被试内设计教学教程课件.ppt

1第四章 被试内设计 在独立组设计中混淆主要来自被试变量：随机组设计中混淆发生的概率比较小，但是一旦发生我们就无从得知混淆来自哪里；配对组设计主要是为了减少被试变量混淆得机率，但由于配对组设计本身的缺点，所以使用较少。只有在被试内设计中才没有被试变量混淆的可能。这是因为每一名被试都经过了所有的实验条件，所以不会有实验效果归因的问题。2两种被试内设计:完 全 被 试 内 设 计（complete within-subject design）：一名被试接受所有的实验处理，因此其所有的被试变量效应都可以全部抵消掉。不完全被试内设计（incomplete within-subject design）：即每一位被试接受每一种实验条件，但在每一名被试的数据上，都混有实验条件和其他变量的作用，只有把每一种实验条件下的所有被试的数据总和起来才可能去掉这些混淆。3第一节第一节 完全被试内设计完全被试内设计一、范例实验：班上的学生作为被试，教师是实验者。实验作业是要求被试估计每段时间的长短。这里时距是一个自变量，有四种水平：5秒，8秒，14秒和23秒。另一个自变量是被试预测时距长短的方法：一种方法是画一条横线来显示他所认为的时间长短，短的线代表短时距，长线代表长时距；另一种表示方法是让被试画圆，面积小的圆代表短时距，面积大的圆代表长时距。开始收集数据之前，先让被试看最长时距的线和最短时距的线。反应测量为所画线段的长度和圆的直径。4这种作业是一种跨通道的交错配对作业，其标准形式是呈现一种适合某种感觉通道的刺激，并要求被试选择或制作另一种感觉通道的标准来衡量。例如，我们可以选择用不同的重量来衡量声音的大小。虽然时间并没有特定的感觉通道，但其逻辑体现了感觉通道交错配对的思想。5问题：在这个实验中有四种时距和两种表示方法，因此共有八种不同的实验条件。问题就是我们要如何对每一个被试施予这八种情况才能抵消其他可能的变量混淆？6我们这样来安排：每一种时距在每一种反应形式中都对每一个被试呈现4次。先将时距5秒且用横线表示的情况呈现4次，然后8秒用横线表示的情况呈现4次，14秒横线4次，23秒横线4次。这样完成之后，我们再按照这种方法改变成圆圈度量方式进行。这样好不好？7我们认为这样的实验程序是非常不好的，因为被试在画圆圈时已经不同于画横线时了。同时各种时距完全按照顺序出现，而且每一种时距全部呈现过才换另一种也会产生问题。因为如果被试的表现随着尝试次数增加而改变的话，那么各种情况所受到的影响将不一样，这是最主要的问题，而且我们必须考虑各次尝试的出现次序。8渐进误差被试对某种作业的经验越来越多而引起的行为的改变，我们称为“练习效果”（practice effect）。这种效果对被试的影响可能是正面的，也可能是反面的。而这些影响都可能对实验结果造成偏差，这种由于练习效果而逐渐造成的实验误差，我们称为“渐进误差”（progressive error）。我们就是要寻找一种能够抵消这种渐进误差的方法。9下表是我们的安排。八种情况每一种都呈现四次，共32次尝试。呈现四次并没有特殊的理由，唯一的要求是每种情况必须呈现两次以上。如果研究者对个别被试的资料感兴趣，4次尝试可能足以产生稳定的数据。10表：由完全被试内设计所安排的呈现顺序。在此被试的作业是判断四种时距的长短。并用画横线（L）或圆圈（C）来表示。11二、设计的目的与逻辑 32次尝试中的四种时距的呈现顺序是通过区组随机决定的。每四个连续尝试为一区组，包含四种时距，且区组内的呈现顺序是随机的。我们认为这样可以平衡掉四种时距的渐进误差。我们可以通过下图来检验这一假设。1213在图中，四种时距是用1，2，3，4来表示的，每四种一组共八组（32次尝试）。纵轴表示的是渐进误差。在此图中显示了三种不同的关系，每一种曲线都表示了渐进误差和连续尝试之间的一种可能的函数关系。由于每一个区组中的每种时距只呈现一次，所以我们可以假设每种时距渐进误差的总和将会相等。不论渐进误差和各阶段的关系性质如何（三种中的哪一个），我们认为这一假设都应该是成立的。问题：我们如何由此图来验证这一假设？14我们可以由下列步骤来验证：先由图中的三种中任选一种，然后找出条件I（共四种）出现的位置（共八个），并由此垂直向上作与曲线的交线，这一交线就是该点的渐进误差的估计值。然后把所得到的八个值相加，得到一种时距的渐进误差总和。其他三种时距如法炮制。如果我们平衡了四种时距的渐进误差值，那么四种时距的渐进误差值应该是一致的。15我们再来看第二种变量反应模式。第一区组的四个尝试，被试是用的画横线；下两个区组则画圆，然后四个又是画横线。我们是采用的ABBA的交互平衡法。我们认为如果一个实验的尝试系列中包含很多个ABBA，那么它的渐进误差就会平均的分布在两个实验条件中。我们如何求证这一假设呢？我们仍然可以采用上面的方法，得到横线与圆圈的渐进误差总和，也非常接近。16我们上表中的设计扼要地说，就是利用区组随机法先平衡掉一个变量的渐进误差，再利用ABBA交互平衡法使另一个变量的渐进误差达到中和。17三、变化与注意事项 上面的设计中，我们是利用两种平衡设计的方法中和了各种实验条件的渐进误差，并没有在实验中将渐进误差消除掉。我们可以将连续八次的尝试编为一组，求得一个平均数，这样我们就可以得到四组平均数，这四组平均数就代表了渐进误差与练习之间的函数关系。实际上，任何一个完全被试内的设计都包含了一个“练习”自变量。因此，我们在被试内设计中要格外小心这一自变量可能带来的影响。18练习的目的我们常常在实验中先让被试做一些实验的尝试，练习一下，等实验做完之后再将这些练习的尝试废除不要。我们这样做的目的是什么？目的：（1）可以在一定程度上消除练习效果的影响。19问题：这样我们是否就不需要对实验条件进行平衡设计了呢？不可以，因为我们无法估计练习效果的持续时间，所以仍然要采用各种平衡设计来消除渐进误差。问题：既然要平衡，又何必进行事先的练习呢？20（2）我们这样做的目的是因为最初的一些尝试其渐进误差比较大，换句话说就是数据的变异（variation）比较大，比较不稳定，如果把它丢弃不用，我们更能够正确地估计出自变量的效果。有时我们的实验要进行好几天，每天被试都来实验室做一次实验，我们每一次都要将开始的几次尝试的数据去掉，这是因为刚开始的数据是比较不稳定的。这就象运动员的热身（warm up）一样。虽然丢掉一些数据可能造成一些浪费，但这样可以使我们的数据更精确。21例一：假设一次实验中我们给予被试同样的实验条件，被试的前十次尝试分别为：13，22，16，12，17，15，17，16，17，15。从这些数据我们可以看出前五个数据和后五个数据的平均数是一样的。是否存在渐进误差呢？我们认为并没有渐进误差出现，但是由于前五个数据要比后五个数据有更大的变异，因此具有练习的效果。所以，我们去掉前五个数据就可以减小练习的效果，减小我们数据的变异。22例二：同一实验中另一名被试的前十次尝试分别为5，7，8，10，12，14，13，14，14，15。在这个实验中表现出了渐进误差和练习的效果。因此需要去掉前五个实验数据。如果我们不去掉实验是否有效？我们应该知道，即使不把前面尝试的数据去掉，它的渐进误差仍然可以通过平衡设计平衡掉，所以采取去掉前面尝试一些数据的方法并不会影响实验结果，只会帮助我们净化数据使得将来解释实验结果时比较容易归因。23问题：在上表的实验中我们采用了两种平衡方法：随机方法和ABBA的方法。我们知道ABBA的方法简便易行，那为什么不全部采用ABBA而有时采用随机的方法呢？因为如果采用ABBA方法，被试可能很快就学会这种顺序而可以猜出下一个刺激的长度是多少，从而影响我们的实验结果。比如，如果时距是5、8、8、5、5、8、8、5，被试无疑会很快觉察到这种规律。那么，这时被试很可能不依照他的感觉来判断，而依照理智来判断。这就大大违反了我们的实验目的。进行实验最怕的一点就是被试的预期会改变实验的结果，而在进行渐进误差的消除设计中，ABBA的交互平衡法是最容易导致预期出现的。24问题：那为什么在上表的实验中我们还要采用ABBA的平衡方法呢？这是因为在这个实验中，我们利用ABBA方法平衡的是反应方式，而反应方式是必须提前告诉被试的，因此这种平衡方法在这里使用是没有问题的。25问题：如果利用ABBA法平衡时距变量可以不可以？不可以，因为这样可以形成被试的预期。使用ABBA方法的原则：假如被试的行为受到他对下一个刺激的预期的影响时，我们就不能使用ABBA交互平衡法；否则，就可以使用。26问题：我们是否可以使用ABBA的方法？不可以，因为这样很容易使被试产生预期。问题：是否可以使用上表中使用过的区组随机法？不可以，仍然可以使被试对实验产生预期。使用区组随机法，一种刺激在连续两个区组内只能连续出现两次，因此被试可能会找到一条规则：如果连续出现两次长的，则下一次尝试一定是短的。问题：我们用什么方法来平衡？例三：我们只使用两种时距：8秒及17秒。27（1）完全随机的方法。只要两种时距出现总次数相等就可以了。（2）插入无关时距作为干扰刺激来达到平衡的目的。28问题：在上表的实验中，我们知道反应方式不会使被试产生预期，那为什么不用区组随机方法而使用ABBA的方法呢？29我们有四种时距，两种反应模式，每一种时距反应模式进行4次尝试，所以一共有32次尝试（424）。因此这个实验一共有16个区组，每一个区组中画线和画圈各出现一次。然后我们再加入时距变量的四个水平，这样区组就成为4个，而每一个区组中“时距反应模式”各出现一次，共有八次尝试。我们以图表来说明：30使用区组随机法安排：我们有四种时距，两种反应模式，每一种时距反应模式进行4次尝试，所以一共有32次尝试（424）。因此这个实验一共有16个区组，每一个区组中画线和画圈各出现一次。然后再加入时距变量的四个水平，这样区组就成为4个，而每一个区组中“时距反应模式”各出现一次，共有八次尝试。下面以图表来说明：31我们可以看出区组随机和ABBA法一样好用，那么我们如何来决定使用哪一个呢？这是我们就要根据实验的具体情况来决定，按方便行事。如果实验条件变化会造成实验仪器的变更或给被试带来不便（如上表的实验），则可以采用ABBA法。总的说来，一个实验有两个以上的变量时，可以采用ABBA法和区组随机的方法，不论用哪一个，其基本原则不变：即即每每一一种种实实验验条条件件在在每每一一个个练练习习阶阶段段出出现现的次数一定要相等。的次数一定要相等。32四、选择这种设计的考虑 问题：我们知道采用被试内设计有很多的好处，既然如此，为什么不全部采用被试内设计呢？基本的考虑：（1）有些独立变量不容易以被试内设计加以有效的操纵。一般来说，任何的指导语变量（instructional variable）都不适宜让被试接受所有的实验条件。33例：我们想知道不同的策略对解答字谜有什么影响，我们采用两种实验条件：一种是控制条件（不告诉被试任何策略），另一种是策略条件（告诉被试如何有效地解决字谜）。该实验是否可以采用被试内设计？如果使用被试内设计，被试必须依照随机来接受两种实验条件，当被试接受完策略条件再接受控制条件时，我们不能保证被试不使用策略。34问题：我们是否可以先让被试接受控制条件，再接受策略条件，这样可以保证被试在控制条件下无法使用策略？不可以，因为我们这样做将会无法排除渐进误差带来的影响。35（2）最适合完全被试内设计的研究是每个实验条件只需几秒就可以完成，而且前面一个实验条件不会影响后一个实验条件的结果。完全被试内设计在知觉、生理、反应时等研究方面时一种很有效的设计。这些实验所需的尝试或测量都可以在很短的时间内完成，同样的情况可以呈现多次且数据很稳定。36例：如果要研究不同教学方法对学生语文学习能力的影响，是否可以采用被试内设计？如果我们研究一种教学方法对学生语文和数学能力的影响是否可以采用被试内设计？不可以，因为我们要研究的被试的行为具有不可逆性（irreversible）（已经学会的行为无法使其不会，如已经学会骑自行车，就无法使被试不会）。37（3）若想研究被试变量的影响，就必须使用不同的被试。因为被试变量常常具有不可逆性，并且被试变量不易随时改变。（4）有一些类型的研究是一定要采用被试内设计的。38例如：我们的画横线来判断时距的实验是否可以采用独立组设计？不可以，因为虽然我们告诉被试画一条横线来表示时间的长短，但是每一个人的长短标准是不同的，因此不同被试的判断之间不具有可比性。39使用被试内设计的一个原则是：假如想用几种不同的刺激来测试某种行为的特征，这几种刺激在本质上是相对立的，那么一定要用被试内设计才可以。40例：我们要求被试对某一向度（相貌、动作是否漂亮）进行评估，这类主观的判断工作一定要用被试内设计。如果评定是对事物做绝对物理上的判断，如判断两条线的哪一个更长，这时就可能具有选择性了。因为一把尺子是10寸就是10寸，谁来量都一样。但是如果牵涉到主观的判断，就一定不可以采用独立组设计。比如判断荔枝和桂圆哪一个更甜就是一个非常主观的问题。41五、特殊情况 近一些年的研究表明，有些类型的实验如果采用被试内设计来做会得到与用独立组设计来做完全不同的结果。这是一个令人深省的现象。一个自变量的效果竟然会随着实验设计的改变而改变，这从一个侧面表明了行为实验的脆弱性。但是，它同时也启示我们注意一些常被忽略的实验程序特性。42独立组设计：制造两个不同的词表，一个是抽象词表，一个是具体词表。然后将这两种词表分配给两个不同的被试组学习。被试内设计：让一个被试学习两类词。我们将两种词表随机混合在一个词表中，然后让单一被试组来学习这张词表。问题：假设我们的这两种设计的随机误差都已被良好的平衡掉，这两种设计哪一个更为可靠？例如：研究自由回忆作业下抽象词汇和具体词汇。43现在我们需要研究一下被试的心理。通常被试一看这个相当长的词表，就知道他无法在一次呈现内全部学会。我们实验的假设是认为被试对每一项刺激都会花同样的努力去学习，但实际上被试完全会采取一些策略：“这很难，我不如先学那些具体的词，学会后在花时间学习抽象的词”，因此他可能用呈现抽象词的时间去记忆具体的词。这种策略的结果就会造成抽象词看起来比具体词难记的效果。而实际上，这一实验只告诉了我们被试花在两种词上的时间不同，而没有告诉我们两类词的难度。44例如：假设某个自由回忆的列表包括八个无意音节和八个词，假设大多数被试都决定先学习词，然后再学习音节（也有可能相反），那么，由此实验得到的结果就可能大大地高估（或低估）实验变量的影响。45那么在实验中真的会有实验策略呢？当被试面对一种有选择性的作业时，他是否会建立优先的顺序呢？许多实验显示，这是极有可能的。很多实验发现，原来在混合词表中强有力的自变量，一到非混合词表中就完全没有作用了，这就是因为在非混合词表中，由于只有一种词，因而被试无法采用策略造成的。46我们一直强调作实验的目的在于解答某个难题，而研究各种实验设计的目的就是在于提供我们一个最准确、最明晰的解答方案。因此，在实验中应该考虑到被试策略在不同实验设计中的变化，尤其是在被试内设计中。在语文材料的实验中更应该注意这一点。47例如：想研究刺激呈现的长短对自由回忆学习的关系，我们使用了混合词表，并采用完全被试内设计。我们使用的刺激呈现时间分别为2秒，4秒和8秒。问题：对实验结果可能会有影响的是什么因素？被试可能采取在长时间呈现词时记忆短呈现时间的词，从而造成对实验自变量效果的低估。48所以，在用人作为被试的学习实验中，我们不应该使用完全被试内设计。假如一定要用它，我们也要在实验进行之前通盘考虑整个作业过程中被试使用策略的问题。我们到现在也不知道为什么被试要采用不同的学习策略，以及他们选择学习策略的标准；但是，我们必须知道如果实验采用被试内设计有可能导致我们对自变量的效果作出错误的估计，那么这类实验就不应该选择被试内的设计。49第二节 不完全被试内设计 在完全被试内设计中，我们完全排除了被试差异给实验结果带来的影响，而我们面临的主要误差源是实验顺序带来的渐进误差。我们可以使用ABBA交互平衡、区组随机和完全随机的方法消除这些渐进误差。我们利用这些方法使每一个被试身上发生的渐进误差在被试自己身上就被完全平衡了。这种平衡方法利用的是每一种实验条件在一个被试的实验中出现很多次，而每一次的位置都是变化的。因此，将这一实验条件多次出现的不同误差加在一起，就在各种实验条件之间实现了渐进误差的平衡。50例：我们利用核磁共振技术来研究人在进行具体词汇和抽象词汇加工时的不同脑区定位问题。由于实验技术本身的限制，我们必须将所有的具体词汇作为一组一起呈现，抽象词汇也是如此。并且，每一种实验情况都必须进行30分钟。因此这时利用完全被试内设计就无法在每一个被试内部排除渐进误差带来的影响，这时我们如何来解决这个问题呢？51方法一：采用独立组设计（问题是所用被试较多）方法二：采用不完全被试内设计。52不完全被试内设计和完全被试内设计的基本区别在于：不完全被试内设计的每一种实验条件只对被试呈现一次，因此这就使得每一个被试的数据完全受到练习阶段渐进误差的影响，因此也就无法预测自变量的效果。但是我们可以通过合并所有被试的数据，而把渐进误差造成的不同影响完全抵消掉。因此，如何做到这一点是不完全被试内设计的关键。53例如：在完全被试内设计中的ABBA交互平衡中，被试接受一系列A实验条件和B实验条件；而在不完全被试内设计中，我们给予被试呈现的实验条件只能是一次，要么是AB，要么BA。如何平衡掉这种误差呢，我们可以假设如果两个被试的渐进误差相等，一个顺序是AB，而另一个顺序是BA，那么如果将两者的数据合并在一起，就可以认为这两种实验条件的渐进误差被平衡了。当然，我们没有理由认为随机选来的两名被试会有相同的渐进误差，但是，将选来的40名被试随机平均分成两组，那么认为两个组的渐进误差有明显的差异就不再是有道理的了。所以，如果一组呈现AB，另一组呈现BA，然后将其合并，则可以说这两种实验条件的渐进误差是相等的。54注意：我们的目的在于观察自变量的效应，我们的目的不在于渐进误差，我们只需将渐进误差平均分配到各种实验条件中去。55在安排不完全被试内设计各实验条件的顺序时，要遵循一个重要的原则：即即当当总总和和所所有有的的被被试试者者来来看看时时，各各种种实实验验条条件件在在每每个个实实验验阶阶段段所所出出现现的的次次数数必必须须相相等等。每进行一个实验条件就是一个阶段，如果有两种实验条件就有两个阶段。这种原则就导致一个必然结果，就是被试人数必须是实验条件数目的倍数。如果我们有八种实验条件，我们就要有8，16，24，32，或1200名被试。56什么实验可以采用这种不完全被试内设计呢？一般来说，当实验的每种实验条件都需要相当长的时间才能收集到数据时，我们就需要采用这种被试。这和完全被试内设计只需几秒钟时间刚好相反。完全被试内设计和不完全被试内设计在逻辑上、应用上和限制上基本是一样的，我们之所以选择一种而不是另一种是基于方便的考虑。57一、实验条件的顺序 不完全被试内两种实验条件的安排方法：方法一：采用所有可能的实验条件顺序组合（适用于三种以下实验条件的实验设计）。列出所有实验条件组合，并随机分派被试到各种实验组合中。方法二：采用拉丁方设计（完全交互平衡）（适用于六种以下实验条件的实验设计）采用拉丁方设计安排实验条件的顺序，然后将被试随机平均分派到各种实验顺序中去。方法三：采用部分实验条件的顺序组合，并完全随机分派被试到各种顺序组合中。（适用于多因素实验设计）58二、变量种类及数据分析 下面举例说明如何分析实验变量和数据例如：我们要研究自由回忆学习和字词具体性的关系。我们适用了三种不同具体性的词表（低=L,中=M,高=H）。实验采用了不完全被试内设计，实验分为三个阶段。具体安排如下：5960由于各实验条件在每一个阶段出现的次数是一致的，因此虽然每一个被试的数据是受到渐进误差影响的，但是在合并了所有被试的数据之后，渐进误差就被平衡掉了。括号内的数字是被试学习学会所有词时所需的尝试次数。为了得到具体性和学习次数的关系，我们需要列出一个实验成绩的矩阵（如下表）。61从此表的平均成绩我们可以得出这样的结论：自由回忆学习的速度和具体性是直接相关的。62作业一要研究学习速度和一天中的时间的函数关系。我们选择时间为早晨7点，中午12点，下午5点。实验采用自由回忆学习词表的作业。问题1：实验是否可以使用一个词表？问题2：列出6名被试的不完全被试内设计实验安排表。问题3：实验如果采用多个词表，词表的难度差异是否会影响实验结果？63三、限制与注意事项 完全被试内设计的一些限制也适用于不完全被试内设计。指导语变量不可以采用不完全被试内设计，因为会产生差异迁移作用（differential transfer）。所谓差异迁移作用是指当从A种实验条件转移到B种实验条件时，如果所转移过去的技巧、习惯、形式、或预期不同于由B种实验条件转移到A种实验条件时，就产生了不同的迁移效果。64当然，任何被试内设计都可能有差异迁移的存在，但是其他变量产生差异迁移的可能性都较指导语变量为小。对于其他变量如果我们小心的采用适当的顺序设计，则完全可能将差异迁移发生的概率降到最小。例如，采用完全交互平衡法。可以使每一种实验情况在其他各种实验情况之前和之后出现的次数一样。65另外，可以利用差异迁移检验法来检验差异迁移发生的可能性。方法是将在同一个实验阶段接受某一相同实验条件，但其前面的实验情况不相同的被试的成绩抽取出来，进行差异检验。但是这样做的难度相当大，尤其是当实验条件很多的时候。还有，应当从各个角度分析实验数据，以检验合并数据之前和合并数据之后自变量的效应是否一样来检验差异迁移的存在。通常情况下，合并之前和合并之后自变量效应是一致的。66作业二有一个研究野生动物领域范围的实验程序如下：首先捕捉某种动物若干只，然后在动物身上加上标记，标记不会妨碍其行动。然后要猎人在捕获、射杀或发现这个动物时，记下发现的时间、地点及环境。如果研究的目的想要将结果推论到整个族群的话，该研究方法有什么弱点？