第八讲 教育实验研究教材.docx
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第八讲教育实验研究教材
第四章 教育实验研究
教学目标：
①明确教育实验研究的涵义及其基本概念：
实验假设、实验处理、自变量、因变量、无关变量、实验效度、内在效度、外在效度
②理解教育实验特征及局限性
③理解教育实验的功能。
④了解教育实验的步骤、常见的无关变量及其控制方法。
⑤学会识别常见的实验设计类型。
教学时间：
6课时
教学重点、难点：
实验研究的基本概念、实验设计类型
第一节 教育实验研究概述
一、实验研究的基本特征
实验原来是在自然科学领域中广泛采用的一种研究方法，后来逐渐推广到社会科学领域内。
1、含义
实验研究，是根据一定假设，在控制一些因素（变量）之后，对实验对象施加一定的影响（实验因素），最后利用测量和统计方法对实验结果进行分析评价，从而探究现象成因的一种研究方法。
教育实验研究，就是利用实验的反复研究教育对象，探索教育规律的研究方法。
它是教育研究中最为严谨的科学方法之一。
实验，是搜集科学事实、获取感性材料的基本方法之一，也是形成、发展和检验理论的实践基础。
调查法
实验法
是否控制条件
自然状态，不干预、不控制研究对象（被动）
人为控制、改变一定条件，记录不同条件下结果（主动）
是否有假设
不一定有假设
一定有假设
目的
揭示变量之间的相关关系
揭示变量之间的因果关系
2、实验法和调查法的区别（特点）：
简单的调查是在自然状态条件下考察对象，而科学的实验则是在人为地造成、控制或改变对象状态和条件下考察对象。
也就是说，实验是在变革中去认识客观世界的，因而更加充分地体现了人的主观能动作用；而调查则具有直观性和一定程度的被动性，它是在自然发生的条件下，在不干预和不控制对象的情况下，来感知客观世界的事物和现象。
3、优点
由于实验可以人为地控制有关条件，因此，它具有如下的优点：
它可以使人观察到在自然条件下所遇不到的情况，从而扩大研究的范围。
它可以把某种特定的因素分离出来，以便于分析某一特定因素的效果。
它便于测量，并从而获得比较可靠的研究成果。
它可以重复验证。
4、局限性
变量控制造成环境失真。
控制越严，离教育真实环境越远，在自然条件下的教育活动中的可重复性越低。
实验可能引起负效应。
由于实验者和实验对象都是活生生的人，任何一方的态度、动机、价值观会影响实验结果，造成结论的偏差。
测量误差。
测量工具不完善，不能准确地测量变量，结果受影响。
选择误差。
教育实验往往只能在一定的学校和班级进行，样本的代表性有限，结论的推广有限。
二、教育实验研究的基本组成部分
教育技术实验研究是由实验者、实验对象和实验手段三个基本部分组成。
（一）实验者及其活动
实验者作为实验活动的主体。
实验者必须进行一系列操作活动，这些活动包括对实验变量的控制，实验者借助感觉器官或仪器在实验过程中获取信息、实验者的逻辑思维与理论的分析等活动。
（二）实验对象
这是实验活动的客体。
教育技术实验研究的对象主要是教学过程中受教育的个体或全体。
他们是作为社会成员的人，是有思想、有意识、有主观能动作用的活生生的人。
因此，同自然科学以物为主要对象的实验不同，教育技术研究的实验控制更为困难，教育技术实验研究对象具有它的特殊性。
1.实验者与实验对象存在相互影响
由于实验者和实验对象都是活生生的人，而且，两者往往关系密切，因此，实验者的言行，甚至其职位、资历、态度等都会对实验对象起着某种暗示的作用。
例如，在某项教育技术应用实验中、当有的实验对象无意中了解到主持该项实验的实验者是位有名望的学者，还了解到所做实验的目的意图，实验对象就有可能有意识地按实验者的意愿作出某种反应，回答问题。
显然，这将会影响实验的准确性和客观性。
2.实验对象的心理状态对实验过程会产生影响
由于社会或家庭及其它因素的影响，实验对象对待实验的动机、态度、情绪有所不同，这些心理状态会对实验因素刺激的接受和反应都有所不同，从而使实验结果的准确性受到了影响。
3.对受教育者的实验存在某些禁区
与自然科学不同，物理学家、化学家可以随意变化实验条件，实验对象（物质）都可以承受。
但教育技术研究的实验对象是受教育的人，在实验中，给实验对象的刺激作用是有限制的，不能给实验对象带来精神或肉体上的痛苦，也不能人为地安排某些破坏儿童身心健康的环境（如色情、暴力电视），去对青少年儿童施加影响（当然不排除我们进行社会传播环境对儿童影响的研究），这不仅是实验的禁区，也是实验者必须具备的道德修养。
（三）实验手段
在教育技术实验研究中，主要的实验手段是现代教育媒体以及某些测量仪器和其他实验装置。
实验手段的基本功能主要是刺激、干预、控制和检测实验对象的活动，或对实验对象施加影响，以及记录和分析实验结果。
如媒体的内容构成、媒体的种类、媒体的组织、媒体的演播方式等方面，对实验对象产生不同的刺激作用；广角摄影、带遥控变焦镜头的电视录像、电影摄影、电视特技等手段观察；用照相、幻灯、电影片、录像片、录音带、计算机磁盘、CD-ROM光盘等方式存贮起来；计算机进行信息处理与分析。
实验手段作为人的感觉器官和思维器官的延伸，可以有效地克服实验者感觉器官的局限性，提高人的认识能力，使人的认识更加准确、精细、客观。
综上所述，我们可以把实验过程中实验者、实验对象和实验手段三者的关系用图4-1表示。
由此可见，实验过程就是实验者借助实验手段并操纵控制实验因素，刺激和作用于实验对象；并通过实验手段测量和记录实验对象对实验因素的刺激作出的反应结果，实验者通过对反应的分析获取信息。
三、教育实验的类型
（一）根据实验目的，可分判断性实验、对比性实验、析因性实验。
这是通过实验，判断某一种现象是否存在，某一种关系是否成立，某个因素是否起作用，着重探讨研究对象具有怎样的性质和结构。
这类实验就是为了解决“有没有”、“是不是”一类的问题，它往往肯定一种事实，从而引起产生一种新的观念，通常是在典型或极端的条件下进行实验。
这是通过实验对两个不同群体、不同时间或不同条件进行差异性的比较。
这种实验有两个或两个以上的相似组群，一个是“对照组”，作为比较标准；另一个是“实验组”，通过某种实验步骤，以确定实验因素对实验组的影响。
析因性实验，这是通过实验探讨影响某一事件的发生和变化过程，起主要的或决定性作用的因素。
这类实验的一个重要特点是，其结果是己知的，而影响或造成这种结果的各种因素，其中特别是主要因素却是未知的，待寻找的。
根据实验目的，也可分为探索性实验和验证性实验。
探索性实验重在探索，无成熟的理论假设，特征是尝试；验证性实验重在验证，有成熟的理论假设，，是真正的实验。
（二）根据变量控制的严密程度，可分真实验、准实验和前实验。
真实验：
随机选择和分配被试；系统操纵自变量；基本或完全控制无关变量；前实验没有随机分组，没有控制无关变量，内外在效度都差，但它是试验，是大型实验研究的一部分。
准实验介于真实验和前实验之间，主要表现没有按照随机原则。
在教育研究中广泛使用。
因为教育实验的对象常常是人而非物，不可能进行严格的控制，同时在实验中对研究者的要求也很高，让研究者和被研究者都感到有压力，而且还要受到受试单位、学校配合程度等因素的影响。
基于上述的局限，实验这种研究方法在教育研究中的应用不如其它研究方法广泛，没有发挥出它的优势和作用。
为了解决实验的这些不足之处，发挥实验研究应有的作用，我们可以采用原始的组，在较为自然的环境下以类似实验的方法设计方案来进行研究，这就是准实验研究方法
（三）根据被试分配方法，可分等组实验、单组实验和轮组实验。
等组实验：
两个或以上被试组的情况基本相同，但分别接受不同实验处理并测量实验结果。
单组实验：
各个实验处理依次先后施于同一组被试，后都测量实验结果。
轮组实验：
N个实验处理轮换施于N组被试（不必等组），后都测量实验结果。
四、教育实验的步骤：
1、实验的选题和设计
此阶段主要和提出假设、确定变量、实验设计有关。
2、实验的实施
根据设计进行前测、编组、控制实验情景、后测、记录实验情况。
3、数据分析和报告结果
核实结果，数据分析和整理，得出结论，评价实验，编写报告。
第二节 教育实验选题和设计
一、实验选题
有理论和实践价值
二、实验假设
1、含义：
在实验之前对所研究的教育现象做出的一种推测性论断或假定性解释，是暂定的结论。
本质是自变量与因变量之间因果关系的假设，也叫研究假设，是实验者希望成真的假设。
2、来源：
一定的科学理论和经验事实
三、统计假设
教育实验的目的从狭义上就是要检验实验假设的真实性。
假设检验，是统计推断的重要内容。
但它在统计上不直接检验研究假设，而是检验与之对立的假设：
实验前后的结果没有差异，在统计上称为原假设。
如果经过检验拒绝原假设，就可以接受研究假设。
例：
“范文在小学生习作训练中的作用”，原假设：
利用范文写作的小学生写作水平与不用范文写作的学生的写作水平相同。
研究假设：
利用范文写作的小学生写作水平要高于不用范文写作的学生的水平。
“改革数学单元测验方法的实验研究”，原假设：
参与测验题的命题和阅读的学生与没有参与测验题的命题和阅读的学生的学业成绩无差异。
研究假设：
让学生参与测验题的命题和阅读可以大面积提高学生的学业成绩。
第三节教育实验的变量选择、测量和控制
在研究过程中，会有一些因素需要控制，有些因素是研究中所有个体都具有的相同的特征或条件，叫做常量，有些因素在研究中不同的个体有不同的特征或条件，这些就叫做变量。
比如，一个研究要比较两种不同教学方法对五年级学生学科成绩的影响，这里年级水平就是一个常量，是这个研究中不变的条件；而表征教学方法影响的分数就是变量，另外一个变量是教学方法。
教学方法是一个条件变量，决定研究的条件。
不同的变量在研究中担当不同的角色，具有不同的名称。
一、研究变量有哪些类型？
（一）自变量（IndependentVariables）
1、概念：
所谓自变量，就是由研究者安排的、人为操纵控制的、作有计划变化的诸因素。
由研究者掌握，假定为原因的变量。
对自变量的操纵是实验的核心。
2、特征：
它的变化会导致研究对象发生反应；它的变化能够被研究者所操纵控制，如学习方法、学习内容、作业量等。
它的变化是实验者主动选择而变化的，如学生性别、年龄、智力等。
例如，我们研究对同一的教学对象和教学内容，应用不同的教学方法将会产生怎样的教学效果时，各类不同的教学方法，就是其自变量。
3、取值：
通常我们把自变量的一系列的变化值称为自变数。
其可能取值称为因素的水平，它反映了因素所处的状态和等级。
例：
“多大噪音对劳动生产率产生影响”，对噪音强度要认真考虑。
太大、太小均不合适。
要设几种强度不同的噪音才行。
4、实验处理：
各个实验因素各取一个水平得到一个水平组合，称为实验处理。
实验处理的个数为实验因素水平的乘积。
（二）因变量（DependentVariables）
1、概念：
因变量又称应变量或依变量，它是随着自变量的变化而变化的，是研究者打算观测的变化因素。
2、特征：
它必须是跟随自变量的变化而变化的因素，或对自变量做出响应的；它是根据需要，有待观测的因素；它是能够以某种反应参数来表征的可测量因素。
3、取值：
对于随着自变量的变化而变化的反应参数，通常称为因变数。
在教育技术研究中，各种学习反应信息（如反应速度、正确性、机率、强度）、态度等级、知识积累、能力变化、特征分布状况等均可作为因变量。
例1：
不同教育水平的师生课堂交流研究
自变量：
不同的教育水平，分为3个类别：
高小，初中，高中
因变量：
测量出师生交流课堂观察各项指标的分数
例2：
学校地理分布影响六年级学生对学校态度的研究
自变量：
学校地理分布，三类：
城市、郊区、乡村
因变量：
对学校态度的各项指标分数
例3:
不同材料对概念理解的影响研究
自变量：
材料的种类：
图片，文字，语音，图像
因变量：
理解概念所需的时间
要求：
分解，以利于测量；定义测量的方法
4、评价：
客观性（可测量，可重复）、信度（稳定性和可靠性）、效度（能真实反映实验目的）、可量化（方便统计处理）
（三）无关变量（InterveningVariables）：
含义：
指自变量以外的对因变量会造成影响的非研究变量。
它与研究目的、与自变量无关，但与试验结果、因变量有关。
它的存在会对其他变量的效果解释产生不利影响，使研究者无法做出正确判断与解释。
如，被试者的主观态度、习惯、动机等。
对无关变量的控制是实验设计的关键。
控制方法：
（书164-165页）
控制影响较大的无关变量；
等组设计（随机分组、消除影响、匹配被试）
将无关变量作自变量，进行多因素实验设计。
二、操作性定义
在研究设计中，不仅要全面考虑到各种变量及其相互关系，还要说明用什么方法来测量变量，即变量的操作性定义。
一个变量可能不只有一个操作定义，操作性定义能使研究者确认同样问题的不同研究之间的相似点和差异。
一些变量用不同的方法测量，可能导致明显矛盾的研究结果。
另外，操作定义可用于重复的研究，能够提高研究结果的可解释性。
操作定义通过确定概括的范围，来帮助建立研究结果的外在效度（或缺陷）。
下面是一些操作性定义的例子：
1．学习能力：
在斯坦福-比奈（Stanford-Binet）智力量表LM表格中的分数
2．科研能力：
IOWA基本技能测试科学测量的分数
3．发散思维：
砖的用途测试的分数
4．概念理解能力：
要求准确理解5个概念的时间
除了变量要下操作性定义，研究的有关条件也需要操作性定义，如要调查高中生，就要说明什么叫高中生？
高中生的操作性定义可以为：
现在在正式高中注册的已满12个获12个以上学分还未毕业的学生。
可以看出，高中生的这个操作性的定义是确定的、可观察或可证实到的特征。
不同类型的研究其变量的操作定义有不同的表现方式，对于量的研究，一般来讲，操作定义应当明确具体，而对于质的研究就不一定使每一个变量的操作定义都十分明确具体，因为质的研究中的变量往往需要在研究过程中逐步清晰。
研究设计也就是要考虑到如何有意改变自变量。
如何观察记录因变量，如何控制干扰变量，以使得研究能达到预期的目的。
三、实验变量的控制和测量
实验操作中包括对实验变量（自变量）、反应变量（因变量）和干扰变量三类变量的控制和测量。
实验者应有效的操纵实验变量，努力控制和排除无关变量，尽量降低对反应变量测量的误差，以提高实验的效度。
实验者对三类变量的控制关系可用图4-3表示：
在实验设计中，变量的控制包括如下几个方面。
（一）对实验（自）变量的有效操纵
对实验变量有效操纵的原则是要有系统的变化，而且变化的差异要尽可能大。
因此，通常在实验设计时选择两个极端值，或取其最佳值，或选择几个具有代表性的值作为实验刺激的条件。
例如，以教学方法作为实验变量时，则两种（或两种以上）教学方法应有显著的不同，实验才能取得成效。
又如，若以媒体的刺激量或刺激持续时间作为实验变量时，则要把刺激量或刺激持续时间分成几个等级，每个等级之间应有显著的不同，并且最好是包括有极端值的情况，即完全没有刺激或刺激时间为零的情况。
（二）对无关变量干扰的控制
在实验过程中，有许多无关因素干扰实验过程，影响实验的结果，这些干扰因素，根据其显现的状态可分为两大类：
外扰变量。
这是指除了预定的实验变量之外，一切可能影响实验结果的、可以明确辨认的外在因素，如受试者的年龄、性别、身体机能（视力、听力）等。
中介变量。
这是指除了预定的实验变量之外，可能对实验结果发生作用的内在因素。
它不能直接被观察辨认，只能凭个体外显行为的线索去推知这种干扰的存在，如受试者的动机、性格、态度等。
控制这些干扰因素的原则是使干扰因索保持不变，或使其达到最小的变化，或者将其排除出外。
（三）减低测量误差
实验因变量的变化情况是通过测量工具来测定的。
所谓测量，就是依据某种法则，对事物赋于某种特征程度的符号或数字，即对研究对象的属性给予数值化的过程。
测量方法包括有心理测验、问卷、量表、测验试题、各种反应仪器等。
但是，任何工具都不可能做到百分之百的准确，因此设计时就需要合理选择、设计和正确使用测量工具，如问卷设计的合理性，测验试题设计、评分标准的掌握，反应仪器灵敏度的调整等等，都应尽量使误差降到最低限度，以减少测量误差对实验结果的干扰。
选择实验反应变量应遵循如下几项原则：
1.反应变量的客观性
这是指反应变量是客观存在的，是可以为实验者或仪器所感知或记录下来的。
一个实验反应变量如果是客观的，它不依人的主观愿望而转移，那么，它在一定的条件下就会重现。
2.反应变量的合理性
这是指某反应变量确实能代表所研究的对象，两者之间有着十分密切的关系，反应变量的变化代表着研究对象的某一种特性。
3.反应变量的灵敏性
这是指某项反应变量在技术上具有显示的可能性，在实验条件的严格控制下，它能无偏差地显现出来。
4.反应变量的可转换性
这是指反应变量既可以分级比较，也可以与其他变量相配合使用，从而表现出某种关系。
虽然，有些反应变量不能直接看出其规律，但经过某种数学的变换便可看出规律性。
实验反应变量的选择是否得当、是否有用，主要取决于实验者对专业理论与统计知识的掌握程度。
如果实验研究所建立的假设是符合实际的，这就为反应变量的选择提供了前提条件。
如：
教材比较实验，如果只以正确性或速度为指标，而忽略完成任务的新颖性，这样来评价实验结果，一套能培养学生创造性思维的教材就会被扼杀。
一项实验的反应变量，实验者既可以根据理论假设的需要自创，也可以从有关文献或其他实验中选取现成的、定型的反应变量。
四、变量控制的目的在于提高实验效度
实验效度是指实验的准确性和代表性。
实验效度是影响着实验设计、实施、解析、推广、评价等工作的重要因素，它是衡量实验成败、优劣的关键性的质量指标。
实验效度是由内在效度和外在效度两部分构成。
内在效度决定了实验结果的准确性，影响到对实验结果的解释。
外在效度则直接影响实验结果的可推广性。
（一）实验的内在效度
这是指实验结论的准确度问题，即就实验样本而言，因变量的变化在多大程度上由自变量引起，反映了实验结论的真实性程度。
如果一个实验设计，除了研究者所控制的实验变量外，还有其它变量也影响反应变量的变化，使研究者无法正确解释所得的实验结果，则该项实验设计的内在效度就很差。
无关变量控制得好，内在效度就高。
（二）实验的外在效度
这是指实验结果的可推广程度，即代表性问题，表示实验样本得到的实验结果推到全体研究对象（目标总体）的有效程度。
即实验对总体而言的真实性程度。
如果实验结果只适用于某一范围（如年级、学科、性别等）而不能推广到其他同类事物现象，则表明其外在效度比较差。
内在效度低，外在效度也一定低；内在效度高，外在效度可能高，也可能低。
（三）常见的无关变量对效度的影响及控制方法
为了提高实验的内在效度和外在效度，在实验过程中，通常采用如下的一些方法来控制干扰因素。
1.经历
由于实验周期较长，除了实验变量之外，一些未经控制的偶然因素会在较长的实验过程中介入，从而引起实验结果的变化。
对策：
使实验组与控制组同样经历偶然事件。
2.对象成长
在实施实验的过程中，受教育者可能会产生生理上或心理上的变化，如成熟、自信心的增强等，从而使实验结果发生变化，而这种变化并非是由实验变量所导致的。
对策：
使实验组与控制组同样经历成长。
3.测验动机
当学生知道自己是在参加实验，是被研究的对象时，往往会产生一种特殊的心理反应，他对实验变量的刺激就有了一种准备性的动机。
另外，进行多次重复性的量度时，受试者也就有了心理的准备，即使对同一个问题，往往第二次的口答反应“自动”地与第一次不同，而这种差别不是来自实验变量的刺激，而是由测验动机所引起的。
如“霍桑效应”（实验人员的积极效应）和“约翰·亨利效应”（控制组或非实验人员的积极效应）。
对策：
使实验组不知自己是实验组，更不让其知道实验的实质；或使控制组也以为自己是实验组。
4.样本选择
不是等组，影响内在效度。
对策：
随机分组进行匹配。
不是随机抽样选择的，样本就缺乏代表性，影响外在效度。
对策：
随机抽样或现选择有代表性样本。
5.对象的损耗
由于某种原因，受试者没有“合作”，例如问而不答，试卷没有交，中途缺席等现象都可能影响统计的结果。
对策：
增加被试人数，可减少因此而造成的影响。
6.测量的误差
进行测验时，试题设计不当，评卷者对评分标准掌握的程度，评卷人的心理状态与动机等，都直接影响到实验的准确性。
对策：
建立评分指南，提高试题信度和效度。
7.测验前测对后测的影响。
对策：
不做前测；安排在正常教学中进行，不引起学生的注意；增加一个无前测的对照组。
第四节教育实验设计
一、实验模式设计的基本要素
在实验模式设计时经常需要考虑三个基本要素：
（一）变量
实验设计中包括三类变量：
实验变量，即自变量。
它是由实验者设计安排的，人为操纵控制的，有计划地变化的实验情境或条件因素。
反应变量，即因变量。
它是随着自变量的变化而变化的，是实验者需观察、测量、计算的变化因素。
无关变量，即干扰变量。
它是除实验者操纵控制而有计划地变化的实验变量之外，另外一些影响反应变量变化的其他干扰因素。
它使实验者无法对所得的结果做出正确的判断和解释。
实验的基本操作就是研究实验变量对实验对象施加作用之后。
实验对象产生怎样的反应变化，从而了解实验因素的作用。
通常使用如下符号表示：
O——表示一次测量结果，在实验前为前测，在之后为为后测
X——实验处理，操纵的自变量水平组合
R——表示随机分组
……——表示上下被试组为不等组
（二）事前测验与事后测验
在实验因素未对实验对象施加作用之前，事先对因变量进行测量，即事前测验，在实验因素对实验对象施加作用之后所进行测量，即事后测验。
（三）实验组与控制组
利用随机取样或测量配对选择而形成的两个条件相等的样本组，其中一组接受实验因素的作用，即实验组。
另外一组将不接受实验因素的作用，只作为比较标准，即控制组。
根据实验的严密程度，教育实验最常用的模式有三种，即前实验设计、准实验设计和真实验设计
二、前实验设计
特点：
只操纵自变量，不控制无关变量，内、外在效度很差。
1、单组前后测设计
是指同一实验因素X，只对同一组（或一个）实验对象O施加作用，然后测定对象所产生的变化，以确定实验因素的效果如何。
单组实验通常采用前测与后测比较的方法来研究实验因素的效果。
在未进行实验处理之前，先进行一次测量（称为前测），其结果为（O1），在进行实验处理（X）之后，再进行一次测量（称为后测），其结果为（O2），则前测、后测构成配对样本，其平均数差异的显著性检验用配对样本的t检验。
例：
数学老师讲完每个单元后都要进行复习和测验。
复习前后测验，考察复习的作用。
2、固定组比较设计
两组都无前测，两组都是原组，不是随机选择。
两组后测成绩构成独立样本。
例：
一个班用讲授法教学，另一班用自学辅导法教学。
期末成绩比较两种教法的优劣。
前实验设计
单组前后测设计
固定组比较设计
基本模式
实验组O1XO2
实验组XO1
……
对照组O2
平均数差异的显著性检验
配对样本的t检验
独立样本的t检验
三、准实验设计
准
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