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体育科学 研究方法. 郑 旗 ( 教授 ) 主编. 第七章 实验研究.

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体育科学 研究方法

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Presentation Transcript


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体育科学研究方法

郑 旗(教授)主编


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第七章 实验研究

  • 体育科学研究的一个十分重要的目标,就是探索体育运动中存在的客观规律,寻求体育现象发生、发展及其变化的原因。实验研究作为科学研究的主要方式之一,是探讨因果关系的最有力的武器。实验研究的方式起源于自然科学,同时这种方式也更多地在自然科学中应用。在现代科学研究活动中,实验研究几乎无处不在,除自然科学领域广泛应用之外,在社会科学研究中也得到了应用。事实上,实验方法与数学方法被并列为现代科学研究的两大支柱,实验研究已成为各门学科基础研究中应用最广泛、获得成果最切实可靠的一条途径。本章主要阐述实验研究的基本原理和实验设计等问题。


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第七章 实验研究

  • 第一节 实验研究概述

  • 第二节 实验设计的原则与程序

  • 第三节 实验研究中的变量关系与控制

  • 第四节 常用实验设计


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第一节

科学、技术与科学研究


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第一节 实验研究概述

  • 一、实验研究的含义及特点

  • (一)实验研究的含义

  • “实验(experiment)的辞源意义及早期用法是指验证某种说法或做法的尝试性活动”。它在人类研究历史上有着悠久的历史,常被作为研究因果关系的最有效的方法而受到赞誉。客观事物是相互联系的,而且联系的方式可能很复杂,如何确定事物之间的关系,尤其是因果关系,实验研究发挥着重要的作用。一般来说,在实验过程中,研究者通过引入(或操纵)一个变量(即自变量),以观察和分析它对另一个变量(即因变量)所产生的效果。因此,实验研究(experimental research)可定义为:经过精心设计,在高度控制的条件下,通过操纵某些因素,从而发现变量间因果关系以验证预定假设的研究方法。


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(二)实验研究的基本特点

  • 1.实验研究要操纵或控制变量

  • 实验研究区别于其他所有研究的最为重要的特点之一,是实验研究要操纵或控制变量。一个典型的例子就是美国哈佛大学心理学教授罗森塔尔和雅各布森在1968年所做的一项实验。其研究假设是“人们对他人行为的期望通常可导致他人向期望方向改变”。由此他们提出的工作假设是:那些被教师认为更聪明的学生,会由于教师的这种偏见而在实际上变得比其他学生更聪明。该实验的自变量是教师的期望,他们在某学校随机地选出20%的学生,告诉他们的老师说这些孩子很有潜力,将来可能比其他学生更有出息,实验结束后,奇迹出现了,被随机指定的那20%的学生成绩有了显著提高。这就是著名的“罗森塔尔效应也就是说,实验者可以通过操纵实验刺激即自变量使其作用独立出来。


Science

科学(science)

  • 2.实验研究在于揭示变量的因果关系

  • 检验变量之间是否存在因果关系是实验研究区别与其他研究方法的又一个特点。方法论研究者认为,实验研究是对因果关系假设进行检验的最佳方法。上述的“罗森塔尔效应”的假设,是一种因果关系的陈述,它假定的某些自变量(如教师的期望)会导致某些因变量(如学生的成绩)的变化。实验设计为那些由研究者精心操作和控制变量的研究提供了框架,借以检验变量之间的因果关系。


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科学(science)

  • 3.实验研究者的主动性

  • 实验研究的主动性来自实验者在实验中的主体地位。从事实验的主体是在进行一种特殊的理性活动,研究者必须具备一定的能力和水平。研究者可以根据自己的理论思维,设计合理的实验方案,简化、纯化以至强化自然过程,人为地控制、模拟和操纵客观事物发生、发展及变化的过程。在这一过程中,极大地发挥了研究者的主动性和创造性,以采用各种手段控制和变换实验对象及其环境条件,从而使研究者控制和分析实验的进程,反映了实验研究的主客体结构特征。


Science2

科学(science)

  • 4.实验研究的可重复性

  • 任何一个实验事实,至少应该被另一位研究者重复实现,否则就不能确立。实验的重复特点,体现了实验过程在本质上是客观的物质过程。由于实验的主动性和人为性,可重复性对实验的客观性和现实可行性做出了保证。

  • 综上所述,实验研究拥有很多的特点,但也不免有其不足。最大的弱点在于人为造作,能在实验室内发生的实验过程,未必能在较自然的社会环境里发生。


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(三)实验研究的目的

  • 实验在体育科学研究中主要被用于两种目的:其一是探索体育领域中的新现象或新规律,这类研究可以被看作为探索性研究;其二是检验体育科学活动中的研究假设或理论,这类研究可以被看作为验证性研究。

  • 在体育科学的研究中,探索性研究至少存在两种情况,一是对体育运动中的客体或现象,人们运用实验的手段找到它并在实验者面前再现它。例如,目前国内外较为广泛地应用血乳酸在4mmol/L时的值,作为实验室或运动现场测定运动强度时的乳酸阈值,并找到运动强度达到血乳酸在4mmol/L时的对应心率,这样在训练课中就可以用对应的心率来掌握血乳酸在4mmol/L时的训练强度,不用每次训练课都测定血乳酸了。二是创造不违反体育运动客观规律的人工自然或器械、器材等。例如,体育运动中的生物工程产品、新型游泳服、竞技体育中新型器材等。

  • 在验证性研究中,相当一部分实验是为检验体育运动中的理论而设计的。例如,全民健身理论研究中关于从事体育锻炼的心理效应的可能机制、主观幸福感的影响因素、家庭对学生参与体育活动的影响等,都可以运用实验研究来进行。


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二、实验研究的分类

  • 根据实验研究的本质和特点,从不同的方面或按照不同的标准,可以把实验研究分为不同的类型(表7-1)。从各种实验分类运用的情况来看,根据被试的选择和被试分配时的随机化程度、对实验处理的操作程度以及对无关因素的控制程度,本章主要讨论前实验设计、真实验设计、准实验设计及介绍多因素实验设计。

    表7-l 常见的实验研究分类


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三、实验研究中的基本术语

  • 做任何实验,都需要具备两个方面的知识。一是有关研究课题的知识,例如有关概念的理论背景、研究的基本假设、预期结果等。二是有关实验研究的设计原则、实验技巧、实验结果的统计分析等知识。这两个方面都涉及到以下实验研究中的基本术语。

  • (一)实验因素与因素水平

  • (二)单因素与多因素

  • (三)实验处理与处理水平的结合

  • (四)主效应与交互作用

  • (五)简单效应与处理效应

  • (六)组内设计与组间设计

  • (七)前测与后测


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四、实验研究的思想基础

  • 假设检验与方差分析是实验设计的思想基础。在实验研究中,无论研究假设多么复杂,但进行假设检验的基本思想却很简单,就是在第四章数据分析设计中所讲述的某种带有概率性质的反证法,即按“小概率事件在一次观察中实际上不可能发生”的统计原则来进行检验。所以,在实验中,首先是将研究假设转变为统计检验的假设,再来区别实验因素或观察条件所造成的差异。

  • 方差分析由英国统计学家费希尔发明。在实验研究中,由于各种因素的影响,在不同条件下所做的实验,通常会得到一批呈波动状态的数据。引起波动的原因大体可以分为两类:一类由随机因素引起,是实验中的不可控因素,由此而产生的变动是随机的,但也是不可避免的;另一类由实验条件不同所致,是实验中的可控因素。如果实验因素对结果有显著影响,必然会引起实验结果的明显波动,并且与随机性波动混杂在一起。相反,如果实验因素对实验结果无显著影响,相应的变动不会表现出来,实验结果的变动将基本上归因于随机性。方差分析的思想就是分析实验数据中不同来源的变异对总体变异贡献的大小,从而确定实验中的可控因素(自变量)是否对实验结果(因变量)有重要的影响。方差分析的特点是可以同时检验两个或多个平均数之间的差异,并且可以解释几个因素水平之间的交互作用。


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第二节

实验设计的原则与程序


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第二节 实验设计的原则与程序

  • 实验设计的实质是考虑如何操作及控制变量,主要目的是使自变量的变异尽可能大而误差变量的变异尽可能小,同时对无关变量进行有效的控制。人们通常认为实验一定与实验室相联系,在实验室有复杂的设备,有养动物的笼子。其实实验并不必定与实验室相联系,实验可以在教室、政府、机关、企业,也可以在大马路上进行,但关键在于实验设计。


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一、实验设计的原则

  • (一)随机化原则

  • 原则是指在实验研究中每一个被试是根据研究目的从总体中任意抽取的,总体中的每一个研究对象被抽到的机会都是均等的。

  • (二)重复性原则

  • 重复性原则是指在实验中通过重复实验逐步消除各种误差或通过重复实验逐渐逼近真理的过程。

  • (三)对照性原则

  • 对照性原则是指在实验中通过干预或控制被试,观察或测量实验因素与非处理因素之间的差异。

  • (四)控制性原则

  • 控制性原则是指在实验中采用一定的方法来消除或控制影响研究结果的各种无关的变异。


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二、实验设计的基本步骤

  • 实验设计的基本步骤可分为实验准备、实验实施和实验资料处理三个阶段。

  • (一)实验准备阶段

  • 1.确定研究问题和研究目的。

  • 2.提出研究假设和实验计划。

  • 3.进行实验设计。

  • 4.实验物质条件的准备。

  • 5.熟悉实验仪器及进行预实验。

  • (二)实验实施阶段

  • 1.选取实验对象,采用随机、区组等方法进行分组。

  • 2.控制实验过程,仔细观察、测量,做好实验记录。

  • 3.留心意外情况,把握实验中的机遇。

  • (三)实验资料处理阶段

  • 1.整理、分析实验资料。

  • 2.撰写实验报告。


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三、实验设计的内容

  • 在上述基本步骤中,最重要的是实验设计内容,它是进行实验研究的主要依据,又是以实验研究方法为主的课题论证的重要组成部分,更是获得实验材料的可靠保证。实验设计的主要内容有:

  • (一)实验的目的任务。

  • (二)建立与研究假设有关的统计假说。

  • (三)确定实验中使用的实验处理(自变量个数)和必须控制的无关变异。

  • (四)确定实验中的被试数量或样本含量。

  • (五)确定实验效应(因变量)的观测指标。

  • (六)明确观察测试指标的具体方法、技巧和要求。

  • (七)实验有关的物质条件、环境、仪器设备要求及经费预算。

  • (八)实验结果的统计处理方法。


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四、实验设计的程序化思路

  • 从本质上来说,任何实验都是从提出问题和研究假设开始的,由于研究假设是关于变量之间关系的一般的猜测,因而,在实验中确立了研究假设,就能明确实验目的,给整个实验一个明确的方向。在明确实验设计思想和统计检验原理的基础上,可根据实验设计的程序化思路和流程图(图7-1)来完成具体的实验设计:

  • (一)根据研究假设和控制被试变量的要求来确定采用组内设计或组间设计。

  • (二)根据自变量的个数来确定单因素设计或多因素设计。

  • (三)根据自变量的水平个数来确定两组设计或多组设计。

  • (四)根据控制被试变量的方法来确定配对组设计或独立组设计。

  • (五)根据统计学原理来确定相应的假设检验方法。

  • (六)根据实验要求来确定实验材料和测量因变量的指标。


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第三节

实验研究中的变量关系与控制


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第三节实验研究中的变量关系与控制

  • 一个实验研究中,变量的选择及其关系的设定对实验的成功与否有重要的意义,它涉及实验是否能回答研究所提出的问题。在第四章关于研究设计中曾提到变量的种类问题。实验研究中,涉及的变量较为复杂,对变量关系的确定又依方法论的思想和研究设计不同而不同。自变量、因变量和无关变量是实验研究中必须明确的几类变量,但在进行实验设计时,自变量和因变量是在假设意义上区分的,亦即假设某一因变量是受某些自变量影响的。选择和确定实验研究中的自变量和因变量并试图控制无关变量,是直接关系到实验的科学性和有效性的关键环节之一。


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一、自变量的选择与确定

  • 在实验控制情境下,由实验者操纵、控制的变量,叫做自变量,亦称独立变量、实验变量。在实验中自变量有连续变量和类别变量之分,如果在实验中自变量是连续变量,则实验是函授型实验;如果自变量是类别变量,则实验是因素型实验。在有些实验中,自变量具有预测的性质,故可称为预测变量(predictive variable)。

  • 在实验中,为了操作自变量,要有明确的指导语,将要做的事项、程序、步骤呈现给被试。因此,自变量在实验中必须经过严格的定义和操作化,便于在实验中观察与测量。一个研究中自变量数量的确定,决定于研究问题的复杂程度和研究者所选用的实验设计方法。比如,在研究药物对运动员运动损伤康复疗效的实验过程中,药量就是自变量,研究者可以根据需要取0毫升,1毫升或更多值。一般在实验中自变量的选择与确定需要考虑以下几个因素:

  • (一)理论因素与研究假设(二)实验设计类型与统计要求

  • (三)对无关变异的控制


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二、因变量的选择与确定

  • 因变量是结果变量,是一种应该由自变量所引起的实验客体的状况,亦称依存变量。在实验中,它是研究的关键点,是要被解释的现象。在体育科学研究实验设计中,因变量可根据实验设计分为单因变量、多因变量。一般地在实验中应尽可能让因变量处于一种自然变化的状态之中,也应经过操作化处理,便于观察与测量。

  • 自变量与因变量是相对而言的,在一项实验中的自变量,也可能成为另一项实验的因变量,反之亦然。比如,在“成就动机与运动成绩关系”的研究中,成就动机是自变量,而在“不同性别运动员成就动机水平差异”的研究中,成就动机就是因变量。因变量的选择与确定一般要考虑以下因素:

  • (一)实验的目的和要求(二)因变量要具有敏感性和一致性

  • (三)与自变量的时间顺序性和方向性(四)可测性及相关因素

  • (五)采用多因变量


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自变量

因变量

无关变量

三、实验变量的相互关系

  • 一般而言,研究要探讨的是自变量与因变量的对应关系,自变量是研究者要安排或操纵的因素,因变量是研究者要观察或测定的因素。自变量的变化能引起或影响因变量的变化,而因变量的变化依赖于或取决于自变量的变化。从这个意义上说,自变量和因变量的关系可以看作某种因果关系,即,自变量类似于,而因变量相当于。

  • 在一项研究中,除了自变量和因变量之外,还可能有许多变量介入到研究过程中来。并且干扰自变量和因变量的对应关系,这些变量通称为无关变量。无关变量是研究者要控制的因素,如果不排除这些无关因素的干扰,便难以解释自变量与因变量的对应关系。自变量、因变量和无关变量三者之间的关系可用图7-2解释。

    原因 结果

    图7-2 自变量、因变量和无关变量的关系


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科学(science)

  • 从图7-2来看,为了达到研究目的,获取准确的研究结果,必须对无关变量进行有效的控制,尽可能排除无关变量对因变量的影响。在推断自变量和因变量之间是否存在因果关系,通常要同时满足以下三个条件:

  • 其一,自变量和因变量要共同变化,即共变关系。

  • 其二,自变量的变化必须发生在因变量变化之前,即顺序关系。

  • 其三,排除无关变量对自变量和因变量对应关系的影响,即纯化关系。


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自变量

调节变量

中介变量

因变量

无关变量

科学(science)

  • 自变量、因变量、无关变量、调节变量都是具体的、可观测的变量,而中介变量则是假设的、潜在的概念变量,它不能直接观测,只能从自变量或调节变量对因变量所产生的作用中推导出来,如个体的人格特征、群体凝聚力等。为了更好地理解各种变量的作用,图7-3表示它们之间的关系。

  • 原因 关系 结果

  • 图7-3 研究变量相互关系示意图

  • 在图7-3中,自变量、因变量、无关变量的关系照旧,调节变量是从无关变量中分离出来的一种变量,它的作用相当于一个次要的自变量,并与自变量一起作为原因纳入研究。中介变量是原因和结果之间、自变量和因变量之间的可能中介,它的存在会对自变量、调节变量的效果的解释产生影响。张力为将调节变量和中介变量归一,提出了第三变量的概念,对深化变量之间的关系和提高研究设计的科学水平具有重要的学术意义。


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自变量:教学方式(多媒体教学与形象语言教学)

因变量:学习效果的测量(蛙泳动作的技术评定和成绩达标)

调节变量:

性别、身体素质。

中介变量:

学习气氛、教学风格

无关变量:授课时数、学生原有水平、练习时间等

科学(science)

  • 实验研究中变量关系的举例:蛙泳教学中采用形象语言和多媒体教学效果的比较研究。

  • 研究假设:采用多媒体教学效果优于形象语言教学效果。

  • 图 7-4 蛙泳教学中采用形象语言和多媒体教学效果研究变量关系


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四、实验变量的控制

  • 实验变量的控制主要包括三个方面:对自变量的控制、对因变量的控制和对无关变量变的控制。

  • (一)对自变量的控制

  • 承前所述,自变量是研究者主动操纵、直接控制的变量,根据其性质可将其为刺激变量和机体变量。刺激变量(stimulus variables)是指促使个体产生反应的一切事物。这些事物可以是来自外部环境的能量变化,也可以是来自个体内部的生理变化。如果自变量属于刺激类变量,那么研究者就能直接操纵这个变量,改变它的数量和强度。对自变量的控制主要涉及自变量的个数、水平、操纵的次数、强度、方式、程序及时间等因素。比如,运动负荷对锻炼效果的影响。而机体变量(organism variables)是指个体的生理特征,如性别、年龄乃至文化水平等。在研究过程中,研究者无法直接操纵机体变量,只能采用选择的手段来控制自变量。比如,身体素质是机体变量,可从总体中选择身体素质好的、中等的和差的被试进行研究。


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(二)对因变量的控制

  • 因变量的一个重要特征是它可以通过直接或间接的方式被观察、被测评,并且可以转化为数据形式。诸如,考试成绩、比赛名次、完成某项任务好坏的原因、感情状态、态度、行为发生的次数、行为持续时间及人的体温、心率、皮电反应(GSR)、肌电图(EMG)、脑电图(EEG)等。因变量控制的关键是选择合适的测量指标,尽可能采用直接测量和权威的测量工具。选择指标要考虑敏感性、稳定性和客观性等因素。


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(三)对无关变量变的控制

  • 一个实验研究中所有可能对因变量产生影响的因素,只要它不在该研究假设探讨的范围内,就成为无关变量。可以说,所有各类自变量可能的来源同时又是无关变量可能的来源。研究中对无关变量的识别和控制,主要是通过精心设计各个变量和选择合适的实验设计来达到。控制从三个方面考虑:

  • 一是对研究的外部环境和条件进行控制;

  • 二是对被试的个体差异进行控制;

  • 三是对研究者或主试在实施研究中可能产生的实验者效应进行控制。常用方法有以下几种:

  • 1.消除 2.恒定 3.均衡 4.统计控制


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第四节

常用实验设计


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第四节 常用实验设计

  • 实验设计的内容很丰富,方法也很多。坎贝尔和斯坦利(Donald Campbell,Julian Stanley)曾述及了16种典型的实验设计。研究者在选择适当实验设计时,首先要根据研究目的确定实验情境,即确定进行实验室实验还是现场实验;其次根据实验中所研究的变量的多少,确定是采用单因素实验设计还是多因素实验设计;再依据实验设计的程序化思路,选用不同的实验设计。本节主要介绍常见的前实验设计、真实验设计、准实验设计和多因素实验设计。


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一、前实验设计

  • 前实验设计(pre-experimental design)是最为原始的一种实验类型,它对实验中涉及的无关变量几乎没有任何控制,因而实验效度非常低,通常被称为非实验设计(non-experimental design),研究者一般很少采用,但它是其他实验设计发展的基础。前实验设计主要有三种类型。

  • (一)单组后测设计

  • (二)单组前后测设计

  • (三)静态组比较设计


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二、真实验设计

  • 真实验设计(true experimental design)就是通常所说的实验设计,其本质特征在于对影响内部效度的无关变量采取了严格的控制并有效地操纵研究变量。实验设计中综合采取了随机取样、前测和控制组等手段。

  • 一般认为,随机取样是保证实验组和控制组被试特征相同的有效手段,因为它排除了被试取样偏差导致的系统误差。实验设计中还常采取匹配方法,即将在各个与实验相关的因素上相近或相同的被试匹配成对,随机分配到实验组和控制组。这种方法在一定程度上保证了两组被试的相等性。但实际上配对的因素的数量是有限的,研究中不可能保证被试的所有相关因素都相同,而且这种方法比较烦琐,因而不如随机取样方法运用得广泛。

  • 在实验程序安排中,前测和控制组用于消除或平衡无关变量的干扰。实际上,由于采用随机取样,使前测的意义有所降低,当然,是否采用前测需视具体情况而定。

  • 体育科学研究中的真实验设计主要有随机化设计、配对设计与重复测量设计三种类型。


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三、准实验设计

  • 随着体育科学研究的发展,以真实验设计为主的实验室实验的局限性逐渐显露出来,许多情形都使研究者难以满足真实验设计的苛刻条件。例如,体育教学方法的实验,往往难以将学生随机分入实验组和控制组,更为常见的做法是,将一个自然班作为实验组,另一个自然班作为控制组。在这种情况下就要采用准实验设计进行研究。

  • 准实验设计(quasi-experimental design)是介于前实验设计和真实验设计之间的实验研究设计,它对无关变量的控制比前实验设计要严格一些,能对一部分无关变量进行控制,但却不如真实验设计对无关变量控制得充分和广泛。常运用原始群体(比如一个班级、一个运动队、一个小组)作为被试,不能像真实验设计那样随机选择被试和随机部署实验组和控制组,也不能像真实验那样完全地操纵自变量。在体育科学研究中,一般说来,以动物为被试的实验,采用真实验设计的较多,而以人为被试的实验,采用准实验设计的较多。

  • 准实验设计在发展中有许多类型,基本类型有时间序列设计、不相等控制组前后测设计、相等时间样本设计等类型。


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四、多因素实验设计

  • 在体育科学研究中,影响因变量的因素很多,某一因变量的变化通常是多个自变量影响或是多个自变量相互作用的产物。因此,仅将其中一种因素或变量作为自变量进行研究,而把其他因素作为无关变量加以控制,还不足以揭示自变量和因变量之间真实的共变关系、采用多因素实验设计的方法,在实验设计中设置多个变量,其研究结果可能更接近真实的情况,研究的外部效度会有进一步的提高。下面简要介绍多因素实验设计。


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(一)多因素实验设计的类型及特点

  • 多因素实验设计(multiple factorial design),又称多因子设计,指在同一实验研究中控制、操纵两个或两个以上自变量对因变量的效应。依据不同的分类标准,有不同的类型,表7-4是根据董奇提出的多因素实验设计分类标准整理而成。

  • 多因素设计的主要特点有:

  • 1.实验中尽可能容纳较多的自变量,提高实验的外部效度。

  • 2.实验中尽可能地控制更多的无关变量,改善实验的内部效度。

  • 3.实验中能研究一个自变量与多个其他变量变的交互作用。

  • 4.实验效度的提高主要通过设计方案来实现。


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  • (二)两因素实验设计

  • 两因素实验设计(two-factorial design)是指有两个自变量的实验设计。根据每个自变量的水平数不同,又可分为2×2、2×3等亚型。式中“×”前后的数字个数表示因素个数,数字的内容表示自变量的水平数,乘积为实验所需要的处理数。如“3×4”表示该实验有两个因素,其中一个因素有3个水平,另一个因素有4个水平,完成该实验共需12种处理。

  • 2×2因素实验设计是最简单的两因素设计,其基本模式如下:

  • 自变量B

  • B1 B2

  • A1

  • A2

    图7-6 2×2因素实验设计的基本模式

自 变 量A


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(三)三因素实验设计

  • 三因素实验设计(three-factorial design)实验中有三个自变量,每个自变量有两个或多个水平。它的基本方法是:随机分配被试接受不同实验处理水平的结合,每个被试只接受一个实验处理的结合。最基本的三因素实验设计是2×2×2因素实验设计,可见,该实验共有8种不同的实验处理。三因素设计的程序、被试、统计处理等方面比两因素时更为复杂。一个三因素完全随机设计能检验多个研究假设,它可以检验三个因素的主效应,还可以检验两两自变量相互作用和三个自变量间的交互作用。同两因素实验设计一样,三因素实验设计也有重复测量一个因素、两个因素、三个因素的三因素实验设计。


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(四)混合实验设计

  • 混合设计(mixed design)是现代实验研究中应用最广泛和最有实用价值的实验设计。在一个实验中,被试带来的无关变异是最大的误差变异源,而采用被试间实验设计对由被试带来的无关变异控制得不够理想,如果采用被试内设计,即由一个被试接受所有的自变量水平、或自变量水平的结合,可以将实验中的无关变异控制到最小限度。但是,采用被试内设计的一个前提是,先实施给被试的自变量水平或自变量水平的结合对后实施的自变量或自变量水平的结合没有长期影响。当这种影响存在时,例如有学习、记忆效应时,就不能使用被试内设计。混合设计是吸取了二者优点的实验设计。


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1.混合设计简介

  • 混合设计是指在一个多因素实验中,至少包含一个自变量和一个被试间自变量的实验设计。它是重复测量实验设计的一种形式。在混合实验设计中,对实验中的被试内变量,每个被试接受所有的自变量水平或自变量水平的结合,对实验中的被试间变量,每个被试仅接受一个自变量水平或自变量水平结合的处理。目前在实验研究中,常见的是两因素混合设计、三因素混合设计和四因素混合设计,而五因素以上的混合设计则不多见。

  • 下面以两因素混合设计为例,说明混合设计的使用方法。首先是确定一个被试内自变量和一个被试间自变量。一般来说,被试间自变量是每个被试所独有而又不可能同时具备的一些特征,如性别、年龄、个性等。其次,将被试随机分配给被试间自变量的所有水平,然后使每个被试接受与被试间自变量的某一水平相结合的被试内自变量所有水平的处理。例如在一个2×3两因素混合设计中,A因素是被试间的自变量,有A1、A2两个水平,B因素是被试内自变量,有B1、B2、B3三个水平,实验中应将被试随机分为两组,一组被试接受A1水平与B因素的所有水平的结合,即该组的每个被试接受A1 B1、A1 B2、A1 B3的处理;另一组接受A2 B1、A2 B2、A2 B3的处理。两因素混合设计的常见形式有2×2、2×3、2×4、3×3、3×4和4×4等。


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2.混合设计应用案例

  • 石岩采用混合实验设计所做的“定量运动负荷和个性特征对动觉准确性和动作稳定性的影响”的实验研究,试图考查被试在不同的定量运动负荷后动觉准确性和动作稳定性的变化情况,同时考虑个性特征的影响。它有两个自变量:定量运动负荷和个性特征,前者为被试内变量,后者为被试间变量。定量运动负荷有4个水平:安静时、负荷Ⅰ、负荷Ⅱ、负荷Ⅲ,个性特征也有4个水平,采用艾森克人格问卷(EPQ)团体测试后,将被试分为情绪不稳定外向、情绪不稳定内向、情绪稳定外向、情绪稳定内向4个水平。这样,该实验构成了4×4二因素的混合设计。

  • 在实验中,采用EPQ随机测试了206名体育专业大学生,按标准选取其中的48名大学生(每组12人,共4组)作为被试。为了克服练习和疲劳因素的影响,将4组被试每组随机抽出4人,组成3个实验组(每组16人),3个实验组分别按定量运动负荷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ;定量运动负荷Ⅱ、Ⅲ、Ⅰ;定量运动负荷Ⅲ、Ⅰ、Ⅱ顺序进行实验。为了实验实施的便利,又将每个实验组分为两个实验小组(各8人)进行实验,这样可以保证每个被试在每一种定量运动负荷后休息半小时,而又不使被试等待的时间过长。在实验前每个被试均要测定安静时动觉准确性和动作稳定性的情况,实验中每个被试在经受了不同定量运动负荷后要马上测量动觉准确性和动作稳定性的情况。


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3.混合设计的数据处理与分析

  • 混合设计的数据处理通常采用方差分析和协方差分析,通过方差分析来检验实验中因素的主效应、交互效应、简单效应。协方差分析是利用线性回归的方法消除混杂因素的影响后进行的方差分析,通过协方差分析来诊断一些不可控的协变量对实验结果的影响。例如上述实验中,个性特征对动觉准确性影响不显著,定量运动负荷对动觉准确性影响有一定的显著性,并且两者之间不存在交互作用,因此,不需要做简单效应分析,但不同组别被试安静时动觉准确性之间存在显著差异,在这种情况下,可以采用协方差分析,将安静时动觉准确性作为协变量来处理,从而得到准确的实验结果。


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复习思考题:

  • 1.实验研究的特点是什么?实验研究与其他研究方式的区别在哪里?

  • 2.实验设计应遵循哪些原则?为什么?

  • 3.前实验、真实验和准实验有何异同?

  • 4.如何对实验中的变量进行控制?举例说明实验中变量的关系。

  • 5.请设计一项实验,比较传统体育教学方法和按新课程标准进行体育教学活动对学生身体和心理的影响。

  • 6.从中文体育类核心期刊上检索2-3篇运用实验设计的论文,分析其设计类型与优缺点。


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能测量这一变量吗?

用两独立组设计

两配对组设计

用独立组设计

用多配对组设计

用多独立组设计

相关样本检验

用两独立组显著性检验

实验结果进行方差分析

研究假设

实验处理中是否使用相同被试?

用组内设计

用组间设计

是否两个以上实验处理?

假设有一个以上自变量吗?

方差分析

相关样本t检验

多因素设计

单因素设计

有两个以上自变量水平吗?

用两组设计

用多组设计

是否有某个被试变量会影响因变量?

要控制共变因子吗?

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