L/O/G/O

實驗設計出處：邱皓政，量化研究方法 ( 一 ) ， 2005 ，

台師大管院，台灣統計方法學學會理事長 2005-06

1112/04/21

研究方法分類• 有效：泰山仙草蜜，聖母像，太極拳？

• 量化研究方法– 實驗設計 (Experimental Design)

causality, planed in advance

Control group, Bef./Aft., Random assign – 非實驗設計

• 非量化（質化，混合）研究方法

2

Outline

實驗設計的概念

9 種實驗設計

實驗受試者的選擇與分派

實驗設計的計量原理4

1

2

3

實驗設計的混淆與干擾53

4.1 實驗設計的概念

統計假設建立 hypothesis

實驗情境與條件設定 X

測量與控制的決定 Y, Z

受試者選取條件設計 sampling4

1

2

3

將受試者安排入實驗情境與統計分析的計畫以檢驗假設的活動所組成

統計分析方式決定 test 54

實驗設計的概念

實驗須具備的三實驗須具備的三個基本原則個基本原則

Replication, 在相同條件下重複操作可獲得相同結果，即使有誤差也必須在合理範圍內

Randomization, 除了研究者的實驗操弄外，無特定因素影響我們所關心的效果變動

Blocking, 協助研究者分離不同的操作程序，以便進行比較

可複製性

隨機性 區組性

5

實驗設計中的變項

• 研究者操弄的變項• 造成依變項變化的來源

• 被觀察、紀錄的變項• 研究者最關心的變項進行實驗，盡可能使其他條件不變，但有些因素無法維持一致，加以記錄納入分析

獨變項(Independent

Variable)

獨變項(Independent

Variable)

依變項(Dependent Variable)

依變項(Dependent Variable)

控制變項(Control Variable)

控制變項(Control Variable)

6

實驗組與控制組• 實驗組

– 受實驗操弄影響，獨變項屬於不同狀況• 控制組

– 未受實驗操弄影響，獨變項處於最基本狀況

用於比較受實驗操弄後之影響

7

實驗組與控制組 e.g., 模擬機

8

兩個以上的獨變項• 多因子實驗設計

– 不只關心一種實驗操弄對依變項的影響，同時處理多種實驗操弄：酒量與類別

• 多因子設計的優點– 提高研究的效率：一次做完酒量、類別與是否新手……

– 兼顧其他獨變項的作用：主要效果，交互作用

9

兩個以上的依變項• 多變量設計的特性

– 依變項無法從單一計量指標來反映， 注意力包括視覺（看到紅燈）及動作（煞車至車停止反應時間）

• 多變量設計的缺點– 依變項不受操弄控制，彼此之間的影響關係可能會造成因果關係的混淆

– 進行幾次單一依變項的統計分析

10

4.2 前實驗設計

1. 單組後測設計：對受測者施以實驗處理 (X) ，然後測量他們的反應 (T2)

2. 單組前後測設計：比 Type 1 多出在事前先測一次反應 (T1) ，然後計算出前後測 (T2 - T1 ) 的改變量

3. 靜態組間比較：比 Type 1 多增加一個對照組，比較有無接受實驗處裡 (X)的差異

未符合實驗設計的 3 要求，但簡單、易實施，常用於非正式、非專業場合。

實驗設計 實驗處理模式 對照組 前測控制 隨機分派

Type 1. 單組 後測 設計 X →T2 × × ×

Type 2. 單組 前後測 設計 T1 → X →T2 × v ×

Type 3. 靜態 組間 比較E X →T2

C →T2v × ×

11

真實驗設計

4. 隨機化實驗控制組前後測設計：同時具有前後測的對照及隨機分派， 最標準的實驗研究

5. 隨機化實驗控制組後測設計：雖缺乏前測， 但隨機化可去除立足點不確定的威脅

6. 所羅門四組設計：增加檢驗前測對於後測的實驗效果， 但須增加一倍樣本

實驗設計 實驗處理模式 對照 前測控制 隨機分派Type 4. 隨機化 實驗控制組前後測設計

Er T1 → X →T2

Cr T1 → →T2v v v

Type 5. 隨機化 實驗控制組後測設計

Er X →T2

Cr →T2v × v

Type 6. 所羅門 四組設計Er T1 → X →T2

Cr T1 → →T2

Er X →T2

Cr →T2

v V v

12

準實驗設計 Field vs. Laboratory

7. 非隨機實驗控制組前後測設計：缺少隨機分派（實驗室圍牆外）8. 對抗平衡設計：簡化受試者的實驗順序，檢測有無痕跡效應9. 單組時間序列分析： T4 ， T5 外，再增加前後測，觀察受試者隨時間之變

化 10. 實驗控制組時間序列分析：比 Type 9 多一個對照組 Longitudinal vs. cross section

實驗設計 實驗處理模式 對照 前測控制 隨機分派

Type 7. 非隨機 實驗控制組 前後測設計

E T1 → X →T2

C T1 → →T2v v ×

Type 8. 對抗平衡（拉丁方格）設計

1 A B C D2 B D A C3 C A D B4 D C B A

v － ─

Type 9. 單組 時間序列分析

T1T2T3T4 X T5T6T7T8 × v ×

Type 10. 實驗控制組 時間序列分析

E T1T2T3T4 X T5T6T7T8

C T1T2T3T4 T5T6T7T8

v v －

13

4.3 實驗受試者的選擇與分派

受試者選擇 代表性，大樣本 小樣本： 實驗前： t test, 樣本同質性檢定，樣本重複使用或配

對 實驗中：隨時間累積有無疲勞或抗拒效應 實驗後：外部效度問題，不可過度推論

14

受試者分派1. 獨立樣本設計 ( 受試者間設計 )

– 獨變項中的每個水準使用的受試者皆完全獨立– 每個受試者只接受一種實驗處理– 受試者的分配須做到隨機化 ( 利用亂數表 )

2. 重複量數設計 ( 受試者內設計 )– 獨變項的每個水準下的受試者皆是同一組人– 受試者較少，但容易混淆

15

受試者的分派3. 前後測設計

– 先界定出獨變項與依變項，抽取樣本後，依照獨立樣本設計之原理將受試者進行隨機分派

– 為確保依變項的變化是受獨變項之影響，通常會先測量一次依變項的數據 ( 前測 ) ，於實驗完成後，再測量一次依變項 ( 後測 )

– 若實驗組與控制組在前測數據有明顯差異，代表分組工作沒有隨機化

4. 混合設計– 實驗當中同時包含獨立樣本設計與重複量數設計

T1 ( 前測 )→ X ( 實驗處理 )→T2 ( 後測 )

16

4.4 實驗設計的計量原理• 獨變項 2 組，用 t test,

3 組以上，用 one-way ANOVA, F test

• 依變項 兩個以上，用多變量變異數分析

a priori vs. posterior

17

4.5 實驗設計的混淆與干擾• 影響因素 (Principles of uncertainty)

– 研究者的設計或執行實驗的能力– 實驗本身的各種威脅– 受試者的反應 (social desirable)

• 在實驗過程中，若研究者無法有效控制研究環境與混淆干擾因素，使各種條件維持一致，研究成效必定不佳。

• 若一個實驗設計能確實做到隨機分派、實驗組與控制組的對照、以及前測後測的比較三要件，則絕大部分的威脅因子都可以避免。

18

4.6 結語• 實證典範： abstract reasoning, empirical testing• 測量與統計方法學理 • 實務可行：實驗設計 排除干擾因素

19

L/O/G/O

Q ＆ A

20