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第六章教育实验法第一节教育实验法概述一、实验法的基本原理实验法的基本原理：首先以一个理论假设为起点，这个假设是一种因果关系的陈述，它假定某些自变量会导致某些因变量的变化。进行如下操作：1、在实验开始时对因变量（Ｙ）进行测试（即前测）；2、引入自变量（X），让它发挥作用和影响；3、在实验结束前再测量因变量（即后测）；4、比较前测与后测的差异值检验假设。因此，实验通常包括三个主要的组成部分：（１）自变量和因变量；（２）实验组和控制组；（３）前测和后测。二、实验法的含义和特征１、实验法的含义实验法是研究者根据研究假设，创设一定的情境，控制一些无关因素，主动地操纵某些实验因素，从而验证假设，确定实验因素与实验结果之间因果关系的一种研究方法。实验法与观察法或调查的比较“发问”听“演讲”致物之变待物之变人为环境自然条件实验法观察法或调查法２、实验法的特征教育实验法有如下特征：第一，实验法以科学的假设为前提；第二，实验法是通过改变研究对象的性质和状态来研究的方法；第三，实验法是用来揭示变量间的因果关系的有效方法；第四，实验法要求有验证，有严格的操作规则，精确地测量手段和数据处理，以保证研究结果的客观性准确性。三、教育实验的种类（一）前实验、准实验和真实验前实验（Pre---experiment)准实验（Quasi---experiment)真实验（True---experiment)（二）开创性实验、验证性实验和改造性实验（三）单科单项试验、多科实验和整体实验（四）单组实验、等组实验和轮组实验（五）单因素实验、双因素实验和多因素实验四、教育实验的功用（一）教育实验能准确地揭示教育的必然规律；（二）教育实验可以检验某一理论的正误，甄别某一方法的优劣，为教育改革探索出有效的途径和方法；（三）教育实验可以节省人力、物力和财力；（四）可以提高教育工作者研究问题的志趣。第二节教育实验设计一、教育实验设计与实验效度（一）教育实验设计教育实验设计是研究者针对实验课题，为验证实验假设，对整个实验过程所做的周密而详细地安排计划。一个好的实验设计应该具备如下条件：1、充分的实验控制2、不加人为的修饰3、比较的基础4、非污染的数据5、代表性6、省力原则（二）实验效度１、内在效度内在效度是指研究结果能被明确解释的程度，决定着实验结果的解释。坎贝尔和斯坦利认为有八类因素影响实验的内在效度（１）偶然因素（２）成熟（３）测验（４）测量手段（５）统计回归（６）被试选择的差异（７）被试的流失（８）取样——成熟程度交互作用２、外在效度外在效度是指实验结果的可推广程度。涉及到教育实验研究结果的概括化、一般化和应用范围问题。坎贝尔和斯坦利认为有四类因素影响教育实验的外内效度：（１）测验的交互作用；（２）抽样误差和实验处理的交互作用；（３）实验安排效应；（４）多重处理干扰。提高外在效度的措施主要有：（１）使被试取样具有代表性；（２）使实验情境与教育教学环境尽量接近；（３）在各种不同条件下进行重复性实验。二、确定实验课题（一）教育实验课题应是教育理论和实践迫切需要解决的问题（二）教育实验课题应是最有价值的问题（三）实验课题的范围应恰当（四）实验课题应是能够解决的问题（五）实验课题的表述应简洁明确二、建立研究假设三、实验变量的确定和分解（一）实验变量的分类实验变量分为三大类:自变量、因变量、无关变量。１、自变量自变量是呈现给被试的刺激变量，一种假定的原因变量，是实验者主动操纵的变量。２、因变量因变量是指被试对所呈现的刺激的反应，是一种结果变量，是在自变量作用下可能产生的结果。３、无关变量无关变量指除自变量以外一切可能影响因变量数值变动而对实验结果起干扰作用的因素。４、三类变量的处理自变量因变量无关变量（二）实验自变量的确定实验自变量根据其表现形式可以分为数量的变化和性质的变化两种。它们都具有下列特点：1、可变性；2、确定性；3、操作性。实验自变量的确定一般包括以下三个步骤：第一、实验自变量的数目；第二、确定每一个自变量的水平数目；第三、自变量各水平的具体化。（三）实验因变量的确立与分解实验因变量的指标应具有下面的特点：1、因变量的变化发生于自变量之后或与自变量同时发生；2、具有可观测性；3、与实验自变量的相关性。实验因变量的确立与分解分为三个步骤：第一、依据实验目的，寻找因变量；第二、分解因变量，寻找具体指标；第三、确立具体指标的观测方法。四、选择适当的实验方法实验因素非实验因素实验因素的水平实验处理被试实验效果实验结果实验结论为了简化叙述，我们将引入下面一些符号：X——自变量，即实验处理；Y——因变量；Y1，Y2——实验组前、后测平均成绩；，——控制组前、后测平均成绩；R——随机分派MR——配对后随机分派；/1y/2y（一）单因素实验设计所谓单因素实验，就是在实验时只施加一种实验因素，其它因素都控制不变，从而研究实验因素（自变量）与实验效果（因变量）之间的因果关系。1、完全随机化设计其基本模式为：R：S1—R—X1O1R：S2—R—X2O2R：S3—R—X3O3R：Sn—R—XnOn例如某一学校要进行三种教学方法（X1X2X3）的实验，首先将150名学生用随机抽样的方法分为三个班（S1S2S3），其次再采用随机抽样的方式决定哪个班采用何种教学方法。如果抽样结果是S1是采用X2，S2采用X1，S3采用X3，则实验设计模式为：ＲＳ1—R—Ｘ2Ｏ1ＲＳ2—R—Ｘ1Ｏ2ＲＳ3—R—Ｘ3Ｏ3（１）实验组控制组后测设计在两个实验组中，一个组施加实验因素，作为实验组。一个组保持原来状态，作为控制组，则其模式为：RＳ1ＸO1RＳ2—O2（２）实验组控制组前后测设计为了防止或避免随机分组的两组不相等。可在实验前进行前测，则其实验设计模式为：ＲＳ1Ｏ1ＸＯ2ＲＳ2Ｏ3—Ｏ4这种设计也称为典型的或传统的实验设计。（3）所罗门四组设计把上述两种设计模式合并，即为索罗门四组设计，模式如下：RO1XO2RO3—O4RXO5R—O6前测引入自变量后测差异值实验组（１）(80)x(90)10控制组（１）(80)(85)5实验组（２）x(87)7控制组（２）(83)31y3y2y4y5y6y所罗门四组设计优缺点优点：可以精确测量自变量、无关变量和测量干扰对因变量的影响。缺点：（1）设置四个组，增加了实验的困难；（2）结果必须经过复杂的统计检验；（3）它只能判断其它外部因素对因变量有否影响，但无法确定那些变量与因变量之间存在着因果关系。2、随机化区组设计随机化区组设计有以下步骤：第一，以实验的“特质”为标准，把实验对象分为N个区组；第二，把每个区组内的实验对象分为H个小区，每个小区的实验对象的数目是实验处理数的倍数。第三，采用随机抽样的方法决定哪个小区接受何种实验处理。第四，把接受同一实验处理的小区的实验对象组成一个实验组例、１５０名采用随机化区组设计方法实验三种教学方法（X1、X2、X3），如何设计？首先，我们按照学习成绩把学生分为优、良、中、差、极差的5个区组，每个区组中有30名学生；其次，把30名学生分为三个小区，每个小区10人再次，用随机抽样的方法决定每个小区接受何种教学方法的实验。最后，把接受同一教学方法实验的学生编为一个班进行实验。（二）双因素实验设计１、实验因素间的搭配方式实验因素间的搭配方式主要有两种，交叉分组和系统分组所谓交叉分组是指实验因素Ａ的每个水平与实验因素Ｂ的每个水平都要碰到，Ａ和Ｂ处于完全平等的地位，实验处理的组合数目等于各因素水平数的乘积。Ａ1Ｂ1Ａ2Ａ3Ｂ2所谓系统分组是指实验因素A和实验因素B处于不同的地位，先用来分组的因素A叫一级因素，后用来分组的因素B叫二级因素，因素A的某些水平与因素B的某些水平可能不会碰到，实验处理的组合数目不等于各因素水平数的乘积。一级因素ＡＡ1Ａ2Ａ3二级因素ＢＢ1Ｂ2Ｂ1Ｂ22、双因素的完全随机化设计双因素的完全随机化设计首先要选取因素的搭配方式，即决定是采用交叉分组或是系统分组；其次要进行因素的水平搭配，找出所有的实验处理组合；下面的步骤与单因素完全随机化设计相同。RS１——R——A１B１O１RS２——R——A１B２O２RS３——R——A２B１O３RS４——R——A２B２O４3、双因素的随机化区组设计双因素实验单因素实验相比，具有如下优点：第一，能够分析出因素之间的交互作用，为选择优水平组合提供科学的根据;第二、能提高实验的精确度和可靠度;第三，双因素实验的实用性较强（三）多因素实验设计多因素实验设计也称为析因设计，是指在同一个实验中同时施加三个或三个以上实验因素的设计。多因素试验设计中，如果有A、B、C三个自变量，叫做三向析因设计；多因素实验设计中，每一个自变量可以有多个水平，如果三个自变量各有两个水平，称为2×2×2析因设计；如果三个自变量各有三个水平，称为3×3×3析因设计。多因素实验一般分为全面实验和部分实验。全面实验是指把每个因素的各个水平的一切可能组合（即全部实验处理）都做一遍。部分实验是指从所有的因素组合中选出其中数个有代表性的实验来做，并用这数个实验来推断全面实验的情况。从实验因素组合中挑选出部分有代表性的因素组合方法有三种：拉丁方设计、正交拉丁方设计和正交实验设计。（四）准实验设计方法准实验设计主要有下列几种类型：1、控制组后测设计模式为：S1XO1S2—O22、控制组前后测设计模式为：S1O1XO2S2O3—O43、单组时间序列设计其基本模式为：O1O2O3O4XO5O6O7O84、非等组时间系列设计其基本模式如下：O1O2O3XO4O5O6...........................................................O7O8O9O10O11O12（五）前实验设计方法1、单组后测设计模式为：SXO2、单组前后测设计模式为：SO1XO2第三节教育实验的实施一、前测前测在教育实验中有极其重要的作用：其一、可以使实验者了解被试在实验之前某些特质的水平；其二、可以利用前测抽取被试；其三、可以利用前测进行分组；其四、有了前测，可以求出实验因素作用于被试所引起的变化量。在进行前测时，必须注意以下几个问题：第一，前测必须测出实验所研究的特质；第二，前测要尽量采用标准化测验；第三，测验人员要尽量避免一切偏向的发生；第四，妥善安排测验的坐次，防止被试作弊。二、实验分组（一）随机化分组所谓随机化分组就是利用随机过程把被试分成几个相等的组。随机化分组主要有以下两种方法：抽签法和利用随机数字表采用随机化分组应注意以下两个问题：其一、随机化分组只有在被试人数数量足够大时才能应用；其二、利用随机化分组必须保证真正的随机。（二）测量分组测量分组一般分为如下步骤：第一步，对被试进行前测；第二步，按照前测成绩，把被试排列成一定的顺序；第三步，根据被试排列顺序的位置，把被试分成若干相等的组；第四步，检验所分各组是否相等。如果要把被试分成两个组，其模式为：S11、4、5、8、9、…、；S22、3、6、7、10、…、；（三）匹配分组匹配分组是实验者及其助理人员，按照一定的标准，对全体实验对象一一地进行多方面的考察，然后将几个情况基本相同的被试分别分配到不同的被试组中三、教育实验情境的控制教育实验情境的控制，就是实验者根据实验的目的和要求，来操纵实验因素，有效地消除、均衡和排除非实验因素的影响。（一）教育实验情境控制的对象1、随机性非实验因素随机性非实验因素，其随机性有两方面的含义：一方面是指这类非实验因素是随机出现的，毫无规律性；另一方面是指这类非实验因素对实验结果发生作用的性质是随机的。2、恒定性非实验因素恒定性非实验因素，其恒定性也有两方面的含义：一方面指这类非实验因素一旦发生作用，则至始至终影响着实验，除非加以控制；另一方面是指这类非实验因素对实验影响的性质是恒定不变的（二）控制教育实验情境的基本方法1、消除法消除法就是在实验的过程中，采用一定的措施，避免非实验因素的发生，是一种“防患于未然”的控制方法。2、均衡法所谓均衡法，就是在实验中使某一个或几个非实验因素在实验组和控制组产生相同的影响。3、测量减除法把这