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第二章实验研究的几个基本问题关键词自变量作业变量环境变量被试变量操作定义自变量水平反应速度反应标准指导语实验者效应要求特征排除法双盲实验恒定法匹配法随机化法统计控制法多自变量实验设计交互作用被试间设计回归假象被试内设计练习效应疲劳效应ABBA设计拉丁方设计小样本设计ABA设计多基线设计准实验设计内部效度零结果外部效度直接验证系统验证概念验证深度知觉仪速视器反应计时器眼动仪PETEEGfMRI课程讲义第一节实验研究的变量变量是指在数量上或质量上可变的事物的属性。前者为连续变量，后者为非连续变量）。实际上，实验中的变量有两类，一类是实验条件，实验者用以研究的变量就是对因变量产生影响的实验条件，另一类是在这些实验条件下产生的结果，即因变量。除此之外，还有无关变量，它们对因变量不产生影响，实验者不与研究；额外变量，它们对因变量产生影响，需对其进行控制，因此又叫控制变量。一、变量：实验的基本特征(1)变量是构成实验三大要素（假设、变量、控制）中的关键要素，是实验的核心。它决定了实验的基本特征是操纵环境以产生变化。(2)实验中要求系统操纵环境并观察因此导致的行为变化。系统操纵环境指对环境的操纵至少要有两个水平。对被试行为的观察指比较在这两个环境水平下被试的反应，以此判断环境的改变是否导致了行为的变化。因此，实验研究就是对各种变量的操纵、控制、观察和比较等的过程，变量是实验研究昀基本的问题。二、自变量（一）自变量的分类自变量即实验中实验者所操纵的、对被试的反应产生影响的变量，大致可分为以下三类：1.作业变量：作业指实验中被试的任务，或者实验中所呈现的、和被试任务有关的某种刺激，若把这些任务的任何特性作为自变量来操纵，则这种自变量就是一种作业变量。2.环境变量：当被试进行某种作业时，如果改变实验环境的任何特性，则改变了的环境特性即环境自变量。3.被试变量：可能影响对某种刺激的反应的被试的特性因素称为被试变量。这些因素包括：被试的性别、年龄、健康状况、智力、教育水平、人格特征、动机、态度、内驱力等。其中有的是实验者可以主动操纵加以改变的，如内驱力；有的是被试本身固有，不能主动操纵，只能进行测量的，如智力等。（二）对自变量的操纵实验者在具体实验中根据实验目的选择合适的自变量，并对其进行操纵改变，即对其进行控制，它主要经历以下两个步骤：1.对自变量下操作定义：操作定义由美国物理学家布里奇曼提出，他主张一个概念应由测定他的程序来下定义。那么在心理学上，对一个心理现象根据测定它的程序下定义就叫做操作定义。操作定义明确了自变量的内涵，同时也指出了自变量操纵的方法。2.确定自变量的各个水平：自变量的水平，即指自变量的一个取值（或操纵结果）。因素型实验的自变量一般不超过4个水平，并尽量使自变量全距较大，各水平在全距上分布平均。函数型实验的自变量水平较多，若预期实验考察的是线性函数关系，可取3—5个水平；若关于更复杂函数关系的，则至少需要5个水平。若预期自变量和因变量的关系接近于线性函数，则各水平平均分布即可；若预期自变量和因变量符合对数函数关系，则各水平间的间距应按对数单位变化。三、因变量在实验中，由操纵自变量而引起的被试的某种特定反应称为因变量。（一）因变量的分类对于因变量的测量有客观指标也有主观指标。其中客观指标主要有：1.反应速度2.反应速度的差异3.反应的正确性4.反应标准5.反应的难度主观指标主要指被试的口语记录。（二）对因变量的控制主要是如何精确客观地记录因变量的变化。1．反应控制：目的是让被试的反应确实发生在实验者感兴趣的因变量维度上。在人作为被试的实验中，对反应的控制通过指导语实现的，指导语是心理实验中主试给被试交代任务时说的话，指导语能够控制被试的反应。心理学实验中，规范的指导语应符合以下要求：（1）内容确定，即主试要严格确定给被试什么样的指导语。（2）完全，即在指导语中，要把被试应当知道的事交代完全。（3）简单明确，即指导语要写得简单明确，要保证被试区是懂得了指导语。（4）标准化，即对所有的被试，指导语都应一样。有些实验昀好能用录音机给出指导语。2．选择恰当的因变量指标：一个恰当的因变量指标必须满足以下标准：（1）有效性（效度），即指标充分代表当时的现象或过程的程度。（2）客观性，即此指标是客观存在的，并可以通过一定的方法观察到。（3）数量化，指标数量化后便于记录和统计及比较。3．避免量程限制:主要指天花板效应和地板效应，这两种效应是指反应指标的量程不够大，而造成反应停留在指标量表的昀顶端或昀低端，致使指标的有效性遭受损失。通常的避免措施是：先通过实验设计避免极端的反应，然后再通过测试少量的先期被试来考察他们对任务操作的反应情况。若被试的反应接近指标量程的顶端或底端，那么实验任务就需修正。四、控制变量对自变量产生影响的额外变量，由于实验者必须控制其对因变量的影响，因此又叫控制变量。（一）心理学实验中典型的额外变量在实验中，主试（实验者）和被试之间可能存在着某种干扰实验、使实验结果发生混淆的相互作用。这种相互作用可能带来一些额外变量。主要表现为两个方面：1．实验者效应：主试在实验中可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使他们的反应附和实验者的期望。这种现象称为实验者效应。2．要求特征：被试自发地对实验者的实验目的产生一个假设或猜想，然后再以一种自以为能满足这一假想的实验目的的方式进行反应。要求特征的典型例子是霍桑效应和安慰剂效应。（二）额外变量的控制在心理学实验中，对额外变量的控制技术主要有：1.排除法：指把额外变量从实验中排除出去。2.恒定法：指在使额外变量在实验过程中保持恒定不变。3.匹配法：是使实验组和控制组中的被试属性相等的一种方法。使用匹配法时，先要测量所有被试身上与实验任务成高相关的属性；然后根据测得结果将被试分成属性相等的实验组和控制组。4.随机化和平衡法：指把被试随机地分派到各处理组中去。5.统计控制法：属于实验后控制技术，即在实验完成后通过一定的统计技术来事后避免实验中额外变量的干扰，常用的统计控制法包括：协方差分析，剔除极端数据，或分别加权等事后控制技术。但是需要牢记，统计控制是在实验前控制难以起到完全效果时的补充手段，而不可能取代实验前控制的重要地位。第二节实验研究的设计实验设计的目的在于尽可能减少额外的或未控制的变量，从而增加实验产生有效的一致结果的可能性。实验设计是实验成功的关键。从实验变量角度，实验设计涉及三个基本问题：（1）实验采用多少自变量和因变量？（2）各自变量内又采用多少处理水平？（3）如何将被试分配到各自变量的各处理水平中？一、多变量设计多变量设计即在一个实验中包含有两个或两个以上的自变量或因变量的实验设计，它适用于有着许多影响因素复杂多变的心理现象的研究。多变量设计包括多自变量和多因变量两种情况：（一）多自变量实验1.多自变量实验:指在一个实验中包含两个或两个以上自变量的实验设计。典型的心理学实验往往同时操纵二到四个自变量。2.交互作用：当一个自变量产生的效果在第二个自变量的每一水平上不一样时，交互作用就发生了。举例：沃林顿和韦斯克兰茨用不同的方式对遗忘症患者和控制组被试（患有神经系统疾病的患者）进行记忆测验，并从交互作用中得到了改变科学家对记忆看法的重大发现。实验的自变量，a.记忆缺陷的存在与否，共两个水平b.测验的类型:外显记忆测验和内隐记忆测验，共两个水平。实验结果发现了两个自变量的交互作用，该作用暗示：遗忘症患者对应于外显测试的记忆受损，但是对应于内隐测试的记忆则不受影响，这就说明两种测试很可能对应了本质上不同的两套记忆系统。而从单变量实验中是很难得出这样的结论的。3.多自变量实验的优点：效率高，实验控制好，可获得交互作用。（二）多因变量实验1.多因变量实验：指在一个实验中包含有两个或两个以上因变量的实验设计。2.多因变量实验的优点：增加普遍性。多个因变量指标之间可能存在交互作用。借由多元统计分析技术，研究者不但可以对每一个单独的因变量进行分析，还可以对多个相互联系因变量的联合体进行分析，从而得到多个单因变量实验无法提供的信息。二、被试间设计和被试内设计针对如何把被试分配到自变量的不同水平中去这个问题。分为两种情况：被试间设计：自变量的每种水平接受不同被试；被试内设计:每一个被试都接受自变量的所有水平。有些多自变量的实验中可以既包含被试内设计，又包含被试间设计，这种实验设计称为混合设计。（一）被试间设计被试间设计的特点是每个被试只接受一个自变量水平的处理（即简称一种实验处理或称一个实验条件）。1．匹配设计：将被试按某一个或几个特征上水平的相同或相似加以配对，然后再把每一对中的每个被试随机分配到各个组别。匹配的步骤是：先对所有被试进行前测，然后根据前测的作业分数进行匹配。匹配时，前测的内容必须和实验作业高度相关。前测作业一般有两种：一种是和实验作业有高度相关的其他作业；另一种是利用被试实验作业的初期表现（通常，同一作业两个阶段的行为表现是相关的）。得到前测分数后，就可以根据这个成绩进行匹配分组。匹配法在实施时遇到问题有：（1）匹配往往是不完全的。（2）匹配法往往耗费大量的工作量。（3）当多个匹配特征之间存在交互作用时可能混淆实验结果。（4）匹配法需要防止回归假象的介入。2.随机化设计：被试间设计中较为常用的分组方法。即是把被试随机地分配到不同的组内接受不同的自变量处理。其统计学前提是：各随机被试组在未经受不同处理之前是相等的，即使有差异也是在统计允许的限度以内的随机误差。3.被试间设计的评价：优点是处理方式之间不存在相互影响或干扰。缺点是：(1)所需要的被试数量巨大.(2)很难分辨出因变量的变化是由于被试间的差异所致，还是由于自变量的变化所致，而匹配和随机化技术也只是尽可能地缓解而不是根治这一问题。（二）被试内设计被试内设计的特点是所有的被试都会受到每一水平自变量的影响。1．被试内设计的平衡技术：平衡是指在实验中为了消除或减少实验顺序效应而采用一些系统地改变实验处理顺序呈现技术的设计。其逻辑是尽量让被试在所有顺序下接受处理，使得各处理下结果的不同归因于自变量而非顺序。常用的平衡设计技术有：ABBA设计和拉丁方设计。（1）ABBA设计：适用于自变量的水平只有两个时（分别用A和B表示）的情况，被试要按照ABBA的顺序接受4次实验处理，两次A条件，两次B条件。这样，A在B之前和之后各一次，反之亦然。当时间顺序误差不是线性系统变化的时候（例如有些实验会出现初期练习效应）要考虑以下两种改进方案：一种办法是在实验正式开始之前，让被试按实验要求做一些练习，由于被试接受了一些练习，在实验处理引进之前，因变量一直保持稳定。另一种办法是使用几种平衡设计（例如，一半被试按一种设计进行，而另一半则按相反的设计进行）。（2）拉丁方设计：当自变量的水平有两个以上时，使用平衡的拉丁方设计。一个平衡的拉丁方是一个两维距阵，其中列表示自变量水平，行表示被试。建立拉丁方的步骤取决于自变量的水平是奇数还是偶数，分别用6个水平（偶数）和5个水平（奇数）来加以说明。表2-1六个自变量水平（1-6）的平衡拉丁方设计测试条件的顺序被试第1第2第3第4第5第6A126354B231465C342516D453621E564132F615243注：横行指出了被试a-f接受实验条件的顺序（采自Kantowitz等，1997）表2-25个变量（1-5）的平衡拉丁方设计拉丁方1拉丁方2测试顺序被试第1第2第3第4第5第1第2第3第4第5a1253443521b2314554132c3425115243d4531221354e5142332415注：横行指出了被试a-f接受实验处理的顺序。当变量为奇数时，每个被试必须在每个自变量水平下进行两次试验。（采自Kantowitz等，1997）2．被试内设计的评价：优点：节省了被试人数，且不会受到来自被试个体差异的困扰，能更好的考察实验组和控制组之间的差异。缺点：被试内设计往往需要平衡，因此如果在某些情况下平衡设计难以应用，那就意味着被试内设计也无法适用。例如，差异延续效应
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