Гипотезы с одним отношением и комбинированные

Из обсуждавшихся свойств переменных в факторном эксперименте можно сделать вывод о том, чем отличаются проверяемые в нем психологические гипотезы. Во-первых, это гипотезы с одним отношением. В этих случаях введение второй НП служит цели повышения внутренней валидности или расширения рамок обобщения основного экспериментального эффекта, рассматриваемого как ОРД первой НП. Во-вторых, это комбинированные гипотезы, в формулировках которых представлены направленные влияния каждой из НП на ЗП и возможные взаимодействия между экспериментальными факторами.

Использование групп испытуемых, отличающихся по уровню мотивации (например, группы добровольцев или, напротив, вынужденно участвующих в исследовании лиц), разного экспериментального материала (например, разные по типу или уровню трудности задачи) или варьирование других аспектов экспериментальных условий часто нацелены на расширение рамок обобщения исследуемой зависимости. Дополнительная переменная, присутствующая в экспериментальной гипотезе, популяция потенциальных испытуемых, вид экспериментальных воздействий, способы фиксации ЗП – все это потенциальные источники разработки факторных планов.

Кроме рассмотренного аспекта контроля смешений путем введения вторичной (контрольной) НП, проверка гипотез с одним отношением при факторном планировании может быть ориентирована на установление количественных зависимостей. Тогда введением второй переменной уточняют вид функциональной зависимости, общие и отличительные характеристики исследуемого каузального отношения с точки зрения других уровней рассматриваемых условий.

Экскурс 10.6

Известный закон Йеркса–Додсона, предполагающий наличие оптимума мотивации для наиболее эффективного обучения, графически обычно представляется в виде трех кривых, соответствующих трем разным степеням сложности условий различения «танцующими мышами» более светлых и более темных туннелей. Уровень мотивации рассматривается в этом бихевиоральном – по способу задания переменных и построению интерпретации – эксперименте как величина, связанная с силой электроудара, выполняющего функцию «подкрепления» при научении. Мышь научается избегать электроудара, выбирая нужный туннель. Оказалось, что для каждой степени трудности условий существовал свой показатель силы электроудара, при котором обучение происходило быстрее всего. Соответствующие гипотезы о существовании разных «минимумов» или «максимумов» эффектов переменной «мотивации» в зоне допустимых экспериментальных вариаций трудности задачи были потом апробированы во многих других областях экспериментальной деятельности людей. Здесь этот вид закономерности приводится как демонстрация простейшей из функциональных зависимостей, относимых в психологических исследованиях к количественным.

С точки зрения планирования введение второй переменной позволяет уточнить не столько вид функциональной связи, представленной как изменение показателей научения в зависимости от уровня мотивации, сколько именно сохранение вида установленного отношения при других уровнях трудности задач.

Виды взаимодействия факторов

Наиболее интересны факторные эксперименты, планируемые для проверки комбинированных гипотез. Такие гипотезы предполагают не только ОРД отдельных переменных, но и определение вида взаимодействия между экспериментальными факторами. Гипотезы, включающие предположения о взаимодействиях НП, не могут быть проверены в сумме обычных однофакторных экспериментов, выявляющих влияние каждой НП в отдельности. Таким образом, факторные эксперименты могут выявлять такого рода закономерности, которые не очевидны при последовательном планировании все новых однофакторных контрольных экспериментов.

Количество экспериментальных факторов определяет, сколько типов взаимодействий может быть установлено согласно полученным данным. Если независимых переменных две, то взаимодействие между ними называется взаимодействием первого порядка. Условно различают три вида таких взаимодействий, называемых в соответствии с их наглядной репрезентацией нулевым, пересекающимся и расходящимся.

При трех независимых переменных появляется взаимодействие второго порядка. Дополним экскурс 10.5 рассмотрением влияния со стороны еще одного экспериментального фактора – переменной «тип когнитивной ошибки». Она была задана варьированием трех типов задач как различий в проблемных ситуациях, представленных в текстах сообщений, приписываемых большинству или меньшинству. Тогда можно выделить три взаимодействия первого порядка и одно – второго, связанного с эффектом сочетания всех трех переменных.

Взаимодействия первого порядка: 1) «тип задачи» х «характер сообщения», 2) «тип задачи» х «источник сообщения», 3) «характер сообщения» х «источник сообщения». Взаимодействие второго порядка: «тип задачи» х «характер сообщения» х «источник сообщения».

Расходящееся взаимодействие можно наблюдать именно в тех случаях, когда вторая НП позволяет развести в значениях ЗП вклад со стороны основной (базисной) переменной и переменных, сопутствующих базисной. В частности, это имело место в рассмотренном эксперименте Гаффана с обезьянами (см. экскурс 10.1).

Нулевое взаимодействие предполагает, что действие второй НП оказывает одинаковое по величине влияние на ЗП при всех условиях первой НП. При графическом изображении такое взаимодействие обеспечивает равный сдвиг результатов по оси Y (значения ЗП), т.е. параллельность отрезков или кривых, каждая из которых в отдельности представляет связь между первой НП и ЗП на одном и том же уровне второй НП. Его вид представлен на рис. 10.2.

Экскурс 10.7

В компьютеризованном варианте процедуры образования искусственных понятий получена положительная корреляция между показателями среднего времени поиска спрятанной фигуры (t в методике «тест встроенных фигур», результаты по этому тесту Виткина отложены на оси абсцисс) и среднего времени попытки испытуемого в компьютеризованном эксперименте (отложено на оси ординат). Точки на таком графике – это средние показатели двух подгрупп испытуемых, которые отличались по измеренной с помощью этой методики личностной переменной «когнитивный стиль». Согласно нашим данным [25], испытуемые обдумывают свои попытки в диалоге с компьютером не случайное время, а такое, индекс которого можно поставить в соответствие времени в тесте на выявление «полезависимости–поленезависимости».

Не обсуждая проблему «причинного» понимания действия фактора «когнитивный стиль» [7, 96], назовем его первой НП. Способ задания этой переменной на самом деле является квазиэкспериментальным. В данном случае это не меняет принципа демонстрации эффектов взаимодействия.

Второй НП явилась «смена режима диалога» с компьютером. В одном условии искомое испытуемым понятие случайно выбиралось в качестве его задачи (он его должен был раскрыть в возможной последовательности попыток), а во втором – строилось компьютером в зависимости от попыток испытуемого. Предположим, что второе условие облегчало решение задачи на формирование понятия всем испытуемым равным образом (например, благодаря лучшему осознанию ими своей стратегии во 2-м из указанных режимов диалога). Тогда на графике среднее время попытки в 1-м и во 2-м режимах диалога окажется параллельным (рис. 10.2).

Предположим, что введение 2-го режима в этой компьютеризованной методике образования искусственных понятий повлияло противоположным образом на число осуществленных попыток у испытуемых двух групп. Есть основание считать, что «поленезависимые» испытуемые могли во 2-м режиме увеличить число попыток решения, в то время как «полезависимые» – уменьшить, поскольку первые как бы запутывались в своих попытках, если их направленность не совпадала с направленностью стратегии компьютера (это могло быть следствием их меньшей степени зависимости от полученных в диалоге ориентиров), а для испытуемых 2-й группы ориентировка во внутреннем плане действий облегчалась, поскольку они больше зависят от стимуляции и оказались бы более податливы управляющим правилам диалога, навязываемым компьютером. Учтем, что в условиях 1-го режима диалога «поленезависимые» испытуемые делали меньшее число шагов, чем «полезависимые». Как видно на рис. 10.3, отрезки, фиксирующие тенденции изменения ЗП, пересекаются. Помимо того, что эти данные мысленного эксперимента (реально обсуждались только полученные данные в пользу принятия первой части гипотезы – о неслучайном характере связи времени попытки и времени в тесте Виткина) позволяют продемонстрировать разные виды взаимодействий, они же могут рассматриваться в качестве повода обсуждения проблемы репрезентативности ЗП.

Рис. 10.2. Пример нулевого взаимодействия.

Рис. 10.3. Пример пересекающегося взаимодействия.

В приведенном примере такая переменная внутренних условий, как «когнитивный стиль», вряд ли может рассматриваться по аналогии с внешними стимульными воздействиями, для которых комбинации параметров устанавливаются экспериментатором. Способы корреляционного анализа данных для такого типа переменных иногда более адекватны именно потому, что подразумевают не поддающийся манипуляции характер изменений переменной. В учебниках по статистике значения ЗП в разных условиях факторного эксперимента называются разными «обработками», так как подразумевается изменение выборочных показателей в аспекте внешнего влияния, или внешнего фактора. Факторы внутренних условий могут включаться в факторные схемы (аналогичные планы рассматривались в главе 13) о квазиэкспериментах. Здесь отметим, что способы представления результатов факторного эксперимента было бы неверно рассматривать только с точки зрения формально выбранной схемы, т.е. без учета типа функционального контроля НП. План обработки данных должен соответствовать не только плану их получения, но и пониманию механизмов, лежащих в основе задания разных уровней фактора.

Планы с тремя и более НП

При проверке гипотез, включающих комплексное влияние на базисный процесс более чем двух факторов, реализация многоуровневых экспериментов становится затруднительной из-за того, что полный набор сочетаний всех условий требует более десятка условий. Например, полный план для трех НП с тремя разными уровнями дает 27 сравниваемых условий (3 х 3 х 3).

Одним из способов уменьшения размерности плана выступает латинский квадрат: при полном наборе двух варьируемых переменных уровни третьей переменной распределяются по полученным ситуациям так, что обеспечивается их присутствие по каждой паре сочетаний. Обозначим условия первой и второй переменных как Х и Y, а условия третьей переменной Z для наглядности как А, В и С. Латинским такой план назван по принятым обозначениям экспериментальных условий, включающих комбинации уровней двух переменных, обозначенных латинскими буквами. Тогда план трехфакторного эксперимента, представленный на схеме 10.2, продемонстрирует возможность сохранения 9 условий (полного плана 3х3) при введении третьего фактора.

Оценка результатов, полученных в таком факторном эксперименте, обычно предполагает использование схем дисперсионного анализа, который позволяет количественно оценить разные источники вариабельности ЗП, в том числе взаимодействия первого и второго порядков.

Схема 10.2. Планирование трехфакторного эксперимента по схеме латинского квадрата.

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.

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» х «обучение». Таким образом, обобщение зависимости между Х 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 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.

Экскурс 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: переменные «учитель» и «пол» перекрещивались бы с переменной «метод обучения». Контроль этих взаимодействий необходим, чтобы осуществлять обобщение, учитывающее преимущества того или иного метода обучения и распространяющееся на его использование учителями независимо от их пола и индивидуальных различий.

Схема 10.3. «Нестинг».

Соответствующий план исследования – «нестинг» – с таким заданием переменных, как представлено на схеме 10.3, потребует иных способов статистической обработки, чем обычный комбинаторный трехфакторный план 2х2х2. Здесь мы встречаемся с необходимой взаимосвязью решения проблем содержательного планирования эксперимента, выбора плана его проведения и способа последующей обработки данных. Учет этих тонкостей при планировании факторных психологических экспериментов необходим в связи как с ориентировкой на последующие планы обработки данных (более и менее адекватные для разных схем), так и обсуждением контроля за выводом.

Ради достижения целей адекватного обобщения проводятся такие усложнения экспериментальных схем, как «дополнительное варьирование», последовательная детализация экспериментальных воздействий и т.д.