Экспериментальные планы. 
Качественные и количественные методы исследований в психологии

Экспериментальный план или дизайн — это проект исследовательских операций, который включает стратегии отбора участников и составления групп испытуемых, определение переменных, чередование воздействий, шкалы измерения переменных и т.н.

В учебниках по экспериментальной психологии подробно описываются различные экспериментальные планы, разбираются задачи, которые можно решать с их помощью, анализируются угрозы валидности, связанные с каждым планом, и способы их преодоления (Бреслав, 2010; Гудвин, 2004; Дружинин, 2002; Корнилова, 2005; 2013; Кэмпбелл, 1996; и др.).

Проектируя эксперимент, исследователю необходимо принять решение о том, будет ли он использовать межсубъектный или внутрисубъектный э кс п ер и м снтал ь н ы й п л, а н.

В межсубъектных экспериментальных планах участников распределяют на группы, каждая из которых ставится в ситуацию одного из условий независимой переменной. Другое название межсубъектного плана — дизайн независимых субъектов. Классическим вариантом межсубъектного плана является план для двух рандомизированных групп с тестированием после воздействия (табл. 17.1).

Таблица 17.1

Межсубъектный план для двух групп с тестированием после воздействия.

Примечание: К — рандомизация, X — воздействие, О, — тестирование первой группы, О, — тестирование второй группы.

Необходимым условием применения этого плана является равенство экспериментальной и контрольной групп (в противном случае исследователю не удастся сделать вывод, что является причиной изменения зависимой переменной — действие независимой переменной или неучтенных побочных факторов, связанных с характеристиками выборки). Для достижения эквивалентности групп применяется процедура рандомизации, или случайного отбора (см. главу 10, посвященную формированию выборки). Обычно этот план рекомендуют использовать в том случае, когда нет возможности или необходимости проводить предварительное тестирование испытуемых (Дружинин, 2002). Если рандомизация проведена качественно и объем выборки достаточно большой, то данный план позволяет контролировать большинство побочных переменных и тем самым проводить вполне валидное исследование. Если независимая переменная (НП) имеет не два, а более уровней, применяется план с несколькими экспериментальными группами (по числу уровней независимой переменной) и одной контрольной.

В. Н. Дружинин (там же) отмечает, что план для рандомизированных групп с тестированием после воздействия исключает эффект взаимодействия процедуры тестирования и содержания экспериментального воздействия, а также сам эффект тестирования. Однако при проведении многих психологических экспериментов необходимо контролировать исходный уровень зависимой переменной (ЗП). Рандомизация позволяет контролировать эффекты индивидуальных различий, однако в психологии качественную рандомизацию зачастую провести довольно сложно, чаще всего присутствуют сомнения в ее результатах. В таких случаях применяют план для рандомизированных групп с предварительным и итоговым тестированием (табл. 17.2).

Межсубъектный план для двух рандомизированных групп с предварительным и итоговым тестированием

Главным источником угрозы для валидности в плане с предварительным тестированием является эффект взаимодействия тестирования и экспериментального воздействия: в результате тестирования испытуемый становится более чувствительным к воздействию, поскольку тестируется как раз та характеристика, на которую будет воздействовать экспериментатор. Можно применить предварительное тестирование и при этом попытаться проконтролировать отмеченный эффект взаимодействия — для этого используется план Р. Л. Соломона (табл. 17.3), предложенный в 1949 г.

План Соломона

Таблица 173

Как можно видеть, план Соломона включает создание двух экспериментальных и двух контрольных групп и представляет собой своеобразное объединение плана без предварительного тестирования и плана с предварительным и итоговым тестированием. Эффект экспериментального воздействия в плане Соломона можно выявлять четырьмя способами: сравнивая 1) О₂ и О,; 2) 0₂ и 0₄; 3) 0₅ и 0₆; 4) 0₅ и 0₃.

В случае внутрисубъектных экспериментальных планов все испытуемые исследуются при каждом значении независимой переменной. Внутрисубъектный план называют также дизайном с повторяющимися измерениями, поскольку для всех участников измерения проводятся несколько раз. Самое главное преимущество данного плана — отсутствие проблемы эквивалентности групп, с которой сталкивается исследователь при использовании межсубъектных планов. Однако в случае внутрисубъектных планов возникает другая угроза валидности эксперимента — эффект последовательности: после того как испытуемый выполнил первое задание (в ситуации одного уровня независимой переменной), приобретенный опыт или изменившиеся обстоятельства могут повлиять на выполнение следующего задания (в ситуации другого уровня независимой переменной). Для контроля данного эффекта используется позиционное уравнивание: порядок экспериментальных условий неодинаков для разных испытуемых, например, если есть два условия независимой переменной и, соответственно, два задания — контрольное и экспериментальное, то одним участникам дают одну последовательность заданий (например, вначале контрольное условие, потом — экспериментальное), а другим — другую (вначале экспериментальное условие, а потом — контрольное). Последовательность, в которой данный участник проходит условия, определяются случайным образом.

Используя внитрисубъектные экспериментальные планы, исследователь может прибегать к различным видам позиционного уравнивания. Существует полное позиционное уравнивание, частичное позиционное уравнивание, а также уравнивание по типу латинского квадрата. При полном позиционном уравнивании все возможные последовательности используются хотя бы один раз. Например, если в исследовании есть три условия (А, В, С), то можно создать шесть последовательностей:

АВСАСВ В СABAC CAB СВ А

В том случае, когда экспериментальных условий много, полное позиционное уравнивание требует большого количества участников. Например, уже для четырех условий количество последовательностей равно 24 (4 х х 3×2×1), если же условий шесть, то возможных последовательностей — 720 (6×5×4хЗх2×1), следовательно, понадобится, по крайней мере 720 участников.

При частичном позиционном уравнивании делается случайная выборка из всех возможных последовательностей: например, из 720 последовательностей, которые можно сформировать из 6 условий, случайным образом выбираются 50 и для исследования приглашаются 50 участников.

Сделать выборку из возможных последовательностей можно, применяя латинский квадрат. Метод получил название от древней римской загадки: как расположить латинские буквы так, чтобы каждая буква встречалась в каждом ряду и каждом столбце только один раз (Гудвин, 2004, с. 219). В правильном «латинском квадрате» каждое экспериментальное условие в каждой последовательной позиции встречается одинаково часто и каждому условию предшествует, а также следует за ним каждое другое условие строго один раз.

Алгоритм построения «латинского квадрата» размером бхб может быть следующим (там же, с. 220).

Шаг 1. Строится первый ряд в соответствии со следующим правилом:

А В «X» С «X — 1» D «X — 2» Е «X — 3» F и т. д.,.

где А — первое экспериментальное условие, а «X» — последнее.

Для построения квадрата размером 6×6 первый ряд будет следующим: ABFCED

Шаг 2. Строится второй ряд. Под каждой буквой первого ряда во втором ряду помещается следующая, но алфавиту буква; единственное исключение — буква F, иод которой всегда помещается А (т.е. под последней буквой последовательности всегда помещается первая буква последовательности):

ABFCED В CADFE

Шаг 3. Строятся оставшиеся четыре ряда согласно правилу, изложенному в шаге 2. Латинский квадрат размером бхб примет следующий вид:

ABFCED BCADFE CDBEAF DECFBA EFDAСВ FAEBDC

Шаг 4. Буквам от А до F случайным образом ставятся в соответствие шесть экспериментальных условий. Для каждого ряда формируется одинаковое количество участников.

В экспериментальных исследованиях нередко приходится иметь дело не с одной, а с несколькими независимыми переменными. В таких случаях применяются факторные экспериментальные планы. Они позволяют проверить сложные, так называемые комплексные, или комбинированные, гипотезы: «если A_vA₂, А₃,…, А_п, то В». На зависимую переменную может влиять каждая из независимых переменных; кроме того, между независимыми переменными возможны разные отношения: они могут усиливать действие друг друга или, напротив, тормозить; зависимость между переменными может быть линейной или нелинейной; и др.

Существует множество вариантов факторных планов, но на практике чаще всего применяются несколько из них: планы для двух независимых переменных, каждая из которых имеет два уровня (план типа 2×2); планы для двух независимых переменных, одна из которых имеет два уровня, а другая — три (план типа 3×2); планы для двух независимых переменных, каждая из которых имеет три уровня (план типа 3×3) (табл. 17.4—17.6).

Факторные планы для двух независимых переменных имеют вид N х М. Понятно, что объем выборки при таких планах существенно возрастает при добавлении нового уровня любой независимой переменной. Факторные планы для исследования трех и более независимых переменных применя;

Таблица 17.4

Факторный план 2x2

Факторный план 3x2

Таблица 17.5

Факторный план 3x3

ются редко. Для трех переменных они имеют вид L х М х N. При составлении плана экспериментов с тремя и более независимыми переменными можно использовать прием «латинского квадрата», это позволяет сократить число групп. Пример «латинского квадрата» для трех независимых переменных (L, М, N), каждая из которых имеет 3 уровня, приведен в табл. 17.7. Нетрудно заметить, что уровни третьей переменной JV встречаются в каждой строке и в каждом столбце только один раз.

Таблица 17.7

Факторный план 3x3x3, построенный с использованием приема

«латинский квадрат»

Во всех рассмотренных факторных планах применяется способ балансировки: разные группы испытуемых ставятся в различные экспериментальные условия. Возможны и эксперименты с несколькими независимыми переменными, в которых одни и те же участники получают все варианты воздействия независимых переменных. В этих случаях составляются внутрисубъектные планы с применением стратегий полного или частичного позиционного уравнивания.

Наконец, существуют экспериментальные планы связанных субъектов, для которых характерно соединение элементов межсубъектных и внутрисубъектных планов. В этом дизайне участников делят на группы. Каждый испытуемый выполняет предварительный тест и затем «связывается» в пару с другим испытуемым на основе сходных результатов по тесту. Затем один из пары участников распределяется случайным образом в контрольную группу или группу с меньшим уровнем независимой переменной, а другой член пары становится участником экспериментальной группы или группы с большим уровнем независимой переменной. В таком плане предпринимается попытка контроля над хотя бы одним индивидуальным различием, которое может повлечь за собой эффект смешения. Надо сказать, что, используя дизайн связанных субъектов, исследователь получает лишь ограниченную возможность контролировать переменную, по которой участники «связаны». Измерительная процедура, применяемая исследователем, не обладает абсолютной валидностью и надежностью. В пункте, посвященном опросникам и тестам, уже шла речь о том, что делать выводы о выраженности какого-либо психологического свойства на основании одной методики очень рискованно, и психологи, занимающиеся психодиагностикой, обычно так не поступают. Соответственно, чтобы достичь высоконадежных результатов предварительного тестирования, необходимо значительно усложнить процедуру, что в условиях экспериментальных исследований зачастую невозможно. Тем не менее план связанных субъектов может быть полезен для исследователя, которому важно достичь сопоставимости условий эксперимента и при этом избежать эффекта научения, особенно в тех случаях, когда задания, предлагаемые в разных экспериментальных пробах, очень похожи.

Все обсуждавшиеся до сих пор дизайны предполагают проведение исследования на группе участников, представляющих выборку из популяции. В истории психологии, однако, есть немало примеров хороших исследований, участником которых выступал один испытуемый. Классический пример — исследования механизмов памяти X. Эббингауза, которые, как известно, автор проводил на себе самом. Дизайн экспериментов на одном испытуемом представляет собой своеобразное объединение двух весьма различных подходов к получению знания (Бреслав, 2010; Дружинин, 2002). С одной стороны, он обеспечивает выявление причинных связей, что является визитной карточкой номотетического подхода и метода эксперимента, а с другой — дает возможность фокусироваться на поведении и переживаниях отдельного человека, что сближает его с качественным подходом и дизайном исследования индивидуальных случаев. Г. М. Бреслав (2010) отмечает, что эксперименты с одним испытуемым адекватно использовать в тех случаях, когда объект изучения уникален либо когда, напротив, исследователь считает, что он имеет дело с поведением или переживанием настолько типичным, что оно обязательно будет представлено в более широкой популяции. В экспериментах с одним испытуемым трудно добиться контроля над побочными переменными, и чаще всего такие исследования представляют собой доэкспериментальные планы (Кэмпбелл, 1996).