Внутрисубъектные эксперименты. 
Общепсихологический практикум

Особенности и принципы планирования

Под внутрисубъектными понимаются такие эксперименты, при которых каждый испытуемый участвует в измерениях на каждом уровне независимой переменной.

Часто один и тот же эксперимент может быть проведен и как внутрисубъектный, и как межгрупповой. Выбор одного из этих вариантов связан с решением вопроса о том, каким образом будет проконтролирована такая угроза внутренней валидности эксперимента, как индивидуальные особенности испытуемых, участвующих в разных экспериментальных условиях. Использование внутрисубъектного плана автоматически снимает эту проблему, а значит, уменьшает вероятность получения недостоверных результатов.

І Іредположим, учитель литературы, устраивающий конкурс чтецов, хочет дать ученикам рекомендации относительно того, как следует заучивать стихотворения для конкурса: заучивать отдельно каждое четверостишие или разделить стихотворение на две равных части и заучивать более крупными частями. Для решения этого вопроса он обращается к психологу. Таким образом, перед вами встала задача — оценить эффективность двух разных способов заучивания стихотворений. Поскольку длина стихотворений может влиять на то, как лучше их заучивать, допустим, что нас интересуют только произведения средней длины, состоящие из 16 четверостиший.

Вы можете взять 20 учеников, десятерых из них попросить заучивать стихотворение по четверостишию (т.е. прочитывать четверостишие до тех пор, пока его не удастся воспроизвести, но памяти, и лишь после этого переходить к следующему), а оставшимся десяти ученикам предложить разделить стихотворение на две равных части и заучивать таким же образом более крупные части. Назовем условно первый способ заучивания методом коротких отрывков, а второй — методом длинных отрывков. Предположим, оказалось, что группа учеников, заучивающая стихотворение первым методом, в среднем потратила на пять минут меньше времени, чем группа учеников, которые заучивали стихотворение более крупными частями. Как можно объяснить полученный результат?

Во-первых, вы можете заключить, что влияние оказала независимая переменная (способ заучивания) и метод коротких отрывков является более эффективной стратегией запоминания стихотворений. Таким образом, получается, что учителю литературы можно предложить рекомендовать конкурсантам использовать именно такой метод.

Другим объяснением может быть совершение ошибки первого рода. т. е. случайное обнаружение в эксперименте различий, которых в действительности нет.

И третьим возможным объяснением может быть влияние индивидуальных различий. Поскольку разные уровни независимой переменной (разные способы заучивания) предъявлялись разным испытуемым, нельзя быть точно уверенным, что подобранные группы испытуемых являются эквивалентными во всем, кроме использованного метода заучивания. Вполне возможно, что просто в группе учеников, применявших метод коротких отрывков, оказались учащиеся с более развитой памятью. И именно поэтому, а не потому, что использованный ими метод лучше, участники данной группы в среднем запомнили стихотворение быстрее.

Если же вы использовали бы одних и тех же испытуемых для заучивания стихотворений обоими способами, проблема эквивалентности групп была бы снята сама собой, так как оба уровня независимой переменной предъявлялись бы тем же самым испытуемым. И если эта конкретная группа испытуемых характеризовалась бы менее развитой памятью, то влияние данного фактора одинаково распространилось бы на оба метода заучивания и, таким образом, было бы проконтролировано.

Рассмотрим другой пример. Допустим, вы хотите изучать влияние плавания перед сном на качество сна ночью. Предположим, что у вас есть возможность измерять качество сна (количество просыпаний, продолжительность фазы глубокого сна и др.) при помощи портативного устройства, которое вы можете выдать испытуемым на дом и которое автоматически выдает оценки качества сна по шкале от 0 до 100. Этот показатель будет операционализацией зависимой переменной. Вы можете сравнивать между собой два условия: экспериментальное — когда испытуемый за 2—3 ч доена идет в бассейн и плавает там в течение 40 мин, и контрольное когда испытуемый не занимается плаванием перед сном. Это и будет разными уровнями независимой переменной.

Вы используете две группы испытуемых: представители одной группы плавают перед сном, а второй — нет. Если будет обнаружено, что испытуемые первой группы спят по ночам лучше, это можно будет объяснить не только позитивным влиянием плавания на сон, но и тем, например, что в первую группу попали в целом более спокойные испытуемые, которые обычно не испытывают проблем со сном, т. е. группы испытуемых могут оказаться неэквивалентными.

Если же вы будете просить одних и тех же испытуемых то плавать, то не плавать перед сном, эта проблема снимется. Вам будет совершенно не важно, насколько хорошо спит данный человек вне эксперимента, поскольку именно он будет участвовать п в контрольном. п в экспериментальном условии. Его индивидуальные особенности одинаково проявятся в обоих случаях, а значит, будут проконтролированы.

Итак, основное преимущество внутрисубъектных экспериментальных планов по сравнению с межгрупповыми заключается в снятии проблемы индивидуальных различий и эквивалентности групп испытуемых. Все субъективные переменные (т.е. все характерные для испытуемых индивидуальные особенности), влияющие на один уровень независимой переменной, в равной степени будут влиять и па все остальные уровни.

Отсутствие индивидуальных различий между испытуемыми, принимающими участие в разных условиях эксперимента, приводит и к тому, что внутрисубъектные планы обладают чисто статистическими преимуществами при осуществлении математической обработки полученных результатов. Даже небольшие различия в средних арифметических измеренных показателей с большей вероятностью могут оказаться достоверными, в то время как при использовании межгруппового эксперимента для признания различий достоверными разница в средних должна быть больше.

Внутрисубъектные планы также обладают преимуществами с точки зрения организации и непосредственного проведения исследования. Главным из них является меньшее количество испытуемых. Так, например, если вы хотите исследовать по 40 испытуемых в каждом условии, то при проведении внутрисубъектного эксперимента вам нужно только 40 испытуемых, а при проведении межгруииового — не менее 80 (так как независимая переменная в эксперименте должна принимать как минимум два значения). И чем больше условий вы захотите исследовать, тем больше групп испытуемых вам будет нужно.

Привлечение меньшего количества испытуемых закономерно приводит к тому, что будет потрачено меньше времени не только на их поиск, но и на их инструктаж и обучение. Это может существенно упростить вашу работу как экспериментатора, особенно когда речь идет о том, что для правильного выполнения экспериментальных заданий испытуемый должен пройти продолжительную фазу обучения.

Есть случаи, когда внутрисубъектные планы могут оказаться более предпочтительными, чем межгрупповые. Например, когда участие па одном из уровней независимой переменной оказывается очень кратким (как происходит при измерении времени реакции). Участие в эксперименте в течение всего нескольких секунд может оказаться некомфортным для самого испытуемого.

Кроме того, внутрисубъектные планы также могут дать преимущество, когда эксперимент проводится для изучения особенностей небольших популяций — скажем, узких специалистов в какой-нибудь области знаний, космонавтов с длительным стажем пребывания на орбите или т.п. Тогда круг потенциальных испытуемых может оказаться слишком малым для того, чтобы исследователь имел возможность реализовать межгрупповой эксперимент.

Однако нужно понимать, что в некоторых случаях внутрисубъектный план может быть непригоден для проведения исследования, независимо от предполагаемой продолжительности работы испытуемого и величины изучаемой популяции. Решающими в выборе внутрисубъектного или межгруппового плана являются не эти формальные характеристики, а содержательные аспекты экспериментирования.

Внутрисубъектные планы неприменимы в исследованиях, где после участия в одном из условий испытуемый получает такие знания, которые не позволят ему участвовать в других условиях как бы «с чистого листа» .

Например, после выполнения первого задания испытуемый может догадаться о возможной гипотезе эксперимента или сформировать представление о том, какого поведения ждет от него экспериментатор. Такие ограничения часто характерны для исследований в социальной психологии, психологии научения и др.

Так, если вы изучаете продуктивность двух разных способов преподавания какого-либо предмета, вы нс сможете применить оба способа на одних и тех же студентах, поскольку после применения первого они уже освоят материал.

Или, допустим, вы хотите изучить, какая информация — поступающая в начале (первое впечатление) или в конце — наиболее сильно влияет на формирование впечатления о незнакомом человеке. Вы можете составить текст, описывающий человека, одна часть которого будет описывать его положительные характеристики, а вторая — отрицательные. Затем надо попросить испытуемых охарактеризовать описываемого человека после прочтения текста. В одном варианте текста сначала будут описаны положительные характеристики, а затем отрицательные, в другом же варианте наоборот. Абсолютно очевидно, что вы не можете оба этих текста (оба уровня независимой переменной) предъявлять одному и тому же испытуемому, так как после прочтения первого текста впечатление об описываемом человеке уже будет сформировано.

Кроме того, внутрисубъектными не могут быть квазиэксперименты, где в качестве независимых используются субъективные переменные, т. е. какие-то индивидуальные особенности людей (например, пол, личностные особенности или т.п.).

Что касается менее очевидных случаев влияния участия в одном условии на поведение испытуемого в других условиях, которое может сделать собранные данные инвалидными, то их мы рассмотрим в этой главе чуть дальше.

Если пытаться охарактеризовать ключевые недостатки внутрисубъектных экспериментальных планов, оставляя за рамками подробного обсуждения такие малосущественные недостатки, как увеличение времени участия в эксперименте каждого испытуемого, то основная проблема внутрисубъектных планов связана с тем, что испытуемый принимает участие в исследовании на всех уровнях независимой переменной и с необходимостью делает это последовательно. После того, как он принял участие на одном из уровней независимой переменной, приобретенный им опыт или изменение внешних обстоятельств может каким-то образом сказаться на том, как он будет проявлять себя, выполняя последующие задания. Таким образом, то, как испытуемый проявит себя на данном уровне независимой переменной, зависит не только от специфики этого уровня, но и от того, какой была последовательность предъявления уровней независимой переменной. Такие влияния в общем виде называются эффектами последовательности, или эффектами порядка.

Под общим названием эффектов последовательности имеются в виду любые влияния, являющиеся следствием того, в каком месте общей последовательности предъявления уровней независимой переменной находится конкретный уровень. Сюда относятся как общие (время, тренировка, усталость), так и специфические факторы.

Эффекты последовательности представляют серьезную угрозу для внутренней валидности внутрисубъектного эксперимента. В отсутствие контроля или недостаточного контроля этих эффектов полученные в эксперименте различия не могут быть однозначно объяснены влиянием независимой переменной, а могут оказаться простым следствием неравномерного распределения по экспериментальным условиям факторов, лежащих в основе появления эффектов последовательности.

Можно выделить два основных вида эффектов последовательности: эффекты прогрессии и эффекты переноса.

Под эффектами прогрессии подразумеваются такие неспецифические влияния, которые могут нарастать или уменьшаться с течением времени. Эти влияния не имеют непосредственного отношения к сути исследования и не связаны с конкретными воплощениями уровней независимой переменной. Независимо от того, что именно изучается и какими способами операционализируются независимые и зависимые переменные, такие влияния все равно будут проявляться. Так, по ходу исследования испытуемый может все больше и больше уставать, у него может падать концентрация внимания или ему может становиться все более и более скучно.

Эти влияния будут приводить к тому, что чем дальше от первого в последовательности предъявляется данный уровень независимой переменной, тем хуже будут выполняться образующие его задания. Либо, наоборот, влияние эффектов прогрессии может оказаться позитивным (например, с течением времени происходит научение или испытуемый все больше втягивается в задание, и ему становится все более и более интересно). В таких случаях более поздние задания будут выигрывать.

Эффекты прогрессии носят такое название, поскольку предполагается, что сила их влияния от задания к заданию нарастает (или убывает) прогрессивно, т. е. линейно. И на каждую следующую пробу (независимо от того, что это за проба) влияние этих эффектов увеличивается на одинаковое количество условных единиц.

Рассмотрим в качестве примера влияние фактора усталости. При предъявлении испытуемому первого задания фактор усталости от выполнения заданий не имеет влияния, величина его влияния равна 0. При предъявлении второго задания испытуемый уже немного устал после первого, и, предположим, его усталость увеличилась на 1 условную единицу, т. е. на второй пробе влияние усталости будет равно 1. К третьей пробе усталость увеличилась еще на 1 единицу, и на ней влияние этого фактора уже равно 2. На четвертой пробе усталость снова выросла на единицу, и здесь влияние этого фактора уже равно 3 и т. д.

Общая идея линейности нарастания эффекта заключается в том, что шаг, с которым влияние побочных переменных на работу испытуемого нарастает от пробы к пробе, всегда остается одинаковым. В приведенном выше примере он равен одной условной единице, что отражено на рис. 12.1.

Независимо от того, в чем именно заключается задача испытуемого и какие именно показатели измеряются, мы предполагаем, что влияние факторов, лежащих в основе эффектов прогрессии, будет увеличиваться линейно, пропорционально порядковому номеру пробы. И мы можем спрогнозировать, каким будет это влияние относительно предыдущей и последующей проб.

Рис. 12.1. Графическое изображение линейного нарастания эффекта усталости.

Для контроля влияния таких эффектов используются различные способы позиционного уравнивания, т. е. разрабатываются такие последовательности предъявления заданий, чтобы влияние прогрессивно нарастающих побочных переменных было одинаковым в разных экспериментальных условиях.

Так, если в исследовании эффективности методов запоминания стихотворений мы запланировали дать испытуемым по два стихотворения для заучивания методами коротких и длинных отрывков (каждое в отдельный день), то для уравновешивания линейно нарастающих эффектов последовательности наиболее оптимальной будет следующая схема эксперимента: в первый день стихотворение заучивается методом коротких отрывков, во второй и третий дни — методом длинных отрывков, а на четвертый день — снова методом коротких отрывков.

В таком случае влияние усталости от участия в эксперименте в первый день окажется равным 0, во второй день увеличится на одну условную единицу и будет равным 1, в третий день снова увеличится на одну единицу и окажется равным 2 и т. д. Зная это, мы можем посчитать, какова сила влияния фактора усталости на каждый из двух исследуемых уровней независимой переменной.

В первый и четвертый день использовался один уровень независимой переменной (заучивание методом коротких отрывков), для них средняя сила влияния фактора усталости будет равна (0+3) / 2, т. е. 1,5 условным единицам. Во второй и третий день использовался другой уровень независимой переменной (заучивание методом длинных отрывков), и средняя величина влияния усталости на этот уровень независимой переменной будет равна (1+2) / 2, т. е. тем же самым 1,5 условным единицам. Таким образом, общее влияние данной побочной переменной будет одинаковым для разных уровней независимой переменной, а значит, если в эксперименте мы получим различия, их уже нельзя будет объяснить влиянием эффектов последовательности, поскольку они были уравнены.

Если же мы просили бы испытуемых в первые два дня применять метод коротких отрывков, а на третий и четвертый день — метод длинных отрывков, тогда уравнять влияние усталости не удалось бы, так как в среднем па первый метод влияние оказалось бы равным (0 + 1) / 2 = 0,5, а на второй метод — (2 + 3) / 2 = 2,5. В этом случае, получив различия во времени заучивания стихотворений двумя способами, мы не могли бы однозначно сказать, с чем это связано — с реальной эффективностью того или иного способа или с влиянием усталости испытуемого. Если по результатам исследования получилось бы, что время, необходимое на заучивание стихотворения методом длинных отрывков, оказывается больше, это могло бы объясняться просто тем, что к тому моменту, когда для заучивания использовался данный метод, испытуемые уже уставали от эксперимента, что и приводило к снижению их результативности.

При планировании и анализе внутрисубъектных экспериментов необходимо помнить, что линейность эффектов прогрессии является лишь допущением, т. е. предположением. И в некоторых случаях это предположение оказывается ошибочным. Обычно реальная зависимость величины эффекта последовательности от времени неизвестна, к тому же в ряде случаев существуют аргументы, что такое влияние может не иметь линейного характера.

Когда речь идет о гаком факторе, как научение, известно, что оно нарастает нелинейно. Сначала прогресс оказывается более сильным, а затем замедляется, т. е. влияет на каждую последовательную пробу в разной степени. Это изменение отображено па рис. 12.2. Здесь на первых пробах эксперимента влияние научения будет значительным, а в последующих пробах все менее и менее заметным. Шаг, с которым увеличивается влияние этого фактора, с течением времени будет изменяться.

Рис. 12.2. Графическое изображение нелинейного нарастания эффекта тренировки.

Нелинейные эффекты плохо поддаются контролю при помощи позиционного уравнивания. С нелинейными эффектами наподобие изображен;

ного на предыдущем рисунке можно пытаться бороться путем увеличения количества проб для каждого уровня независимой переменной и предъявления их в случайном порядке. Однако в целом при подозрении на возникновение нелинейных эффектов желательно изменить схему эксперимента с внутрисубъектной на межгрупповую. По крайней мере, нужно всегда помнить о возможности возникновения таких влияний, проводить тщательный анализ возможных эффектов последовательности еще на этапе планирования эксперимента и исходя из этого делать выбор в пользу внутрисубъектной или межсубъектной схемы.

Другой вид эффектов последовательности — эффекты переноса. Здесь речь идет о том, что участие испытуемого в эксперименте в одном из уровней независимой переменной может каким-то образом (положительно или отрицательно) сказаться на его работе в рамках другого уровня независимой переменной. И это происходит независимо от внешних по отношению к содержанию эксперимента и неспецифических эффектов прогрессии (таких как усталость или тренировка). Здесь важна именно специфика выполняемых заданий.

В качестве житейского примера эффекта переноса можно привести проверку учителем школьных сочинений. Если сначала преподаватель прочитал очень хорошее сочинение, а затем плохое, то плохое может показаться ему еще хуже, чем если бы до этого он не прочитал хорошего сочинения. И наоборот, если бы сначала было прочитано плохое сочинение, то следующее за ним хорошее может быть оценено как более хорошее, чем есть на самом деле.

Применительно к эксперименту, выполнение заданий на одном уровне независимой переменной может приводить к тому, что испытуемый вырабатывает некоторую стратегию работы со стимульным материалом, которая может быть непригодна или неэффективна для работы с заданиями другого экспериментального условия, из-за чего результат работы во втором условии окажется хуже. В то же время, если бы это второе условие предъявлялось первым в последовательности, результаты на нем были бы иными.

Таким образом, эффекты переноса заключаются в том, что само по себе выполнение заданий на одном уровне независимой переменной может привести к ухудшению или улучшению выполнения заданий на другом ее уровне. При этом одна последовательность предъявления заданий может привести к получению результатов, которые не были бы получены при другой последовательности их предъявления. Важной является именно специфика каждого экспериментального условия.

Если вернуться к вымышленному примеру с изучением эффективности методов заучивания стихотворений, то, например, может оказаться, что после того, как испытуемый заучивал стихотворения методом коротких отрывков, ему сложно перестроиться на восприятие и запоминание более длинных частей, что приводит к увеличению времени, необходимого на заучивание вторым методом. Испытуемый, используя метод коротких отрывков, мог приобрести навык для заучивания именно коротких отрывков, и этот навык мешает заучивать более длинные части. В то же время, если бы испытуемый сразу приступил к заучиванию методом длинных отрывков, он бы не испытывал таких затруднений и быстрее справлялся с заданием.

Перенос при использовании внутрисубъектного плана может быть симметричным или асимметричным.

Под симметричным переносом подразумевается, что влияние работы в одном экспериментальном условии (условии А), когда оно предшествует второму условию (условию В), на работу в условии В оказывается аналогичным влиянию, которое может оказать работа в условии В, предъявленном перед условием А, на работу в условии А.

Например, если в эксперименте в условиях, А и В испытуемый решает математические задачи разного типа, способ, выработанный им для решения задач условия А, может негативно влиять на вырабатывание способа решения задач условия В. Но в то же время, если сначала испытуемый решает задачи условия В, то способ, выработанный им для этого, так же негативно сказывается на его работе в последующем условии А. Предположим, что выполнение сначала заданий условия, А ухудшает эффективность работы в условии В на семь условных единиц и выполнение сначала заданий условия В ухудшает эффективность работы в условии, А на те же семь единиц. Здесь мы можем говорить о наличии симметричного переноса.

Влияние симметричного переноса может быть преодолено при помощи использования схем позиционного уравнивания, в которых каждый уровень независимой переменной следует за каждым из остальных уровней, а также предшествует каждому из них одинаковое количество раз (подробнее о таких последовательностях пойдет речь ниже).

При асимметричном переносе влияние работы в условии А, идущем первым, на работу в условии В и работы в условии В, идущем первым, на работу в условии, А оказывается неравнозначным. Например, предшествующее условие, А может негативно влиять на условие В, в то время как предшествование условия В может никак не сказываться на работе в условии А. Либо же влияние может быть просто разным: в одном случае более сильным, в другом — более слабым. Также влияние может быть разнонаправленным: если сначала испытуемый работает в условии А, это может негативно сказываться на работе в условии В, ухудшая результат, тогда как работа сначала в условии В может сказываться на работе в условии, А позитивно, улучшая результат.

Для иллюстрации асимметричного переноса представим такую ситуацию. Вы выполняете домашнее задание или занимаетесь какой-то другой интеллектуальной деятельностью в тишине. И вдруг соседи включают громкую музыку. Очевидно, эффективность вашей деятельности снизится. Или другая ситуация: вы работаете под громкую музыку, раздающуюся из-за стены, и вдруг музыка прекращается. Очевидно, эффективность вашей деятельности должна возрасти. Однако велика вероятность того, что в первом случае эффективность деятельности упадет гораздо сильнее, чем она возрастет во втором случае.

Рассмотрим другой пример. Производитель смартфона хочет выяснить, какую виртуальную клавиатуру лучше использовать для набора текстовых сообщений. В тестировании участвуют две клавиатуры, различающиеся необходимостью дополнительных действий для доступа к наиболее используемым знакам препинания.

Используется внутрисубъектный экспериментальный план. Испытуемые набирают один и тот же текст при помощи каждой из тестируемых клавиатур. Измеряется скорость набора текста. Предположим, что если испытуемый сначала набирает текст на клавиатуре, где дополнительное переключение для доступа к знакам препинания не нужно, то это никак не сказывается на скорости, с которой происходит в дальнейшем набор при помощи клавиатуры с необходимостью переключения. В то же время, если сначала испытуемый набирал текст при помощи клавиатуры, где переключение для доступа к знакам препинания необходимо, это негативно сказывается на скорости его работы с другой клавиатурой. Например, он может настолько привыкнуть нажимать па клавишу переключения для доступа к знакам препинания, что будет нажимать на нее даже в тех случаях, когда этого не требуется, что приведет к потере времени при наборе каждого знака препинания.

Предположим, что половина испытуемых первой использовала клавиатуру без переключения (условие А), а другая половина — клавиатуру с переключением (условие В). Испытуемые, которые сначала набирали текст при помощи клавиатуры без переключения, потратили на работу с этой клавиатурой 20 с, а при помощи клавиатуры с переключением — 30 с. Испытуемые, которые сначала набирали текст на клавиатуре с переключением, также потратили в этом условии в среднем 30 с, а когда печатали на клавиатуре без переключения, потратили в среднем 40 с (табл. 12.1).

Таблица 12.1

Гипотетические результаты исследования скорости набора текста на разных клавиатурах при разных последовательностях предъявления (время в секундах)

Таким образом, в результате проведения исследования оказалось, что различий в скорости печати при помощи разных клавиатур нет (среднее время набора текстового сообщения для каждого типа клавиатур одинаково). При этом надо понимать, что на самом деле скорость печати на клавиатуре без переключения выше, а такой результат является лишь следствием асимметричного переноса, что можно увидеть, разделив группы испытуемых по последовательности предъявления разных клавиатур.

Асимметричный перенос не может быть преодолен средствами позиционного уравнивания. При подозрении па то, что в исследовании может проявиться асимметричный перенос, необходимо отказаться от внутрисубъектного плана и использовать межгрупповой, при котором каждый испытуемый будет участвовать только в одном экспериментальном условии, а значит, не будет влияния условий друг на друга.

Итак, при использовании внутрисубъектных экспериментальных планов все уровни независимой переменной предъявляются одним и тем же испытуемым. Это сокращает необходимое количество испытуемых, но может привести к нежелательным влияниям, вызванным порядком следования условий друг за другом (эффекты последовательности). Для компенсации этих эффектов используются специально разработанные приемы предъявления уровней независимой переменной, призванные равномерно распределить их влияние на все исследуемые условия. Однако это может сработать лишь в случае, если выполняются допущения о линейности эффектов прогрессии и симметричности переноса. Если эти допущения не выполняются, исследователь должен отказаться от использования внутрисубъектного плана в пользу межсубъектного.