Экспериментальная психология 11 страница. Несколько отличается процедура балансировки при контроле известных внеш­них

Несколько отличается процедура балансировки при контроле известных внеш­них переменных. Типичный пример учета такой переменной — выявление уровня влияния принадлежности испытуемых к тому или иному полу на результаты экспе­римента, поскольку известно, что многие данные, полученные на выборке мужчин, невозможно перенести на женскую выборку. Пол — это дополнительная перемен­ная, поэтому планирование эксперимента сводится к выявлению эффекта действия независимой переменной на зависимую в каждой из двух экспериментальных групп.

Аналогично строится эксперимент по сравнению эффекта от различных аппара­турных методик в зависимости от возраста испытуемых и др.

В более сложных экспериментах применяется балансировка нескольких пере­менных одновременно. Примером может служить учет влияния пола эксперимента­тора на поведение испытуемых при тестировании интеллекта. У нас две группы ис­пытуемых, мужчин и женщин, и два экспериментатора (мужчина и женщина). План эксперимента может выглядеть следующим образом:

Группа I (эксперимент) Группа II(контроль)

1. Мужчины — экспериментатор Мужчины — экспериментатор

мужчина мужчина

2. Мужчины — экспериментатор Мужчины — экспериментатор

женщина женщина

3. Женщины — экспериментатор Женщины — экспериментатор

мужчина мужчина

4. Женщины — экспериментатор Женщины — экспериментатор

женщина женщина

4. Контрбалансировка. Этот прием контроля дополнительной переменной чаще всего применяют тогда, когда эксперимент включает в себя несколько серий. Испы­туемый оказывается в разных условиях последовательно, и предыдущие условия могут изменять эффект воздействия последующих условий. К примеру, при иссле­довании дифференциальной слуховой чувствительности не безразлично, какой звук, громкий или более тихий, предъявлялся испытуемому первым, а какой — вторым. Также при выполнении тестов на интеллект важен порядок предъявления испытуе­мому задач: от простой к сложной или от сложной к простой. В первом случае более интеллектуально развитые испытуемые больше утомляются и теряют мотивацию, так как вынуждены решать большее количество задач, чем остальные. При втором варианте предъявления заданий менее интеллектуально развитые испытуемые ис­пытывают стресс неуспеха и вынуждены решать больше задач, чем их более интел­лектуальные коллеги. В этих случаях для ликвидации эффектов последовательнос­ти и эффекта последствия используют контрбалансировку. Смысл ее состоит в том, что порядок предъявления разных задач, стимулов, воздействий в одной из групп компенсируется иным порядком предъявления заданий в другой группе.

Приведем пример плана контроля за внешней переменной для 2 условий (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Группа	Экспериментальная серия(порядок)
1 я 2-я
1-я	Громкий звук	Тихий звук
2я	Тихий звук	Громкий звук

Таблица 4.3

Группа	Экспериментальная серия(порядок)
1-я	2-я	3-я
1-я	Кр.	Ж
2-я	Кр.		Ж
3-я	Ж	Кр.
4-я	Ж		Кр.
5-я		Кр.	ж
6-я		ж	Кр.

Для 3 независимых переменных применяется такой план контрбалансировки, например для предъявления 3-х цветов — красного, желтого, зеленого: (табл. 4.3).

Контрбалансировка применяется в тех случаях, когда есть возможность провес­ти несколько серий. Следует лишь учитывать, что большое число попыток может вызвать утомление у испытуемого. Но этот план позволяет контролировать эф­фект последовательности. Упрощение же плана контрбалансировки приводит к появлению эффекта последовательнос­ти. Однако контрбалансировка не позволяет полностью исключить еще один эффект, а именно — влияние изменения порядка предъявления заданий на значение зависимой переменной. Он называется дифференцированным переносом: переход от ситуации 1 (когда она создается первой) к ситуации 2 отличается от перехода от ситуации 2 (когда она идет первой) к ситуации 1. Этот эффект приводит к тому, что реальные различия между двумя разными экспериментальными ситуациями при регистрации преувеличиваются.

Итак, техника контрбалансировки заключается в том, что каждый испытуемый получает более чем один вариант воздействия (АВ или ВА) и эффект последовательности целенаправленно распределяется на все экспериментальные условия.

При балансировке каждый испытуемый получает лишь одно экспериментальное воздействие — внешняя переменная балансируется за счет выявле­ния эффекта ее действия на членов экспериментальной группы по сравнению с эффектом, полученным при исследовании контрольной группы. Испытуемый может оказаться только в экспериментальной или же только в контрольной группе и полу­чить воздействие какой-нибудь внешней переменной в обеих группах. Балансиров­ка используется при исследовании независимых групп, тогда как контрбалансиров­ка применяется в исследованиях с повторяющимися воздействиями.

5. Рандомизация. О ней мы уже говорили (раздел 4.4). Рандомизацией называ­ется процедура, которая гарантирует равную возможность каждому члену популя­ции стать участником эксперимента. Каждому представителю выборки присваива­ется порядковый номер, а выбор испытуемых в экспериментальную и контрольную группы проводится с помощью таблицы «случайных» чисел. Рандомизация являет­ся способом, позволяющим исключить влияние индивидуальных особенностей ис­пытуемых на результат эксперимента.

Рандомизация применяется в двух случаях: 1) когда известно, как управлять внешними переменными в экспериментальной ситуации, однако у нас нет возможности использовать одну из предшествующих техник контроля; 2) когда мы предпо­лагаем оперировать какой-либо внешней переменной в экспериментальной ситуа­ции, однако не можем ее специфицировать и применить другие техники.

Если предположить, что значение дополнительной переменной (переменных) подчиняется вероятностным законам (например, описывается нормальным распре­делением), то в состав экспериментальной и контрольных групп войдет выборка, которая имеет те же уровни дополнительных переменных, что и генеральная сово­купность.

По мнению многих специалистов, в том числе Кэмпбелла, уравнивание групп по­средством процедуры рандомизации является единственно надежным способом эли­минации влияния внешних (дополнительных) переменных на зависимую. Кэмпбелл определяет рандомизацию как универсальный способ уравнивания групп перед экс­периментальным воздействием. Другие способы, например метод попарного срав­нения, характеризуются им как малонадежные и ведущие к невалидным выводам.

И в заключение: обратите особое внимание на таблицу, в которой отображен предложенный МакГиганом алгоритм пошагового контроля влияния внешних пере­менных на зависимую переменную.

Вопросы

1. Зачем применяется контрольная группа?

2. Для чего нужны процедуры балансировки и контрбалансировки?

3. В чем отличие дополнительной переменной от независимой переменной?

4. Какие факторы нарушают внутреннюю валидность эксперимента, а какие —

внешнюю?

5. Какие методы отбора и распределения испытуемых по группам применяются при организации эксперимента?

5. Экспериментальные и неэкспериментальные планы

Содержание. Планирование эксперимента. Основные экспериментальные планы: планы для одной и двух независимых переменных, факторные планы, планирование по методу латинского и греко-латинского квадратов. Взаимодействие независимых перемен­ных, виды взаимодействия. Планы экспериментов на одном испытуемом. Анализ кривых научения. Планирование по методу временных серий. Контроль асимметричного переносов и плацебо-эффекта. Доэкспериментальные и квазиэкспериментальные планы, в том числе планы временных серий. Эксперимент ex-post-facto. Корреляционное исследова­ние и его планирование. Виды планов корреляционного исследования. Перспективы раз­вития эксперимента: многомерный эксперимент, дифференциально-психологический эксперимент, кросскультурные исследования.

Основные понятия. План исследования, план истинного эксперимента, квазиэкс­периментальный план, воздействие, источники артефактов, факторный план, воздей­ствие, источники артефактов, факторный план, латинский квадрат, ротационный план, асимметричный перенос, симметричный перенос, план альтернативных воздей­ствий, схемы уравнивания, план ex-post-facto, корреляция, коэффициент корреля­ции, лонгитюд, естественное развитие.

5.1. Экспериментальные планы

5.1.1 Планы для одной независимой переменной

План «истинного» экспериментального исследования отличается от других следующими 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 (X₁), с группой, не получившей воз­действия Х₀.

Классическим вариантом плана является план для 2 независимых групп. В пси­хологии планирование эксперимента начинает применяться с первых десятилетий XXв.

Существуют три основные версии этого плана. При их описании будем пользо­ваться символизацией, предложенной Кэмпбеллом.

Таблица 5.1

1. Экспериментальная группа	R Х О1
2. Контрольная группа	R О2

Здесь R— рандомизация, Х— воздействие, О₁ — тестирование первой группы, О₂ — тестирование второй группы.

1) План для двух рандомизированных групп с тестированием после воздей­ствия. Его автор — известный биолог и статистик Р. А. Фишер [Fisher R. A., 1935]. Структура плана показана в табл. 5.1.

Равенство экспериментальной и контрольной групп является совершенно необ­ходимым условием применения этого плана. Чаще всего для достижения эквива­лентности групп применяют процедуру рандомизации (см. гл. 4). 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 1 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 2 контрольными группами и 1-й экспериментальной. Измере­ние поведения дает материал для сравнения 2 групп. Обработка данных сводится к применению традиционных для математической статистики оценок. Рассмотрим случай, когда измерение проводится интервальной шкалой. Для оценки различия в средних показателях групп используют t-критерий Стьюдента. Оценивание разли­чий в вариации измеряемого параметра между экспериментальной и контрольной группами проводится с помощью критерия F. Соответствующие процедуры подроб­но рассмотрены в учебниках математической статистики для психологов.

Применение плана для 2 рандомизированных групп с тестированием после воз­действия позволяет контролировать основные источники внутренней невалидности (как их определяет Кэмпбелл). Поскольку предварительное тестирование отсут­ствует, исключен эффект взаимодействия процедуры тестирования и содержания экспериментального воздействия и сам эффект тестирования. План позволяет кон­тролировать влияние состава групп, стихийного выбывания, влияние фона и есте­ственного развития, взаимодействие состава группы с другими факторами, позволя­ет также исключить эффект регрессии за счет рандомизации и сравнения данных экспериментальной и контрольной групп. Однако при проведении большинства пе­дагогических и социально-психологических экспериментов необходимо жестко контролировать исходный уровень зависимой переменной, будь то интеллект, тревож­ность, знания или статус личности в группе. Рандомизация — лучшая процедура из возможных, но она не дает абсолютной гарантии правильности выбора. Когда суще­ствуют сомнения в результатах рандомизации, применяют план с предварительным тестированием.

Таблица 5.2

1. Экспериментальная группа	R О1 Х О2
2. Контрольная группа	R О3 О4

2) План для двух рандомизированных групп с предварительным и итоговым тестированием. Рассмотрим структуру этого плана (табл. 5.2).

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 применением рандомизации и контрольной группой очень распространен.

При отсутствии процедуры уравнивания групп этот план преобразуется в квазиэкспериментальный (он будет рассмотрен в разделе 5.2).

Главный источник артефактов, нарушающий внешнюю валидность процеду­ры, — взаимодействие тестирования с экспериментальным воздействием. Напри­мер, тестирование уровня знаний по определенному предмету перед проведением эксперимента по заучиванию материала может привести к актуализации исходных знаний и к общему повышению продуктивности запоминания. Достигается это за счет актуализации мнемонических способностей и создания установки на запоми­нание.

Однако 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 «внутригрупповых событий», а также эффекта неодновременности тестирования в обеих группах. В реальности невозможно добиться, чтобы тест и ретест проводились в них одновременно. План превращается в квазиэкспериментальный, например:

R О₁ Х О₂

R О₃ О₄

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 наличия значительного числа испытуемых в экспериментальной и контрольной выборках (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 [Кэмпбелл, 1980] контролируются при помощи проце­дуры рандомизации.

Результаты применения плана «тест—воздействие—ретест» представлены в таблице.

При обработке данных обычно используются параметрические критерии t и F (для данных в интервальной шкале). Вычисляются три значения t: сравнение 1) О₁ и О₂ ; 2) О₃ и О₄; 3) О₂ и О₄. Гипотезу о значимом влиянии независимой переменной на зависимую можно принять в том случае, если выполняются два условия: а) раз­личия между О₁ и О₂ значимы, а между О₃ и О₄ — незначимы и б) различия между О₂ и О₄ значимы. Гораздо удобнее сравнивать не абсолютные значения, а величины прироста показателей от первого тестирования ко второму (δ_(i)). Вычисляются δ_(i12) и δ_(i34) и сравниваются по t-критерию Стьюдента. В случае значимости различий принимается экспериментальная гипотеза о влиянии независимой переменной на зависимую (табл. 5.3).

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. Тем самым получается следующая таблица для об­работки данных по методу MANOVA (табл. 5.4).

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

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.

Таблица 5.5

Предварительное тестирование	Воздействие
Да	Нет
Есть	О2	О4
Нет	О5	О6

Для контроля внешней валидности используется план Р. Л. Соломона, который был предложен им в 1949 г.

3) План Соломона используется при проведении эксперимента на четырех груп­пах:

1. Эксперимент1: R О₁ Х О₂

2. Контроль 1: R О₃ О₄

3. Эксперимент 2: R X О₅

4. Контроль 2: R О₆

План включает исследование двух экспериментальных и двух контрольных групп и по сути является мультигрупповым (типа 2 х 2), но для удобства изложения он рассматривается в этом разделе.

План Соломона представляет собой объединение двух ранее рассмотренных пла­нов: первого, когда не производится предварительное тестирование, и второго — «тест—воздействие—ретест». С помощью «первой части» плана можно контроли­ровать эффект взаимодействия первого тестирования и экспериментального воздей­ствия. Соломон с помощью своего плана выявляет эффект экспериментального воз­действия четырьмя разными способами: при сравнении 1) О₂ — О₁ ; 2) О₂ — О₄ ; 3) О₅ — О₆ и 4) О₅ — О₃ .

Если провести сравнение О₆ с О₁ и О₃, то можно выявить совместное влияние эффектов естественного развития и «истории» (фоновых воздействий) на зависи­мую переменную.

Кэмпбелл, критикуя предложенные Соломоном схемы обработки данных, пред­лагает не обращать внимания на предварительное тестирование и свести данные к схеме 2 х 2, пригодной для применения дисперсионного анализа (табл. 5.5).

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 свидетельствует о мере нарушения внешней валидности.

В том случае, когда эффектами предварительного тестирования и взаимодей­ствия можно пренебречь, переходят к сопоставлению О₄ и О₂ методом ковариацион­ного анализа. В качестве дополнительной переменной берутся данные предвари­тельного тестирования по схеме, приведенной для плана «тест—воздействие—ретест».

Наконец, в некоторых случаях необходимо проверить сохранение во времени эф­фекта воздействия независимой переменной на зависимую: например, выяснить, приводит ли новый метод обучения к долгосрочному запоминанию материала Для этих целей применяют следующий план:

1 Эксперимент 1 R О₁ Х О₂

2 Контроль 1 R О₃ О₄

3 Эксперимент 2 R О₅ Х О₆

4 Контроль 2 R О₇ О₈

5.1.2 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) при необходимости контроля внешних переменных; б) при необходимости 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. Простейшим вариантом является план для трех групп и трех уровней независимой переменной:

Эксперимент 1: R Х₁ О₁

Эксперимент 2: R Х₂ О₂

Контроль: R О₃

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. Для обработки данных, по­лученных с помощью такого плана, применяются те же статистические методы, что были перечислены выше.

Простые «системные экспериментальные планы», как ни удивительно, очень редко используются в современных экспериментальных исследованиях. Может быть, исследователи «стесняются» выдвигать простые гипотезы, помня о «сложно­сти и многомерности» психической реальности? Тяготение к использованию пла­нов с многими независимыми переменными, более того — к проведению многомер­ных экспериментов, не обязательно способствует лучшему объяснению причин че­ловеческого поведения. Как известно, «умный поражает глубиной идеи, а дурак — размахом строительства». Лучше предпочесть простое объяснение любому сложно­му, хотя регрессионные уравнения, где все всему равняется, и запутанные кор­реляционные графы могут произвести впечатление на некоторые диссертационные советы.

5.1.3 Факторные планы

Факторные эксперименты применяются тогда, когда необходимо проверить сложные гипотезы о взаимосвязях между переменными. Общий вид по­добной гипотезы: «Если А₁, А₂,..., А_n, то В». 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 ходе проведения которого 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.

Существует множество вариантов факторных планов, но на практике применя­ются далеко не все. Чаще всего используются факторные планы для двух незави­симых переменных и двух уровней типа 2х2. Для составления плана применяет­ся принцип балансировки. План 2х2 используется для выявления эффекта воздей­ствия двух независимых переменных на одну зависимую. Экспериментатор манипу­лирует возможными сочетаниями переменных и уровней. Данные приведены в простейшей таблице (табл. 5.6).

Реже используются четыре независимые рандомизированные группы. Для обра­ботки результатов применяется дисперсионный анализ по Фишеру.

Так же редко используются другие версии факторного плана, а именно: 3х2 или 3х3. План 3х2 применяется в тех случаях, когда нужно установить вид зависимо­сти одной зависимой переменной от одной независимой, а одна из независимых переменных представлена дихотомическим параметром. Пример такого плана — эксперимент по выявлению воздействия внешнего наблюдения на успех решения интеллектуальных задач. Первая независимая переменная варьируется просто: есть наблюдатель, нет наблюдателя. Вторая независимая переменная — уровни трудно­сти задачи. В этом случае мы получаем план 3х2 (табл. 5.7).

Вариант плана 3х3 применяется в том случае, если обе независимые перемен­ные имеют несколько уровней и есть возможность выявить виды связи зависимой переменной от независимых. Этот план позволяет выявлять влияние подкрепления на успешность выполнения задании разной трудности (табл. 5.8).

Таблица 5.6

2-я переменная	1-я переменная
Есть	Нет
Есть
Нет

Таблица 5.7

1-я переменная	2-я переменная
Легкая	Средняя	Трудная
Есть наблюдатель
Нет наблюдателя

Таблица 5.8

Уровень сложности задачи	Интенсивность стимуляции
Низкая	Средняя	Высокая
Низкий
Средний
Высокий

В общем случае план для двух независимых переменных выглядит как N х М. Применимость таких планов ограничивается только необходимостью набора боль­шого числа рандомизированных групп. Объем экспериментальной работы чрезмер­но возрастает с добавлением каждого уровня любой независимой переменной.

Планы, используемые для исследования влияния более двух независимых пере­менных, применяются редко. Для трех переменных они имеют общий вид L х М х N.

Чаще всего применяются планы 2х2х2: «три независимые переменные — два уровня». Очевидно, добавление каждой новой переменной увеличивает число групп. Общее их число 2, где п — число переменных в случае двух уровней интенсивности и К — в случае К-уровневой интенсивности (считаем, что число уровней одинаково для всех независимых переменных). Примером этого плана может быть развитие предыдущего. В случае, когда нас интересует успешность выполнения эксперимен­тальной серии заданий, зависящая не только от общей стимуляции, которая произ­водится в форме наказания — удара током, но и от соотношения поощрения и нака­зания, мы применяем план 3х3х3.