(优选)实验设计单因素实验心理学
心理学实验设计
选择的问题是：计算机键盘与水平面可有三种倾斜度：0度、10度和15度，试设计一项实验来证明，哪一种倾斜度最有利于输入字符。
实验设计一：单因素被试内设计1.提出假设：在计算机和水平面之间的三种倾斜度中，0度，10度和15度中，打一段相同的材料（使用相同的语言），在完成任务以后，比较一下哪种任务完成的时间是最少的，假设倾斜10度所需要的时间是最少的。
2.被试筛选被试：在对被试进行选择的过程中，需要进行严格的筛选。
在进行最后的测试之前，要对每个被试进行测试。
让所有被试在同一个房间里进行，给他们500字的中文文字，在最后的结果中筛选出在3-4分钟内完成的被试，这样能够排除掉打字技术对成绩的干扰。
其中选出被试10名，每个被试依次接受三个水平的实验处理（0度，10度和15度）。
单因素被试内被试分配图3.实验材料3台配置一样的电脑，分别是：0度，10度和15度。
分别给被试呈现不熟悉的材料，避免对材料有熟悉度，每段文字500字。
4. 实验程序(1) 把被试统一安排在指定教室进行，事先不需要太多的交流。
(2) 指导语：大家好，今天我们要进行一项文字输入的测试。
在屏幕中央将会出现一篇文字，请您以最快的速度输入文字。
在我说开始后，大家可以开始了。
(3)电脑自动记录被试完成的时间。
(4)进行数据分析。
实验设计二：单因素被试间设计1.提出假设：在计算机和水平面之间的三种倾斜度中，0度，10度和15度中，打一段相同的材料（使用相同的语言），在完成任务以后，比较一下哪种任务完成的时间是最少的，假设倾斜10度所需要的时间是最少的。
2.被试筛选被试：筛选被试：在对被试进行选择的过程中，需要进行严格的筛选。
在进行最后的测试之前，要对每个被试进行测试。
让所有被试在同一个房间里进行，给他们500字的中文文字，在最后的结果中筛选出在3-4分钟内完成的被试，这样能够排除掉打字技术对成绩的干扰。
其中选出被试45名。
每个被试分别接受三个水平的实验处理（0度，10度和15度）。
单因素设计——精选推荐
单因素完全随机设计（黄希庭的心理学研究方法）单因素设计只有一个自变量，而随机化设计则是指采用随机化的方法分配被试到各个实验处理中。
单因素完全随机设计是指研究者在实验中只操纵一个自变量，并采用随机化的原则把被试分配到自变量的不同水平上的一种实验设计。
根据自变量水平的多少，单因素完全随机设计可分为两等组模型和多等组模型；根据有无试验前侧，可分为后测模型和前测后测模型；根据是否进行配对分组，可分为随机等组模型和随机配对等组模型。
一。
实验组控制组后测设计（一）实验组控制组后测设计模式只有一个自变量，并且自变量只有两个水平，其设计的基本模式如下：R1 X O1R2 O2首先采用随机分配的方法将被试分为同质的两组，两个组在理论上完全相同，然后随机选择其中的一组作为实验组接受实验处理，另一组作为控制组不接受实验处理。
在实验处理后，两组接受相同的后测，并对所获得的观测结果的差异进行比较，以推论实验处理的效果。
对于该设计实验结果的统计分析，可采用独立样本的t检验的方法进行数据统计分析。
（二）实验组控制组多组后测设计模式如果在一个实验中，实验因素具有三个或三个以上的处理水平时，上述设计的结构模式可变为：R1 X1 O1R2 X2 O2R3 X3 O3………Rn Xn OnRn+1 On+1这种模式和实验组控制组后测模式的区别仅在于增加了自变量的水平，即由两个水平变为多个水平，这种设计也成为随机多组后测设计。
在这种设计模式中，随机选取并分派被试组成等组，其中可以有一个组是不接受实验处理的控制组，其他各组分别接受不同的实验处理；也可以所有的组都接受不同的实验处理，对各组可能出现的结果差异进行比较。
对于单因素完全随机多等组后测设计的数据分析，可采用单因素方差分析的统计方法。
如F检验达到了统计显著性水平，表明在所有处理条件中至少有两个处理条件的差异达到了显著水平。
随后还需要进一步分析这些处理中哪些处理间具有显著的差异，进行有关单因素方差分析的事后多重比较（post hoc test）。
单因素实验设计
� 被试内设计的缺点： ① 被试缩减问题；
② 时间相关问题；
③ 顺序效应问题，如 后延效应（carryover effect）和累积误差 （progressive error）。
心理学研究方法
12
处理1
John 20 Mary 30 Bill 40 Kate 50
M=35
处理2
Huy 24 Tom 35 Daff 43 Ane 54
� 右看：被试的抽样和分派
� 确定适当的抽样方法和样本容量、确定 以何种方式将被试分派到各处理条件下 去。
心理学研究方法
3
单因素被试间设计
（between-subjects experimental design ）
� 被试间设计的一般目的是确定在两个或多 个实验处理条件之间观测指标是否存在差 异。
M=39
处理3
Base 28 Bob 39 Doon 47 Zoy 58
M=43
比较
心理学研究方法
处理1
John 20 Mary 30 Bill 40 Kate 50
M=35
处理2
John 24 Mary 35 Bill 43 Kate 54
M=39
处理3
John 28 Mary 39 Bill 47 Kate 58
4
3
1
2
52
1
4
5
3
心理学研究方法
32
区 组
1
1 18 2 17 3 16 4 16 5 16
Σ 83
SST
处理 234 20 20 21 19 19 20 17 18 19 16 17 18 16 15 17
88 89 95
实验心理学第四讲真实验(一)单因素实验设计
• • •
方差齐性检验 方差分析的前提条件：各组被试要同质 方法：比较变异最大的组与变异最小的组之间是否差异显著 差异显著，方差不齐，被试组分配不同质，不能用常规的方差分析
F（3，11）= 2.574，p > 0.05；分子和分母的自由度分别是k和n-1
组内平方和(误差平方和)的计算 • 完全随机实验设计中的误差变异即接受相同实验处理的被试 之间的变异之和，又称单元内误差 • 包含了被试个体差异、其它的无关变异和实验误差
总结（单因素被试间和被试内设计）
相同点 • 一个自变量，自变量有两个或多个水平 • • • 不同点 被试间设计——自变量是被试间变量 被试内设计——自变量是被试内变量 变异分解不同
各有优缺点
单因素随机区组实验设计
• • • 适用情境： 研究中有一个自变量，自变量有2个或多个水平 研究中还有一个无关变量，也有两个或多个水平 自变量的水平和无关变量的水平之间没有交互作用
H0：aj = 0
例子
物体的清晰程度对儿童识别能力的影响 自变量：图形的清晰度，高、中、低三个水平 实验材料：100幅图形 36名被试，随机分配到三个处理水平，每个处理水平 12名被试 • 因变量：被试命名100幅图形的正确数 • • •
被试命名不同清晰度图形的正确数
平方和计算公式 • 总平方和 ＝ 组间平方和 ＋ 组内平方和
拉丁方设计的优缺点 • 可以分离出两个无关变量的影响，减小实验误差 • 通过对方格内单元误差与残差做F检验，可验证实验设 计的正确性 • 关于自变量与无关变量不存在交互作用的假设很多情 况下难以保证 • 要求每个无关变量的水平数与自变量的水平数相等
被试命名不同清晰度图形的正确数
• 计算表和各种基本量的计算
第04章 单因素被试间实验设计
额外变量保持恒定
• Lofus & Burns的实验： Burns的实验 的实验：
–实验任务： 实验任务：
• 令两个组的被试回答关于电影事件的25个问题。 令两个组的被试回答关于电影事件的25个问题。 25个问题 • 其中的一个关键问题是：“那个男孩足球运动 其中的一个关键问题是： 衫的号码” 衫的号码”。 • 那个号码在两组影片中都是有两秒钟的可见时 暴力片断中（枪击之前）、 ）、非暴力片断中 间。暴力片断中（枪击之前）、非暴力片断中 在银行场景之前）。 （在银行场景之前）。
一个选择性被试丢失的例子
• 实验处理： 实验处理：
– 对实验组进行一个月的健康训练； 对实验组进行一个月的健康训练； – 控制组不进行任何训练； 控制组不进行任何训练； – 一个月后，实验组只有25名被试坚持下来， 25名被试坚持下来 一个月后，实验组只有25名被试坚持下来， 并作了健康测验； 并作了健康测验； – 控制组有40人完成了健康测验。 控制组有40人完成了健康测验 人完成了健康测验。 – 实验组的健康分数显著高于控制组。 实验组的健康分数显著高于控制组。
一个学习实验
• 实验目的：诵读次数对被试记忆无意义单 实验目的： 词的影响。 词的影响。 • 实验自变量：诵读次数； 实验自变量：诵读次数； • 自变量的水平：一次/五次 自变量的水平：一次/ • 实验假设：诵读五次的记忆效果比诵读一 实验假设： 次的记忆效果好。 次的记忆效果好。 • 应该采用的实验设计？ 应该采用的实验设计？
– 随机抽取被试的原则： 随机抽取被试的原则：
• 保证总体中的每个被试都有同样的可能性进 入实验中的每一个处理组中。 入实验中的每一个处理组中。
– 随机抽取被试的前提： 随机抽取被试的前提：
优选法实验设计
优选试验设计优选法在生产和科学实验中，人们为了达到优质、高产、低消耗的目的，需要对有关因素（如配方、配比、工艺操作条件等）的最佳点进行选择，所有这些选择点的问题，都称之为优选问题。
所谓优选法就是根据生产和科研中的不同问题，利用数学原理，合理地安排试验点，减少试验次数，以求迅速地找到最佳点的一类科学方法。
优选法可以解决那些试验指标与因素间不能用数学形式表达，或虽有表达式但很复杂的那些问题。
1单因素优选法常假定f(x)是定义区间（a,b）的单峰函数，但f(x)的表达式是并不知道的，只有从试验中才能得出在某一点x0的数值f(x0)。
应用单因素优选法，就是用尽量少的试验次数来确定f(x)的最大值的近似位置。
这里f(x)指的是试验结果，区间（a,b）表示的是试验因素的取值范围。
1.1来回调试方法优选法来源于来回调试法，如图1，选取一点x1做试验得y1=f(x1),再取一点x2做试验得y2=f(x2)，假定x2>x1，如果y2>y1,则最大值肯定不在区间（a,x1）内，因此只需考虑在（x1,b）内求最大值的问题。
再在（x1,b）内取一点x3，做试验得y3=f(x3)，如果x3>x2,而y3<y2,则去掉（x3,b），再在（x1,x3）中取一点x4,……，不断做下去，通过来回调试，范围越缩越小，总可以找f(x)的最大值。
这种方法取点是相当任意的，只要取在上次剩下的范围内就行了；那么怎样取x1,x2,……，可以最快地接近客观上存在的最高点呢？也就是怎样安排试验点的方法是最好的？下面介绍几种减少试验次数的试验方法。
1.2黄金分割法（0.618法）所谓黄金分割指的是把长为L的线段分为两部分，使其中一部分对于全部之比等于另一部分对于该部分之比，这个比例就是=0.6180339887……，它的三位有效近似值就是0.618，所以黄金分割法又称为0.618法。
黄金分割法（如图2），就是将第一个试验点x1安排在试验范围内的0.618处（距左端点a），即:x1=a+(b-a)×0.618......(1)得到试验结果y1=f（x1）；再在x1的对称点x2，即：x2=b-(b×a)×0.618=a+(b-x1)=a+(b-a)×0.382 (2)做一次试验，得到试验结果y2=f(x2)；比较结果y1=f(x1)及y2=f(x2)哪个大，如果f(x1)大，就去掉（a,x2）,如图2所示，在留下的（x2,b）中已有了一个试验点x1，然后再用以上的求对称点的方法做下去，一直做到达到要求为止。
单因素实验设计
心理学研究方法
16
常用实验设计模型
1. 完全随机实验设计
�
基本思想：
� �
随机抽样 随机分派被试 由于被试是随机分配给各处理水平的，被试之 间的变异在各个处理水平之间也应是随机分布、 在统计上无差异的，不会只影响某一个或几个 处理水平。
�
基本假定：
�
心理学研究方法
18
完全随机设计被试分配表
处理水平 Treatment
心理学研究方法
4
自变量 处理1 处理2
实 验 情 境
处理3
被试组1
被试组2 随机分派 随机抽样
被试组3
图11-1：被试间设计示意图
心理学研究方法 5
随机分派的常用程序：区组随机化
（block randomization ）
在这里，区组（block）是所有实验处理 构成的一个随机排列顺序。 � 实施程序：首先为每一个处理安排一个代 码（字母或数字），然后利用随机化技术 （如使用随机数码表）将实验处理进行随 机化排列，一个排列构成一个block。根 据被试的数量决定block的数量。最后将 被试依次安排到不同block中的不同位置 （treatment）。 � 优点：可以使各处理组有等额的被试，提 高等组的质量。
�
被试间设计的缺点： 被试需要量较大是一 个主要的缺点，尤其 在总体规模较小的时 候。
心理学研究方法
10
单因素被试内设计
（within-subjects experimental design ） 自变量
处理1 处理2 处理3
S1
处理2 处理3 处理1
S2
处理3 处理1 处理2
S3
实 验验验 验 情情情 情 境境境 境 实实实
心理学准实验单因素实验设计模版
单因素实验设计
1.单因素完全随机实验设计
（1）模式：RX1O1
R X2 O2 (两水平情况下)
（2）实施过程：(研究中有一个自变量，自变量有两个或多于两水平。该变量是被试间变量)将被试分配给自变量的各个水平。每个被试只接受一个水平的处理。（用随机化控制误差变异）
（2）实施过程：给处理和不给处理交替出现，都进行测量并获得数值。把不给处理时的数据作为前侧（基线）值，给处理后测的成绩作为后测值，对比这两组值是否存在差异。
（3）统计方法：配对样本T检验
（4）优点：较好的控制历史因素、测验因素、统计回归等额外变量的影响。
缺点：外部效度较低，所得结果很难推到其他个体。（多次测量降低被试敏感性、重复实验处理的干扰、实验安排的反作用效果会影响该设计的外部效度）
f.被试的随机化分配可以抵消被试的反应倾向
缺点：a.虽然组间设计对被试进行了匹配和随机化，但分配给各实验组的被试仍有可能出现差异
b.比起被试内设计，它需要更多被试
c.需要花费更多时间和人力
d.匹配过程不存在练习和迁移效应，否则，匹配的结果是不可靠的，且其过程也要花费一定的时间和精力。
2.单因素被试内实验设计
d.【系列效应】被试接受实验处理的顺序具有一致性时，对实验材料的学习会产生迁移作用，导致被试对中间实验材料反应成绩最好。
PS.系统误差平衡法：
（1）ABBA法（对应一个因素的不同水平）
（2）拉丁方设计（每个被试的实验处理Байду номын сангаас序逐一顺延排列）
缺点：【混淆因素：成熟、历史、测验、仪器、统计回归、被试亡失、实验者效应、霍桑效应】
2.单组时间序列设计
（1）模式：O1 O2 O3 O4 X O5 O6 O7 O8
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6 65 60 50 58 86 88 82 85
7 56 57 66 60 79 84 83 82
8 48 49 53 50 74 87 76 79
射击训练效果检测方式的改进，增加前 测后测次数 如何检验？
前后测量分别平均作组间T检验
定时系列设计评价
优点：除具有前后设计的优点，还具有
降低由于一次观测而得到被试不正常行为的几率 提供测量过程中的信息，获得发展趋势
1 X1 O1 X0 O2 X1 O3 X0 O4
X1O1
X0O2 X1O3 X0O4
第一次测量 第二次测量
X1
O1
O3
X0
O2
O4
确定试验处理与控制条件的不同效应 对两轮测量的时间效应进行分析 对测量顺序与处理效应之间的交互作用进行分
析
O2 O1
一、被试内设计
也叫单组实验设计（within-subjects design)，是每个被试须接受自变量的所有情 况的处理。
基本原理：每个被试参与所有的实验处理，然 后比较系统被试在不同处理下的行为变化。
在实验研究中，如果实验者主要想研究每一个 被试对实验处理所引起的行为上的变化，可考 虑采用被试内设计。
训练 8名被试： 前测成绩
后测成绩
有区别吗？ 如何检验？
用配对T检验
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 平均
训练前 51 49 31 20 70 65 56 48 48.75
配对T检验：P=0.000295
训练后 71 80 89 67 99 86 79 74 80.625
差值 20 31 68 57 29 21 23 26
实验处理
定时系列设计举例
目的：第一次参加射击运动的人在接受打靶训练前后 打靶成绩的变化
方法：选择8名从来没有参加过射击运动的被试，在他 们进行打靶练习前，先进行3次打靶测验，记录下他们 的打靶成绩（前测成绩）。然后对他们进行为期1周的 打靶训练，每天2小时。训练结束后，再次对他们的进 行3次打靶测验，记录下他们的成绩（后测成绩）。将 前后的成绩进行比较，就可以看出1周的训练是否有效 果。
（优选）实验设计单因素实验 心理学
实验设计的概念
实验设计乃是进行科学实验前做的具体 计划。它主要是控制实验条件和安排实 验程序的计划。它的目的在于找出实验 条件和实验结果之间的关系，做出正确 的结论，来检验解决问题的假设。
实验设计的内容
①刺激变量(或刺激变项)的确定及其呈现的方式； ②反应变量(或反应变项)的指标及其测量方法； ③对一切有关变量(或变项)的控制措施； ④确定被试总体及被试样本人数和选择被试的方法； ⑤拟定主试在实验开始前对被试者要说的指示语； ⑥规定实验次数； ⑦安排实验程序； ⑧规定使用仪器的型号； ⑨规定处理实验数据的方法。
缺点：
由于更多次的观测，势必延长实验时间，从而会有 更多的外来影响
也正是更多次的观测，更易引起顺序误差，更易导 致练习、疲劳、紧张或厌烦等效应
（四）相等时间样本设计
与实验组与对照组对应，在单组试验中设立等 价的两个时间样本，分别给予和不给予试验处 理
组数 处理 测量 处理 测量 处理 测量 处理 测量
编 号1
训练前 2 3 平均 1
训练后 2 3 平均
1 51 61 55 56 71 75 89 78
2 49 32 40 40 80 89 75 81
3 31 39 45 38 89 88 78 85
4 20 25 40 28 67 70 57 65
ห้องสมุดไป่ตู้
5 70 50 60 60 99 89 96 95
实验设计的基本类型
从对实验控制条件的严密程度的不同：
①真实验设计 ②准实验设计 ③非实验设计
根据实验中要操纵变量的多少：
①单因素实验设计 ②多因素实验设计
根据在各种自变量及各种处理水平中是否用相同被试：
①被试内设计 ②被试间设计 ③混合设计
实验设计的基本类型Ⅰ
被试内设计 被试间设计 混合设计
数学课外辅导讲座对学生数学学习成绩的影响
缺点：
无前测或对照组，只是叙述后测结果， 没有比较的依据
没有对机体变量、自变量及额外变量进 行控制，结果不可靠
无法排除历史、选择及成熟等无效源的 作用是一种非试验设计
（二）单组前测后测设计
指在实验条件处理前对被试进行观测的 结果与实验条件处理所做的同样观测结 果加以对比的设计。即，这种设计类型 是实验（处理）前后的比较设计。
O1 X
O2
O1表示实验处理前对被试者观测所得值
O2表示实验处理后对被试者观测所得值
X表示实验条件处理
单组前测后测设计举例
目的：第一次参加射击运动的人在接受打靶训练前
后打靶成绩的变化。
方法：选择8名从来没有参加过射击运动的被试，在
他们进行打靶练习前，先进行一次打靶测验，记录下 他们的打靶成绩（前测成绩）。然后对他们进行为期1 周的打靶训练，每天2小时。训练结束后，再次对他们 的进行打靶测验，记录下他们的成绩（后测成绩）。 将前后两次成绩进行比较，就可以看出1周的训练是否 有效果。
为减少成熟、历史等原因带来的误差， 可增加控制组---如：固定组比较设计 （组间设计）
（三）定时系列设计
（时间序列设计）
指实验处理前对一组被试作一系列的定 时重复观测，然后实施实验处理。在对 被试作一系列的定时重复观测，分析自 变量（实验处理）对因变量的关系。
定时系列设计模式
系列前测
系列后测
被试内设计类型
单组后测设计 单组前测后测设计 定时系列设计 相等时间样本设计 抵消实验条件的设计
（一）单组后测设计
只设一个实验组，给予实验处理，得到一个后测 成绩，把后测结果归结于试验处理
X
O
例如：某单位新领导上任，进行了一些改革措施，在 之后，取得了一些成绩，于是把这些成绩归结于自己 的改革措施得力
单组前测后测设计评价
优点：
（1）能较明显地检测初实验处理的效果如何 （2）对被试的需要量较少，一组被试当两组被试用，无
须设控制组，不但提高效率，被试变量也得到较好控 制
缺点：
（1）前后两次观测之间存在时间间隔，会带来外来影响 （2）易产生顺序误差，疲劳误差，随机误差等
解决的办法：
为减少一次测量的随机误差，可增加前 测与后测的次数---如：定时系列设计