吳統雄
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Experiment and Quasi Experiment 1

一、實驗法的目的

知識來源於理論建構

統雄社群-研究方法系列
文獻研究法
調查法
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內容分析法
札根理論
多重研究法

統雄統計神掌系列
實驗法共變數分析
測量工具信效度分析
第1類知識
第2類知識
第3類知識
知識創新實驗
一般取用測量
信仰取用測量

理論的組成是:應變項、自變項、變項間的關係。

實驗法就是希望能夠在一個封閉的環境-實驗室-中,排除其他無關的變項,單獨觀察、測量、記錄變項間的關係,然後分析觀察資料,以考驗理論是否成立。

實驗法是探索第1類知識-物理、與第2類知識-生理時,研究方法的主流。

准實驗法定義

第3類知識-行為研究上,如果無法達到「封閉實驗室」環境要求、或受試樣本無法達到「隨機性」分派條件,則稱為「準實驗」。

西方的實證思想、實驗方法源遠流長,可以上溯至 Aristotle時代,Galileo 的滾球實驗,開創了現代的自然科學領域。西方的文明發展,在17世紀以後超越中華,也可以說是「實證思想」普及度的差別。

統雄老師的學習分享方法,強調許多實驗法:接龍實驗恐怖箱實驗公投實驗量尺實驗舞者實驗電子商務策略/網站排名實驗…-就是希望能夠激發每一個人都潛伏存在的實證精神!

二、實驗法設計與收集資料程序

各種研究方法都不脫「知識產生的程序」:

實驗方法的觀念在西方科學史上源遠流長,但當前的完整「實驗法」體系,是由Ronald Fisher 從 Design of Experiments(1935)這本書所開始建構的,包括:收集資料的實驗設計,與資料分析的統計假設、統計方法-最常用的就是變異數分析

各種研究方法都不脫「科學知識產生的程序」:1、建構理論(建立統計假設) 2、收集資料 3、分析數據(檢定統計假設) 4、辯難詮釋,主要是在「收集資料」階段的不同。

實驗設計/實驗法資料收集的特色

收集資料的工作包括:選擇對象、測量設計、與實施方式。

實驗設計這方面工作的特色為:分組比較、實驗處理、與推論控制。

分組比較:對象分配

實驗法最大的特色就是自變項一定要「分組比較」。通常最少分作2類型的組別組:實驗組、控制組。控制組又稱為對照組,用以比較實驗的效果。

譬如:作導入新藥的研究,應變項是「用藥效果」,自變項是「用藥種類」,要指定1組病人作為服用新藥的實驗組;同時,指定另1組相同病症的病人服用其他藥品作為控制組。

作導入資訊系統教學的研究,應變項是「學習成就效果」,自變項是「學習方式」,就要指定1班學生作資訊系統學習,為實驗組;同時,指定另1班學生作傳統黑板學習,即為控制組。

以上是雙變項-單因子實驗,如果是多因子實驗,則為進階的「多因子實驗」設計

實驗處理與測量

實驗組要加以「實驗處理(treatment)」,就是一套方法,以區別「自變項」的2組(或以上)受測對象,是否有不同的效果。

在導入新藥的研究中,實驗處理就是「服用新藥」,實驗組的病人吃的是真正的新藥;而控制組的病人,表面上也向他宣稱「服用新藥」,事實上吃的卻是「安慰劑」-沒有副作用的無關營養補充劑等。

作導入資訊系統教學的研究,實驗處理就是「某科目的學習內容」,2組要在同時間內學習相同教材,實驗組以資訊系統方式學習,而控制組作傳統黑板方式學習,最後接受相同的學習成就測驗。

實驗推論控制的實施方式 

 

如果能在封閉實驗室中實施:是標準實驗法。

無法達到「封閉實驗室」環境要求:就是準實驗法。

實驗的結果要能推論全體,通常必須進行以下2項控制之一:

第一、實驗控制

或稱隨機分派,即樣本的來源必須符合隨機性、樣本必須隨機抽出。

不過,不論生命研究、或行為研究,實驗法的樣本要自「公眾」隨機抽出,幾乎不可能。

所以,實務上只能縮小母群範圍為小團體,在小團體中隨機抽出。並在知識論上,謹慎推論:「在某醫院中的效果」「在某學校中的效果」「類似某小團體中的效果」。

第二、統計控制

生命研究、或行為研究的實驗效果,很可能受到其他自變項的影響。

譬如:作導入新藥的研究中,新藥效果可可能受到「肥胖程度」的影響。

作導入資訊系統教學的研究時,學生的「學習成就效果」,可能是學生原來智商就高低不同。

所以,實驗法幾乎都要考慮排除其他非實驗所要觀察的變項,稱為「統計控制」,亦即必須採用2次以上測量。在實驗處理之前,必須先對可能會產生影響的其他變項-特稱為「共變項」作「前測」,而在實驗處理後作「後測」,並依據2次測量作共變數分析

而受試樣本無法達到「隨機性」分派條件的「準實驗」,都要作排除可能共變項的統計控制。

三、實驗法的資料分析方法

實驗統計假設(兩種假設: H0, H1

資料分析時,如果是物理實驗,因為物理對象通常具備「反身性、等加性」,所以實驗樣本的結果,通常不會和母群不同。

但如果是生理、或行為實驗,對象一定不具備「反身性、等加性」,所以實驗樣本的結果,不一定會和母群相同。亦即觀察樣本的「大」不一定「全體真正大」,觀察樣本的「小」也不一定「全體真正小」。

如果研究對象符合「常態分配」,就可以使用統計方法的「假設檢定」程序,來確認樣本效果的大小,是否可以推論為母群效果的大小。

統計方法是一種「逆向思想方法」,從「無法證明『兩者相同』」,而推論「兩者相異」。當然,有時研究對象不僅「兩者」,而是「多者」。

統雄曰統雄曰

H0 Null Hypothesis, 一般譯為虛無假設。

H1 (有些書作HA) 為 Alternative Hypothesis, 一般譯為對立假設。

這樣的直譯,似乎不能達意。

Fisher當初創造這Null個詞,意指「預設『無關』」。而我們去作一個實驗,通常是希望發現「有關」。所以我建議譯為「反面假設」與「正面假設」。

所以「統計假設」一定「成對」出現:

H0: 反面假設:假設兩者相同。

H1: 正面假設:假設兩者相異。

假設統計呈現的要件,經常包括:統計參數(如平均數、變異數、百分比、相關係數…)的等式、不等式、或邏輯敘述式。

有些文獻資料上,只出現一個H,而且呈現的形式接近「理論敘述」而不是統計假設的要件,反映作者可能並不知道統計假設的專業意義,而當成一個常識名詞,這種作法不值得鼓勵。

詳細解說,請參考:統雄-統計神掌 統計學精華篇

實驗法的標準統計工具:共變項分析

實驗法幾乎必會採用共變項分析

實驗法•準實驗法學生提問

1.我的學習成就測驗前後測題目是否須一樣?

實驗法•準實驗法答:通常不一樣。前測是實驗處理前的共變項能力(如智商),後測是實驗處理(即自變項)效果。

2.如果試題理有填充題和計算題那如何用SPSS作項目分析呢?

實驗法•準實驗法答:項目分析就是「信度檢定」,試題-不論題型-都是總加量表,以SPSS內在信度分析

 

四、管理研究上的案例:Mayo的霍桑實驗

女性角色與女權變遷

在霍桑實驗中的理論定位

Mayo 在發展西方管理學的第二理論:人文主義的管理理論中,沒有討論的,或許他自己沒有察覺的,可能是:女性角色與女權變遷在霍桑實驗中的理論定位。

統雄老師的補充觀察:霍桑實驗中應存在「女權意識時代變遷*被實驗者效果」的相乘效應。

美國女性一直到1920年8月美國憲法第十九修正案(Amendment XIX)後,才擁有聯邦認可的選舉權。也就是霍桑實驗開始時,伊州女性可能才生平第一次可以選總統。

當時高等教育資源稀少,女性地位低落,一旦自覺與「哈佛大教授」「合作」,會有一種身分提高、而要努力保持的戰鬥力。

同時,後世也有研究發現,被實驗者、被觀察者,會改變正常的行為模式。一個平常就可觀察到的證據,就是:當電視鏡頭對準一個人的時候,那個人的行為就會改變了。


女性選舉權

美國是聯邦制,第十九修正案是經36個州批准而通過,但其餘各州的女性仍然沒有選舉權,尤其好幾個南方州,拖了50年。

雖然難以置信,美國最後的密西西比州女性一直到1984才有選舉權,那是民國73年!比臺灣女性實質上於1950年擁有選舉權,晚了34年!

1893年,紐西蘭是全球第一個女性擁有選舉權的國家,但原住民婦女除外。

法國可能是全球最早興起女權運動的國家,但在1944年4月,婦女才從50歲開始享有選舉權,而且是由設在阿爾及爾的戴高樂將軍臨時政府賦予的。

1917年,前蘇聯婦女獲得了名義上的選舉權。 

還有更多令人驚訝的史實:女性取得無限制性選舉權的國家和年代包括:

葡萄牙,1976年。

南非,1994年 。

瑞士,1990年!

今天,還有許多回教國家,沒有實質上、甚至名義上的女性選舉權。

中華民國在1947年憲法賦予女性無限制性選舉權,就全球歷史而言,應屬前段進步群國家。但實質上,只實施於臺灣,尚未及於大陸。 

Elton Mayo 於1924-1932 間,長期在美國伊州Cicero, Illinois西方電訊公司(Western Electric) 的霍桑工廠(Hawthorne Works),進行了如何提升生產力的實驗。

本實驗也開啟了西方管理學的第二理論:人文主義的管理理論;也是第一理論「科學主義管理」的反動。

在實驗中,他將女作業員6位分作1組,設定不同的變項與實驗處理,比較彼此生產力是否不同。

實驗最早是觀察作業環境的影響,第一個是照明的亮度。

結果他發現,作業場所的照明的亮度即使差別非常大,最暗的1組已接近伸手不見五指,對生產力也沒有影響。原來,女工自覺是參與競爭型實驗的一分子,在榮譽感的動機驅使下,即使工作條件惡劣,產出也沒有降低。

他後來再把自變項換為:中場休息、提供點心、工作時數、決策參與…等等,最後他認為影響生產力的是員工社會心理因素,所以他的發現被稱為霍桑效果(Hawthorne Effect)、人文主義的管理理論(Humanistic Management),或「人際關係管理(Human Relations Management)」理論。


霍桑實驗霍桑實驗進一步的討論,請參考:女性角色與女權變遷,在霍桑實驗中的理論定位。  
管理學理論管理學理論進一步的討論,請參考:管理學•經濟學•人類行為學。 

五、案例:資訊系統導入研究

如何設計實驗法-範例

確認研究目的:

企業導入資訊系統時,是訓練既有員工、還是聘用新員工比較好?員工的電腦知識和學習動機,是否會影響績效?

確認理論建構:

員工類型 → 績效

電腦知識 → 績效

學習動機 → 績效

確認變項的測量方法:

應變項:績效:1.使用資訊系統作業的實作成效。2.使用資訊系統作業的滿意度。

自變項:電腦知識和學習動機採用態度心理量表測量。

確認實驗程序:

對象與分組:既有員工、電腦相關科系學生、非電腦相關科系學生。

前測:電腦知識和學習動機

實驗處理:資訊系統導入後訓練,為期6個月。

後測:1.實作考試。2.使用資訊系統作業的滿意度量表。

進階:多因子實驗設計 Factorial Experiment Design 

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