1 定义

实验流程(experimental procedure)是指实验从参试者进入实验情境到完成全部任务并离开的执行顺序。

2 核心组成

实验流程可包含3层嵌套结构:试次(trial)、区组(block)、场次(session)。

  • 试次(trial)是实验中最小的数据收集单元,即一次完整的刺激呈现与反应记录。例如,在视觉搜索任务中,一次试次可能是“屏幕上呈现一幅搜索场景,参试者找到目标后按键反应”这一完整过程。
  • 区组(block)是一组相关试次的集合。例如,假设一个视觉搜索实验共包含200个试次,每个试次10秒钟,可以将每20个试次划分为一个区组,共10个区组,每个区组结束后安排一次休息。
  • 场次(session)是一场完整的实验,包括从参试者进入实验室到离开整个过程。一个场次通常包含多个区组,并包括指导语、练习、正式实验、休息、问卷填写、事后访谈等完整环节。在一些纵向研究中,同一个参试者可能需要参加多个场次(如每天一次,连续五天)。

总之,试次是数据的基本单位,关注刺激呈现和反应记录的精确性;区组是组织和管理试次的手段,关注疲劳控制、练习效应和条件切换;场次是参试者体验的完整单元,关注整体时长、体验和多任务的协调。

试次的时长因实验而异,例如,在经典的视觉搜索实验任务中,试次的时长可能是秒级的,而合成任务中,一个试次可能长达数十分钟。同一个实验场景也可能用不同颗粒度的试次来测量。以驾驶模拟器实验为例,研究者可以把整段20分钟驾驶定义为一个试次,也可以把每次变道定义为一个试次,也可以把每次告警响应定义为一个试次。它们产出的数据量和能做的推论都不同。切得越细,统计效力越强;而切得越粗,生态效度越高。那么如何在实验中定义试次?这需要基于研究问题来决定。

对于合成任务,每个实验条件可能只包含一个试次,试次和区组没有明显区分。对于需要重复多次测量试次的情况,研究者还需要决定试次如何组织成区组、区组内试次如何排列、区组之间如何衔接。

区组可以按两种逻辑划分。第一种是按时间或疲劳控制划分,即在试次之间插入休息时段来划分区组。例如,每30个试次为一个区组,区组间休息3-5分钟。第二种是按实验条件划分,即将某些实验条件集中在一个区组内完成,以降低跨条件切换的认知成本。例如,在一个界面设计的实验中,如果自变量是两种不同的界面布局,可以将所有界面A的试次放在一个区组,所有界面B的试次放在另一个区组,避免参试者在两种界面逻辑之间频繁切换。两种方式可以结合使用,需要根据任务性质、参试者群体和实验时长综合决定,在统计效力与疲劳控制之间保持平衡。另外,试次在区组内可以按随机化顺序排列,也可以采用抵消平衡拉丁方设计等方法。

3 典型的场次组成

一个场次的实验流程可能包含以下环节:

  1. 知情同意:参试者到达后,首先需要签署知情同意书(具体见下节)并同意参与实验。
  2. 准备工作
    1. 一些实验可能要求填写前测问卷,例如人口学信息、基线状态等。
    2. 然后,主试会提供指导语(屏幕呈现或口述等方式),确保参试者理解实验的整体流程与任务,熟悉任务所需的操作。如果实验涉及多个阶段或条件,且各阶段的规则不同,也可以在每个阶段开始前重新呈现该阶段的指导语。
    3. 如果实验涉及生理测量,还需要在此阶段完成设备佩戴与校准,确认参试者佩戴舒适并适应,以及设备工作与数据记录正常运行。
  3. 练习阶段:正式实验前通常需要设置练习阶段,目的是让参试者熟悉任务操作、理解实验要求,消除因不熟悉任务而影响绩效。对于一些标准客观的任务,还可以设置明确的通过标准,确保参试者已达到稳定的绩效水平后再进入正式实验。例如,通过测验或正确率达到某一阈值。如果参试者在练习阶段始终无法达到通过标准,主试应判断是否需要重新讲解指导语、增加练习量,或考虑终止本次实验。练习阶段的数据通常不纳入正式分析。
  4. 正式实验:是数据收集的核心阶段,由前文设计好的试次、区组和条件顺序构成。对于组内实验,整体应遵循前期试验设计的顺序安排。
    1. 休息环节可以防止疲劳累积导致绩效下降。休息频率和时长的决策应基于任务的性质和预期时长,可以根据研究者的分析与预实验来确定。例如,每连续进行15分钟的高认知负荷任务后,安排一次3-5分钟的休息。
    2. 问卷量表可以安排在每个实验条件结束后立即施测,测量该条件下的即时感受。另外,有些探针类型的测量方法(例如情境意识的SAGAT方法)可能需要在一个试次中冻结实验来测量。
  5. 任务后访谈:在所有实验任务完成后,可以对参试者进行简短访谈,作为解释实验结果、检查实验过程和发现异常数据的辅助资料。此外,如果实验采用了回顾式出声思考法,也需要在任务后开展并收集用户的汇报数据。
  6. 说明与报酬发放: 最后,一些实验由于任务要求,对参试者隐瞒了一些实验设置信息,在实验后应当告知参试者,并回答参试者的提问。如果实验涉及可能引起不适的内容(如压力任务、负面情绪诱发),主试应确认参试者的状态恢复正常。最后,为参试者发放报酬。