Глава 10 ФАКТОРНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
10.1. Переменные и схемы в факторном эксперименте
10.1.1. Независимые и сопутствующие переменные
Если в экспериментальном плане учитываются изменения более чем одной управляемой независимой переменной, то такой эксперимент называется факторным. Для факторного эксперимента план будет включать указание условий, в которых сочетаются уровни двух или более переменных. Согласно принципу изолированных условий, функциональный контроль каждой НП происходит независимо от другой.
Вторая независимая переменная может вводиться для целей контроля изменений, связанных с тем же базисным процессом, на который влияет первая НП, или для уточнения психологических механизмов, стоящих за изменениями ЗП. Это уточнение гипотез может быть представлено также как выбор по полученным результатам одной из подразумеваемых базисных переменных, реконструируемых как центральные составляющие ЗП. Другие виды уточнения психологических гипотез на основе использования факторных схем - это контроль сопутствующих смешений и проведение многоуровневых экспериментов. ЗП в факторном эксперименте может быть одна. Если их несколько, то общая схема обработки данных обычно идентична для разных показателей и изменяется лишь в аспекте применимости к ним тех или иных статистических критериев в зависимости от типа шкал (качественные ответа типа "да - нет", измерения времени реакции, тестовые баллы и т.д.)- Факторный эксперимент не следует путать с многомерным, для которого характерны множественные изменения и НП, и ЗП.
215
Экскурс 10.1
Рассматриваемый Р. Готтсданкером эксперимент Д. Гаффана с переменной "рассечение свода" у обезьян включал введение второй НП в виде разной временной отсрочки выбора животным приманки, закрывающей ячейку со сладостями [16]. При решении одной и той же задачи "подбор по образцу" животное при разных интервалах отсрочки оказывалось в разных ситуациях: при коротком интервале (10 с) достаточно было узнать образец, а при более длительных интервалах требовались запечатление и сохранение образца. Введение переменной "интервал отсрочки" позволило автору принять решение о том, что при рассечении свода нарушенной оказывается не базисная переменная "узнавание", а базисная переменная "сохранение следов". Таким образом, на основе использования факторной схемы 2×3, где на двух уровнях представлена первая НП (наличие и отсутствие рассечения свода) и на трех уровнях - вторая переменная (время отсрочки 10, 70 и 130 с), были уточнены представления о тех психических процессах, нарушение которых связано с воздействием первого экспериментального фактора. Важно учесть, что само оперативное вмешательство включало экспериментальный фактор "рассечение свода" и фактор "травматические повреждения в результате операции", выступающий в качестве сопутствующей переменной. Воздействие второго фактора, имманентно связанного со способом задания НП, необходимо было проконтролировать, чтобы оценить правомерность конкурирующей гипотезы: именно травматические повреждения во время операции, без которых невозможно рассечение свода, определяют эффекты нарушения памяти у животных. Поэтому была создана контрольная группа обезьян, у которых свод должен был оставаться сохранным, но сами животные подвергалась аналогичному оперативному вмешательству.
С помощью этого контрольного условия обеспечивался активный уровень сопутствующей переменной "травматические повреждения в результате операции". Влияние ее теперь было представлено и в экспериментальной, и в контрольной группах, благодаря чему можно было его как бы "вычесть" из общего экспериментального эффекта.
В психологии широко известна такая форма контроля переменных, которая обеспечивает учет влияния других переменных, присутствующих при организации собственно экспериментального воздействия (как активного уровня НП), под названием "схема контроля сопутствующего смешения". В учебнике она представлена в связи с обсуждением эффектов плацебо.
216
Напомним, что введение в экспериментальную ситуацию двух или более переменных задает новый критерий сравнения экспериментальных планов; варьирование НП может быть представлено при этом как в интраиндивидуалъных, так и в межгрупповых схемах. Сколько предполагается экспериментальных условий или групп, в которых сочетаются разные уровни экспериментальных факторов, зависит от числа этих уровней. В случае полного плана, который охватывает все формально предполагаемые сочетания первой и второй переменных (и далее каждого из этих условий с уровнями третьего фактора и т.д.), это число равно произведению n×m, где п - число уровней первого фактора, т - второго. Так, для простого случая бивалентной НП полный план выглядит как произведение 2×2. План 2×3 означает, что вторая независимая переменная была представлена уже тремя уровнями; соответственно было использовано 6 различающихся по этим двум переменным экспериментальных условий.
Следует отметить, что каждый новый фактор может включать и новый способ экспериментального контроля. Например, первый фактор задан инструкциями, а второй - изменениями фактора задач; или первый фактор связан с подбором групп, отличающихся по заданному признаку, а второй - изменением условий выполнения ими экспериментальной деятельности.
Кроме полных планов, в психологии активно используются и так называемые лоскутные планы, где по каким-то обстоятельствам есть не все предполагаемые полным планом группы измерений ЗП. Иногда источником этих планов является вновь возникшая конкурирующая гипотеза, для эмпирической оценки которой исследователь добавляет новые данные для сравнения с результатами групп в ранее проведенном эксперименте. Другая причина разработки лоскутных планов - невозможность реализации полной экспериментальной схемы сравнений по экономическим соображениям или невозможность сочетания определенных условий двух НП.
Экскурс 10.2
В работе "Эффект Матфея в науке" [42] выдвинута гипотеза о том, что образовательная система в США способствует получению высшего образования и последующей научной продуктивности теми лицами" которые сравнительно рано проявили свои способности, и, напротив, препятствует последующему признанию тех, чьи способности, возможно, проявились бы позже, если бы им была предоставлена возможность получить сходное образование. Реально
217
дело обстоит так, что эти люди не получают такой же социальной поддержки и не могут потом себя проявить. Дело в том, что успехи ранних дарований в их последующей интеллектуальной деятельности обычно переоцениваются, в то время как такие же успехи более старших лиц недооцениваются.
Для проверки двух гипотез - о сходной эффективности научной деятельности лиц, принадлежащих к названным группам, и о преимуществе ранних дарований по отношению к поздним - автор вынужден обсуждать возможные схемы сравнений только в мысленном плане.
Первая переменная позволяет разделить студентов на проявивших свои способности рано и поздно. Здесь предполагается возможность подбора групп, например по возрасту. Вторая переменная звучит как "успешность последующей научной деятельности" и для тех, кто получил образование вовремя, и для тех, кто слишком поздно пришел в университет. Но сочетание предполагаемых условий для группы "более поздний возраст" х "успешная последующая научная деятельность" оказывается практически нереализуемым из-за того, что общество не способствует успешному функционированию тех, кто пришел в науку слишком поздно. Во-первых, образование в высшей школе более способствует продвижению и развитию рано созревших умов. Во-вторых, действует эффект Матфея: "имеющему да прибавится, а у неимущего да отымется", по которому успех ранних дарований признается таковым в большей степени. В результате практически отсутствует популяция, из которой можно было бы сделать выборку для названного условия (высокоуспешная последующая деятельность при позднем поступлении в высшую школу). Для русской культуры примером возможного члена такой группы был бы М. В. Ломоносов. При мысленном планировании соответствующей экспериментальной (точнее, квазиэкспериментальной) проверки гипотезы о препятствующем влиянии общества для достижения успеха поздно пришедших в науку людей именно нереальность подбора выборки испытуемых для рассмотренного сочетания условий отсекла бы часть предполагаемых экспериментальных групп из общего плана 2 × 2. В реальности можно было подобрать три группы, а не четыре, т.е. план для проведения реального эксперимента мог быть реализован только как неполный, или лоскутный.
Дж. Кэмпбелл относит лоскутные планы к квазиэкспериментальным схемам, демонстрируя их незаменимость в случаях невозможности изначального подбора эквивалентных сравниваемых групп. Он приводит, в частности, пример такого плана для исследования, выполненного с целью проверки гипотезы о влиянии командирской и летной подготовки курсантов военно-воздушной школы на установки к лидерству и изменение отношения к начальникам и подчиненным.
218
Экскурс 10.3.
Прохождение курсантами такой подготовки занимает 14 мес. По сути гипотезы должно быть осуществлено измерение установок до и после прохождения командирской подготовки. Контрольную группу теоретически должны составить курсанты, которые бы не проходили соответствующей 14-месячной подготовки. Подобрать такую группу невозможно. Во-первых, ради исследовательских целей такое "лишение" необходимого образования было бы непозволительным. Во-вторых, если бы оно и состоялось каким-то естественным образом, т.е. доставленных на авиабазу курсантов отправили бы обратно, то воздействием был бы сам факт такого нарушения ритма их жизни.
Нашли компромисс. Сравнивали две группы с разным сроком службы. Испытуемым первой группы оставалась неделя до окончания срока командирской подготовки, эта группа выступила в качестве контрольной. Экспериментальная вторая группа тестировалась дважды: через неделю после доставки на авиабазу, т.е. в начале срока, и затем после 13 мес обучения. Первое сравнение осуществлялось по одновременно измеренной ЗП в обеих группах; оно как бы соответствовало плану с двумя группами, где было и не было воздействия (в экспериментальной группе начальная неделя обучения давала исходный фон для измеряемой ЗП). Второе сравнение касалось эффекта "до-после" в экспериментальной группе; оно соответствовало намеченной линии выявления влияния срока службы на установки курсантов.
Для реализации полного факторного плана полученных данных - сравниваемых рядов ЗП - было меньше, чем необходимых четыре. Два уровня каждой НП дали бы четыре условия ("есть-нет" условие "командирская подготовка", а также разное время измерения: до и после обучения). Невозможность иметь в качестве контрольного условия сочетание лица без командирской подготовки и измерение ЗП до обучения привела к тому, что результаты обсуждались при проведении исследования по лоскутному плану - с одной отсутствующей группой.
Возникновение в качестве переменной, смешивающейся с измеряемым экспериментальным эффектом, самого факта измерения ЗП, или эффекта тестирования, - важный источник возникновения факторных планов.
Итак, введение новой НП в экспериментальную схему может служить цели включения в проверяемую гипотезу нового отношения (эффекта влияния второй переменной на тот же базисный процесс или эффекта сочетания их условий). Введение второй переменной возможно
219
также с целью разведения разных базисных процессов, актуализируемых при различных уровнях основной переменной (проявляется именно благодаря введению контроля второй переменной). Наконец, факторные схемы возникают для достижении цели контроля сопутствующего смешения основной НП с другой, имманентно связанной со способом ее задания. Это важнейшие направления возникновения факторных экспериментальных схем.
Если в психологической гипотезе предполагается влияние на ЗП двух или более экспериментальных факторов, то такая гипотеза называется комбинированной. Проверка комбинированных гипотез может рассматриваться в качестве основного преимущества факторных экспериментов (обсуждается далее в контексте представления темы взаимодействий переменных). Однако следует рассмотреть еще один аспект факторного планирования, связанный с тем, что сами экспериментальные условия (точнее, порядок их предъявления) приводят к процедурному возникновению вторых независимых переменных. Это имеет место в схемах многоуровневых экспериментов.
220
:: :: :: :: :: :: :: :: :: :: 10.1.2. Многоуровневый эксперимент как факторный
Проведение экспериментов с использованием более чем двух уровней одной и той же НП также приводит к возникновению факторных схем. Следует различать качественные и количественные НП. В понятие многоуровневого эксперимента обычно включаются два признака: 1) НП представлена более чем двумя уровнями; 2) порядок предъявления этих трех или более условий одной и той же НП контролируется специальной схемой, подразумевающей уравнивание порядковой позиции каждого уровня в общей последовательности условий. Многоуровневый эксперимент тем самым противопоставляется бивалентному. В бивалентном эксперименте, где использованы два уровня НП, экспериментальное и контрольное условия могут отличаться качественно или количественно. О количественных измерениях переменных говорят обычно в тех случаях, когда показатели удовлетворяют шкалам порядка, интервалов или отношений. Классификация уровней НП дает качественную переменную во всех случаях, когда условия изменяются по ряду параметров (и учитывается сам факт различия ситуаций) или по одному признаку, по без возможности привести доводы в пользу хотя бы порядкового характера изменений этих уровней НП.
Например, в эксперименте Дж. Аткинсона, который был описан им в 1953 г., хотя общая идея разработана еще раньше в левиновском
220
подходе к выделению стилей руководства, НП была представлена тремя условиями моделируемой переменной стиль общения с испытуемыми. Различия в "формально-попустительском", "авторитарном" и "демократическом" стилях не могут при этом рассматриваться как количественные, хотя уровней три. В главе 6 обсуждалось, что не число уровней НП определяет переход к количественному эксперименту, а возможность измерения хотя бы одной из НП как количественной.
Многоуровневый эксперимент с одной, основной, НП часто строится по факторным схемам, поскольку порядок предъявления условий НП становится в таком случае вторым экспериментальным фактором.
Приведем две из наиболее известных схем: а) полного уравнивания по схеме латинского квадрата и б) уравнивания по схеме сбалансированного латинского квадрата (схема 10.1). Обе схемы представляют собой варианты экспериментальных планов, в которых все уровни первой НП предъявляются каждому испытуемому, но вторая НП образуется благодаря распределению испытуемых в группы, каждой
225
Еще большее усложнение и одновременно экономию при планировании позволяют осуществить так называемые греко-латинские планы, в которых вводится четвертая НП. Ее условия, обозначаемые греческими буквами, проставляют в парах сочетаний с латинскими обозначениями третьей переменной.
235
:: :: :: :: :: 10.2.4. "Нестинг"
Особенности формального планирования экспериментов часто связаны со спецификой проблем в определенной предметной области, диктующей первенствующую роль тех или иных переменных и форм их контроля. Так, в социально-психологических опросах и при использовании психодиагностических средств для измерения личностных диспозиций остро стоит проблема учета факторов социальной желательности тех или иных ответов респондентов, или испытуемых. Специально анализируемая Дж. Кэмпбеллом проблема влияния самого предварительного измерения показателя на изучаемые эффекты приводит при разработке схем прикладных социально-психологических исследований к необходимости учета этих влияний в качестве самостоятельных факторов.
Показано, например, что предварительное тестирование повышало успешность экспериментального обучения чтению. Эффект вводимого экспериментального воздействия для группы, не подвергнутой сенсибилизации посредством тестирования, может быть иным или не столь сильным, как при сочетании факторов "предварительное тестирование" × "обучение". Таким образом, обобщение зависимости между X и О может быть ошибочным при переносе ее на обычные группы.
Разработка экспериментальных схем в психолого-педагогических исследованиях решает не только проблемы управления НП и контроля различного рода смешений. Проблемы внешней и внутренней валидности в таких исследованиях оказываются часто более связанными
235
между собой, чем, например, в лабораторных экспериментах. Особое внимание поэтому уделяется контролю различного рода взаимодействий: НП с составом групп, НП с фактором времени, НП и ЗП с выбранной методикой или "техникой" измерения переменной (проблема "чистоты" показателей, свободных от иррелевантных наслоений). В последнем случае при анализе эффектов "методы обучения" рекомендуется следовать правилу множественности измерений ЗП, в разной степени чувствительных к различиям в экспериментальных воздействиях и сдвигам в стоящих за ними базисных процессах.
Экскуос 10.8
В качестве примера специфики контроля факторов, которые не могут рассматриваться как комбинации унивариативных переменных в обычных факторных схемах, приведем пример, типичный для психолого-педагогических исследований. Предположим, что десять учителей применили два метода обучения, т.е. экспериментальное воздействие было представлено двумя уровнями. Классы были выбраны случайно, чтобы не произошло смешения факторов "состав класса" и "индивидуальные особенности учителя". Отметим также, что стратегия подбора учебных групп и стратегии подбора или отбора испытуемых в группы существенно отличаются: в первом случае сохраняются привычная для учеников обстановка и динамика внутригрупповых взаимодействий. С этой точки зрения стратегия подбора групп обеспечивает лучшую внешнюю (и экологическую) валидность исследования, чем стратегии индивидуального отбора или подбора в группы.
Если бы учителя применяли оба метода в разных классах, то можно было бы выявить, например, что одни учителя работают лучше других независимо от используемого метода обучения. Могло оказаться, что для одних учителей более эффективен первый метод, а для других - второй. Значит, учителей должно быть несколько, чтобы проконтролировать сочетание их индивидуальных предпочтений с используемым методом. Наконец, переменная "учитель" могла быть дифференцирована на две подгруппы - мужчины и женщины. Понятно, что комбинировать указанную переменную предпочтений с переменными "учитель" и "пол" нельзя, поскольку эти переменные являются "вложенными" друг в друга. Учитель - он и лицо определенного пола, и именно для него оказывается предпочтительным тот или иной метод. Тогда переменные "учитель" и "метод обучения" могут сочетаться в схеме нестинга, представленной на схеме 10,3. Допустим, по 5 мужчин и женщин были учителями при использовании каждого метода обучения. Тогда следовало учесть уже два вида взаимодействий;
236
Иногда под статистическими данными понимают такие, в получении которых исследователь не принимал непосредственного участия (значит, не осуществлял контроль условий и других переменных). Так, данные о дорожно-транспортных происшествиях, зафиксированные для водителей автотранспорта соответствующими органами, могут служить основанием подбора групп испытуемых, для которых измерены психологические показатели. Любые переменные, взятые из статистических отчетов, могут давать аналог фактора в сводных таблицах. Однако без актуального контроля этого фактора данные не могут выступать в качестве доводов в пользу того или иного причинного объяснения изменений психологических переменных. Какие
244
бы изощренные способы обработки данных к ним ни применялись, указания о влиянии факторов или их взаимодействий остаются при этом не более чем метафорами, не раскрывающими причинно-следственных зависимостей, поскольку к ним неприменимы условия причинного вывода.
245
:: :: :: :: :: Контрольные вопросы
- С какими целями проводятся факторные эксперименты? В чем преимущества факторных планов?
- Чем отличаются гипотезы, проверяемые на основе использования факторных планов?
- Почему многоуровневый эксперимент следует рассматривать как факторный?
- Каковы различия при использовании схем латинского квадрата в интраиндивидуальном и кросс-индивидуальном экспериментах?
- Как графически представить и аналитически подсчитать ОРД факторов и их взаимодействия?
- Как графически представить виды взаимодействия первого порядка?
- Что такое принцип изолированных условий при формальном планировании?
- Каковы особенности планов, не реализующих принцип изолированных условий? В чем особенности плана "нестинг"?
- Как может изменяться экспериментальный эффект в зависимости от выбранных показателей ЗП?
- Чем обосновывается необходимость использования факторных планов в мысленных экспериментах (на примере "эффекта Матфея" в науке)?
- В чем заключаются специальные эффекты, проясняемые в факторных схемах?
- Как выглядит "эффект экспериментатора" в факторном эксперименте Джонсона?
- Чем отличаются факторные схемы представления статистических данных от данных, полученных в факторных экспериментах?
- Отличаются ли факторные эксперименты от обычных с точки зрения возможностей обобщений?
:: :: :: :: ::
Содержание раздела