行 为 科 学 中 的 实 验 研 究 方 法

主 要 内 容行 为 科 学 中 的 实 验 研 究 方 法Experiment Study武 欣北 京 航 空 航 天 大 学 经 济 管 理 学 院• 实 验 研 究 是 科 学 知 识 的 重 要 来 源• 实 验 研 究 的 特 点• 实 验 研 究 的 效 度 问 题• 实 验 设 计 的 基 本 结 构• 实 验 研 究 中 的 伦 理 道 德 问 题2实 验 研 究 是 科 学 知 识 的 重 要 来 源速 溶 咖 啡 实 验Mason Haire (UC Berkeley)• Falk A and Heckman J J. Lab Experiments Are aMajor Source of Knowledge in the SocialSciences. Science, 2009, October, 535-538.• 速 溶 咖 啡 的 尴 尬购 物 清 单 A1 听 朗 福 德 发 酵 粉2 片 沃 德 面 包1 捆 胡 萝 卜1 磅 内 斯 速 溶 咖 啡1.5 磅 汉 堡2 听 狄 尔 桃5 磅 土 豆购 物 清 单 B1 听 朗 福 德 发 酵 粉2 片 沃 德 面 包1 捆 胡 萝 卜1 磅 麦 氏 新 鲜 咖 啡1.5 磅 汉 堡2 听 狄 尔 桃5 磅 土 豆随 机 100 个 主 妇 , 每 组 50 个 , 分 别 看 两 个 购 物 单描 述 持 这 个 购 物 单 的 主 妇 的 个 性 特 征34速 溶 咖 啡 实 验 结 果购 物 清 单 A 购 物 清 单 B( 含 速 溶 咖 啡 )( 含 新 鲜 咖 啡 )懒 惰 48% 4%不 会 计 划 家 庭 购 物和 进 行 时 间 安 排48% 12%俭 朴 4% 16%实 验 研 究 有 哪 些 基 本 特 点 ?• 创 造 或 者 操 纵 某 种 情 境 因 素 ( 自 变 量 )• 实 验 处 理 :treatment, manipulation• 买 速 溶 咖 啡 还 是 咖 啡 豆• 观 察 记 录 实 验 处 理 下 的 反 应 ( 因 变 量 )• 除 了 研 究 关 心 的 因 素 之 外 , 严 格 控 制 其 他 因 素• 被 试 随 机 分 组不 是 个 好 主 妇 16% 0%561

社 会 科 学 研 究 的 几 种 范 式• 心 理 学 : 实 验 、 实 证• 社 会 学 : 质 性 、 描 述 性• 经 济 学 : 数 学 建 模为 什 么 实 验 研 究 是 知 识 的 重 要 来 源• 实 验 研 究 可 以 探 寻 因 果 关 系• 实 验 研 究 可 以 揭 示 出 人 类 行 为 的 内 隐 动 机• 行 为 经 济 学 、 行 为 金 融 学 、 实 验 经 济 学78为 什 么 实 验 研 究 是 知 识 的 重 要 来 源相 关 研 究 举 例• 实 验 研 究 可 以 探 寻 因 果 关 系• 相 关 研 究 ( 探 寻 两 个 或 多 个 因 素 的 自 然 关 系 )• 实 验 研 究 ( 通 过 操 纵 一 些 因 素 来 考 察 它 们 对 其 他因 素 的 影 响 )• 墓 碑 高 度 与 长 寿 间 的 关 系• 自 尊 与 学 业 成 绩相 关 关 系 X----------Y• 非 实 验 研 究 , 收 集 自 然 发 生 的 数 据 , 往 往 只 能 建立 相 关 关 系 。• 例 , 丈 母 娘 的 需 求 与 房 价 的 关 系可 能 的 解 释X Y X YXZY9 10为 什 么 实 验 研 究 是 知 识 的 重 要 来 源• 实 验 研 究 可 以 揭 示 出 人 类 行 为 的 内 隐 动 机• 问 卷 调 查 无 法 揭 示 的 内 容• 社 会 称 许 性 (social desirability)• 潜 意 识• 例 如 , 对 金 钱 的 看 法 、 道 德 感 、 决 策 的 真 实 意 图硬 币 实 验• 我 们 的 感 知 是 否 由 于 社 会 地 位 而 不 同 ?11122

让 我 们 走 进 行 为 科 学 实 验 的奇 妙 世 界米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验• 二 十 世 纪 最 震 撼 人 心 的 社 会 科 学实 验 之 一• 考 察 了 当 权 威 的 要 求 与 道 德 的 要求 相 抵 触 时 人 们 会 作 出 怎 样 的 行为 。• 仅 仅 在 实 验 研 究 者 的 要 求 下 , 一个 普 通 人 会 对 另 外 一 个 陌 生 人 施加 多 大 程 度 的 痛 苦 ?14• 纳 粹 : 你 心 目 中 的 纳 粹 是 什 么 形 象 ?15 16米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验• E 研 究 者 / 实 验 者• S 教 师 ( 真 正 的 被 试 )• A 学 习 者 ( 研 究 者 的 同谋 )17 183

Shock-administering machine19米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验• 米 尔 格 拉 姆 对 110 个 精 神 病 学 家 、 大 学 生 、 中 产 阶级 成 人 描 述 这 个 实 验 。• 这 三 个 群 体 所 有 人 都 认 为 自 己 在 135 伏 处 会 不 服 从命 令 ; 没 人 想 进 行 到 300 伏 以 上 。• 考 虑 到 自 我 服 务 的 偏 见 , 米 尔 格 拉 姆 要 求 他 们 估计 其 他 人 会 进 行 到 什 么 程 度 。 实 际 上 , 没 有 一 个人 会 预 期 其 他 人 使 用 电 击 发 生 器 的 XXX 处 的 开 关 ,精 神 病 学 家 估 计 1000 个 人 中 大 约 会 有 1 个 人 这 样 做 。21米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验• 75-105 伏 : 哼 哼 声 。• 120 伏 : 抱 怨 太 疼 了 。• 150 伏 :“ 啊 ! 让 我 出 去 ! 我 有 心 脏 病 , 我 的 心 脏 开 始 不舒 服 了 ! 我 不 做 了 !”• 195 伏 :“ 啊 ! 让 我 出 去 ! 我 的 心 脏 不 舒 服 了 ! 你 没 有 权利 把 我 留 在 这 里 ! 让 我 出 去 !”• 210 伏 :“ 啊 ! 让 我 出 去 ! 我 受 够 了 ! 我 不 要 再 做 实 验了 !”• 270 伏 : 痛 苦 的 尖 叫• 300 伏 :( 痛 苦 的 尖 叫 ) 我 绝 对 不 再 回 答 了 ! 你 不 能 把 我关 在 这 里 ! 让 我 出 去 ! 让 我 出 去 !• 315 伏 : 剧 烈 痛 苦 的 尖 叫• 330 伏 : 歇 斯 底 里 的 叫22米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验• 研 究 者 采 取 四 种 口 头 鼓 励 :• 请 继 续 下 去 ( 或 请 继 续 )• 该 实 验 要 求 你 继 续 进 行 下 去 。• 你 继 续 下 去 是 绝 对 必 须 的 。• 你 没 有 其 他 选 择 , 必 须 进 行 下 去 。23米 尔 格 拉 姆 的 服 从 实 验 结 果继续服从的被试百分数100908070605040学 习 者 抱 怨 说 自 己 很 疼学 习 者 恳 求 离 开学 习 者 尖 叫 并 拒 绝 回 答 问 题75 150 225 300 375 450中 度 的 强 烈 非 常 强 烈 剧 烈 严 重 危 险 XXX电 击 的 强 度4

实 验 设 计 举 例 : 从 众 实 验阿 什 Asch (1956) – 线 段 比 较 实 验A B C2526Asch’s Paradigm2002 年 诺 贝 尔 经 济 学 奖 得 主 的 实 验• Subject is seated next to last• In 12 of 18 trialsconfederates provide thewrong answer – DV iswhether subject follows• Ordinarily subjects makemistakes 1% of the time, inthis experiment 36.8% of thetime.Daniel KahnemanAmos Tversky2728前 景 理 论 (Prospect theory)(1) 正 常 人 在 面 临 获 得的 情 况 下 是 风 险 规 避 的(2) 正 常 人 在 面 临 损 失的 情 况 下 是 风 险 喜 好 的对 损 失 比 对 获 得 更 敏 感亚 洲 疾 病 问 题• 假 设 你 是 亚 洲 一 个 城 市 的 市 长 。 这 个 城 市 将 爆 发 一 场 不 寻常 的 疾 病 , 预 计 将 夺 走 600 人 的 生 命 。 有 两 种 抗 击 疾 病 的计 划 。• A 计 划 :200 人 将 获 救 ; (72%)• B 计 划 :1/3 概 率 600 人 获 救 ,2/3 概 率 无 人 能 获 救 (28%)• 假 设 你 是 亚 洲 一 个 城 市 的 市 长 。 这 个 城 市 将 爆 发 一 场 不 寻常 的 疾 病 , 预 计 将 夺 走 600 人 的 生 命 。 有 两 种 抗 击 疾 病 的计 划 。• C 计 划 :400 人 将 死 亡 ; (22%)• D 计 划 :1/3 概 率 不 会 有 人 死 亡 ,2/3 概 率 600 人 死 亡 (78%)29305

赋 予 效 应 Endowment effect• 马 克 杯 实 验• 实 验 研 究 有 什 么 特 点 ?• 正 常 人 对 同 一 件 东 西 , 得 到 时 觉 得 不 怎 么 值 钱 , 一 旦拥 有 后 要 放 弃 时 , 就 会 感 到 这 件 东 西 的 重 要 性 。3132实 验 研 究 的 特 点• 变 量 的 操 作 化 Operationalization• 如 何 定 义 “ 从 众 ”?• 实 验 处 理 或 者 操 纵 Treatment or Manipulation• 人 为 创 造 的 实 验 情 境• 经 常 隐 含 真 正 的 实 验 目 的 / 有 时 用 欺 骗 手 段• 不 同 实 验 处 理 水 平 下 的 对 比• 实 验 组 对 照 组 ( 控 制 组 )• 与 基 线 水 平 ( Baseline) 的 对 比• 复 杂 问 题 抽 象 为 一 个 简 单 的 情 境• 被 试 被 随 机 分 配 到 不 同 的 实 验 条 件实 验 研 究 基 本 术 语• 被 试 (Subject): 研 究 对 象 , 被 调 查 者• participant• 标 准 化• 统 一 的 一 致 的 数 据 收 集 程 序 。• 变 量 的 操 作 化• 抽 象 概 念 转 化 成 可 以 观 测 的 变 量 。• 自 变 量• 因 变 量3334自 变 量 与 因 变 量• 自 变 量 (Independent variable): 研 究 者 操 纵 或改 变 的 变 量 , 目 的 是 了 解 它 是 否 会 对 其 他 变 量 产生 影 响 。• 因 变 量 (Dependent variable): 研 究 者 所 测 量的 变 量 , 目 的 是 了 解 它 是 否 受 到 自 变 量 的 影 响 。研 究 者 假 设 , 因 变 量 取 决 于 自 变 量 的 不 同 水 平 。自 变 量 与 因 变 量 ( 举 例 )自 变 量因 变 量旁 观 者 人 数 有 多 少 被 试 提 供 帮 助 ?1 个 被 试 + 病 人 85%1 个 被 试 + 病 人 +2 个 他 人 62%1 个 被 试 + 病 人 +4 个 他 人 31%35366

实 验 研 究 基 本 术 语• 实 验 组 与 控 制 组• 实 验 组 : 接 受 实 验 处 理 或 者 操 纵 , 与 控 制 组 仅 在 研 究 关心 的 那 个 变 量 上 有 差 异 。• 控 制 组 : 与 实 验 组 相 似 的 用 来 匹 配 的 组 , 不 接 受 实 验 处理 。• 前 测 与 后 测 :• 实 验 处 理 之 前 因 变 量 的 水 平• 实 验 处 理 之 后 因 变 量 的 水 平实 验 研 究 基 本 术 语• 被 试 内 设 计 与 被 试 间 设 计• 被 试 内 设 计 (Within-subject design): 每 个 被 试接 受 所 有 水 平 的 实 验 处 理• 被 试 间 设 计 (between-subject design): 每 个 被试 只 接 受 一 种 水 平 的 实 验 处 理• 数 据 统 计 分 析 的 区 别3738被 试 间 设 计被 试 内 设 计独 立 样 本 T 检 验方 差 分 析 :One way ANOVA配 对 样 本 T 检 验方 差 分 析 : 重 复 测 量3940实 验 研 究 基 本 术 语Examples of Quasi-experimentaldesign• 真 实 验 设 计 (True experimental design): 有 实验 处 理 、 对 结 果 的 测 量 和 实 验 条 件 , 被 试 随 机 分配 到 不 同 的 处 理 条 件 。• 准 实 验 设 计 (Quasi-experimental design): 有 实验 处 理 、 对 结 果 的 测 量 和 实 验 条 件 , 被 试 没 有 随机 分 配 到 不 同 的 处 理 条 件 。• 实 验 室 实 验 与 自 然 情 境 下 的 实 验41427

实 验 研 究 的 效 度 问 题• 内 部 效 度 与 外 部 效 度 是 一 对 矛 盾• 内 部 效 度 : 实 验 结 果 更 加 准 确 , 避 免 无 关 因 素 的干 扰• 外 部 效 度 : 实 验 结 果 的 可 推 广 性 。• 实 验 室 研 究 , 排 除 干 扰 因 素 , 内 部 效 度 高 , 但 外部 效 度 可 能 比 较 低• 现 场 实 验 : 自 然 环 境 , 可 推 广 性 高 , 但 缺 少 对 干扰 因 素 的 控 制内 部 效 度 的 威 胁 因 素• 对 内 部 效 度 产 生 威 胁 的 主 要 是 混 淆 变 量 (confounding variables)。 没 有 控 制 的 无 关 变量 是 测 试 结 果 产 生 了 系 统 偏 差 , 不 能 确 定 因 变量 的 变 化 是 否 是 由 自 变 量 的 变 化 引 起 的 。4344干 扰 变 量 Confounding variables• 可 能 会 造 成 因 变 量 由 自 变 量 以 外 的 因 素 的 差 异而 产 生 变 异 的 变 量 。• 如 何 控 制 ?• 随 机 选 择 与 分 配• 匹 配• 常 量• 纳 入 到 实 验 设 计 之 中• 平 衡 , 控 制 顺 序 效 应• 统 计 控 制 : 协 方 差 分 析内 部 效 度 的 威 胁 因 素• 历 史 (History): 在 实 验 过 程 中 发 生 的 偶 然 事 件• 成 熟 (Maturation): 即 使 不 进 行 实 验 处 理 , 经过 一 定 的 时 间 , 因 变 量 也 会 发 生 变 化 。• 实 验 者 效 应 (experimenter effect): 实 验 者 本 身的 行 为 引 起 的 偏 差 。• 霍 桑 效 应 (Hawthorne effect): 由 于 研 究 人 员 的存 在 , 被 试 的 表 现 和 平 时 不 一 样 。“ 双 盲 实 验 ”4546内 部 效 度 的 威 胁 因 素如 果 我 们 走 左 边 ,我 敢 打 赌 , 那 家 伙会 非 常 高 兴 的 。• 安 慰 剂 效 应 (Placebo effect): 被 试 即 使 没 有 真 地 接 受实 验 处 理 也 会 产 生 有 效 果 的 反 应 。• 工 具 效 应 (Instrument): 测 量 工 具 、 指 导 语 影 响 测 试 结果 。• 选 择 偏 差 (selection bias): 被 试 的 分 组 选 择 非 随 机 化• 被 试 流 失 (Mortality): 一 些 被 试 退 出 实 验 。• 测 试 效 应 / 学 习 效 应 (testing/learning effect): 由 于 后 测与 前 测 有 较 大 的 相 关 联 性 是 被 试 更 加 熟 悉 和 敏 感 。• 天 花 板 效 应 (ceiling effect) 和 地 板 效 应 (floor effect): 反应 变 量 的 取 值 区 间 都 集 中 在 极 端 。47488

威 胁 外 部 效 度 的 因 素外 部 效 度 : 实 验 结 果 的 可 推 广 性 。实 验 设 计 的 基 本 结 构• 实 验 组 控 制 组 后 测 设 计• 有 差 异 的 选 择 ( 非 随 机 样 本 )• 对 实 验 情 境 的 反 应 与 真 实 情 境 不 同• 实 验 组 : R X O1• 控 制 组 : R O2• X: 实 验 处 理4950实 验 设 计 的 基 本 结 构• 前 测 - 后 测 与 控 制 组 设 计实 验 设 计 的 基 本 结 构• 所 罗 门 四 组 设 计• 实 验 组 : R O1 X O2• 控 制 组 : R O3 O4• X: 实 验 处 理 (treatment)• 实 验 组 1: R O1 X O2• 控 制 组 1: R O3 O4• 实 验 组 2: R X O5• 控 制 组 2: RO6• X: 实 验 处 理5152实 验 设 计 的 基 本 结 构多 因 素 实 验 设 计• 因 素 设 计 Factor 1Factor 2Treatment 1 Treatment 2Treatment 3 Treatment 4方 差 分 析 :Two way ANOVA2X2 design数 据 统 计 分 析 ?53549

实 验 设 计 的 基 本 结 构• 单 一 组 前 测 后 测 研 究• O1 X O2• 静 态 组 无 前 测 研 究• 实 验 组 : X O1• 控 制 组 : O2• 静 态 组 前 测 后 测 设 计实 验 设 计 的 基 本 结 构• 时 间 序 列 设 计• O1 O2 O3 O4 X O5 O6 O7 O8• 有 控 制 组 的 时 间 序 列 设 计• O1 O2 O3 O4 X O5 O6 O7 O8• O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8O1 XO3O2O4ORO1 X1O3 X2O2O45556实 验 设 计 的 基 本 结 构• 平 衡 设 计• ABBA 抵 消 法• 拉 丁 方 设 计 ( 每 种 实 验 处 理 在 每 个 位 置 都 出 现 一 次)Group A: X1O X2O X3OGroup B: X2O X4O X1OGroup C: X3O X1O X4OGroup D: X4O X3O X2OX4 OX3 OX2 OX1 O57实 验 研 究 中 的 伦 理 道 德 问 题• 尽 可 能 告 诉 实 验 者 实 验 的 情 况 , 要 足 以 符 合 知 会 同 意(Informed consent) 的 标 准 。• 真 诚 。 只 有 当 必 要 且 实 验 目 的 的 确 非 常 重 要 时 , 才 使用 欺 骗 手 段 。• 保 护 实 验 者 不 受 伤 害 , 不 受 严 重 不 适 的 影 响 。• 对 实 验 者 的 个 人 信 息 保 密 。• 向 实 验 者 做 出 事 后 解 说 (debrief)。 在 实 验 之 后 告知 有 关 实 验 一 切 情 况 , 包 括 所 使 用 的 欺 骗 手 段 。 但 如果 反 馈 可 能 会 给 实 验 者 带 来 痛 苦 或 困 扰 , 例 如 他 们 意识 到 自 己 曾 表 现 得 很 愚 蠢 或 是 很 残 忍 时 , 可 视 为 该 原则 为 一 例 外 。58实 验 中 的 伦 理 问 题• 米 尔 格 拉 姆 描 述 一 位 担 任 教 师 角 色 的 被 试 的 反 应 :• 我 看 到 一 位 成 熟 而 镇 定 自 若 的 商 人 , 微 笑 而 自 信的 走 进 实 验 室 。 但 是 ,20 分 钟 之 内 , 他 却 变 成 了一 个 浑 身 抽 搐 、 结 结 巴 巴 、 失 魂 落 魄 的 人 , 似 乎很 快 就 要 达 到 精 神 崩 溃 的 地 步 。 他 不 断 的 像 要 拔掉 他 的 耳 机 , 一 直 在 扭 动 着 他 的 手 臂 。 有 一 次 ,他 甚 至 把 自 己 拳 头 搁 在 额 头 上 , 喃 喃 的 说 :“ 上帝 , 停 下 来 吧 。” 但 是 他 还 在 继 续 对 实 验 者 的 每句 话 作 出 反 应 , 一 直 服 从 到 最 后 。实 验 中 的 伦 理 问 题• 实 验 中 许 多 扮 演 教 师 的 被 试 体 验 到 了 极 度 的 痛苦 感 。• 事 后 说 明 实 验 真 相 。• 过 一 段 时 间 后 对 92% 被 试 进 行 调 查 , 并 没 有 对他 们 的 心 理 幸 福 感 造 成 伤 害 。• 一 年 后 精 神 病 学 家 对 当 时 情 绪 体 验 较 激 烈 的 40人 进 行 访 谈 , 确 实 没 有 人 受 到 伤 害 。596010

小 结• 实 验 研 究 的 科 学 价 值• 实 验 研 究 的 特 点• 实 验 研 究 的 效 度 问 题• 实 验 研 究 的 基 本 结 构• 重 要 概 念 : 实 验 处 理 、 自 变 量 与 因 变 量 、 被 试 内设 计 与 被 试 间 设 计• 实 验 研 究 常 用 的 数 据 统 计 分 析 方 法练 习• 从 你 周 围 的 现 实 生 活 情 境 中 发 现 任 何 可 以 进 行实 验 研 究 的 问 题 , 尝 试 设 计 实 验 。• Just Do It!616211