Стратегії контролю побічних змінних
З визначення експерименту як методу дослідження ви вже знаєте про наявність двох основних засобів маніпулювання незалежною змінною, які визначають дві основні групи експериментальних планів — міжгрупові й інтраіндивідуальні. При міжгруповому плані обираються принаймні дві різні групи досліджуваних — експериментальна і контрольна, одній з яких пред'являється експериментальний вплив, іншій— ні (або надаються різні рівні експериментального впливу). При інтраіндивідуальному плані одній групі пред'являються всі варіанти різних експериментальних впливів.
Зрозуміло, що види побічних змінних, які можуть виникати при різних експериментальних планах, суттєво відрізняються і кожна з груп планів потребує застосування специфічних стратегій контролю побічних змінних.
Кожна із зазначених груп має як недоліки, так і переваги. Щоб продемонструвати це, наведемо емпіричне дослідження, проведене у 1966 році дослідником Грісом [86, с. 135-136]. Він продемонстрував, що можна отримати різні результати при вивченні впливу однієї й тієї самої незалежної змінної за допомогою двох різних експериментальних планів: міжгрупового та інтраіндивідуального. Він обрав обидва плани для оцінки впливу різних рівнів інтенсивності звукового сигналу (помірної і високої) на швидкість моторної реакції. Гріс запропонував одній з груп досліджуваних сигнал помірної інтенсивності, другій — високої (це була незалежна змінна). Досліджуваним кожної з груп необхідно було, згідно з умовами експерименту, натиснути на кнопку телеграфного ключа якомога швидше при появі звукового сигналу. Виявилося, що середні розбіжності між групами у латентному періоді моторної реакції статистично не відрізнялись, хоча інтенсивність сигналів була різною.
Проте коли Гріс застосував ту саму процедуру вимірювання латентного періоду сенсомоторної реакції при іншому експериментальному плані — інтраіндивідуальному, тобто коли всім досліджуваним пред'являлись як сигнали помірної інтенсивності, так і високої, він отримав статистично значущі розбіжності в швидкості реакцій. Сигнали високої інтенсивності виявились більш швидкими. Результати цих експериментів дали можливість стверджувати, що вибір експериментального плану може впливати на висновки щодо природи емпіричних законів. Отже, це є дуже відповідальним завданням експериментатора.
Вибір стратегій контролю вторинної (побічної) варіативності також залежить від типу експериментального плану, яким користується дослідник для оцінки ефекту маніпульованої (незалежної) змінної.
Так, при міжгрупових планах проведення експерименту важливим завданням дослідника є контроль передекспериментальних розбіжностей у характеристиках досліджуваних. Існує чимало спеціальних стратегій, застосування яких дає дослідникові можливість відповісти на запитання: наскільки я можу бути впевненим у тому, що досліджувані експериментальної і контрольної груп суттєво не відрізнялись за своїми індивідуальними характеристиками, що потенційно могли б стати джерелом побічних змінних?
Основна мета контролю побічних змінних при використанні інтраіндивідуальних планів (тобто планів з однією групою, всі досліджувані якої отримують різні рівні впливу незалежної змінної) сфокусована на тому, щоб забезпечити відносну незмінність групи досліджуваних під впливом попередньо отриманих експериментальних впливів. Тобто необхідні спеціальні експериментальні процедури, щоб попередити (мінімізувати) можливі "ефекти перенесення" попередніх експериментальних умов на наступні та можливий вплив часово-просторової організації експериментальних впливів різних рівнів інтенсивності. При інтраіндивідуальному плані експериментування дослідник повинен також потурбуватися про збереження так званого "наївного стану" досліджуваного, який часто змінюється під впливом попередніх серій експериментальних випробувань.
У чому полягає подібність міжгрупових та інтраіндивідуальних планів? У тому, щоб забезпечити однакові базові рівні очікуваного виконання експериментальних завдань (що фіксуються за показниками залежної змінної) до початку експерименту.
Хоча існують так звані змішані експериментальні плани, задля зручності аналізу стратегій контролю побічних змінних розглянемо специфічні стратегії контролю для різних груп експериментальних планів окремо.
4.3.1. Методи контролю при застосуванні міжгрупових експериментальних планів
Найбільш поширеним і адекватно контрольованим вважається експериментальний план, в якому одній із груп пропонується експериментальний вплив (тобто певний рівень незалежної змінної), а іншій — ні. Всі інші умови є однаковими в обох групах. Цей метод контролю називають балансуванням. Після того як експериментальна група отримала експериментальний вплив, а контрольна — ні, представників обох груп тестують, щоб визначити показник залежної змінної. На підставі розбіжностей у показниках залежної змінної між експериментальною і контрольною групами оцінюється ефект незалежної змінної.
Ще більш надійним варіантом планування експерименту, який забезпечує жорсткіший контроль можливих побічних змінних, є план для двох окремих груп з різними рівнями незалежної змінної в кожній з груп. При такому варіанті планування контрольна група також отримує певне експериментальне випробування (вплив незалежної змінної), але його інтенсивність є значно меншою, ніж інтенсивність випробування в експериментальній групі. Головна перевага підходу до планування експерименту, при якому обидві групи отримують певні рівні експериментального випробування, полягає в тому, що при цьому вірогідність впевненості в еквівалентності груп в усіх аспектах, крім рівнів незалежної змінної, значно зростає.
Обидві розглянуті вище стратегії контролю можуть бути поєднані в одному ще більш досконалому експериментальному плані з двома контрольними групами і однією експериментальною. Одна з контрольних груп отримує нульовий експериментальний вплив, друга — помірний, експериментальна група — високий. Цілком зрозуміло, що чим більш подібними є умови в експериментальній і контрольній групах, за винятком наявності в експериментальній групі впливу незалежної змінної, тим надійнішою є інтерпретація експериментальних результатів.
Порівнюючи рівні залежної змінної в експериментальній та контрольній групах, можна оцінити: (1) чи мав місце феномен експериментального ефекту (експериментальна група порівнюється з контрольною групою 2) і (2) чи справила повна відсутність експериментального випробування при нульовому рівні незалежної змінної певний побічний (небажаний) вплив на залежну змінну (контрольна група 1 порівнюється з контрольною групою 2).
Основна проблема для розглянутих трьох експериментальних планів полягає в тому, щоб встановити, чи були експериментальна і контрольна групи еквівалентними на початок експериментального дослідження (до того, як досліджуваним надавалися експериментальні випробування). Далі ми розглянемо деякі з найбільш поширених методів, які застосовуються психологами, щоб забезпечити еквівалентність експериментальної і контрольної груп перед початком дослідження.
Рандомізація як процедура забезпечення еквівалентності груп
Рандомізована вибірка була визначена у розділі 3 як вибірка, в якій забезпечена рівна вірогідність включення будь-якого члена генеральної сукупності потенційно можливих учасників. Відбираючи досліджуваних у такий спосіб, щоб кожний індивід у даній популяції мав однакову вірогідність (а) потрапити у вибірку і (б) стати учасником будь-якої з груп (експериментальної чи контрольної), ми виходимо з припущення, що, врешті-решт, усі групи будуть еквівалентними з точки зору особистісних характеристик їх учасників. Рандомізація як процедура вирівнювання груп спрацьовує найбільш ефективно, коли вибірки є численними. Якщо розміри вибірок обмежені, можуть виникати певні проблеми з використанням рандомізації як процедури вирівнювання груп. Тому повторення експериментального ефекту на малих та великих вибірках є бажаною процедурою. Як справедливо підкреслюють автори підручнику з експериментальної психології Андерсон і Борковські [68], тільки після повторення експериментального ефекту на вибірках з різною кількістю експериментальні дані можна вважати надійними.
Процедура рандомізованого відбору
Існує низка процедур, за допомогою яких можна рандомізовано відбирати досліджуваних. Більшість з них базується на таблиці випадкових чисел, яка побудована так, щоб номери можна було вибирати, рухаючись у будь-якому напрямку — горизонтальному, вертикальному, діагональному.
Наприклад, ми хочемо призначити досліджуваних рандомізовано в одну з трьох груп (експериментальна і дві контрольних, що відрізняються зі рівнями незалежної змінної). Для цього обираємо по 20 осіб у кожну з груп із загальної вибірки 60 осіб (скажімо, студентів двох академічних груп, яким привласнені номери від 1 до 60).
Починаємо продивлятися рядки п'ятизначних чисел наведеної таблиці випадкових чисел (колонка 2). У першому рядку (59491) є цифра 1, яка відповідає одному з трьох номерів груп з різними рівнями експериментального впливу. Призначаємо першого досліджуваного в групу 1 і просуваємося далі по колонці вниз. У другому рядку, що складається з цифр 33560, є потрібне нам число 3. Отже, другого досліджуваного з нашої гіпотетичної вибірки, що складає 60 осіб, призначаємо в групу 3. Наступний рядок відкидаємо, бо в ньому немає потрібних чисел (95 964), і просуваємося далі.
Третій досліджуваний буде призначений в групу 3, бо у наступному рядку цифр 82 703 є потрібне нам число 3 (і так далі). Коли ми продивимося усі 50 рядків колонки 2, призначаючи наших досліджуваних у різні групи, перейдемо до колонки 3.
У такий же спосіб можна за допомогою таблиці випадкових чисел відбирати досліджуваних у вибірку із так званих природних груп (наприклад, з академічних студентських груп).
Перевагами рандомізованого відбору досліджуваних є його простота, надійність, економність з точки зору витрат часу. Як ми побачимо далі, процедура відбору, дійсно, є найпростішою і найекономнішою з усіх інших.
Недоліками рандомізованого відбору є те, що він не є достатньо надійним для невеликих вибірок. Чим меншою є вибірка, тим більша вірогідність помилок, пов'язаних з індивідуальними характеристиками досліджуваних.
Крім того, є чимало ситуацій, які взагалі не дозволяють проводити рандомізований відбір досліджуваних. Певні проблеми виникають, якщо досліджувані, відібрані рандомізовано, відмовляються від участі в експериментах і їх заміна може порушувати еквівалентність груп.
Таблиця 1.3. ТАБЛИЦЯ ВИПАДКОВИХ ЧИСЕЛ
Створення корельованих груп як процедура їх вирівнювання
Інколи можна до початку експериментального дослідження здійснити певні вимірювальні процедури і сформувати з їх урахуванням корельовані групи. Передекспериментальне вирівнювання груп шляхом відбору корельованих пар дає можливість позбавитися випадкових розбіжностей, які частково залишаються при рандомізованому відборі вибірок.
Шляхом корельованого відбору досліджуваних можна проконтролювати можливий вплив конкретних видів особистісних характеристик.
За допомогою одного із методів вирівнювання груп такого типу можна попередньо виміряти певні особистісні характеристики кожного суб'єкта і довести їх середні значення до однакових величин в обох порівнюваних групах. Ефективність цього методу є дуже високою, бо групи вирівнюються експліцитно відносно конкретної побічної змінної, яка за таких умов вже не може вплинути на результати дослідження.
Друга процедура доекспериментального вирівнювання груп полягає в тому, щоб забезпечити можливість маніпулювання потенційною побічною змінною, щоб оцінити її вплив на результати експерименту паралельно з впливом незалежної змінної.
Розглянемо детальніше процедуру створення корельованих груп для попередження можливого впливу побічних змінних. Сутність її полягає в тому, щоб забезпечити еквівалентність експериментальної і контрольної груп за результатами одного чи більшої кількості передекспериментальних вимірювань особистісних характеристик досліджуваних. Якщо групи є ідентичними на початку експерименту, то вірогідність приписування розбіжностей у показниках залежної змінної після експериментального випробування впливу незалежної змінної суттєво зростає. Необхідно підкреслити, що процедура створення корельованих груп виявиться малоефективною, якщо передекспериментальне вимірювання потенційної побічної змінної буде проведено без чіткого обґрунтування її зв'язку із залежною змінною. Наприклад, при вивченні характеру зв'язку сенсомоторної реакції водіїв автотранспорту з їх психофізіологічним станом перед експериментом необхідно встановити індивідуальні розбіжності суб'єктів у швидкості моторних реакцій і в кожну з порівнюваних груп призначити однакову кількість досліджуваних з високою, низькою і помірною швидкістю моторних реакцій. Тільки за таких умов зміни латентного періоду сенсомоторної реакції при змінах функціонального стану досліджуваних можна буде розглядати як показник впливу цього стану на ефективність їхньої професійної діяльності.
Проте не завжди можливо і навіть бажано вирівнювати групи за показниками залежної змінної до початку експерименту. Краще вирівняти групи за показниками вимірювання певної побічної змінної, яка надійно корелює із залежною змінною, щоб не перешкодити точному оцінюванню залежної змінної.
Існує чимало ситуацій у психологічному дослідженні, коли процедура створення корельованих груп для попередження можливого впливу конкретної побічної змінної є найпростішою і найбільш доцільною процедурою вирівнювання груп.
Зазвичай існує попередня інформація щодо конкретної змінної, наявність якої до початку експерименту може ускладнити інтерпретацію ефекту незалежної змінної. Наприклад, якщо б експериментатор був зацікавлений встановити ефективність певної педагогічної процедури, спрямованої на підвищення розуміння нових слів дошкільнятами, йому необхідно подбати про те, щоб експериментальна і контрольна групи не відрізнялися за показниками рівня інтелектуального розвитку на початку експерименту. У даному конкретному випадку необхідно було б отримати показники інтелектуального розвитку дітей за тестом Біне.
Створення корельованих груп за результатами перед експериментального тестування
Передекспериментальні і постекспериментальні вимірювання можуть бути ідентичними або проводитись з еквівалентними варіантами одного й того самого тесту. Передекспериментальна перевірка пропонується як в експериментальній, так і в контрольній групах. На її підставі групи можуть бути урівнені. Метою перед експериментального тестування є максималізація можливості виявлення ефекту експериментального впливу. Фактично воно перетворюється на складову процесу вимірювання впливу незалежної змінної. Звичайно, при його застосуванні виникає проблема підвищення сенситивності досліджуваних до експериментального випробування. З цією проблемою можна впоратися шляхом збільшення кількості груп в експерименті до чотирьох. Двом групам при цьому надається однакове випробування, причому в одній з них проводиться передекспериментальне тестування, а в іншій — ні. Дві контрольні групи не отримують експериментального випробування, а передекспериментальне тестування здійснюється в одній із груп.
Порівняння двох контрольних груп, які не отримали експериментального впливу, дозволяє оцінити ефект передекспери- ментального тестування. Якщо ці групи будуть відрізнятися за показниками залежної змінної, то можна стверджувати, що передекспериментальне тестування мало певний вплив само по собі. Будь-які розбіжності у показниках залежної змінної у двох експериментальних групах, — якщо вважати, що інші умови були еквівалентні, — можуть бути використані для визначення ефекту сенситизації передекспериментальної процедури на умови випробування. Можна також порівняти показники обох експериментальних груп з показниками двох контрольних, щоб оцінити, наскільки ефективним виявилося експериментальне випробування у поєднанні з передекспериментальним тестуванням і без нього.
Проте навіть використання плану з чотирма групами не вирішує усіх проблем, пов'язаних з передекспериментальним тестуванням.
Створення корельованих груп шляхом включення побічної змінної в експериментальний план
Уявимо, що ми проводимо навчальний експеримент і ставимо завдання проконтролювати вплив інтелекту на ефективність навчання.
Припустимо також, що ми вирішили не залучати досліджуваних, які мають еквівалентні рівні інтелекту (скажімо, у межах 110-12010). Отже, оберемо декілька рівнів 10 (наприклад, 90-99; 100-109; 110-120) і будемо розглядати їх як незалежну змінну. Це дозволить нам ідентифікувати можливі варіації у рівнях залежної змінної, зумовлені не тільки впливом основної незалежної змінної, а й додаткової, включеної в умови експерименту за допомогою розглянутої вище процедури диференціації рівнів її виявлення. У цьому випадку рівень інтелекту вже не буде джерелом випадкової флуктуації показників залежної змінної, а перетвориться на чинник передбачуваної (упорядкованої) флуктуації, яку можна оцінити статистично. Це підвищить рівень надійності експериментальних результатів.
Розглянутий прийом включення вірогідної побічної змінної в експериментальний план дозволяє успішно вирішити дві проблеми: забезпечити необхідний рівень контролю в експерименті і підвищити рівень сенситивності самої експериментальної процедури.
Цей прийом рекомендують застосовувати [78], якщо дослідник зацікавлений в: 1) отриманні додаткової інформації щодо розбіжностей в ефективності експериментального впливу за наявності різних рівнів однієї побічної змінної або різних побічних змінних.
У гіпотетичному експерименті, наведеному вище, досліднику доцільно дізнатися, як впливає той чи інший метод навчання на успішність осіб з різними рівнями інтелекту.
Побічні змінні, пов'язані з ситуаційними факторами і формулюванням експериментальних завдань та інструкцій, можуть мати місце як при застосуванні міжгрупових, та і інтраіндивідуальних планів.
Для інтраіндивідуальних планів актуальними є і специфічні проблеми, засоби подолання яких розглянемо нижче.
Поняття контрбалансування
Існують джерела побічних змінних, зумовлені самим характером інтраіндивідуального експериментального підходу, який передбачає, що кожному досліджуваному необхідно дати більше ніж одне експериментальне випробування. За таких умов можуть виникати ефекти послідовності, зумовлені впливом попередніх експериментальних умов на наступні.
Зрозуміло, що найкращим засобом контролю ефектів послідовності є використання спеціальних процедур, наприклад, збільшення інтервалів між експериментальними випробуваннями. Це може бути корисним для подолання ефектів, що виникають завдяки звиканню, адаптації, оскільки ці симптоми через деякий час зникають. Проте збільшення інтервалів між випробуваннями не завжди можливе, бо досліджувані не можуть витрачати так багато часу на участь в експерименті. Тому для подолання ефекту послідовності був розроблений спеціальний методичний прийом, що отримав назву контрбалансування.
Він використовується спеціально для контролю двох видів ефекту послідовності, один з яких відомий як ефект порядку, а другий як ефект перенесення.
Контрбалансування— це спеціальний прийом, який допомагає нейтралізувати вплив порядку пред'явлення експериментальних випробувань методом позиційного вирівнювання чи ротації.
Це досягається шляхом застосування спеціальної схеми презентації різних експериментальних завдань, при якій кожний варіант (або рівень незалежної змінної) повторюється після іншого варіанту однакову кількість разів.
Це означає, що кожний досліджуваний отримує експериментальний вплив не тільки типу АБ а й БА (А і Б у даному випадку є умовними позначеннями рівнів незалежної змінної, один з яких менший за другий). Проте такий прийом не дозволяє запобігти асиметричного впливу, вплив А на Б відрізняється від впливу Б на А. Для зменшення цього ефекту пропонують пред'являти послідовність АББА одному досліджуваному, а послідовність БА- АБ — іншому.
При використанні прийому контрбалансування (чи позиційного вирівнювання) застосовуються дві схеми реалізації цього прийому контролю ефектів послідовності: суб'єктне контрбалансування і внутріитьогрупове контрбалансуваня.
У першому випадку кожному досліджуваному пред'являються різні послідовності випробувань. У другому випадку (при внутрішньогруповому контрбалансуванні) ефекти послідовності рівномірно розподіляються по всіх варіантах випробувань для групи досліджуваних у цілому.
Розглянемо на конкретному прикладі перший варіант контр балансування, при якому робиться спроба рівномірно розподілити ефекти послідовності кожному окремому досліджуваному. Ця схема контрбалансування обирається, якщо є два рівні незалежної змінної А і Б. Даний експериментальний план інколи позначають літерами АББА.
Уявимо, що контрбалансування використовується для контролю ефекту послідовності у дослідженні, в якому перевіряється гіпотеза: "Латентний період реакції на пред'явлення простого сенсорного стимулу відрізняється від періоду реакції у ситуації вибору одного з двох пред'явлених стимулів". Для її перевірки відібрана одна група досліджуваних, кожному учаснику якої пред'являється десять простих сенсорних (візуальних) стимулів і 10 (складних)— в ситуації вибору. Залежною змінною є латентний період реакції, незалежною — тип зорової стимуляції двох рівнів — простої (один сигнал) і складної (два сигнали, на появу одного з яких (зелене світло) необхідно прореагувати, натиснувши відповідну клавішу на контрольній панелі).
Ефекти порядку слідування простих і складних сигналів контролюються шляхом пред'явлення різних типів сигналів, упорядкованих у серії АББА.
Якщо в експерименті використовується три чи більше рівнів незалежної змінної, доцільно використовувати внутрішньогрупову схему контрбалансування (у її різних модифікаціях: повне, неповне, рандомізоване).
При всіх трьох модифікаціях різні рівні експериментального випробування пред'являються різним досліджуваним групи у різній послідовності. Оскільки досліджувані отримують експериментальні випробування в різних послідовностях, ефекти послідовності розподіляються рівномірно по групі в цілому. Щоб підрахувати, скільки разів три чи більше рівнів незалежної Змінної можуть з'явитися у різних комбінаціях, пропонують застосувати формулу факторіала. Наприклад, для факторіала 3 є шість варіантів комбінацій трьох рівнів, для факторіала 4 кількість комбінацій складає: 4 • 3 • 2 • 1 = 24.
Зазвичай повне контрабалансування є найбільш ефективним методом контролю ефектів послідовності, проте якщо кількість варіантів експериментальних випробувань перевищує "З", процедура контрбалансування ускладнюється і дослідники рекомендують використовувати неповне контрбалансування за методом "латинського квадрату" (balanced square [68]). Для чотирьох рівнів незалежної змінної цей квадрат має такий вигляд:
ABDC
BCAD
CDBA
DACB
При застосуванні такої схеми розмір вибірки повинен бути не меншим ніж 4x4.
Рандомізоване контрбалансування доцільно застосовувати, якщо є достатньо велика вибірка. При цьому необхідно перелічити усі можливі послідовності різних варіантів експериментальних випробувань, випадково обрати число, еквівалентне загальній кількості досліджуваних, і рандомізовано призначити одну послідовність варіантів кожному досліджуваному. Отже, якщо ми маємо чотири варіанти експериментальних випробувань (чотири рівні незалежної змінної) і, скажімо, 15 досліджуваних, ми матимемо 24 послідовності різних випробувань.
Отже, повне контрбалансування є доцільним, якщо ми маємо не більше трьох рівнів незалежної змінної. Якщо одній групі досліджуваних пропонується багато різних варіантів випробувань, доцільно застосовувати неповне або рандомізоване контрбалансування.