Экспериментальные планы

План лекции:

1. Понятие экспериментального плана

2. Доэкспериментальные планы

3. Истинные эксперименты

4. Квазиэксперименты

1 Вопрос

Планирование эксперимента входит составной частью в общее планирование исследования, представляющее один из этапов исследовательского процесса, предшествующий непосредственному проведению опытов. «Планирование эксперимента — это раздел знаний, относящийся не только и не столько к математической статистике, сколько к логике». Суть его заключается в составлении набора экспериментальных ситуаций с определенными комбинациями независимых и зависимых перемен.

Иногда планирование эксперимента толкуется расширительно: как обеспечение валидности опыта. В самом общем плане под валидностью понимается соответствие метода задаче исследования. Для обеспечения валидности эксперимента тогда необходимо составить перечень всех видов переменных и продумать не только план предъявления независимых переменных, но и предусмотреть процедуры контроля дополнительных переменных. Эти ДП обычно рассматриваются как факторы, «угрожающие» валидности.

КРИТЕРИИ ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПЛАНОВ

Первый из них – осуществление эксперимента в соответствии с интраиндивидуальными или межгрупповыми схемами предъявлений условий НП. В специальном разделе уточнены возможные схемы контроля угроз валидности при реализации этих планов.

Второй критерий – это число осуществляемых экспериментальных воздействий. В соответствии с ним принято различать планы с одной независимой переменной и так называемые факторные планы (с двумя и более НП). Сколько бы факторов ни изменялось в моделируемой экспериментальной ситуации, каждый из них должен быть оценен с точки зрения шкалы, в которой представлены изменения переменной. Напомним, что это могут быть шкалы наименований, порядка, интервалов или отношений.

Третий критерий – разделение экспериментальных схем на качественные и количественные – связан с учетом шкалы, в которой измерена МП. Качественными называются обычно эксперименты, в которых уровни НП заданы в классификационных признаках. Если между условиями НП может быть показано не только качественное различие, но и порядок в величине учитываемого признака, то это позволяет переходить к количественному эксперименту.

Использование количественных изменений НП означает переход к многоуровневому эксперименту, который далее будет представлен как вариант факторного. Квазиэкспериментальным исследованиям и факторным экспериментам посвящены отдельные главы. В данном разделе рассматриваются наиболее простые однофакторные экспериментальные схемы.

Четвертый критерий – это критерий строгого, или истинного, эксперимента, по отношению к которому можно выделить так называемые доэкспериментальные, экспериментальные и квазиэкспериментальные планы. Дж. Кэмпбелл связывает выделение истинных экспериментальных исследований с возможностью рандомизации, т.е. случайного распределения разных уровней НП по экспериментальным и контрольным условиям, а также с допущением об эквивалентности состава групп испытуемых. Рандомизацией называется также стратегия случайного отбора испытуемых в группы из популяции. Случайным (рандомизированным) может быть также подбор испытуемых в группы, когда потенциальные участники эксперимента уже выбраны и требуется только распределить их в экспериментальную и контрольную группы. Случайная стратегия может быть направлена также на отбор групп испытуемых (например, учебных). Строгим критерием является именно случайный отбор испытуемых из популяции, решающий одновременно проблему репрезентативности выборки испытуемых и обеспечения эквивалентных по своему составу групп. Сравнение групп, являющихся эквивалентными по всем факторам, кроме экспериментального воздействия, позволяет рассматривать сдвиг в значениях ЗП при сравнении экспериментального и контрольного условий именно в связи с воздействием этого фактора. Достижение желаемой эквивалентности означает здесь контроль источников угроз внутренней валидности со стороны факторов межиндивидуальных различий.

Для предъявления различных характеристик экспериментальных планов Кэмпбелл вводит систему графических символов:

• Символ Х будет обозначать экспериментальную переменную или событие, влияние которого подлежит измерению;

• символ О — некоторый процесс наблюдения или измерения;

• Х и О, стоящие в одной строке, относятся к одним и тем же конкретным лицам. Направление слева направо обозначает временной порядок, а расположение Х и О одно под другим — одновременность.

• Для обозначения важных различий, например между планами 2 и 6 или между планами 4 и 10, используется символ R, указывающий на случайное распределение испытуемых по разным режимам эксперимента (то есть по различным группам). Предполагается, что такая рандомизация осуществляется в определенное время и служит универсальным методом уравнивания групп перед введением воздействия в известных статистических границах.

• Наряду с этим вводится дополнительная графическая символика: параллельные строки, не разделенные пунктирной линией, представляют группы, уравненные посредством рандомизации

Группы, не уравненные рандомизацией, отделяются друг от друга пунктирной линией.

Не предусматривается никакого символа для обозначения групп, сформированных путем попарного уравнивания, поскольку ценность этой процедуры слишком переоценивается и она чаще ведет к ошибочному выводу, чем служит средством достижения валидного вывода. (См. далее обсуждение плана 10 и последний раздел по корреляционным планам.)

• Символ М для обозначения материалов будет использован в плане 9.

Для каждого исследователя крайне важно научиться выбирать такие оптимальные модели экспериментального исследования, которые обеспечили бы и внутренюю и внешюю валидность.

Среди экспериментальных планов, предложенных Кэмпбеллом можно выделить три группы можно выделить три группы:

1. Доэкспериментальные планы

2. Экспериментальные

3. Квазиэкспериментальные ланы

Первую и вторую группы планов предложил Кэмпбелл, выделив их на основании двух показателей, обычно фигурирующих при изложении теории этого метода:

• Наличие / отсутствие контрольной группы

• Наличие / отсутствие тестирования до и после экспериментального воздействия

Эти два показателя рассматриваются Кэмпбеллом как два основных способа контроля в экспериментальных исследованиях. Введение в экспериментальные планы этих способов контроля увеличивает достоверность приписывания появления этого эффекта экспериментальному воздействию.

Использование предварительного тестирования выделяет влияние Х, через сравнение результатов исходного тестирования, т.е. до Х и итогового, после Х

Использование контрольной группы выделяет влияние Х, через сравнение результатов в двух группах:

• С Х

• Без Х

Одновременное использование и того и другого способов контроля вносит специфические негативные эффекты в экспериментальные исследования, то есть появляются факторы нарушающие валидность эксперимента.

Исполнение двух измерений вместо одного всегда повышает риск искажающего влияния инструментальной погрешности, фактора фона экспериментального отсева. Введение предварительного тестирования влечет появление за собой таких факторов как: эффект тестирования, естественного развития, статистической регрессии.

Главной опасностью плана с применением контрольных групп становится ошибка селекции.

Естественное развитие и статистическая регрессия контролируются посредством введения нескольких серий предварительного и итогового тестирования.

Ошибка селекции, характерная для экспериментов, построенных по МГ схеме, контролируется при помощи рандомизации. В целом же сочетание предварительного тестирования и контрольной группы всегда делает экспериментальный план более сильным, то есть более защищенным от факторов, нарушающих валидность.

Каждый экспериментальный план предназначен для контроля вполне определенного набора ПП уязвим для влияния других, поэтому выбор экспериментального плана для конкретного исследования должен производится с учетом всех плюсов и минусов каждого конкретного плана.

Необходимо выбирать такой план, который бы давал гарантию контроля факторов наиболее опасных в данном эксперименте, при этом другими менее существенными факторами можно принебречь.