，因此一種處理方式不可能影響或污染另一種處理方式，即實驗處理之間不會污染。

缺點（1）被試差異與實驗條件的混合由于接受自變量不同水平處理的被試各不相同，我們就很難分辨出因變量的變化是由于被試間的差異所致，還是由于自變量的變化所致。（2）研究效率比較低組間設計需要更多的被試，需要花費更多的時間和人力。（3）對實驗處理的效應不敏感由于實驗誤差增大，會引起t、F值縮小，影響顯著性水平。（一）組間設計4、克服缺點的方法（一）組間設計（1）隨機分配被試，使組間設計被試同質。①隨機化設計，就是把被試隨機地分配到不同組內接受不同的自變量處理。②隨機法的基本假設是：各隨機被試組在未經受不同處理前是相等的，即使有差異也是統計允許的限度以內的隨機誤差。（一）組間設計（2）匹配被試①匹配（matching）設計是指將被試按某一個或幾個特征上水平的相同或相似加以配對，然后再把每一對中的每個被試隨機分配到各個組別。②匹配設計的步驟首先對被試進行前測，讓所有被試做“共同作業”，即接收預備測驗，獲得作業分數；

其次，根據作業分數形成配對組。③優點：在實驗處理之前，就把組間變異縮到最小和要求兩組組內變異比單獨的隨機分配更接近相等。

④缺點：

（3）使用組內實驗設計我們要研究句子類型對理解速度的影響，

自變量是什么？因變量是什么？額外變量是什么？復習思考若用組間設計（句子類型為肯定句和否定句），請問該如何操作？組間設計的缺點是？如何克服？研究者在實驗前采用隨機分配的方法將被試分為兩組，并隨機選擇一組為實驗組，另一組為控制組。實驗組接受實驗處理，而控制組則不給予實驗處理。兩組都進行前測。①設計模式

前測后測

R

O1XO2

R

O3O4O1、O3表示在實驗前對兩組被試進行前測驗，得到初始狀態的成績，O2、O4是后測成績。（1）隨機實驗組控制組前測后測設計5、組間實驗設計的設計類型②數據的統計檢驗：A：增值分數比較：△a＝O2－O1△b＝O4－O3?△a＝△b

？O2＝O1？O4＝O3

If（O2≠O1

and

O4＝O3）Then自變量對因變量有效應。？O1＝O3？O2＝O4If（O1＝O3

and

O2≠O4）Then自變量對因變量有效應。

兩組增值分數進行顯著性檢驗的方法：t-檢驗（參數統計）（常用）；曼-惠特尼U-檢驗或中位數檢驗（非參數檢驗）。

兩種錯誤的統計檢驗方法

：（1）隨機實驗組控制組前測后測設計進行了兩次統計決策，導致統計誤差增大【1-（0.95×0.95）＝0.10】

前測后測

R

O1XO2

R

O3O4③評價：

優點：基本控制了絕大多數影響內部效度的因素；

缺點：使用了前測，雖然為檢查隨機分組是否存在偏差提供了充分的依據，但可能對后測產生敏感性，出現測驗的反作用效應。B:協方差分析

②數據的統計檢驗：（1）隨機實驗組控制組前測后測設計以前測分數為協變量，對實驗實施前的被試的組間差異進行統計控制和調整，以使得兩組的后測成績具有可比性，排除前測成績的影響。（優先選擇的統計方案）④設計的實例分析被試：46名8年級學生自變量：實驗處理：因變量：統計分析方法：協方差分析,前測分數為協變量教學方法（標題閱讀教學vs常規）

實驗組接受標題閱讀教學；控制組接受常規閱讀教學閱讀成績（閱讀新聞標題，預測新聞內容）

①設計模式

后測RXO1R

O2（2）隨機實驗組控制組后測設計②數據的統計檢驗：

t-檢驗：？O1＝O2

；曼-惠特尼U-檢驗或中位數檢驗（非參數檢驗）。③評價：優點：幾乎具有隨機實驗組前測后測設計所有的優點。

缺點：有些實驗需要在對被試施加實驗處理之前實行前測，以了解被試在實驗階段的初始狀態。是更為理想的實驗設計方案。

（2）隨機實驗組控制組后測設計被試：自變量：實驗處理：因變量：④研究實例分析（P23）盧仲衡初中一年級數學自學輔導教學協作實驗研究

實驗單元第一章有理數測驗第二章整式的加減測驗第三章一元一次方程測驗期末全區統一考試組別實驗組控制組實驗組控制組實驗組控制組實驗組控制組平均成績64.4857.3569.5763.6169.3846.2178.7458.47P值p<0.01p>0.05p<0.01p<0.01小學剛升入初中的學生

教學方法自學輔導教學；傳統教學三次單元測驗及一次期末考試成績（分別作為因變量的4個指標）①設計模式RX1O1RX2O2RX3O3②數據的統計檢驗單因素方差分析，而不能采用t檢驗，且實驗處理效果有顯著差異，需要繼續了解究竟是哪些處理之間有顯著差異，需進行N-K事后檢驗。（3）隨機多組后測設計隨機實驗組控制組后測設計

后測RXO1R

O2知識回顧：方差分析原理

教材（處理）樣本???Шk=312345707472687175807768757072667270717570變異的可加性（或變異的可分解性）83、某研究機構研制出一種能提高5歲幼兒閱讀能力的游戲產品，該產品能在使用三個月之后提高幼兒的閱讀能力，請設計一個實驗驗證這種游戲產品的作用。（2007心理學專業基礎綜合考研試題）考研試題

（1）實驗目的：檢驗游戲產品是否真能提高幼兒閱讀能力。（2）被試：5歲兒童60名，各方面條件均衡。（3）實驗設計隨機實驗組控制組前測后測設計（組間設計）（4）實驗程序：將60名兒童隨機分成A、B兩組。測量兩組兒童的閱讀起始水平。A組使用該游戲產品，B組不使用。三個月后，再次測量兩組兒童的閱讀水平。

（5）實驗結果：假如三個月后進行閱讀水平的測量，A組兒童的閱讀提高程度顯著高于B組，則證明游戲產品有效，反之，若沒有明顯的差異，則說明這種產品無效。

（6）注意：實驗過程必須確保測量A、B兩組閱讀能力的材料的一致性，排除可能的干擾因子。——又稱“被試內設計”、“重復測量設計”每個被試需要接受自變量所有情況的處理。（二）組內設計（within-groupsdesign）例：呈現速度對命名漢字的影響（組內實驗設計）可為：2×2=42（呈現速度：50毫秒、100毫秒）；2（漢字頻率：高頻字、低頻字）1、組內設計的定義基本原理是：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。優點：（1）消除了被試個別差異對實驗的影響。避免由于不同實驗處理組被試不等組對實驗結果造成的影響。組內設計比組間設計更敏感。

（2）心理學的某些領域需要使用組內設計，即組內設計用于研究練習的階段性。

（3）可節省被試。組內實驗設計需被試：n個組間實驗設計需被試:n×實驗處理數2、評價缺點：（3）被試接受不同的自變量水平的處理之間總會存在時間間隔，因此實驗者需要努力防止在此間隔內偶然發生的事件對實驗結果的影響。

（2）由于被試先后接受不同處理，一些和時間順序有關的誤差就可能混淆進來。（1）不同實驗處理之間出現相互“污染”。

平衡：對實驗處理順序的平衡，即讓被試在所有順序下接受處理，各種順序誤差相互抵消。平衡設計技術：ABBA設計和拉丁方設計。

有可能產生相互干擾或具有記憶效應、練習效應、疲勞效應的實驗變量不宜使用組內設計。被試特點自變量間差異不能用。不宜使用：3、克服缺點的方法：平衡技術①定義

指每一種實驗條件都以正反兩種順序呈現給被試。

（1）ABBA設計

（完全平衡法，抵消實驗條件的設計）4、設計類型被試

自變量（實驗處理）水平1水平2水平2水平1被試1被試2

…ABBAABBAABBA②使用的條件

A、如果練習效果不是呈線性增長的，則這種平衡就是無效的。

③數據的統計檢驗：XA中的兩個值，XB中的兩個值，分別求平均數和,然后運用t檢驗。

ABBA平衡法存在的問題：

正式實驗前做些練習、ABBA和BAAB

B、預期作用。即被試對后面實驗條件的預期。

（2）拉丁方設計（Latin－squaredesign）

平衡設計、輪換設計每個自變量或實驗處理能同等的出現在實驗順序的每個位置的一種實驗設計。能保證實驗處理所受的實驗順序完全平衡。

①排列方式標準：首行：1，2，n,3,（n-1）,4,（n-2）…非標準：隨機化行或隨機化列（只能變一個）被試

測試條件順序第1第2第3第4A1243B2314C3421D4132第二：要構成一個拉丁方，必須使行數等于列數，并且兩者都要等于處理種數.特點：第一：每種處理在每一行和每一列都出現而且只出現一次；測試“天”時刻（鐘點）8101416第一天處理1處理2處理4處理3第二天處理2處理3處理1處理4第三天處理3處理4處理2處理1第四天處理4處理1處理3處理2②前提條件A、自變量和額外變量不能存在交互作用。交互作用（interaction）：是指一個實驗中有兩個或兩個以上的自變量，當一個自變量的效果在另一個自變量的每一個水平上不一樣時，我們就說存在著自變量的交互作用。B、每個額外變量的水平數與自變量水平數相等。③評價優點：在許多研究情境中，這種設計比完全隨機和隨機區組實驗設計更加有效，它可以使研究者分離2個無關變量的影響，因而減少實驗誤差，可獲得對處理效應的更準確的評估。缺點：

A:它關于自變量與額外變量之間不存在交互作用的假設其實很難滿足，當實驗中研究多個自變量時，尤其如此。

B:拉丁方設計要求額外變量的水平與自變量的水平數量必須相等，這限制了該設計的使用。④數據統計分析采用不考慮交互作用的多因素方差分析。⑤示例（p46）被試：16名學生自變量：因變量：額外變量：測驗（4）問題解決的成績班級、實驗時間拉丁方設計的統計模型拉丁方設計的方差分析其中，i=1,2…,n；j=1,2…,p；k=1,2,…,p；l=1,2,…,p—被試i在處理水平j上的分數；—總體平均數或真值；—水平j的處理效應；—水平k的無關變量B的變異；—水平l的無關變量C的變異；—誤差變異SSTdf=npp-1SS處理間df=p-1SS處理內df=p（np-1）SSAdf=p-1SSB(無關變異)df=p-1SSC(無關變異)df=p-1SS誤

(誤差)df=(p-1)(p-2)平方和與自由度分析虛無假設：A因素（測驗）效應等于0，即無關變量B因素（班級）的效應等于0，即無關變量C因素（實驗時間）的效應等于0，即備擇假設①平方和②自由度③均方④F檢驗變異來源dfSSMSF組別4－1=31.950.650.06時間4－1=36.802.270.21處理4－1=317.45.800.54剩余（4－1）（4－2）=664.2510.71總和90.4⑤方差分析表一個研究者在做4種生字密度對學生閱讀理解影響的研究時，從4個班隨機選取32名學生，每個班8人，實驗在星期三、四、五、六下午分四次進行。請根據上述問題作出一個恰當的實驗設計方案。思考2010考研真題采用這種設計可控的主要額外變量是被試實驗處理A1243B2314C3421D4132A.

順序誤差B.期望誤差

C.實驗者效應D.動作誤差（A）

指在一個研究中有些自變量按組內設計安排，有些自變量按組間設計安排。

（三）混合實驗設計（mixeddesign）（最常用）1、混合設計的界定a.有可能產生相互干擾或者具有記憶效應、練習效應、疲勞效應的實驗變量作為組間變量。

b.a中情況以外的都可用作組內變量。

例1：約翰遜等人（1983）使用混合設計的方法比較抑郁者和非抑郁者的記憶成績。假設：抑郁者比非抑郁者對于未完成的記憶任務的記憶效果更好。程序：實驗中，要求抑郁組和非抑郁組完成20項記憶任務，其中，10項記憶任務在完成之前被打斷。在全部任務完成后，要求被試回憶記憶任務的名稱或盡可能多地描述記憶任務。

被試變量任務類型實驗設計：被試類型任務類型完成未完成抑郁非抑郁—組間設計（抑郁者和非抑郁者），—組內設計（完成任務和未完成任務）。的設計類型？2（被試類型：抑郁，非抑郁）×2（任務類型：間斷，連續）例2：年齡對再認能力的影響自變量：年齡（初中生年齡組和大學生年齡組）、實驗材料（具體實物圖形組和詞組）因變量：再認能力作指標。被試類型是組間設計（初中生年齡組和高中生年齡組），材料類型是組內設計（具體實物圖形組和詞組）。實驗設計：2（被試類型：初中組，高中組）×2（材料類型：具體實物圖形，詞）實驗結果：圖2-3兩個自變量對再認能力的影響多變量實驗設計：實驗中包括兩個或兩個以上自變量或因變量的實驗設計。與混合設計有區別。

多自變量實驗的優點：（中科院2002考研試題）（1）效率高有兩個自變量的實驗要比分別做兩個只有單一自變量的實驗效率要高。（3）得出的結論與實際情況更為接近，結果的推論性也相應提高。（2）能夠研究多個自變量之間的交互作用。

補充區組的概念

肥沃田

中等田

貧瘠田隨機區組設計的目的使區組內的被試差異（或環境因素）盡量減小，區組間差異盡量擴大。普通水稻雜交水稻普通水稻雜交水稻普通水稻雜交水稻①隨機區組設計定義指將實驗處理隨機地分配到一個區組或重復的實驗單位的設計類型。2、類型（1）隨機區組設計(randomizedblockdesign)它能夠彌補完全隨機實驗設計的缺陷。例：我們要研究文章的生字密度對閱讀理解影響的研究：

自變量是什么？因變量是什么？無關變量是什么？可以把哪個無關變量作為區組進行設計？②隨機區組單因素設計的基本模式區組

實驗處理區組平均X1X2X3X41X11X12X13X142X21X22X23X243X31X32X33X344X41X42X43X44處理平均4321342（1）隨機區組設計(randomizedblockdesign)1一個自變量，一個無關變量區組實驗處理的組合Xa1b1Xa1b2Xa1b3Xa2b1Xa2b2Xa2b31O11O12O13O14O15O162O21O22O23O24O25O26…………………nOn1On2On3On4On5On6隨機化區組設計的原則是同一區組內的被試盡量“同質”，每一區組都接受全部實驗處理，每一種實驗處理在不同的區組中重復的次數也相同。3種分配區組被試的方式：

一名被試作為一個區組每個區組內被試的人數是實驗處理數目的整倍數區組內的基本單元是一個團體（自然班問題的解決方案）③數據分析多因素方差分析實驗處理和區組分別作為因素來考慮實驗處理效應——研究者關注的重點區組因素——無關變量，應加以控制

優點：考慮到個別差異對實驗結果的影響（區組效應），而把實驗單元（被試）劃分為幾個區組，并在統計計算上將這種影響從組內誤差中分離出來，進一步反映出實驗處理的作用。

缺點：劃分區組有一定困難；自變量與無關變量間沒有交互作用。④評價（2）所羅門四組設計

(Solomon4-groupdesign)①定義指通過隨機化程序選擇同質被試，并且設置了四種不同實驗組和對照組的設計類型。即將被試隨機取樣，并隨機分為四組，兩組為實驗組，兩組為控制組，兩組中有一組有前測，一組無前測。②設計模式RO1O2RO3XO4RO5RXO6

垂直方向上相對的字母表示同時發生，即時間要吻合。

③數據分析多因素方差分析，即：獨立樣本2（實驗處理：有，無）×2（測驗：有前測，無前測）的方差分析。

優點：研究者可檢查前測的可能效果，將事前測定的反作用效果分離出來，對實驗處理的效果更加清楚，對無關變量的控制比較完善。缺點：所選被試較多，實驗經費較大。一般在需要對研究假設作出決定性檢驗的時候加以使用。④評價有人要了解手動作的穩定性是否受情緒的影響，他讓青年組在興奮狀態測定，平均得10分，讓老年組在安靜中測定，平均得9分。經過統計檢驗，兩組手穩定性得分差異不顯著。因此，他下結論說：手動作穩定性不受情緒得影響。你認為他的結論是否正確？為什么？思考是介于非實驗設計和真實驗設計之間的實驗設計，不易對被試進行隨機抽樣，可以設立控制組。它對額外變量的控制比非實驗設計要嚴格一些，但不如真實驗設計控制得充分和廣泛。

二、準實驗設計（quasi-experiment）1、定義（1）、單組準實驗設計①時間系列設計指一組被試或個體進行一系列周期性測量，并在測量的時間序列中引進實驗處理，然后觀測實驗處理后的一系列測量結果，并與引入實驗處理前的一系列測量結果相比較，研究插入實驗處理前后測量結果的變化趨勢，從而推斷實驗處理是否產生效果。A、設計模式O1

O2

O3

O4

X

O5

O6

O7

O82、設計類型〇1～〇8的測量中，引入實驗變量X后，時間系列設計的某些可能的結果模型XABCDEFHGB、評價：優點：

a.能較好控制“成熟”因素對內部效度的影響；

b.可控制測驗因素的干擾；

c.有時能控制統計回歸的因素；

缺點：

a.不能控制與實驗處理同時發生的偶發事件的影響，不能排除與自變量同時出現的附加變量的影響；

b.不易控制測驗與實驗處理的交互作用；

c.多次施測可能降低或增加被試對實驗處理的敏感性。

從測量數據的總體上來對處理進行檢驗。t檢驗。檢驗實驗處理前的回歸直線與實驗處理后的回歸直線是否存在顯著差異，包括對殘差（剩余標準差）、截距和斜率的差異顯著性檢驗。

C、

數據的統計檢驗②、相等時間樣本設計A、設計模式(只有一組被試時)X1O1X0O2X1O3X0O4X0：不出現實驗變量。該設計廣泛應用研究學生學習中。B、評價優點：能較好控制“歷史”因素對內部效度的影響。缺點：在控制影響外部效度的因素方面不夠理想，測驗的反作用、實驗安排的反作用、選擇偏差與實驗變量的交互作用、重復實驗處理的干擾均可能影響相等時間樣本設計下的研究的外部效度。

C、數據的統計檢驗：兩因素方差分析：2（實驗處理：有，無）×2（實施順序：前，后）

X1O1X0O2X1O3X0O4（2）多組準實驗設計①不相等實驗組控制組前測后測設計研究者不能按隨機化原則和等組法來選擇對等組，有時也不能隨機安排哪個為實驗組、哪個為控制組。A、設計模式O1XO2

（處理組）…O3O4

（對照組）

虛線表示不能隨機選擇和部署兩組，并且兩組可能不對等。為使實驗結果少受無關因素的干擾，使實驗結果具有較高可靠性。某公司管理者預制定一套新的工作時間表。每周要求工人工作40小時，工人可以選擇周末休息3天，并且每天上班和下班的時間由工人自己決定。實驗設計如下：前測實驗處理后測A廠作息制度改變之前一個月的平均產量改變作息制度（6個月）作息制度改變后第6個月的平均產量B廠與A廠相同月份的平均產量未改變作息制度與海淀區工廠相同月份的平均產量B、評價

優點：增添了控制組（嚴格意義上應稱為對照組，因為缺乏隨機分配），基本控制歷史、成熟、測驗等因素的干擾；有前測可以了解初始狀態。缺點：選擇與其他因素的交互作用可能會降低該設計的效度。

C、設計顯著性檢驗t-檢驗：△a＝O2－O1△b＝O4－O3?△a＝△b曼-惠特尼U-檢驗或中位數檢驗（非參數檢驗）。②、不相等實驗組控制組前測后測時間系列設計A、設計模式O1O2O3O4XO5O6O7O8……………O9O10O11O12O13O14O15O16

虛線表示兩組非隨機組。

B、評價影響內部效度的因素基本上得到控制；測驗的反作用、選擇偏差等因素和實驗處理的交互作用可能會影響該設計的外部效度。

C、設計顯著性檢驗③平衡設計（輪換設計、拉丁方設計）僅有后測驗的模式

A、定義指為了達到對實驗控制的目的，使各組被試都接受不同的實驗處理，而對實驗處理的順序和實驗時間的順序采用了輪換的方法。C、設計的評價和顯著性檢驗見拉丁方實驗設計。B、不同名稱的內涵

平衡對抗設計：在實驗中，往往由于前一個實驗處理影響后一個實驗處理的效果，因而該實驗設計的作用就在于提供對實驗處理順序的控制，使實驗條件均衡，抵消由于實驗處理先后順序的影響而產生的順序誤差。

輪換設計：在實驗中，由于學習的首因效應和近因效應的存在，因而在實驗方法上，使實驗內容的先后次序輪換，使情景條件和先后順序對各個實驗組機會均等，從而排除這兩種效應的影響。

并沒有真正操作自變量，但具有實驗設計的某些特點，也可對因果關系進行嘗試性探討的研究設計。

（1）設計模式

XO例：數學輔導講座對學生數學成績影響三、非實驗設計1、單組后測設計（1）設計模式O1XO2例：元認知訓練對學生閱讀理解的影響（1）設計模式

X

O1…

O22、單組前測后測設計3.固定組比較設計（靜態組或整組比較設計）（1）設計模式x4.事后回溯設計O

X表示該設計的自變量或實驗處理無法被操作或改變，O則代表研究者觀察到的結果。事后回溯設計的原則是從已經發生并在某方面有差異的組別開始，追溯研究產生這種差異的原因。（2）設計類型①相關研究設計A、設計模式O1

O2例：吸煙與