第二章 心理实验的设计

教学目标：

1、掌握实验的自变量、因变量、控制变量及对它们的操作和控制 2、掌握进行实验设计的方法

3、熟悉如何评价以及提高实验研究的信度和效度。 4、了解如何进行心理学的实验研究 5、了解实验设计的类型，

重点难点：

教学重点：自变量的操作；因变量的操作；无关变量的控制方法；实验设计的类型；实验效度；实验程序；实验伦理

教学难点：无关变量的控制方法；实验研究的效度；多因素随机设计；随机区组设计；拉丁方设计；混合实验设计

教学方法：讲授法辅以举例法 教学内容：具体如下：

第一节 心理实验中的自变量和因变量

一、变量的种类

（一）自变量（Independent Variable） 由研究者（主试）选定，并进行操纵控制以产生所欲研究的心理现象的变量。心理学研究中也称为刺激变量，简称刺激，用大写字母S表示。比如，要研究灯光亮度对阅读速度的影响时，实验者所操纵的灯光亮度（变化烛光数）就是自变量。再比如在复杂反应时研究中，灯光的种类（或声音频率、强度）是自变量。对材料的熟悉性对测验成绩的影响。（以学生听力中“大大世界”的歌曲为例）。包括自变量的水平。

（二）因变量（Dependent Variable）

是被试的反应变量，它随着自变量的变化而变化，是自变量的结果，是主试观察或测量的变量。比如在记忆实验中三组被试学习完毕即进行再认和回忆测验，能够再认和回忆的单字在全部学过的单字中的百分比就是反应变量（因变量）。在声音和灯光的反应时实验中，测得的反应时长短就是反应变量。

（三）控制变量或额外变量或无关变量（Control Variable 或extraneous variable或irrelevant variable）

在心理实验中，能影响因变量的变化，但不是研究者所选择、确定、操纵变化的变量，它们需要在研究中加以控制以保持恒定，这类变量称为控制变量，也称为无关变量或额外变量。只有控制好无关变量，才能确定自变量和因变量之间的因果关系。

二、自变量的种类及其控制 （一）自变量的种类

心理学研究中，自变量可以分为四类：

1、刺激特点自变量：如果被试的不同反应是由刺激的不同特性，如灯光的

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强度、声音的大小等引起来的，我们就把引起因变量变化的这类自变量称为刺激特点自变量。

2、环境特点自变量：进行实验时环境的各种特点，如温度、是否有观众在场、是否有噪音、白天或夜晚等等，都可以作为自变量。

3、被试特点自变量：一个人的各种特点，如年龄、性别、职业、文化程度、内外倾个性特征、左手或右手为利手、自我评价高或低等，都可以作为自变量。

4、暂时的被试差别变量：被试的暂时差别通常是由主试的安排，也就是由主试给予的不同指示语造成的。

举例说明如下：

（二）自变量的控制

在一个具体的实验中，实验者是根据他的实验目的来选择自变量的。在抢占图书馆桌子的例子中，要研究桌面的整洁程度对抢占位置时间的影响，实验者就要选择桌面的整洁程度作为自变量；要研究表情对抢占位置时间的影响，就要选择占位者表情作为自变量。变量的精髓在于“变化”，研究者不但要选择合适的自变量，还要对这些自变量进行操纵改变，即对自变量进行控制。对自变量控制的如何，直接影响研究的成败。对于自变量的控制，主要包括以下几个方面

1、给自变量规定操作定义 许多时候，实验者无法从实验目的直接得到合适的自变量，因为直接得来的自变量往往不够明确。比如研究“疲劳对识记的影响“，在这个实验中疲劳程度就是自变量，但问题是虽然”疲劳“这个概念在实际生活中是一个非常形象的概念，但是在实验中我们对它量化地操作却是件难事，因为它没有共同的起点和尺度。在实验中，”像疲劳“这样的概念是非常含糊的，如果不对它进行更明确的定义，那么不但这个实验本身难以进行，而且这个实验的结果与其他研究者的结果也难以比较，因为不同的研究者对”疲劳’这个概念的理解可能是不同的。解决这一问题的办法是采用明确、统一、可以量化的术语对自变量进行严格的规定，这就是对自变量下操作定义的过程。

操作定义（operational definition）是由美国物理学家布里奇曼（Bridgman，1972）提出的，他主张一个概念应由测定它的程序来下定义。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性定义。（也就是指定义一个概念时，不直接描述被定义概念的特征、性质，而是观察或测量被定义概念或变量所做的实际活动。）在前面的例子中，“疲劳”可以定义为“从事某种体力劳动的时间量”，那么实验者就可以操纵这个变量了。又如，如果我们要研究动机对小白鼠某些行为的影响，那么就可以把动机定义为“小白鼠的挨饿时间。”

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操作定义明确了自变量的内涵，同时也往往指出了自变量操纵的方法。例如实验者把疲劳定义为“从事某种体力劳动的时间量”这就意味着对“疲劳”这一自变量的操纵是通过改变被试的劳动时间来完成的。

实验中规定操作定义有三个好处：（1）可以使研究者的思考具体而清晰；（2）可以增进科学研究者之间沟通的正确性；（3）减少一门学科所用概念或变量的数目。

2、规定自变量的不同水平 如上所述，研究者可以从自变量的操作定义得知操纵自变量的基本方法，也即“如何”变化自变量；接下来的工作便是操纵自变量到“什么程度”的问题，即确定自变量的各个水平。

所谓自变量的水平，即指自变量的一个取值（或操纵结果），也称为检查点。例如以疲劳为自变量的研究中，设定了“体力劳动时间”这一操作定义，那么接下来研究者就可以确定两个水平的疲劳程度，如：1小时、2小时；也可以设定更多的水平，如：30分钟、1小时、2小时、4小时。

（1）检查点数目：一般3-5个，所选检查点的数目要足以找出自变量和因变量的函数关系。因素型实验的检查点一般不超过4个水平；函数型实验的检查点需要更多些，线性函数关系可以取3-5个；更复杂的函数关系则至少需要5个。

（2）自变量范围（全距）：可以用前人研究做依据，如暗适应实验，自变量为适应时间，时间范围多大，可以参照前人研究，一般为0-40分钟。如果自变量范围不能事先确定，则要根据被试的反应，当其反应比较平稳时才能停止实验。

（3）自变量的间距：当选好自变量的范围后，还应该确定各检查点的距离，间距大小可依具体情况而定，原则是：两个不同的检查点，能引起被试不同的反应，即间距不能小于差别阈限，这个间距一般是等距变化的。如果自变量与因变量是接近于对数函数、指数函数时，间距如果能按对数单位变化，则实验结果的精确度会变得更高。

3、对呈现仪器的控制（校准测量自变量的仪器，保证研究的内在效度） 对仪器进行有效控制是实现对自变量控制的一个非常重要的环节。这样就对实验仪器及其使用提出了要求：（1）准确精密不失真；（2）仪器性能稳定，即不随着使用时间长短，开启时间长短，使用条件（环境）的变化而变化；（3）操作方便，反应灵敏；（4）仪器的显示范围要满足自变量变化的要求；（5）仪器不应干扰、阻碍、改变所要研究的心理现象，即不能引起新的无关变量；（6）同一型号的仪器同质信度要高，如果不能前后使用同一台仪器，则应用同一型号且误差较小的两台或多台仪器。

4、控制呈现刺激方式

包括呈现时间的长短、呈现的顺序、空间位置等，都应根据要求加以控制。

三、因变量的种类及其控制

因变量是因为自变量的变化而产生的现象变化或结果，因此自变量和因变量是相互依存的，没有自变量就无所谓因变量，没有因变量也无所谓自变量。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为因变量（dependent variable）。

（一）因变量种类

因变量的种类，对于心理实验研究来说，是很多的，也很复杂。一般来说，

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对于因变量的指标有客观指标和主观指标之分。客观指标主要有：

1、准确性方面的指标：正确率或错误率，在相同条件下可以用正确或错误的次数来表示

2、速度或敏捷度方面。一般来说，内部的心理历程越短，速度越快。常用的两种情况有：工作量一定，完成工作所需要的时间（计时）；时间一定所完成的工作（计件）。比如简单反应时、走完迷津所需要的时间、在一定时间内完成某项作业的数量。

3、刺激的强度水平（难度）：比如学习实验中通过不同迷津错误巷的多少不同，通过不同难度的智力测验题目

4、概率或频率：某些反应出现的概率或频率也可以作为反应变量的指标。例如：阈限的确定，即根据“正反应”出现的概率来计算。

5、反应的强度或力量：这个强度可以用物理量来表示，用特定的仪器来测量，也可以用反应时间的长短表示。

6、各种心理测验的量表分数及评价者的评定分数。这虽然是人为的主观评价，但若依据的评价标准可靠，这些评价分数也是可靠的。

7、高次反应变量，即用一个图或表表示反应的多种情况，例如学习曲线，既可以表示学习的正确或错误率，又能表示整个的学习进程情况。 因变量的主观指标主要是被试的口语记录（Protocol）。口语记录是指被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录，或在实验之后，被试对主试提出的问题所作问答的记录。在心理学研究中，口语记录是很重要的参考资料，有助于我们分析被试的内部心理活动。例如在认知心理学的研究中，口语记录分析被用于问题解决的实验中，借以了解被试解决问题时所使用的思维策略。

（二）因变量控制

因变量是研究者在心理学实验中试图客观观察和记录的对象。不同于以“准确操纵”为目的的自变量控制技术，因变量的控制主要着眼于如何精确客观地记录下它的变化。一般而言，有几种主要方法可以用于因变量的控制：

1、反应控制

反应控制的目的，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。一般而言，在不加控制的情况下，被试对刺激的反应总是千差万别，很难保证所有的反应都恰如其分地表现了实验者感兴趣的因变量变化。因此实验者就有必要把实验中被试的反应控制在主试所设想的方向上，这就是对反应的控制。

在人作为被试的实验中，对反应的控制往往是通过指导语实现的。指导语是心理实验中主试给被试交代任务时说的话。指导语能够为被试设定课题，也就是控制被试的反应。

心理实验中，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。不同的实验会有不同的要求，有的要求被试尽量做得准确，有的要求尽量做得快，还有的要求又准又快等。类似这样的问题，主试都要事先确定，写在指导语中。（2）完全，即在指导语中，要把被试应当知道的事交代完全。即要让被试知道她要做什么和怎样做等等。（3）简单明确，即指导语要写的简单明确，要保证被试懂得了指导语，切忌模棱两可，也不要用专门的术语，为防止被试误解指导语，可以让被试用自己的话重述他做什么，怎么做等等。（4）标准化，即指导语中所用的词语以及说明指导语时主试的表情、语气、声调等方面都要进行标准化，即对所有的被试，指导语都应一样。

在指导语不能充分控制反应时，就要很好地考虑刺激条件和实验装置，使刺

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