单因素实验设计

第11讲 单因素实验设计

Single-factor Experimental Design

要 点

� 被试间设计与被试内设计 � 单因素实验常用设计模型

完全随机设计 � 随机区组设计 � 拉丁方设计 � 重复测量设计

�

心理学研究方法

2

实验设计过程: 两个侧面

� 左看：实验处理的设计安排

�

确定自变量及其水平、确定因变量及其 观测指标、确定额外变量及其控制方 法； 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。

3

� 右看：被试的抽样和分派

�

心理学研究方法

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。 � 重要特征：

�

� �

随机抽样（random sampling ） 随机分派被试（random assignment ）

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。

�

心理学研究方法 6

Blocks 1) 2134 2) 2431 3) 1243 4) 1324 5) 4231

Participants 1) 张明 2) 欧阳兰 3) 李剑 4) 赵龙 5) 王依依 6) 戴琳 7) 李俊 8) 王霞 9) 章翔 10) 刘军 11) 赵文娟 12) 任广军 ……

Treatment Condition → → → → → → → → → → → → …… 2 1 3 4 2 4 3 1 1 2 4 3 ……

7

Block 1

Block 2

Block 3

心理学研究方法

被试间设计的主要混淆因素

个体差异——每一个被试的独特性，它使 一组不同于另一组。如：一组被试更聪明、 年龄更大、经济地位更高、男性成员更多、 已婚者或离异者更多等。 � 环境变量——造成组与组之间产生差异的 各种环境特征。如：两组被试分别在大房 间和小房间、上午和下午做实验，这种区 别会影响组间差异的归因。

�

心理学研究方法

8

等组问题

�

等组

� � �

选择

组建过程相同 处理过程相同 个体成分相同 随机化 匹配组 保持变量恒定或限制其变化范围：如性别、智 商

9

�

等组建立方法

� � �

心理学研究方法

被试间设计的特点

�

被试间设计的优点： 主要优点是被试分数 相互独立，因而较好 地保证了结果的纯洁 性——

避免了参加多 个实验处理可能产生 的练习效应、疲劳效 应、对比效应（敏感 或钝化）。

�

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

单被试组 随机抽样

图：被试内设计示意图

心理学研究方法 11

被试内设计的特点

�

被试内设计的优点： 相对于被试间设计而 言，被试需要量少是 其优点。同时，其主 要优点在于能够从根 本上消除源于个体差 异的所有问题——处 理混淆和处理效应模 糊。

�

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

1 处理 处理1 John Mary Bill Kate 20 30 40 50

2 处理 处理2 Huy Tom Daff Ane 24 35 43 54

3 处理 处理3 Base Bob Doon Zoy 28 39 47 58

比较

M=35

M=39

M=43

1 处理 处理1 John Mary Bill Kate 20 30 40 50

2 处理 处理2 John Mary Bill Kate 24 35 43 54

3 处理 处理3 John Mary Bill Kate 28 39 47 58

M=35

心理学研究方法

M=39

M=43

13

排除个体差异后的处理效应

1 处理 处理1 John Mary Bill Kate M=0 0 0 0 0 2 处理 处理2 John Mary Bill Kate M=4 4 5 3 4 3 处理 处理3 John Mary Bill Kate M=8 8 9 7 8

心理学研究方法

14

� 后延效应（carryover

effect）指 先前处理条件下的操作性为在后续处 理条件下继续，类似于药效的延迟效 应； � 累积误差（progressive error）指 由于疲劳或练习因素引起的误差随着 时间推移逐步积累加强。

心理学研究方法 15

时间关联效应的控制

时间控制：处理间时间间隔的操纵 � 改变实验设计方法：明显存在学习效应、 疲劳效应的课题可更换为其他设计方式 � 抵消平衡法（counterbalancing）：令 不同被试（被试组）按照不同顺序接受各 实验处理，打破与时间或顺序有关的系统 性效应。

�

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

a1 S1 S5 S9 S13

被试试试 试 被被被 Participant

心理学研究方法

a2 S2 S6 S10 S14

处理单元

a3 S3 S7 S11 S15

a4 S4 S8 S12 S16

19

完全随机设计数据结构

处理水平

a1 Y11 Y21

a2 Y12 Y22 Yi2 Yn2 μ.2

……

aj

Y1j Y2j Yij Ynj μ.j

……

ap Y1p Y2p Yip Ynp μ.p

20

观 测 值

Yi1 Yn1

均数

μ.1

心理学研究方法

实验设计模型

=μ.p 或αj=0 假设：H0：μ.1=μ.2=…… ……=

设计模型：Yij =μ+αj+∈i(j ) i(j)

Yij——被试i在处理水平j上的分数 μ——总体平均数 αj——水平j的处理效应——变异源1 ∈i(j )——误差效应，成正态分布——变异源2 i(j)

心理学研究方法 21

变异结构与方差分析

� � �

总变异（SSt） 组间变异（SSb）：处理变异（系统变异） 组内变异（SSw）：误差变异

� � �

个体差异（系统变异） 其他无关变异（系统变异） 实验误差（随机变异）

�

F=MS组间/MS组内

心理学研究方法

22

方差分析表

Source of variance Sum of squqres df Mean square F p

Independent variable Error

SSb SSw

p-1 n-1

MSb MSw

心理学研究方法

23

简评

� 优点 � 缺点

�

设计简单易行 � 各处理水平中的 被试数量可以不 相等 � 在误差变异相同 的情况下，比其 他设计方式更敏 感。

�

心理学研究方法

组内变异包括了 随机误差以外的 其他误差变异， 如个体差异，增 大了组内变异， 使F值不易达到 显著程度，降低 了实验的敏感性。

24

最简单的实验设计：单因素两组设计

� 特点：

只有一个自变量，自变量有两个水平 � 典型设计：

�

� 实验组控制组前后测设计（完全随机设计） � 实验组控制组后测设计（完全随机设计）

心理学研究方法

25

案例分析

某厂技术员开发了两种新的加工工艺，为 决定是否推广此工艺，需确定其是否比老 加工工艺有更好的效费比和加工质量。 � 确定新工艺的效果可能受到 “员工操作技 能水平”的干扰

�

心理学研究方法

26

2.随机区组实验设计

� 基本思想：

随机抽样 � 划分区组，区组内随机分派被试

�

� 前提假设：

�

自变量与区组变量之间无交互作用。

心理学研究方法

27

� 区组方法：

区组方法是将特定额外变量引起的变异 从总变异中分离出来，使之不出现在处 理效应和误差变异中的一种方法。 � 区组变量：多为被试变量（如性别、经 验），环境变量（如时间、地点）有时 也是潜在的区组变量。

�

心理学研究方法

28

被试分配表

处理水平 Treatment

a1

1

a2 S12 S22 S32 S42

a3 S13 S23 S33 S43

a4 S14 S24 S34 S44

S11 S21 S31 S41

区组组组 组 区区区 Block

心理学研究方法

2 3 4

处理单元/ T×B

29

实验设计模型

�

假设1：处理水平的总体均数相等或处理效应 为零

�

=μ.p 或αj=0 H0：μ.1=μ.2=…… ……= =μp. 或π2i=0 H0：μ1.=μ2.=…… ……=

�

假设2：区组的总体均数相等或区组效应为零

�

�

设计模型：

Yij =μ+αj+πi+∈i(j ) i(j) πi ：水平j 的区组效应

心

理学研究方法 30

变异结构与方差分析

� 总变异SSt

处理间变异SSb � 处理内变异SSw

�

� 区组变异SSb � 残差SSr

F处理=MS处理间 / MS残差 � F区组=MS区组间 / MS残差

�

心理学研究方法

当随机区组设计 中每个单元只有 一名被试时，不 存在单元内误差 (个体差异引起的 变异)，故以残差 作为计算F 值的 分母部分，代表 处理内变异。

31

例：

区 组 1 1 2 3 4 5 4 1 2 5 2 2 3 4 1 4 1 处理 3 5 2 5 3 4 4 1 3 3 1 5 5 2 5 4 2 3

心理学研究方法

32

区 组 1 2 3 4 5 1 18 17 16 16 16 83 2 20 19 17 16 16 88

处理 3 20 19 18 17 15 89 20.8

4 21 20 19 18 17 95

5 21 20 20 18 16 95

Σ

100 95 90 85 80 450

SSB

50.2

Σ

SST

心理学研究方法

SSBT=7.2

33

变异来源 处理（ T） 处理（T B） 区组（ 区组（B B*T 总

平方和 20.8 50.2 7.2 78.0

自由度 4 4 16 24

均方 5.20 12.50 0.45

F 11.56

每个单元内得到一个观测数据的随机区组设计的总变异 由三部分构成 ——处理变异、区组变异和误差变异；其 中的误差变异就是 B*T平方和（ SSBT），它代表了观测值 中的随机变异 ——在剔除了处理均数上的差异以及区组 均数的差异之后的随机变异。

心理学研究方法 34

单因素区组设计 = 双因素设计？

双因素实验中，可以把被试完全随机地分配给两个因素 处理水平的结合；而在随机区组实验中，一个因素（区 组因素 B）的水平通常代表了机体变量的系统差异，而另 组因素B 一个因素（自变量 A）的水平则代表了各种实验处理的差 一个因素（自变量A 异，这时就不可能把被试完全随机地分配给一个机体变 量的水平和一个处理因素的水平的结合；被试只能在区 组因素的水平内随机地分配给各处理水平。 另一个差别：区组因素的水平是随机的，而不是固定的。 区组变量水平的划分因人而异。因而检验区组变量的主 效应（区组效应）难以找到合适的误差均方。

心理学研究方法 35

简 评

�

优点 � 分离了明显的无关 变异，减少了实验 误差，提高了实验 效度。 � 区组数量不受处理 水平数影响，灵活 性较好。

�

缺点 � 当处理水平数较多 时，建立同质区 组，寻找同质被试 比较困难。 � 使用限制较多，如 自变量与区组变量 之间不能存在交互 作用，部分限制了 其应用。

36

心理学研究方法

案例分析

�

一家饮料公司针对青年消费群体开发了几 种不同的水果饮料，在正式推出之前想要 了解他们的口味偏好，以决定优先推出哪 一种。请你帮助设计实验进行分析。

� �

备选饮料配方有5种 评价尺度包括：个人喜好程度和流行可能性 （在1-5点量尺上选择）

心理学研究方法

37

3.重复测量实验设计

�

基本思想：

�

通过恒定被试

，对同一组被试实施反复观测， 以控制引起误差变异的个体差异 每个被试接受所有实验处理水平

�

基本方法：

�

�

前提假设：

�

连续施加实验处理时，前面的处理对后面的处 理没有长期影响（无学习效应、记忆效应、疲 劳等）。 � 顺序效应的平衡：随机顺序或拉丁方格顺序

心理学研究方法 38

� 重复测量设计可分为两种类型：

完全重复测量设计：采用对抗平衡设计来 平衡练习效应，即列出所有可能的处理顺 序组合，每个被试都要在可能的处理顺序 条件下多次重复实验（着眼于被试个体的 平衡）； � 不完全重复测量设计：列出所有可能的处 理顺序组合，每个被试都按照不同的顺序 接受各个实验处理（着眼于处理整体的平 衡）。

�

心理学研究方法 39

采用重复测量设计的常见情形：

�

�

�

�

总体或可用样本较小，选择余地小；如：大 脑损伤病人的研究 实验操作效率较高的研究；如：某些认知过 程的研究，被试只需完成很简单的操作反应 为了提高实验的敏感性；如：感知辨别能力 的研究，被试反应很容易受干扰、需要一定 的训练 为了研究被试行为在时间序列上的改变；如： 学习研究或纵向设计

40

心理学研究方法

被试分派表

处理顺序 Treatment

1

S1 S２ S３ S４

2

3

4

a1 a2 a3 a4

a2 a1 a4 a3

a3 a4 a1 a2

a4 a3 a2 a1

被被被试试试 试 被被 被

Participant

心理学研究方法

处理单元/ T×P

41

设计模型

�

适宜假设：处理水平的总体均数相等或处 理效应为零

H0：μ.1=μ.2=……=μ.p 或αj=0

�

设计模型：

Yij =μ+αj+πi+∈i(j)

πi——被试效应

心理学研究方法

42

变异结构与方差分析

� 总变异SSt

被试间SSb——被试个体差异引起的变异 � 被试内SSw

�

� 处理效应SSA——被试接受不同实验处理

引起的变异 � 残差SSr——偶然因素引起的误差变异

� F=MS处理 / MS残差

心理学研究方法

43

被试 T1 1 2 3 4 5 5 4 3 2 1 15

处理 T2 6 4 5 7 3 25 T3 6 8 4 7 5 30

Σ

17 16 12 16 9 70

Σ

变异来源

被试（T） 处理（S） S* T Total

心理学研究方法

平方和

15.33 23.33 14.67 53.33

自由度

4 2 8 14

均方

3.83 11.66 1.83

F

6.37

44

素：练习效应（Practice Effects ） 主要的混淆因 主要的混淆因素：练习效应

�

�

练习效应（痕迹效应或残留效应 ）

As a result of this practice, participants may get better and better at doing the task because they learn more about the task, or they may get worse and worse at the task because of such factors as fatigue and boredom . boredom.

心理学研究方法

45

完全重复测量设计中练习效应的控制策略

�

区组随机化（block randomization）

�

Sackheim, Gur & Saucy（1978） ABBA Counterbalancing 只适用于练习效应

为线性的条件下；所谓线性的练习效应是指练 习效应以同样的量依次从前一个处理向后续的 处理条件下累加。 在预期效应（ anticipation effects ）发生的 在预期效应（anticipation 情况下不适用。

46

�

对抗平衡技术（ABBA Counterbalancing）

�

�

心理学研究方法

例：Sackheim,Gur & Saucy（1978）

�

�

�

运用重复测量设计研究是否人脸的一侧表达情感 比另一侧更强烈。 研究者收集了各种情绪的面部表情照片及其镜 像，制作了三张一组的实验图片：一张为原始照 片，一张为利用原始照片的脸部右侧合成，一张 为利用原始照片的脸部左侧合成。将照片制成幻 10 秒钟，间隔 35 秒钟，期 灯片，每张幻灯片呈现 灯片，每张幻灯片呈现10 10秒钟，间隔 秒钟，间隔35 35秒钟，期 间让被试在一个 7点量表上对照片表情表达情绪 间让被试在一个7 的强度进行评价。 54 次实验，每种照片 18 次。如何 每个被试要进行 每个被试要进行54 54次实验，每种照片 次实验，每种照片18 18次。如何 平衡练习效应？

47

心理学研究方法

Blocking randomization

order

block 1 S1 B A C A 2 C B … … 18

心理学研究方法

S2 A C B B C A … …

S3

B C

A

… …

… …

B A C

48

线性与非线性练习效应

Practic effect Con:

Trial 1 Left

Trial 2 Original

Trial 3 Right

Trial 4 Right

Trial 5 Original

Trial 6 Left

Linear nonlinear

+0 0

+1 +6

+2 +6

+3 +6

+4 +6

+5 +6

心理学研究方法

49

例：预期效应与对抗平衡技术

�

在一项时间知觉研究中，被试被要求重现 一段时间长度（ 12s 、24s 、36s ）。如果 一段时间长度（12s 12s、 24s、 36s）。如果 ABCCBA 的顺序呈现，若 三种时间长度按照 三种时间长度按照ABCCBA ABCCBA的顺序呈现，若 干轮次后，被试可能会了解了这一顺序， 产生了明确预期，并对他们的反应产生了 干扰。

心理学研究方法

50

不完全重复测量设计的平衡策略

�

不完全设计中平衡练习效应的策略规则可表述为： 每种实验处理条件出现在每一顺位的频率必须相 等（Each condition of the experiment must appear in

each ordinal position equally often ）。

�

当采用不完全重复测量设计时，平衡策略包括： � All possible orders: 列出所有可能的处 理条件的顺序，将被试随机分派到其中一个顺 序条件下； � Selected orders: 当列出所有处理条件的 顺序难以操作时，可以挑选出所有可能顺序中 的一部分，具体选择方法中最常用的是拉丁方 格技术。

51

心理学研究方法

例：对人知觉的情绪效应实验研究 (Erber,1991)

�

在第一阶段，被试阅读关于一位女艺术家生活事 件的三篇故事中的一篇；这些故事经验证能够有 效激活人们积极的、中性的或消极的情绪

。

� � �

与积极情绪相对应的故事包括以女艺术家获得学院 奖学金为顶点的若干事件； 中性情绪故事描述了女艺术家如何决定加入哪家学 院； 消极情绪故事描述了女艺术家如何在学院生活的第 一年末被一场几乎无法治愈的疾病击垮。

�

在第一阶段后，假设被试处于三种情绪状态之一： 积极的、中性的和消极的。（注：情绪性质为组 间变量）

52

心理学研究方法

� �

�

第二阶段，被试相信这是一个独立的实验。 被试被要求对对象个体（target individuals）中的每一 个从事某一特定行为（如拥抱欢迎一位朋友、因天气而 变得忧郁等）的可能性进行评估。 基于明显的原因，四种对象个体的描述包含某些 相互对立的特质。 相互对立的特质。四种对象个体 四种对象个体 四种对象个体的每位被分别描 的每位被分别描 述为：

� � � �

①情绪多变且友好的 ②悲观厌世且有同情心的 ③大公无私且不合群的 ④值得信任且占有欲强的

�

使用重复测量程序实施对象个体这一自变量；使 用不完全设计使每位被试评价对象个体变量的所 有水平。（注：对象个体为组内变量）

53

心理学研究方法

�

问题：如何平衡对象个体各水平呈现顺序 中可能包含的练习效应？ 实验分析：

� � � �

�

� �

考察情绪性质与对象个体特质在认知上的影响 1：情绪诱导 阶段 阶段1 2：评估测验 阶段 阶段2 因果推论：积极情绪增加积极行为发生可能性 的评估，消极情绪增加消极行为发生可能性的 评估。 潜在练习效应：对象个体特质的出现顺序 是否可以让每个被试在每种顺序条件下反复做 实验？

心理学研究方法

54

�

实验结果： � Mood can influence the way we perceive other people in important ways. One such influence is that negative mood may facilitate（使容易） the accessibility（易懂性，可理解性）of negative information about others. In other words, if you ’re in a bad you’ mood, you ’re more likely to you’ ’s accentuate（强调、使突出）someone someone’ negative traits.

心理学研究方法

55

案例分析

某厂技术员开发了两种新的加工工艺，为 决定是否推广此工艺，需确定其是否比老 加工工艺有更好的效费比和加工质量。 � 预期以下变量对新工艺效果有干扰

�

� �

1：员工操作技能水平（b） 2：原材料质量（c）

心理学研究方法

56

4. 拉丁方实验设计

�

拉丁方设计（latin square design ）是由 R.A.Fisher 提出的，是对区组方法的进一 步运用，可以同时分离两个额外变量的效应。 拉丁方—— 以n个拉丁字母A，B，C……， 为元素，作一个 n阶方阵，若这n个拉丁字 母在这n阶方阵的每一行、每一列都

出现、 且只出现一次，则称该 n阶方阵为n×n阶拉 丁方。

57

�

心理学研究方法

拉丁方设计是从横行和直列两个方向进行双重 局部控制，使得横行和直列两向皆成区组，是 比随机区组设计多一个区组的设计。 � � 在拉丁方设计中，每一行或每一列都成为一个 完全区组，而每一处理在每一行或每一列都只 出现一次。因此，在拉丁方设计中， 实验处理 实验处理

� �

数 = 横行区组数 = 直列区组数 = 实验处理的重复数 。 数= 横行区组数 = 直列区组数 = 实验处理的重复数。

� �

统计分析时，由于能将横行、直列二个区组间 的变异从实验误差中分离出来，因而拉丁方设 计的实验误差比随机区组设计小，实验精确性 比随机区组设计高。

58

心理学研究方法

拉丁方设计的适用条件

�

�

�

实验中有一个自变量（ P≥2个水平），两个 额外变量（即区组变量， P≥2个水平）； 假定处理水平与区组变量水平之间无交互作 用； 两个区组变量分别在拉丁方格的行和列分 配，然后将处理水平随机分配给 P2个方格单 元，每个处理水平在每行、列中仅出现一 次；每个单元中分派一名或多名被试，实验 被试总数为N=np2(n ≥1)。

59

心理学研究方法

标准型拉丁方

拉丁方可分为标准型拉丁方和非标准型拉丁方。标准型拉 丁方是指首行、首列字母都按自然顺序排列的拉丁方。 拉丁方格的组合随行、列数（ P）变化；P>5时，结果难 以处理，故 5×5以上的拉丁方比较少见。

A A B B A A B C B C A C A B B C D

B C

C

D

D A A C

60

D B A B

心理学研究方法

拉丁方的选择：标准型拉丁方的随机化

�

行变量的随机化

�

列变量的随机化

c1 c2 c3 c4 b1 b2 b3 b4

A B B C D C D A

1 3 1 2 4

C A B D

2

D B C A

3

A C D B

4

B D A C

4 3 1 2 3 1 2 4

B D A C C A D A B C

61

C D A B D A

心理学研究方法

A D B C B D

B

C

�

实验处理的随机化 : 假定四种处理ABCD的 随机序号为1432，即A代表第1种处理，B代 表第4种处理，以此类推。

其随机化结果如下图：

�

c4 c3 c1 c2

B D A C A C D B C A B D D A B C

b3 a4 a1 a3 a2 b1 a2 a3 a1 a4 b2 a1 a2 a4 a3 b4 a a a a

3 4 2 1

62

心理学研究方法

案例：假设的随机化结果

区组2：原材料质量 (c)

C3:三级 C1:一级 C2:二级

区 b2: 中 组 1： 技 b3: 低 能 水 平 b1: 高

A/a3 B/a1 C/a2

B/a1 C/a2 A/a3

C/a2 A/a3 B/a1

处理随机化 随机码：312 a3 ——a 则：A—— —— a1 B B—— ——a —— a2 C C—— ——a

心理学研究方法

63

适宜假设

假设1：处理水平的总体均数相等或处理效应为零

=μp. 或αj=0 H0：μ1.=μ2.=…… ……=

假设2：区组变量1（行）的总体均数相等或效应为零

H0：μ.1.=μ.2.=…… =μ.p ……= . 或βk=0 .p.

假设3：区组变量

2（列）的总体均数相等或效应为零

= μ..p 或γl=0 H0：μ..1=μ..2=…… ……=

心理学研究方法

64

设计模型

Yij =μ+αj+βk+γl+∈pooled

Yij：被试i在处理水平 j上的观测值 μ：总体平均数（真值） αj ：水平j的处理效应（ A） βk：水平k 的额外变量的效应（ B） γl：水平l的额外变量的效应（ C） ∈pooled：误差变异 —方格单元内误差与残差

心理学研究方法 65

被试分派表

额外变量

b1

c1

a1 S1 S2 a2 S3 S4 a3 S5 S6 a4 S7 S8

c2

a2 S9 S10 a3 S11 S12 a4 S13 S14 a1 S15 S16

c3

a3 S17 S18 a4 S19 S20 a1 S21 S22 a2 S23 S24

c4

a4 S25 S26 a1 S27 S28 a2 S29 S30 a3 S31 S32

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心理学研究方法

变异结构与方差分析

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总变异SSt

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F处理 =MS处理间 / MS单元内

处理间变异 SSa � F额外1=MS额外1 / MS单元内 处理内变异 SSw � F额外2=MS额外2 / MS单元内 � 无关变异SSb � 无关变异SSc � F残差 =MS残差/ MS单元内 � 残差SSr � 当单元内被试人数≥2时，若 � 单元内误差 SSe 此项达不到显著水平，则可从

MS残差和 MS单元内中任选 一个作为计算F值的公式的分 母项；或者将其合并作为分母 项。

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简评

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优点

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缺点

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分离两个额外变 量，进一步减少了 实验误差，提高了 实验精度。 可检验设计的正确 性。

前提假设不易满足。 两个区组变量的水 平数必须与自变量 的水平数相等，限 制了其使用。

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课后任务：

� 阅读教材相关内容，熟悉各种常见设

计模型的特点、实验处理操纵方式、 被试分派方式、变异结构和方差分析 思路。

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问题挑战

Challenge Question

某实验拟探讨5种心理训练程序对某种技 能学习成绩的影响。现从5个群体中分别 随机选取6名被试，并将实验分别安排在 星期一、二、三、四、五进行。 � 要求：

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（1）该课题适用哪种实验设计模型？请设计 出具体的实验方案。 （2）写出方差分析的步骤及公式； （3）说明该设计模型的特点。

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心理学研究方法

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某研究者计划通过一项随机组设计的实验研究刺 激呈现速度对人们的刺激辨别能力的影响。自变 量是呈现速度——包括4个水平：非常快、快、 慢和非常慢。研究者希望就以下问题得到你的帮 助和建议：

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（1）研究者请你准备一个区组随机化程序，为四种 处理条件分别安排4名被试。你可以用随机数码表。 （2）研究者考虑将被试限定在能够通过严格的反应 时测试的范围内，以便确定被试能够在“非常快”呈 现速度下成功完成任务。请你说明研究者决策时应 该考虑什么因素，并且清楚地说明实施这种测试任 务可能存在的风险。 （3

）研究者发现在两个不同的房间对被试进行测试 是必要的。请你说明研究者如何在两个房间安排测 试才能避免这一额外因素可能产生的混淆。

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心理学研究方法

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下面的问题反映了重复测量设计中需要平衡练习 效应的不同情境。

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（1）使用完全设计考虑一个单因素重复测量实验。 自变量是任务难度，包括三个水平（低 /中/高）。 请你准备一个顺序以控制实验条件，实现自变量 对练习效应的平衡。你要先用区组随机化、随后 用ABBA对抗平衡法去平衡练习效应。每种条件 要在你准备的顺序中出现两次。（你可以用随机 数码表的第一列决定区组随机化的两个随机顺序） （2）使用不完全设计考虑一个重复测量实验。自 变量是印刷字体大小，包含 6个水平 （7/8/9/10/11/12）。使用一个表格展示你 如何决定其顺序 ——控制前六名被试的实验条 件，要确保能够平衡被试的练习效应。

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追踪旋转器是一种知觉 -运动协调性

（perceptual-motor coordination ）的测验

工具。它由一个旋转圆盘构成，内嵌一个 硬币大小的磁盘。被试被要求手持一根指 示棒并在圆盘旋转时保持指示棒在磁盘上。 因变量是每次实验中被试保持指示棒停留 在圆盘磁盘上的时间所占比例。在此任务 中，学习与练习的许多阶段存在线性相 关，且任务通常需要较长时间去掌握。 （接下页）

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（续上页） � 研究者想要探讨一天中的时间（包括： 10AM., 2PM., 6PM., 10PM. ）对该任务 成绩的影响。被试将在四种条件的每一种之 下进行一系列实验，并在连续四天中每天都 在某一条件下进行测试。实验者共有 96名 被试可供使用。

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（1）在自变量——时间上，使用了什么设计 方法？ （2）分派给每一位被试的第一个条件采用了 什么设计？研究者如何利用该设计的结果测试 差异是否显著？

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