Теория планирование эксперимента. Понятие и функции «экспериментальных планов» в психологических исследованиях. Представление о доэкспе

Тема.  Теория планирование эксперимента. Понятие  и функции «экспериментальных планов»  в психологических исследованиях. Представление о доэкспериметальных, экспериментальных, квазиэкспериментальных, корреляционных планах эмпирического  исследования.

План.

1. Планирование эксперимента………………………..2

 2. Доэкспериментальные планы……………………… 6

 3. Экспериментальные  планы…………………………8

 4. Квазиэкспериментальные планы…………………...14

5.  Корреляционные  планы…………………………….16

     Список  литературы………………………………….21

1. Планирование эксперимента.

Планирование эксперимента было введено в психологию около 1940 года и сейчас составляет часть  ее обычной методологии.

Всякий эксперимент организуется согласно какому-то плану, который является не чем иным, как логической схемой, определяющей характер и порядок различных фаз эксперимента. Самый простой план сводится к сравнению результатов, соответствующих двум степеням независимой переменной. Эти две степени могут соответствовать какому-то количественному или качественному различию. Крайним случаем качественного различия является отсутствие или наличие этой переменной. Для каждой степени переменной получаем популяцию измерений на одном или нескольких испытуемых. Сравнение осуществляется посредством статистического критерия (t Стьюдента или c²), позволяющего сказать, разрешают ли результаты, полученные в той или иной ситуации, отбросить нулевую гипотезу, то есть рассматривать две популяции измерений как не принадлежащие к одной гомогенной совокупности. В этом случае различие результатов двух популяций измерений объясняется при данном пороге вероятности различием степеней независимой переменной. Когда имеется больше двух степеней независимой переменной, попарное сравнение групп результатов значительно длиннее и может привести к ошибкам.

 В функциональных экспериментах, где изменения независимой переменной носят количественный характер, почти не возникает трудностей. Крайне важно знать ход изменения зависимой переменной -  закон ее изменения.  Иное дело, в факторных экспериментах, когда различия степеней независимой переменной носят качественный характер, что является очень частым случаем. В таком случае нужно определить соответствующую роль каждой из них. Дисперсионный анализ, которым мы обязаны Фишеру (1925), позволяет во всех случаях, когда мы имеем несколько популяций измерений одной и той же независимой переменной, соответствующих различным условиям, определить значимую роль той или иной из них. Его принцип прост и аналогичен принципу t Стьюдента. Вначале рассматривают все популяции измерений как принадлежащие к одной и той же совокупности, то есть принимают нулевую гипотезу. Затем вычисляют общую дисперсию совокупности, которая является не чем иным, как суммой дисперсий различных популяций измерений, как это можно доказать. Сравнивают две оценки дисперсий измерений. Одна вычисляется без учета возможных различий между средними выборок измерений, полученных для различных значений независимой переменной. Другая, кроме вариаций, влияющих на первую оценку («ошибку»), учитывает эти различия средних. Эти две оценки должны быть равными (их отношение или отношение F Снедекора принимает в таком случае значение 1.00), если различия средних нулевые, то есть если эта независимая переменная не влияет на данный феномен. Фактически же можно требовать только, чтобы отношение F не было значительно выше 1.00, и таблица Снедекора позволяет узнать, так ли это.

 Дисперсионный анализ позволяет сказать, оказывает ли независимая

переменная особое влияние, не измеряя непосредственно это влияние. Он соответствует, следовательно, методу обнаружения влиятельных переменных.

Дисперсионный анализ открыл новые перспективы перед

экспериментированием  в науках, основанных на предположениях. До сих пор трудно было планировать эксперименты, предполагающие более одной переменной. Проблема состояла в том, чтобы нейтрализовать действие второй переменной, как правило, переменной порядка, чтобы избежать эпизодических влияний ситуаций, вызывающих либо облегчение, либо усложнение задачи.

Еще один шаг вперед был  сделан, когда для проверки действия независимой переменной стали применять  различные, но равноценные группы испытуемых, причем одни из них подвергались воздействию этой переменной, а другие — нет. Фишер разработал метод планирования эксперимента сначала применительно к агробиологии.

Итогом экспериментального исследования является подтверждение  или опровержение гипотезы о причинной  зависимости между переменными: «Если А, то В».

Подтверждение статистических гипотез - решающий, но не единственный аргумент в пользу принятия экспериментальной гипотезы. Исследователь сопоставляет свои выводы с выводами других авторов, высказывает гипотезы о причинах сходства или различия между данными, полученными им самим, и результатами предшественников, интерпретирует свои выводы в терминах теоретической гипотезы. Он должен ответить на вопрос: можно ли считать подтверждение или опровержение эмпирической гипотезы подтверждением или опровержением той или иной теории. Возможно, что ни одна теория не может объяснить полученные в эксперименте результаты.

 Существуют три области планирования  исследования:

Первая  область — многомерный эксперимент. Планы многомерного исследования, в частности эксперимента, являются обобщением традиционных схем для случая зависимых переменных. В обычном эксперименте мы исследуем влияние одной независимой переменной на одну зависимую. Многоуровневый факторный эксперимент проводится для изучения влияния 1,2,..., m независимых переменных также на одну зависимую переменную.  Уже применение плана для двух независимых и двух зависимых переменных требует выявления связей между каждой парой "независимая — зависимая переменная".  Кроме того, требуется выявить влияние уровня каждой независимой переменной, а также их взаимодействия на корреляционную связь между двумя зависимыми переменными.[2,с-176]

Более сложные  планы многомерного психологического эксперимента очень трудоемки и  требуют автоматизированного планирования и проведения исследования, а также  особых компьютерных программ обработки результатов. По крайней мере, планировании многомерных экспериментов предоставляет исследователям широкие возможности для творчества.

Вторая область — эксперимент в дифференциальной психологии, или индивидуально-психологический эксперимент. Его цель — выявление индивидуальных различи и поведения в однородных ситуациях. Даже в обычном многомерном исследовании основной гипотезой являются не безусловные суждения "Если А, то В", а условное суждение "Если А, то В — при условии С,, В — при условии Сд... и т.д." . В качестве условия выступают дополнительные переменные — индивидуально-психологические различия.

Планирование дифференциально-психологического исследования — еще одна важнейшая и недостаточно разработанная область экспериментальной психологии.

Третья область — кросскультурные исследования. Любое кросс-культурное исследование проводится для сопоставления поведения индивидов, выросших в разных социокультурных условиях. Факторы естественного развития и фона ("истории"), которые в обычном общепсихологичееком исследовании выступают как источники артефактов, в кросскультурном являются аналогами независимой переменной.

 Интерес к сравнительному  изучению закономерностей психического  развития представителей различных  культур очень велик, поэтому  планирование кросскультурных исследований — это одна из наиболее интенсивно развивающихся областей экспериментальной психологии. [2с-177]

2. Доэкспериментальные планы

Кэмпбелл выделяет три  вида доэкспериментальных планов.

К доэкспериментальным  планам относятся:

а) исследование единичного случая;

б) план с предварительным  и итоговым тестированием одной группы

 в) сравнение статистических  групп.

Исследование единичного случая относится к области прошлого. Однократно тестируется одна группа, подвергнутая воздействию по плану: X О. Контроль внешних переменных и независимой переменной полностью отсутствует. В таком “исследовании” нет никакого материала для сравнения. А ведь с него обычно начинается любая научная работа. Такого рода исследования, как правило, проводятся на первых этапах научной деятельности для сопоставления их результатов с обыденными представлениями о реальности. Но научной информации они не несут.

План с предварительным  и итоговым тестированием одной  группы часто применяется в социологических, социально-психологических и педагогических исследованиях: O1 X О2. В этом плане отсутствует контрольная выборка, поэтому нельзя утверждать, что изменения (разница О1 и О2) зависимой переменной, регистрируемые в ходе тестирования, вызваны именно изменением независимой переменной. Между начальным и конечным тестированием происходят и другие “фоновые” события, воздействующие на испытуемых наравне с независимой переменной. Кроме того, этот план не позволяет контролировать эффект “естественного развития”: в течение короткого времени – изменение состояния испытуемого (утомление, монотония, скука и др.), а в течение длительного времени – изменения личностных черт.  Эффект тестирования – воздействие предыдущего обследования на последующее – может быть еще одним неконтролируемым фактором, влияющим на изменение зависимой переменной. Можно перечислить и другие источники артефактов – внешние переменные, которые не контролируются этим планом.

Третий вариант доэкспериментального плана – сравнение статистических групп, или, точнее, план для двух неэквивалентных групп с тестированием после воздействия.

Этот план лучше предыдущего  хотя бы тем, что позволяет учитывать  эффект тестирования благодаря введению контрольной группы, а также отчасти  контролировать влияние “истории” – фоновых воздействий на испытуемых, и ряд других внешних переменных. Но с помощью этого плана невозможно учесть эффект естественного развития, так как нет материала для сравнения состояния испытуемых на данный момент с их начальным состоянием (нет предварительного тестирования).

Этот доэкспериментальный  план распространен в психологической  исследовательской практике. Для  сравнения результатов контрольной  и экспериментальной групп используется t-критерий Стьюдента. Всегда надо иметь  в виду, что различия в результатах тестирования могут быть обусловлены не экспериментальным воздействием, а различием состава групп. Этот план, если отбросить экспериментальное воздействие, вполне применим в корреляционном исследовании, но его не следует использовать для проверки гипотез о причинной связи двух переменных.

3.Экспериментальные планы

Планы для  одной независимой переменной

План "истинного" экспериментального исследования отличается от других следующим  и важнейшими признаками:

1) применением одной из стратегий создания эквивалентных групп, чаще всего — рандомизации;

2) наличием экспериментальной и как минимум одной контрольной группы;

3) завершением эксперимента тестированием и сравнением поведения группы, получившей экспериментальное воздействие (X,),

4) с группой, не получившей  воздействия (Х„).

Классическим вариантом  плана является план для двух независимых  групп.

Существуют три основные версии этого плана

1. План для двух рандомизированных групп с тестированием после воздействия. Его автор — известный биолог и статистик Фише [2,с-133]

Равенство экспериментальной и  контрольной групп является совершенно необходимым условием применения этого  плана. Чаще всего для достижения эквивалентности групп применяют  процедуру рандомизации. Этот план рекомендуют использовать в том случае, когда нет возможности или необходимости проводить предварительное тестирование испытуемых. Если рандомизация проведена качественно, то этот план является наилучшим, позволяет контролировать большинство источников артефактов; кроме того, для него применимы различные варианты дисперсионного анализа.

После проведения рандомизации или  иной процедуры уравнивания групп  осуществляется экспериментальное  воздействие. В простейшем варианте используется лишь две градации независимой  переменной: есть воздействие, нет воздействия.

Если необходимо использовать не один уровень воздействия, то применяются  планы с несколькими экспериментальными группами (по числу уровней воздействия) и одной контрольной.

Если же нужно контролировать влияние одной из дополнительных переменных, то применяют план с двумя контрольными группами и одной экспериментальной. Измерение поведения дает мате-риал-для сравнения двух групп. Обработка данных сводится к применению традиционныхддя математической статистики оценок. Рассмотрим случай, когда измерение проводится интервальной шкалой. Для оценки различия в средних показателях групп используют t-кри-терий Стьюдента. Оценивание различий в вариации измеряемого параметра между экспериментальной и контрольной группами проводится с помощью критерия F.

2. План для двух рандомизированных групп с предварительным и итоговым тестированием. [2,с-134]

План с предварительным тестированием  пользуется популярностью у психологов. Биологи больше доверяют процедуре  рандомизации. Психолог прекрасно знает, что каждый человек своеобразен и отличен от других, и подсознательно стремится уловить эти различия с помощью тестов, не доверяя механической процедуре рандомизации. Однако гипотеза большинства психологических исследований, особенно в области психологии развития ("формирующий эксперимент"), содержит прогноз определенного изменения свойства индивида под влиянием внешнего фактора. Поэтому план "тест — воздействие — ретест" с рандомизацией и контрольной группой очень распространен.

При отсутствии процедуры уравнивания групп этот план преобразуется в квазиэкспериментальный.

С помощью этого плана можно  контролировать другие внешние переменные. Контролируется фактор "истории" ("фона"), так как в промежутке между первым и вторым тестированием  обе группы подвергаются одинаковым ("фоновым") воздействиям. Вместе с тем Кэмпбелл отмечает необходимость контроля "внутригруп-повых событий", а также эффекта неодновременности тестирования в обеих группах. В реальности невозможно добиться, чтобы тест и ретест проводились в них одновременно.

Обычно контроль неодновременности  тестирования осуществляют два экспериментатора, проводящие тестирование двух групп  одновременно. Оптимальной считается  процедура рандомизации порядка  тестирования: тестирование членов экспериментальной и контрольной групп производится в случайном порядке. То же самое делается и с предъявлением — не предъявлением экспериментального воздействия. Разумеется, такая процедура требует значительной численности экспериментальной и контрольной выборок (не менее 30— 35 человек в каждой).

Естественное развитие и эффект тестирования контролируются за счет того, что они одинаково проявляются  в экспериментальной и контрольной  группах, а эффекты состава групп  и регрессии  — процедурой рандомизации.

В случае значимости различий принимается экспериментальная гипотеза о влиянии независимой переменной на зависимую.

Рекомендуется также применять  ковариационный анализ по Фишеру. При  этом показатели предварительного тестирования берутся в качестве дополнительной переменной, а испытуемые разбиваются на подгруппы в зависимости от показателей предварительного тестирования.

Применение плана "тест — воздействие — ретест" позволяет контролировать влияние "побочных" переменных, нарушающих внутреннюю валидность.

Внешняя валидность связана с возможностью переноса данных на реальную ситуацию. Главным же моментом, отличающим экспериментальную ситуацию от реальной, является введение предварительного тестирования. Как мы уже отметили, план "тест — воздействие — ретест" не позволяет контролировать эффект взаимодействия тестирования и экспериментального воздействия: предварительно тестируемый испытуемый "сенсибилизируется" — становится более чувствительным к воздействию, так как мы измеряем в эксперименте именно ту зависимую переменную, на которую собираемся воздействовать с помощью варьирования независимой переменной.

3.Для  контроля внешней валидности  используется план Р.Л.Соломона, который был предложен в 1949 г. План включает две экспериментальные и две контрольные группы и по сути является мультигрупповым (типа 2 х 2),

План  Соломона представляет собой объединение  двух планов:

первого, когда не производится предварительного тестирования, и второго — "тест — воздействие — ретест". С помощью "первой части" плана можно контролировать

эффект  взаимодействия первого тестирования и экспериментального воздействия.

Кэмпбелл, критикуя предложения Соломона по поводу схемы обработки данных, предлагает не обращать внимания на предварительное  тестирование и свести данные к схеме 2 х 2, пригодную для применения дисперсионного анализа.

Сравнение средних по столбцам позволяет выявлять эффект экспериментального воздействия — влияние независимой переменной на зависимую. Средние по строкам показывают эффект предварительного тестирования. Сравнение средних по ячейкам характеризует взаимодействие эффекта тестирования и экспериментального воздействия, что свидетельствуете мере нарушения внешней валидности.

Планы для одной независимой  переменной и нескольких групп.

Иногда сравнения двух групп  недостаточно для подтверждения  или опровержения экспериментальной  гипотезы. Такая проблема возникает  в двух случаях: а) необходимость  контроля внешних переменных; б) необходимость  выявления количественных зависимостей между двумя переменными.

Для контроля внешних переменных используются различные варианты факторного экспериментального плана. Что касается выявления количественной зависимости между двумя переменными, то необходимость ее установления возникает  при проверке "точной" экспериментальной гипотезы. В эксперименте с участием двух групп в лучшем случае можно установить факт причинной связи между независимой и зависимой переменными. Но между двумя точками можно провести бесконечное множество кривых. Для того, чтобы убедиться в наличии линейной зависимости между двумя переменными, следует иметь хотя бы три точки, соответствующие трем уровням независимой переменной. Следовательно, экспериментатор должен выделить несколько рандомизированных групп и поставить их в различные экспериментальные условия.

Контрольная группа в данном случае — это третья экспериментальная группа, для которой уровень переменной Х==0.

При реализации этого плана каждой группе предъявляется лишь один уровень  независимой переменной. Возможно, и увеличение числа экспериментальных групп соответственно числу уровней независимой переменной.

Простые "системные экспериментальные планы", очень редко используются в современных экспериментальных исследованиях. Тяготение к планам с многими независимыми переменными, более того — к многомерным экспериментам не способствует ясному объяснению причин человеческого поведения. Лучше предпочесть простое объяснение любому сложному, хотя регрессионные уравнения, где все всему равняется, и запутанные корреляционные графы могут произвести впечатление на некоторые диссертационные советы.

Факторные планы

Факторные эксперименты применяются  тогда, когда необходимо проверить  сложные гипотезы о взаимосвязях между переменными.  Такие гипотезы называются комплексными, комбинированными и др. При этом между независимыми переменными могут быть различные отношения: конъюнкции, дизъюнкции, линейной независимости, аддитивные или мультипликативные и др. Факторные эксперименты являются частным случаем многомерного исследования, в котором пытаются установить отношения между несколькими независимыми и несколькими зависимыми переменными. В факторном эксперименте проверяются одновременно, как правило, два типа гипотез:

1) гипотезы о раздельном влиянии каждой из независимых переменных;

2) гипотезы о взаимодействии переменных, а именно — как присутствие одной из независимых переменных влияет на эффект воздействия на другой.

Факторный эксперимент строится по факторному плану. Факторное планирование эксперимента заключается в том, чтобы все уровни независимых переменных сочетались друг с другом. Число экспериментальных групп равно числу сочетаний уровней всех независимых переменных.

Сегодня факторные планы наиболее распространены в психологии, поскольку  простые зависимости между двумя  переменными в ней практически не встречаются.

Эксперименты с участием одного испытуемого играют важную роль в  психофизиологии, психофизике, психологии научения, когнитивной психологии. Методология таких экспериментов  проникла в психологию программированного обучения и социального управления, в клиническую психологию.

4. Квазиэкспериментальные планы

 Квазиэкспериментальные  планы являются попыткой учета  реалий жизни при проведении эмпирических исследований. [2,с-157]

Существуют два типа квазиэкспериментальных планов:

 а) планы экспериментов  для неэквивалентных групп; 

б) планы дискретных временных  серий.

Квазиэкспериментом является любое исследование, направленное на установление причинной зависимости  между двумя переменными (“если  А, то В”), в котором отсутствует предварительная процедура уравнивания групп или “параллельный контроль” с участием контрольной группы заменен сравнением результатов неоднократного тестирования группы (или групп) до и после воздействия.  Эксперимент с одним испытуемым следует отнести к квазиэкспериментам. В то же время квазиэкспериментальные планы временных серий по сути являются модификацией доэкспериментального плана

Этот план аналогичен плану истинного эксперимента для  двух групп с тестированием до и после воздействия. Главными источниками артефактов являются различия в составе групп. В первую очередь на результаты эксперимента может повлиять “эффект смешения”, т. е. взаимодействия состава группы с факторами тестирования, фоновых событий, естественного развития и др. Чем больше сходство экспериментальной и контрольной групп, тем более валидны результаты, получаемые с помощью этого плана.

Существует множество  других вариантов квазиэкспериментальных планов для неэквивалентных групп: так называемые “лоскутные планы”, планы “множественных серий замеров”, план с контрольными выборками для предварительного и итогового тестирования и т. д.

  Гораздо чаще, чем “экстравагантные” планы, применяются схемы квазиэкспериментов, которые имеют общее название “дискретные временные серии”. Для классификации этих планов можно выделить два основания - исследование проводится:

1) с участием одной  группы или нескольких;

2) с одним воздействием  либо серией.

 Следует заметить, что планы, в которых реализуется  серия однородных или разнородных  воздействий с тестированием после каждого воздействия, получили в советской и российской психологической науке по традиции название “формирующие эксперименты”. По своей сути они, являются квазиэкспериментами со всеми присущими таким исследованиям нарушениями внешней и внутренней валидности.

Квазиэкспериментальные  планы, построенные по схеме временных  серий на одной группе, по структуре  сходны с экспериментальными планами  для одного испытуемого.

План дискретных временных  серий чаще всего используется в  психологии развития, педагогической, социальной и клинической психологии.

Модификацией этого  плана является другой квазиэксперимент по схеме временных серий, в котором  воздействие перед замером чередуется с отсутствием воздействия перед  замером.

Чередование может быть регулярным или случайным. Этот вариант подходит лишь в том случае, когда эффект воздействия обратим.

Квазиэксперимент позволяет  контролировать действие фактора фоновых  воздействий (эффект “истории”). Обычно именно этот план рекомендуется исследователям, проводящим эксперименты с участием естественных групп в детских садах, школах, клиниках или на производстве. Его можно назвать планом формирующего эксперимента с контрольной выборкой. Реализовать этот план весьма трудно, но в том случае, если удается провести рандомизацию групп, он превращается в план “истинного формирующего эксперимента”.

  Квазиэксперимент  является своеобразным компромиссом  между реальностью и «строгостью»  методологических предписаний. Его  используют тогда, когда применение  лучшего плана невозможно.

5. Корреляционное исследование

Корреляционным называется исследование, проводимое для подтверждения  или опровержения гипотезы о статистической связи между несколькими (двумя  и более) переменными. В психологии в качестве переменных могут выступать психические свойства, процессы,состояния и др.

“Корреляция” в прямом переводе означает “соотношение”. Если изменение одной переменной сопровождается изменением другой, то можно говорить о корреляции этих переменных. Наличие  корреляции двух переменных ничего не говорит о причинно-следственных зависимостях между ними, но дает возможность выдвинуть такую гипотезу. Отсутствие же корреляции позволяет отвергнуть гипотезу о причинно-следственной связи переменных.[3, с-25]

Теория корреляционного  исследования, основанная на представлениях о мерах корреляционной связи, разработана К. Пирсоном. Стратегия проведения корреляционного исследования сходна с квазиэкспериментом. Отличие от квазиэксперимента лишь в том, что управляемое воздействие на объект отсутствует. План корреляционного исследования несложен. Исследователь выдвигает гипотезу о наличии статистической связи между несколькими психическими свойствами индивида или между определенными внешними уровнями и психическими состояниями. При этом предположения о причинной зависимости не обсуждаются.

Различают несколько  интерпретаций наличия корреляционной связи между двумя измерениями: [2, с-165]

1.  Прямая корреляционная  связь. Уровень одной переменной  непосредственно соответствует  уровню другой. Примером является  закон Хика: скорость переработки информации пропорциональна логарифму от числа альтернатив. Другой пример: корреляция высокой личностной пластичности и склонности к смене социальных установок.

2.  Корреляция, обусловленная  3-й переменной. 2 переменные (а, с) связаны одна с другой через 3-ю, не измеренную в ходе исследования. Примером подобной корреляции является установленный психологами США факт связи уровня интеллекта с уровнем доходов. Если бы такое исследование проводилось в сегодняшней России, то результаты были бы иными. Очевидно, все дело в структуре общества. Скорость опознания изображения при быстром (тахистоскопическом) предъявлении и словарный запас испытуемых также положительно коррелируют. Скрытой переменной, обусловливающей эту корреляцию, является общий интеллект.

3.  Случайная корреляция, не обусловленная никакой переменной.

4.  Корреляция, обусловленная  неоднородностью выборки. Корреляционные связи различаются по своему виду. Если повышение уровня одной переменной сопровождается повышением уровня другой, то речь идет о положительной корреляции. Чем выше личностная тревожность, тем больше риск заболеть язвой желудка. Возрастание громкости звука сопровождается ощущением повышения его тона. Если рост уровня одной переменной сопровождается снижением уровня другой, то мы имеем дело с отрицательной корреляцией. Нулевой называется корреляция при отсутствии связи переменных.

В психологии практически  нет примеров строго линейных связей (положительных или отрицательных). Большинство связей – нелинейные. Классический пример нелинейной зависимости  – закон Йеркса–Додсона: возрастание  мотивации первоначально повышает эффективность научения, а затем наступает снижениепродуктивности (эффект “перемотивации”). Другим примером является связь между уровнем мотивации достижений и выбором задач различной трудности. Лица, мотивированные надеждой на успех, предпочитают задания среднего диапазона трудности – частота выборов на шкале трудности описывается колоколообразной кривой.