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相对固定的实验程序
(二)目的:
1.使某种心理现象得到更清晰准确的描述和表达
2.检验某种假设,新提出来的概念。
第二章实验设计与数据统计分析
一、实验设计中的基本问题
(一)变量的选择与控制
1.变量的选择
2.实验设计中的控制
(1)控制的概念
控制是指对实验条件的限制
(2)控制的应用
①对变量的控制
含义:
从限定的总体中随机抽取被试作为实验的样本;
将随机抽取的被试随机分配到相应的实验处理中去
②使用控制组
3.实验误差
(1)含义:
存在于实验单元内做同样处理所得观测数据间的变差的度量
(2)来源:
①内在变差存在于要施加处理的实验被试中
②实验的环境条件和操作过程中因缺乏一致性的结果而产生的变差
③重复试验的变差
(3)控制方法:
①调整实验中的被试,以减少其内在的变差效应
2在可能的情况下,增加实验重复的次数,对实验结果进行综合评价
(二)实验中的效度
1.影响内部效度的因素
(1)历史
(2)成熟或自然发展的影响
(3)选择
(4)测验
(5)被试的消亡
(6)统计回归
(7)仪器的使用
(8)选择和成熟的交互作用及其他
2.影响外部消效度的因素
(1)测验的反作用效果
(2)选择偏差与实验处理的交互作用
(3)实验安排的反作用效果
(4)重复实验处理的干扰
二、真实验设计
在随机化原则基础上选择与分配被试,能够充分控制全部内在的无效来源和外在无关因素的影响,以获得比较准确的实验结果的设计。
(一)完全随机设计
1.完全随机两等组设计
1随机两等组后测验设计
A.基本模式:
RXO1
R--O2
B.应用:
C.对实验结果的统计分析:
独立样本平均数差数的t检验
D.评价:
a.优点:
●随机选取被试并随机部署两个等组,从而可以使选择及选择与成熟交互作用对实验效果的影响得到控制。
●由于这种设计采用了与实验组形成等组的控制组;
而且对实验结果的分析,是以对两组后测成绩的对照比较为依据的,所以就可以使历史、成熟这些无效源对实验内部效度的影响受到控制。
●对两组均不予以前测,这样既可以避免由于被试的前测经验而对后测产生敏感或厌倦,从而使前测验反作用效应对后测验的影响得到控制;
又可以简化实验程序,节省人力、物力和时间。
b.缺点:
●仅适用于一个实验处理的实验研究,当一个实验有两个或两个以上水平时就不再适用。
②随机两等组前测验后测验设计
RO1XO2
RO3--O4
B.应用
C.统计分析
a.协方差分析(前测分数作为协变量)
b.独立样本T检验(O2-O1)-(O4-O3)的差数进行T检验
D.评价
添加前测验的优缺点:
优点:
当研究者根据已有资料,对随机分配两个等组的依据不够充分时,通过前测验可以证明两组是否为等组
不足:
经过前测验,被试可能对后测验产生敏感或厌恶,从而影响了实验结果
③随机配对组前测验后测验设计
1基本模式
RXO1
OM
R--O2
O表示根据直接与因变量有关的因素,按照一定标准,对全体被试进行前测
M表示对全体被试进行匹配,根据被试在前测验中的成绩,依次将两两分数相同或基本相等的被试逐一匹配成对
R表示将以匹配成对的被试一一拆开
②统计分析
相关或成对样本平均数差数T检验
③评价
a.对机体变量的控制更加严格,对内在无效源的控制更加有效
b.配对等组设计在能力及其他与因变量有直接关系的变量方面是等同的,因而在后测中两组出现的差异,一般不太可能是由于实验处理前两组被试本来存在能力差异造成的。
这就比较容易判断处理效果了。
c.统计分析更简单。
因为在实验处理前配对等组间的平均数和标准差是相同的,因此在对因变量进行分析时无需考虑前测到后测分数的增值,只需考虑后测的分数即可。
a.如果实验要求使用较大样本,用匹配成对的方法,要构成足够大的匹配等组是困难的。
因为配对等组要求每对被试的一致性比较严格,所以往往通过对许多被试进行前测,从中只能选出为数不多的被试被认为是适当的
b.如果前测的内容与因变量不是密切相关,那么配对组将会对实验结果的分析带来不利的影响。
一是因为不恰当的匹配变量不是与因变量密切相关,便没有理由认为这种配对两组的反应变量之间有什么联系。
在这种情况下采用成对样本检验,也就不会得出误差变异的有效估计,从而难以在配对等组的前提下作出有关自变量有效性的结论,二是因为成对样本比独立样本的自由度少一半,所以,对不恰当的配对组按成对样本自由度数目去检查T的显著性临界表,就会得出不准确的结果,从而影响结论的准确性。
2.完全随机多等组设计
①基本模式
RX1O1
RX2O2
RX3O4
……
RXnOn
②统计分析
单因素方差分析、事后检验
③评价
(具有随机两组设计同样的优缺点)
可以获得比随机两组设计更多的因变量数据,有助于揭示自变量与因变量间的系统关系,从而可减少作出错误结论的可能性。
3.所罗门四组设计
RXO5
R--O6
A.当研究者有足够把握,不必担心前测验会使后测验成绩有所增进,或是有根据认为前测验的主要效应及其与实验处理的交互作用是很小的,且允许忽略不计的情况下,可以用单向方差分析直接对四组后测验的平均数进行比较检验
B.当没有足够依据可以把前测效应不考虑在内时,最理想方法是把前测验分数作为协变量,用协方差分析比较O2和O4的增值;
T检验比较O5和O6的差异。
如果协方差和T检验的结果都是显著的,便可以很有把握的作出O2和O5都是实验处理的结果的结论。
若两项结果不一致,则应该考虑前测验的影响
C.借助2×
2方差分析的方法,检验实验处理的主效应、前测验效应以及二者的交互效应
无处理
处理
有前测
O4
O2
无前测
O6
O5
A.提供了两个连立的实验,得以一再比较和检验实验处理的效果,如果出现O2>
O1,O2>
O4,O5>
O6这样的结果,则可以得出实验结果是由实验处理引起的。
B.具有两等组的一切优缺点之外,还有对于估计测验、历史和成熟的效应,这种设计也是可以做到的
缺点:
不太容易做到随机选择出足够的同质被试,并将它们随机部署为四个等组。
(二)完全随机析因设计
1.析因设计的处理组合和被试分配
(1)析因设计的分类及处理组合
A×
B×
C;
2×
3×
4;
23(三因素,每个因素有两个水平)
(2)析因设计的被试分配
A.完全随机分配
B.重复测量的被试分配
C.综合分配
2.析因设计的类型
(1)二因素
(2)三因素
3.评价
A.不仅具有单因素完全随机设计的优点,还具有很多超越单因素随机设计的优点。
因为析因设计基本上是单因素设计的扩展,所以在控制机体变量和其他无关变量,以及在任何辅加的控制程序方面,在对实验误差的估计方面,析因设计都具有单因素设计同样的优点。
此外,析因设计还可以获得在单因素实验设计中由于只局限于一个因素所得不到的更多信息;
由于析因设计可以可以在一个实验中获得多个自变量的效果的信息,并取得由于多因素共同影响而产生效应的信息,因而又具有节省人力财力和时间的优点。
B.可以有单因素设计修改而成
(三)单因素随机区组设计
1.随即区组设计的意义及其概念与特点
(1)意义:
在相当齐性(同质)的区组之内,更灵敏的比较两个或两个以上的区组效果
(2)概念:
区组是指在实验中给予处理并测量其反应值的对象单位,每个区组可以有一个或若干小区构成
随机是指:
在相同条件下,随机选择实验对象,并随机构成各个区组;
在各个区组间和区组内,接受实验处理的顺序也是随机安排的。
(3)特点及评价:
A.特点:
a)各个区组的被试实际上是经过匹配的。
同一区组内各小区要有同质性;
不同区组间允许有相对异质性
b)各个区组是随机部署的,并都要接受实验中的各种处理条件,而且在处理顺序上又是随机的
c)在重复测量的实验中的各种处理,是随机的在各个区组的各个小区内进行重复试验。
d)在随机区组设计中,对于自变量每种水平的效果的测定,是通过在各个区组内部所观测到的成绩进行比较的,即全部比较都是在区组被试内部进行。
所以被试又起到了控制他们自己的效果,因此无需另外设置控制组。
B.评价:
a)实验单位为区组,所以更好地控制样本被试间的差异
b)以区组为单位,在每个区组内可进行同样处理的重复测量,以减少实验误差
c)对各小区的要求,只是要求同一区组内的各个小区具有同质性,因此在选择小区时具有较大灵活性
只是对区组内小区要求同质性,而对区组间允许有相对异质性,因此从实验控制的精度上来讲,只实现了部分控制
有时在一个区组内存在缺失数值的现象,这就会为实验结果的处理带来难度
2.统计分析
(1)单因素多于两种处理的随机区组设计
(2)单因素重复测量随机区组设计
(3)单因素两种处理随机区组设计
(四)多因素随机区组设计
三、准实验设计
由非实验设计派生而来,可以提供一定的控制,即可以提供一定的内在无效源,像真实验设计那样随机选择被试和确保随机等组,不能完全主动的操纵自变量、控制实施处理和随机分派被试接受处理。
(一)不对等两组前测验后测验设计
1.基本模式:
O1XO2
O3O4
2.评价
(1)加入控制组:
基本控制了历史、成熟和测验因素对实验的干扰
(2)加入前测:
对于选择因素有了初步的控制
(1)由于没有选用随机化方法控制被试,因而实验组和控制组可能是不对等的,因而选择与成熟、选择与实验处理之间的交互作用可能会降低设计的效度
(2)前测使得实验结果不能推广到无前测的实验情境中
3.统计方法
独立样本T检验:
(O2-O1)-(O4-O3)的差数进行独立样本T检验
协方差分析:
将前测分数作为协变量
(二)时间序列设计
1.含义:
对一组被试或个体进行一系列周期性的测量
2.模式:
O1O2O3O4XO5O6O7O8
3.评价:
(1)可较好控制“成熟”因素对内部效度的影响。
在O1到O8的测量过程中,其时间间隔基本相同,因此在每个时间间隔内其成熟的发展基本是相同的。
成熟仅发生在处理前后的两次测评过程中可能性不大。
(2)可控制测验因素的干扰。
由于每名被试都要经过多次测验,并得到一系列测验结果,这就可以避免只做一次测验而出现的有偏向性的结果。
(3)可控制统计回归的影响。
(1)没有控制组:
不能控制历史因素,不能排除与自变量同时出现的附加变量的影响
(2)测验与处理X的交互作用作为影响实验外部效度的因素在该设计中不易受到充分控制
(3)多次实施前测会增加或降低被试对实验处理的敏感性,从而在被试身上产生作用影响学生在实验处理后的成绩
4.统计方法:
根据统计结果是持续性还是暂时性采取不同的统计方法
(1)暂时性:
①根据O1O2O3O4的测评数据计算出直线回归方程或曲线回归方程,并根据回归方程推测出实施处理后时间系列中的预测值O5
②相关样本T检验,检测处理后的实际观测值O5与预测值O5之间是否有显著差异,以推断处理X的暂时效果如何。
(3)持久性:
考察O1与O4对应点的回归之间与O5与O8对应点的回归直线之间的差异是否显著
1剩余标准差(F检验)
②截距(T检验)
③斜率(T检验)
(三)不对等两组时间序列设计
O1O2O3O4XO5O6O7O8
O9O10O1112XO13O14O15O16
2.评价:
既有时间序列设计的特点和不对等组前测验后测验设计的特点。
对内部效度有了较好的控制,如历史、成熟、测验选择与成熟的交互作用。
外部效度未得到较好控制,如测验的反作用,以及选择与处理的交互作用。
3.统计方法:
计算实验组前测验和后测验,控制组前测验和后测验的平均数:
X1X2X3X4
X2-X1与X4-X3的差数进行独立样本T检验
回归方法:
对实验组4个前测成绩、4个后测成绩,控制组8个成绩按单组时间序列设计的方法求出3条回归直线,分别记做l1,l2,l3。
L1与l3是否存在差异以确定选择是否存在偏差,l1与l2,l2与l3是否存在差异以确定实验处理的效应。
(四)相等时间样本设计
只用一组被试,既作为实验组又作为控制组,分别先后循环接受相等时间情境中的不同处理,以便对照比较不同的处理效果。
X1O1X0O2X1O3X0O4
较好控制内部效度
(1)控制选择因素:
只有一组被试既做实验组又做控制组,,在两种实验处理条件下被试可以实现对自己的控制
(2)控制历史因素:
偶发外来事件与循环的实验处理X1每次都同时发生的可能性很小
无法很好控制外部效度
(1)测验的反作用:
该设计采用单组被试,并在这些实验处理后进行测验,这些测验会增加或降低被试对实验处理的敏感性,从而使实验结果的推广受到限制
(2)实验安排的反作用:
不同的实验处理被实施于同一组被试,而且这种实验处理会使被试产生一种新异的感觉,所以他们很容易知道自己在接受实验,因而该实验的结果很难推广到没有没有这种反作用效果的群体
(3)选择偏差与实验变量的交互作用
(4)重复实验处理:
实验处理X1的重复出现使得X1的某些延伸效应会推广到没有X1的阶段,从而低估了实验处理X1的效应;
此外X1的循环出现增加了实验处理对被试的影响,出现联系效应或者疲劳效应。
第一次实行
第二次实行
X1
O1
O3
X0
(1)两种实验条件的比较,以确定处理条件与控制条件的不同效应
(2)简单效应比较,,即实验处理条件下的顺序效应和实验控制条件下的顺序效应,以比较时间效应
(3)对实施变量与实施顺序间的交互效应来分析考察在时间序列中不同处理效果的不同变化
(五)平衡设计
对所有被试都给予实验处理而达到实验控制目的的实验设计。
这种设计的主要目的在于控制实验处理的顺序效应
组1
组2
组3
组4
时间1
X1O
X2O
X3O
X4O
时间2
时间3
时间4
控制了历史、成熟、测试对内部效度的影响。
可以离析出组别、时间处理三个主效应。
不能采取随机分配被试的方法,因此人为选择被试组的差异就会造成组与组之间差异,这种选择因素也会与历史、成熟练习效应等产生交互作用的效应
(六)修补设计
1.含义
将非实验设计的两个不同或相同模式,相结合而构成的一种准实验设计。
(1)XO1
O2XO3
(2)
O3XO4
(3)
O5O3XO4
三、真实验设计
(一)单组后测设计
1.模式:
XO
(1)无法控制选择偏差
(2)无法控制历史和成熟的影响
因此,不能通过单组后侧设计的结果作因果推论,只能作为取得进一步实验研究的基础
(二)单组前测后侧设计
(1)施加前测:
通过前测验,可为实验组接受处理后的变化,提供可比较的基线数据和被试在处理前的某些有关信息或起始资料。
经前后测验所得两个平均数的比较,如果O1>
O2且经检验,差异是显著的,则比仅凭后测结果作出处理效果的结论,把握更大一些。
(2)部分控制选择:
只有一个实验组,自身兼做控制组,选择变量可得到适当控制。
(1)与历史变量有关系的是实验的间隔特性。
如果两次测试间隔过短会产生疲劳或练习效应,若时间过长会有其他无关事件的变化影响处理效果。
(2)成熟因素会随时间推移产生系统变化
(3)由于添加前测验,被试可能会对后测验的形式或内容产生敏感,从而影实验效果
(4)在单组前后测设计中,统计回归也是一个没得道控制的内在无效源。
因为在没有施加控制组的情况下,只对一组进行前后测,可能由于测量误差引起回归效应。
(1)T检验
(2)非参秩次检验法
(三)固定组比较设计
XO1
--O2
(1)添加控制组:
控制了历史和成熟因素的影响
(2)无前测验:
控制了测验因素的影响
(1)无法控制选择变量:
没有随机选择和分配等组;
又由于没有施加前测验,没有获得辨明两组在实质上是否为基本等组的信息
(2)选择与成熟、选择与处理的交互作用
(1)独立样本t检验
(2)曼-惠特尼U检验
(3)中位数检验
(四)事后设计
在一种研究中,不是由研究者事先提出处理设计,也不是由研究者主动操作自变量以获得处理结果。
而是在原有事件已经发生之后,研究者对于业已自然发生过的处理效果进行检验研究。
试图将这种已自然发生的处理或自变量与某种结果或因变量联系起来加以分析,以便从中发现某种可能的的简单关系
O
3.分类:
(1)相关研究设计
A模式:
O1O2
B设计目的:
借助所测量变量间的相关系数确定变量间存在的某种关系,并未提出变量间的因果关系奠定基础
C统计方法:
相关统计
D评价:
不能得出因果结论:
注视不能操纵自变量、被试选择非随机、不能控制无关变量
(2)准则组设计
A含义:
与相关研究设计相类似,是对已发生的事情进行研究的一种非实验设计。
他要求研究者通过对所研究显现的被试的比较,确定一些被试(准则组)具有一种状态特征,另一些被试(非准则组)不具有这种状态特征,然后去追溯可能的原因。
B模式:
a)独立样本t检验
b)曼-惠特尼U检验
(3)评价:
A可以对自然条件下的出现的事件或各种学习现象进行时间上的追溯,以了解产生这些现象的信息,即是由于什么原因、在什么条件下出现这个结果
B特别适用于研究简单因果关系的问题
C可为研究假设提出充足的论据。
这种假设以后可以通过更严格的实验方法来进行检验
D在某种环境或特殊条件下,事后回溯设计比其他设计更有用,因为其他设计需要人为作用来引起
E由于条件限制,当研究者不能采用严格实验设计时,可考虑采用该设计方法
A在实验中缺乏控制,研究者不能操纵自变量或随机分配被试
B研究中所追溯的原因可能有多个,在不同情况下,一个特定结果可能又多个原因引起
C两个有关的因素可能不存在因果关系,他们可能都是第三个因素的结果。
对于这些不利因素,研究者如果控制得当,也将会使实验得到准确结果
(4)事后回溯设计与变量控制:
加入调节变量
模式:
Y1O1
Y1O2
Y2O3
Y2O4
Y1
Y2
第二章心理物理学方法
一、感觉阈限的测量
(一)测量感觉阈限的方法
1.最小变化法
(1)定义:
将刺激按递增或递减系列的方式,以间隔相等的小步变化,寻求从一种反应到另一种反应的瞬时转换点或阈限的位置。
(2)对绝对阈限的测量:
在一个刺激系列中,被试报告“有”和“无”这两个报告的相应的刺激强度的中点就是这个系列的阈限。
计算出每个刺激系列的阈限,而后求其平均数,最后的平均值就是绝对阈限。
(3)对差别阈限的测量:
每次要呈现两个刺激:
比较刺激和标准刺激。
在递减系列中,被试依次报告的+到非+之间的中点为上限,非-到-之间的中点为下限;
在递增系列中,被试依次报告的-到非-之间的中点为下限,非+到+之间的中点为上限。
分别求出上限()和下限()的平均数,上限-下限=不肯定间距(IU),(上限—下限)/2=差别阈限(DL);
(上限+下限)/2=主观相等点(PSE),主观相等点在理论上应与标准刺激相等。
(4)误差及其控制:
A.习惯误差:
被试习惯前面几次刺激所引起的感觉叫习惯误差
B.期望误差:
被试在长的序列中给予相反判断的倾向,期望转折点尽快到来
C.解决方法:
交替使用递增序列和递减序列
D.练习效应:
实验多次重复,被试逐渐熟悉实验情境,对实验产生兴趣和学习效果,而导致反应加快和准确性提高的系统误差,会使阈限降低
E.疲劳效应:
由于实验进程而导致疲倦或厌烦情绪,导致被试反应速度减慢和准确性逐步降低的系统误差,会使阈限上升
F.解决方法:
实验前半部分的阈限与后半部分做差异检验,若前半部分的阈限低于后半部分差异显著,则可能有疲劳效应,若前半部分显著高于后半部分则可能有练习效应。
(5)阶梯法:
最小变化法的变式,他把增加和减少的刺激强度的程序连续呈现。
当被试报告感觉不到刺激时,主试就按一定梯级增加刺激强度;
当增加到被试感觉到时,又按一定梯级减少刺激强度。
2.恒定刺激法
刺激通常都由5~7个组成,在实验过程中保持不变,刺激的最大强度要大到它被感觉的概率在95%左右,刺激的最
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