Варіанти взаємозв’язку змінних у факторному експерименті

Переваги і недоліки факторних експериментальних планів

Факторні експериментальні плани дуже популярні серед психологів.

Однією з переваг цих планів є те, що за їх допомогою можна маніпулювати в експерименті більш, ніж однією незалежною змінною і, внаслідок цього, перевіряти декілька гіпотез в одному дослідженні. Наприклад, в експерименті з трьома незалежними змінними можна перевірити сім гіпотез.

Ми можемо перевірити гіпотези відносно основного ефекту всіх трьох змінних (А, В, і С) і відносно кожного з чотирьох можливих варіантів взаємодій цих змінних, а саме: А X В, А X С, В X С, А X В X С.

Ще однією перевагою є те, що будь-яка вірогідна побічна змінна може бути проконтрольована шляхом її включення безпосередньо в експериментальний план як додаткової незалежної змінної.

Третьою перевагою факторних планів, яку відзначають дослідники, є те, що при проведенні цих експериментів досягається як економія часу, так і ресурсів, які повинен витратити експериментатор.

Недоліком факторних планів є те, що їх результати важко інтерпретувати, якщо застосовується велика кількість факторів. Легко інтерпретувати двофакторні експерименти. Проте якщо кількість перевищує три, складність інтерпретації результатів різко зростає. Тому досвідчені експериментатори намагаються зменшити кількість факторів, вплив яких на залежну змінну вивчається в одному експерименті.

ЛЕКЦІЯ 11. ДОЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ, КВАЗІЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ПЛАНИ ТА ПЛАНИ ІСТИНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ В ПСИХОЛОГІЇ

1. Доекспериментальні плани.

1.1. Дослідження поодинокого випадку.

1.2. План з попереднім та підсумковим тестуванням однієї групи.

1.3. План для двох нееквівалентних груп з тестуванням після випробування.

2. Квазіекспериментальні плани.

2.1. План з нееквівалентною контрольною групою.

2.2. План за множинною серією вимірів.

2.3. План з еквівалентними часовими серіями.

2.4. План з попереднім та підсумковим вимірами у різних групах.

2.5. План з нееквівалентною контрольною групою.

2.6. План «екс-пост-факто» (ex-post-facto)

3. Плани істинних експериментів.

3.1. План з контрольною групою і виміром після впливу.

3.2. План для двох рандомізованих груп з попереднім і підсумковим вимірами.

3.3. План Соломона.

Джозеф Кемпбелл запропонував розділити всі експериментальні плани для груп досліджуваних на наступні групи: доекспериментальні, квазіекспериментальні та плани істинних експериментів. В основі цього поділу лежить близькість реального експерименту до ідеального. Чим менше артефактів (загроз валідності) провокує той чи інший план, чим суворіший контроль додаткових змінних, тим ближче експеримент до ідеального. Доекспериментальні плани найменше враховують вимоги, які пред'являють до ідеального експерименту. В. Н. Дружинін вказує, що вони можуть служити лише ілюстрацією, у практиці наукових досліджень їх слід по можливості уникати. Квазіекспериментальні плани є спробою обліку реалій життя при проведенні емпіричних досліджень, вони спеціально створюються з відступом від схем істинних експериментів. Дослідник повинен усвідомлювати джерела артефактів – зовнішніх додаткових змінних, які він не може контролювати. Квазіекспериментальний план застосовується тоді, коли застосування кращого плану неможливе.

Типи експериментальних планів за критерієм істинності експерименту

Характерні ознаки планів

При описі експериментальних планів будемо користуватися символізацією, запропонованою Джозефом Кемпбеллом: R – рандомізація; X – експериментальний вплив; О – тестування.

Доекспериментальні плани.

Існує декілька характерних ознак до експериментальних планів. Перша – це еквівалентність досліджуваних груп за наявності контрольної групи або навіть без неї, тобто експеримент може проводитись на одній групі. Друга – відсутність або низький рівень контролю загроз валідності – як внутрішньої, так і зовнішньої. І остання ознака – неможливість висновку про однозначний каузальний зв’язок між явищами, які вивчаються в експерименті.

Розглянемо основні доекспериментальні плани. Деякі дослідники відносять до цієї групи дослідження так званого поодинокого випадку. Результати такого експерименту співставляють з уявленнями про реальність, тобто в його плані відсутня можливість порівняння з емпіричними достовірними даними, як відсутня і можливість контролю незалежної змінної. Наведемо приклад такого експерименту, який проводиться за схемою поодинокого випадку, коли після здійснення певного впливу вимірюється залежна змінна для встановлення ефекту впливу.

Як відомо з історії психології, план дослідження поодинокого випадку належить до першого етапу розвитку експериментальної психології, коли дослідники самі були у ролі досліджуваних. Пригадаємо експерименти Фехнера в галузі психофізики або експерименти Еббінгауза з дослідження пам’яті, коли одноразово тестуються один досліджуваний або одна група, яка отримує експериментальний вплив за планом. Контроль зовнішніх або незалежних змінних повністю відсутній. У такому дослідженні немає матеріалу для співставлення, а з нього зазвичай починається будь-яка наукова робота. Такі дослідження, як правило, проводяться на перших етапах наукової діяльності для співставлення результатів з повсякденними уявленнями про реальність.

План з попереднім та підсумковим тестуванням однієї групи досить часто застосовується в соціологічних, соціально-психологічних і педагогічних дослідженнях. Він більш досконалий, ніж план поодинокого випадку. Формула плану з попереднім тестуванням – О₁ X О₂. Недоліки його очевидні: відсутня контрольна вибірка, тому неможливо стверджувати, що різниця між О₁ і О₂ залежної змінної, яка реєструється в ході тестування, може бути віднесена на рахунок впливу незалежної змінної. Між початковим та підсумковим тестуванням відбуваються такі фонові події, які можуть вплинути на досліджуваних так, як і незалежна змінна. Крім того, цей план не дозволяє контролювати ефект так званого «природного розвитку», тобто протягом короткого часу може змінитися стан студента (з’явиться втома, монотонія), а упродовж більш тривалого часу можуть змінитися навіть особистісні риси. Ефект тестування може також виявитися неконтрольованим фактором, який зумовить зміни залежної змінної. Можна говорити й про інші джерела артефактів – зовнішні змінні, котрі не контролюються цим планом.

Третій поширений варіант доекспериментального плану – це порівняння статистичних груп, або план для двох нееквівалентних груп з тестуванням після випробування. Цей план кращий, ніж попередній, хоча б тому, що дозволяє враховувати ефект тестування завдяки введенню контрольної групи, а також частково контролювати фонові зміни, які відбуваються у стані досліджуваного і зовнішніх змінних.

Особливістю плану є те, що результати груп порівнюються з підсумковим тестуванням. Проте вплив незалежної змінної може бути контамінований різними факторами, зокрема, якщо групи нееквівалентні, факторами індивідуальних розбіжностей між досліджуваними. Досить поширеною психологічною дослідницькою практикою є порівняння результатів контрольної і експериментальної груп з використанням критерію t-Стьюдента. Проте завжди слід мати на увазі, що розбіжності в результатах тестування можуть бути зумовлені не експериментальним впливом, а нееквівалентністю груп.

Як бачимо, показники залежної змінної в експериментальній групі співставляються з результатами нееквівалентної контрольної групи, але в плані відсутні попередні виміри, що не дає можливості зробити однозначний висновок про те, що відмінності в результатах успішності порівнюваних груп спричинені саме фактором експериментального впливу, тобто опануванням навичками прискореного читання. Загрозами валідності експерименту можна вважати і склад групи, і вихідний високий рівень успішності школярів, які проходили курс, і відсів (слабкі учні були переведені в клас, який не проходив курсу прискореного читання), і взаємодію членів групи з експериментатором: учням експериментальної групи була обіцяна винагорода за проходження курсу за умовами експерименту. Тобто є декілька факторів, які загрожують валідності таких експериментів. Тому більш поширеними є квазіекспериментальні плани.

Квазіекспериментальні плани

Квазіекспериментальні плани будуються, виходячи з такого визначення поняття квазіексперименту: квазіекспериментом є дослідження, спрямоване на встановлення причинно-наслідкового зв’язку між двома змінними, в якому, проте, відсутня процедура попереднього вирівнювання груп, тобто паралельний контроль за участю контрольної групи замінюється порівнянням результатів тестування групи до і після вимірювань.

Існує декілька видів квазіекспериментальних планів, наприклад:

· план для двох нееквівалентних груп з тестуванням до і після випробування; план з попереднім та підсумковим тестуванням двох рандомізованих груп;

· плани дискретних часових серій для однієї групи або для двох нееквівалентних груп.

Квазіексперименти дуже поширені в сучасній психології і є не гіршими за істинні. Для деяких завдань психологічного дослідження вони необхідні і, незважаючи на відсутність процедури попереднього вирівнювання груп, вони є спеціальним засобом вирішення проблем експериментування, якщо незалежна змінна не є об’єктом маніпулювання дослідника, а обирається ним шляхом відбору нееквівалентних груп. Скажімо, якщо завданням експерименту є перевірка, як впливає рівень особистісної тривожності учнів на успішність складання відповідального підсумкового іспиту, спеціально формуються нееквівалентні групи з попередньо вимірюваним високим та низьким рівнями тривожності і вивчається її вплив на залежну змінну – успішність виконання тестів. Результати виконання тестів ставляться у залежність від цієї особистісної характеристики досліджуваних, яка обрана для створення нееквівалентних груп. Такий квазіексперимент нічим не поступається реальному.

План з нееквівалентною контрольною групою.

Розглянемо ще декілька прикладів квазіекспериментального плану. Наприклад, в експерименті з нееквівалентною контрольною групою співставляються результати нееквівалентних груп до та після випробування. Це дає можливість здійснити контроль окремих загроз валідності, причому в експериментах з такими планами порівнюються зміни показників – передекспериментального та постекспериментального тестувань в нееквівалентних групах. Ця різниця між показниками потім оцінюється за критерієм t-Стьюдента для встановлення рівня значущості розбіжностей.

План експерименту для нееквівалентних груп спрямований на встановлення причинно-наслідкового залежності між змінними, проте в ньому відсутня процедура зрівнювання груп (рандомізація). Цей план може бути представлений наступною схемою:

О₁ X О₂

О₃ О₄

До проведення експерименту в даному випадку залучаються дві реальні групи. Обидві групи тестуються. Потім одна група піддається експериментальному впливу, а інша - ні. Потім обидві групи повторно тестуються. Результати першого та другого тестування обох груп зіставляють, для порівняння використовують t- критерій Стьюдента і дисперсійний аналіз. Різниця О₂ і О₄ свідчить про природній розвиток і фоновий вплив. Для виявлення дії незалежної змінної необхідно порівнювати 6 (О₁ О₂) та 6 (О₃ О₄), тобто величини зрушень показників. Значимість відмінності приростів показників буде свідчити про вплив незалежної змінної на залежну. Цей план аналогічний до плану істинного експерименту для двох груп з тестуванням до і після впливу. Головним джерелом артефактів є відмінності у складі груп.

План за множинною серією вимірів.

Розглянемо ще один варіант поширеного квазіекспериментального плану – план так званих часових серій. Його формула ОООО X ОООО. При застосуванні цього плану співставляються результати, отримані до та після експериментального впливу на одних і тих самих досліджуваних. При цьому застосовується так званий багаторазовий вимір, що дозволяє контролювати окремі загрози внутрішньої валідності.

Мета квазіексперименту – дослідити вплив двомісячної антитютюнової кампанії на кількість осіб, що зловживають тютюнопалінням. Незалежна змінна – антитютюнова кампанія (роз’яснення шкідливих наслідків вживання тютюну підлітками), яка проводилась в одній із груп. Залежна змінна – зловживання тютюнопалінням – була операціоналізована за допомогою підрахунків кількості цигарок, які підліток викурював на протязі доби.

Експеримент організовувався у такий спосіб. В одній із загальноосвітніх шкіл була проведена класична антитютюнова кампанія. Дітям читалися лекції про наслідки паління, демонструвалися знімки легенів курців, проводилися особисті бесіди. Виміри вживання тютюну підлітками здійснювались за три, два та один місяць до початку програми і, відповідно, через два та три місяці після її завершення. У результаті з’ясувалося, що кампанія була ефективною: 30% підлітків відмовилися від тютюнопаління. Залежна змінна вимірювалась у кількості досліджуваних, які відмовились від цигарок. Оцінка розбіжностей проводилася за критерієм t-Стьюдента. У цьому випадку можна застосувати також багатофункціональний критерій φ* – кутове перетворення Фішера.

Плани дискретних тимчасових серій поділяються на кілька видів залежно від кількості груп (однієї або декількох), а також залежно від кількості експериментальних впливів (одиночного або серії впливів).

План дискретних тимчасових серій для однієї групи досліджуваних полягає в тому, що спочатку визначається вихідний рівень залежної змінної на групі досліджуваних за допомогою серії послідовних вимірів. Потім застосовують експериментальний вплив і проводять серію аналогічних вимірів. Порівнюють рівні залежної змінної до і після впливу. Схема цього плану:

О₁О₂О₃О₄О₅О₆

Головний недолік плану дискретних тимчасових серій в тому, що він не дає можливості відокремити результат впливу незалежної змінної від впливу фонових подій, які відбуваються протягом дослідження.

Модифікацією цього плану є квазіексперимент за схемою тимчасових серій, в якому вплив перед виміром чергується з відсутністю впливу перед виміром. Його схема така:

ХО₁ – О₂XО₃ – О₄ ХО₅

Чергування може бути регулярним або випадковим. Цей варіант підходить лише в тому випадку, коли ефект впливу оберненим. При обробці даних, отриманих в експерименті, серії розбивають на дві послідовності і порівнюють результати вимірів, де був вплив, з результатами вимірів, де він був відсутнім. Для порівняння даних використовується t- критерій Стьюдента з числом ступенів свободи n – 2, де n – число ситуацій одного типу.

План з еквівалентними часовими серіями.

Поширеним варіантом квазіекспериментального плану за часовими серіями є так званий план з еквівалентними часовими серіями. За цим планом проводиться серія еквівалентних операцій, потім здійснюється експериментальний вплив і вимір залежної змінної. Виміри після кожного впливу дозволяють уникнути більшості загроз внутрішньої валідності. Експеримент має такий план:

Х₁ О (Х₁ – перший експериментальний вплив незалежної змінної, О – тестування);

Х₀ О – відсутність експериментального впливу на тестування.

Х₁ О Х₀ О – знову повторюється така еквівалентна часова серія з експериментальним впливом.

У цьому експерименті наявні такі загрози валідності. Перша загроза: взаємодія попереднього тестування робітників з експериментальним впливом (постійне тестування підвищує продуктивність діяльності). Друга загроза: в експерименті міг мати місце відомий нам ефект Хотторна, коли продуктивність праці зростала завдяки самому факту уваги до робітників, а не прослуховуванню музики.

План з попереднім та підсумковим тестуванням різних рандомізованих груп.

План з попереднім та підсумковим тестуванням різних рандомізованих груп відрізняється від плану істинного експерименту тим, що попереднє тестування проходить одна група, а підсумкове - еквівалентна група, яка зазнала впливу:

R О₁

R Х О₂

Головний недолік цього квазіекспериментального плану - неможливість контролювати ефект «фону» - вплив подій, які відбуваються поряд з експериментальним впливом в період між першим і другим тестуванням.

Розглянемо план з попереднім та підсумковим вимірами у різних групах. Співставляється результат еквівалентних груп: контрольної – до виміру, експериментальної – після виміру. Групи рандомізовані, а вимір до і після впливу в різних групах полегшує контроль зовнішньої валідності. Мета експерименту полягала в тому, щоб дослідити ефект викладання курсу психології для українських студентів англійською мовою порівняно зі студентами, які слухали цей курс рідною мовою. Таке порівняння проведено у Дніпропетровському національному університеті, де певний час існувала підготовка психологів за подвійним фахом з додатковим вивченням англійської мови. Незалежною змінною була особливість викладання курсу іноземною мовою, що вимагала від студентів додаткової уваги до вивчення матеріалу, та необхідність словникової роботи, тобто більш активного перекодування (опрацювання) навчальної інформації. Залежною змінною була успішність студентів. Експеримент був організований так. На факультеті психології одну із груп готували протягом певного часу за спеціальністю «Психологія. Англійська мова та література». Один викладач вів заняття за однаковими навчальними планами в групі, яка вивчала англійську мову і в якій курс «Експериментальна психологія» викладався англійською, та в групі, яка прослуховувала цей курс рідною мовою.

В академічній групі, де навчання здійснювалося англійською мовою, вимірювали успішність студентів третього курсу, на якому, викладався курс «Експериментальна психологія», після його завершення, як і в групі, де викладання здійснювалося рідною мовою. Виявилося, що викладання англійською мовою сприяло підвищенню успішності. Це можна пояснити тим, що опрацювання змісту навчального курсу вимагало більш ретельної уваги до вивчення матеріалу завдяки необхідності використання спеціальних словників. Проте цей висновок видається сумнівним.

У наведеному експерименті є загрози валідності: студенти, які вступали на навчання за подвійним фахом, мали більш високий бал на вступних іспитах. Можливо, оволодіння іноземною мовою підвищило рівень сумлінності студентів. Не виключено також, що вони відрізнялися від контрольної групи і за рівнем інтелекту.

План ex-post-facto.

Наведемо ще один приклад з підручника В. Дружиніна «Експериментальна психологія», в якому план «екс-пост-факто» віднесено до квазіекспериментальних планів, хоча не всі дослідники вважають його таким. Деякі розглядають його як окремий план, при застосуванні якого дослідник не має можливості маніпулювати незалежною змінною, а лише відбирає відносно еквівалентні групи, одна з яких мала певний травматичний вплив у минулому, а інші його не мали. Рандомізація при відборі та наявність двох груп дозволяють контролювати окремі загрози валідності. Метою експерименту було дослідити особливості посттравматичного стресу жертв сексуального насильства. Незалежна змінна – сексуальне насильство. Залежна змінна – посттравматичний стрес.

Експеримент, наведений в підручнику В. Дружиніна, був організований у такий спосіб: в експерименті взяли участь жінки, які перенесли сексуальне насильство протягом попереднього року і звернулися у Центр реабілітації. Вони дали згоду на участь в опитуванні. В якості контрольної групи виступили жінки, відібрані у випадковому порядку, які ніколи не зазнавали насильства. Учасниці обох груп відповідали на серію опитувальників стосовно їхнього емоційного стану. Оцінювалася реакція на можливе зґвалтування, ставлення до чоловіків після цього тощо. Було встановлено, що жінки, які пережили насильство, не довіряють чоловікам, бояться можливого повтору насильства, відчувають завдяки цьому емоційне напруження.

Отже, цей приклад нагадує план, який ми розглядали, коли аналогом незалежної змінної обираються певні індивідуальні чи експерієнціальні характеристики, тобто характеристики, пов’язані з досвідом. На підставі цих розбіжностей створюються нееквівалентні групи. Ознака нееквівалентності є аналогом незалежної змінної. У даному випадку вона створювалася завдяки присутності травматичного досвіду насильства. В цьому експерименті зберігаються загрози валідності. Одна з них – взаємодія тестування з експериментальним впливом, бо опитування актуалізує страх у жінок, які пережили цей негативний вплив (можливо, без тестування негативні переживання могли б не загострюватися).

План «екс-пост-факто» імітує схему експерименту для двох груп з їх вирівнюванням і тестуванням після впливу. Його схема така:

(R) X О₁

(R) О₂

Якщо вдається досягти еквівалентності груп, то цей план стає планом істинного експерименту. Він реалізується в багатьох сучасних дослідженнях. Наприклад, при вивченні посттравматичного стресу, коли люди, які перенесли вплив природної або техногенної катастрофи, або учасники бойових дій тестуються на наявність посттравматичного синдрому, їх результати зіставляються з результатами контрольної групи, що дозволяє виявити механізми виникнення подібних реакцій. У нейропсихології травми головного мозку, враження певних структур, що розглядаються як «експериментальний вплив», надають унікальну можливість для виявлення локалізації психічних функцій.

Плани істинних експериментів

Планиістинних експериментів для однієї незалежної змінної відрізняються від інших наступним:

1) використанням стратегій створення еквівалентних груп (рандомізація – розташування або вибір об'єктів у випадковому порядку. Рандомізація дозволяє нівелювати систематичні (наприклад, періодичні) впливи факторів, що не контролюються, а також забезпечити об'єктивність при виборі об'єкта);

2) наявністю як мінімум однієї експериментальної та однієї контрольної груп;

3) підсумковим тестуванням і порівнянням результатів груп, які отримували і не отримували вплив.

Розглянемо докладніше деякі експериментальні плани для однієї незалежної змінної.

План для двох рандомізованих груп з тестуванням після впливу. Його схема виглядає так:

R Х О₁

R О₂

Цей план застосовують в тому випадку, якщо немає можливості або необхідності проводити попереднє тестування. При рівності експериментальної та контрольної груп даний план є найкращим, оскільки дозволяє контролювати більшість джерел артефактів. Відсутність попереднього тестування виключає як ефект взаємодії процедури тестування і експериментального завдання, так і сам ефект тестування. План дозволяє контролювати вплив складу груп, стихійного вибування, вплив фону і природного розвитку, взаємодію складу груп з іншими факторами.

У розглянутому прикладі використовувався один рівень впливу незалежної змінної. Якщо ж вона має кілька рівня, то кількість експериментальних груп збільшується до числа рівнів незалежної змінної.

План для двох рандомізованих груп з попереднім і підсумковим тестуванням. Схема плану виглядає таким чином:

R О1 Х О2

R О3 О4

Цей план застосовується в тому випадку, якщо існують сумніви в результатах рандомізації. Головне джерело артефактів - взаємодія тестування і експериментального впливу. У реальності також доводиться стикатися з ефектом неодночасності тестування. Тому найкращим вважається проведення тестування членів експериментальної та контрольної груп у випадковому порядку. Надання-відсутність експериментального впливу також краще проводити у випадковому порядку. Д. Кемпбелл відзначає необхідність контролю «внутрішньогрупових подій». Даний експериментальний план добре контролює ефект фону і ефект природного розвитку.

При обробці даних зазвичай використовуються параметричні критерії t і F (для даних в інтервальній шкалі). Обчислюють три значення t: 1) між О1 і О2; 2) між О3 і О4; 3) між О2 і О4. Гіпотезу про значущість впливу незалежної змінної на залежну можна прийняти в тому випадку, якщо виконуються дві умови: 1) відмінності між О1 і О2 значущі, а між О3 і О4 незначущі і 2) відмінності між О2 та О4 значущі. Іноді зручніше порівнювати не абсолютні значення, а величини приросту показників 6 (1 2) і б (3 4). Ці значення також порівнюються за t-критерієм Стьюдента. У разі значущості відмінностей приймається експериментальна гіпотеза про вплив незалежної змінної на залежну.

План Соломона являє собою об'єднання двох попередніх планів. Для його реалізації необхідні дві експериментальні (Е) і дві контрольні (К) групи. Його схема виглядає так:

Е₁ R О₁ Х О₂

К₁ R О₃ О₄

Е₂ R Х О₅

К₂ R О₆

За допомогою цього плану можна контролювати ефект взаємодії попереднього тестування і ефект експериментального впливу. Ефект експериментального впливу виявляється при порівнянні показників: О₁ і О₂; О₂ і О₄; О₅ і О₆; О₅ і О₃. Порівняння О₆, О₁ і О₃ дозволяє виявити вплив фактора природного розвитку і фонових впливів на залежну змінну.