제8주 실험과 준실험

실험설계 (Experimental Design)

의의

실험은 조사대상에 대한 외부변수를 통제한 상태에서 주요 독립변수를 조작하고 이에 따른 종속변수의 변화를 관찰함으로써 자료를 모집하는 방법이다.

실험설계는 

ㄱ)제한되고 잘 정리된 개념이나 전제(proposition)의 검증

ㄴ)가설검증

ㄷ)소규모집단의 상호작용 연구에 유용하다.

예: 흑인편견을 줄일수 있는 방법?

미국역사에 흑인의 공헌도 이해 ->편견이 감소할 것이다.

이러한 영화를 상영하고 사람들의 태도변화를 관찰, 혹은 사후검사를 시행한다.

고전적 실험설계

전형적인 실험설계에 의한 조사방법은 세가지 요소를 포함한다.

첫째, 독립변수와 종속변수

둘째, 前검사와 後검사(pretesting and posttesting)

셋째, 실험집단과 통제집단

통제집단은 실험처리에 의한 영향과 실험처리기간중 외부에서 일어난 사건의 영향을 통제하는데 필요하다.

ex)통제집단의 필요성 - 1920s, 1930s. 시카고 웨스턴 electricity company - 호오손실험

Double-Blind Experiment - 피험자나 실험자가 어느그룹이 실험집단이고 통제집단인지 모르게 실험처리를 하는 것

실험대상의 선정

1) 확률표본추출

2) 무작위 추출

3) 매칭: 예를 들어 그룹의 반은 실험집단에, 나머지 반은 통제집단으로 배당

예를 들어 흑인 30세 이하 남자 8명중 4명은 실험집단에 4명은 통제집단에 배치하는 방식이다.

매칭에 대한 비판: 매칭에 합당한 변수가 어떤 변수인지 미리 알지 못한다. 실험결과를 분석하는 통계기법은 무작위 할당을 전제로 하고 있는데 이러한 매칭은 통계분석의 결과에 대한 신뢰도를 파괴한다.

전실험설계(preexperimental designs)

1) 단일사례연구(the one shot case study)

       X   O

2) 단일집단전후비교(one group pretest-posttest design)

       O1     X      O2

3) 정태적 집단비교(static group comparison)

       X      O1

     --------------

               O2

그러나 두그룹의 피험자들을 무작위로 선정하지 않은 이상 두그룹이 처음부터 같았다고 볼 수 없다.

실험에 있어서의 내적타당도(internal validity)

실험의 결과가 어느정도나 실험처리의 영향에 의한 것인지의 정도

내적타당도를 저해하는 요인

ㄱ)역사요인

ㄴ)성장요인

ㄷ)검사요인: 처음검사->다음검사. 시험에 대한 친숙도가 높아진다

ㄹ)도구요인: 측정수단이 변하는 경우. 주관식->객관식

ㅁ)통계적회귀: 아무런 실험처리가 없더라도 모든 현상은 평균으로 회귀하는 경향이 있다

ㅂ)피험자선택의 편견 : 두집단 구성원의 차이가 발생

ㅅ)피험자상실

ㅇ)causal time order: causal ambiguity

ㅈ)실험처리의 융합 또는 모방 : 실험집단이 오염되는 경우. 통제집단 피험자의 교류가 일어나는 경우

ㅊ)보상심리 - 통제집단에 대한 미안함 - 보상심리: 예: 의사

ㅋ)통제집단 피험자의 분발

ㅌ)사기저하 : 포기

외적타당도(external validity):

실험에서 얻어진 결과를 어느정도나 외부세계에 일반화 시킬 수 있을 것인지의 정도

외적타당도의 저해요인

ㄱ)실험전검사의 반응효과 :

실험전 검사가 피검자의 민감성을 증가시키거나 감소시켜 실험전 검사를 받은 사람에 대한 실험처리의 영향이 실험전 검사를 받지 않은 사람의 실험처리의 영향이나 반응이 보다 크게 나타나는 것

ㄴ)피험자선택과 실험처리에 의한 상호반응효과

ㄷ)실험적처리자체에 의한 반응효과

ㄹ)중복된 실험처리에 의한 방해: 한 집단에 계속적으로 실험처리를 할 때 그 전 처리의 효과가 남아있는 경우이다.

실험설계

통제집단전후비교(pretest-posttest control group design)

R      O1     X      O2

-------------------------

R      O3             O4

통제집단 후비교(the posttest only control group design)

R      X      O1

-----------------

R              O2

솔로몬 4집단 설계(the Solomon four group design)

G1     O1(60) X      O2(90)     d1  O2-O1 

-------------------------                              D1=d1-d2

G2     O3(60)         O4(70)     d2  O4-O3     

-------------------------                                             D=D1-D2

G3             X      O5(75)     d3  O5-[(O1+O3)/2] 

-------------------------                              D2=d3-d4

G4                     O6(65)     d4  O6-[(O1+O3)/2]

D=D1-D2=d1-d2-(d3-d4) = d1-d2-d3+d4

D1: 전검사가 있는 경우 실험처리의 영향의 크기

D2: 전검사가 없는 경우 실험처리의 영향의 크기

D1-D2: 전검사의 영향이 배제된 상태에서의 실험처리의 순수한 영향의 크기

d1=O2-O1=90-60=30

d2=O4-O3=70-60=10

d3=O5-[(O1+O3)/2]  = 75-(60+60)/2 = 15

d4=O6-[(O1+O3)/2] = 65-(60+60)/2= 5

D=d1-d2-d3+d4=30-10-15+5=10

이 솔로몬 설계는 전검사와 실험처리의 영향을 통제할 뿐 아니라 상호작용의 크기까지 밝히게 해 준다.

예:

Hard-to-get woman과 too-easy woman  중 HTGW를 남자들이 선호하는데 왜 그런가?

Elaine Walster(1973)

1)대학생들과 인터뷰

왜 HTGW가 매력적인가? - 유명, 남자들의 성취욕을 자극

심리학이론: 더 열심히 노력해서 얻은 물건에 대한 애착

2)실험

ㄱ) show movie - teenage couple - caring much vs. not caring much

    caring very much were said to be the most desirable

ㄴ) 컴퓨터데이팅 서비스

    call - 3 seconds

          accept right away

    no difference.

ㄷ)다른사람의 평가에만 반응하도록 함

ㄹ)sexual component

ㅁ) interview. not what made hard to get women desirable but advantage and disadvantage

Each man was given 5 folders of her evaluation of 5 man

 모든 사람에게 열정적이 아님

 모든 사람에게 다 열정적

 피험자를 제외한 나머지 남자에게 낮은 점수

 무응답

--> Selectively elusive woman

실험설계의 장단점

장점:

자극의 영향를 다른 영향요인과 분리하여 측정할 수 있다

실험은 대개 그 범위가 제한되어 있어 비교적 적은 시간과 비용으로 실시할 수 있다

단점:

인위적인 조작: 실험상황에서 일어났던 상황은 실제상화에서 일어나지 않을 수 있다

호오손 effect

Logistical problem

administrative control

ethical question

꽃과 벌 어느쪽이 진화해 왔는가?

꽃과 벌 이 두 개의 種은 어느쪽이 상대 種을 향해 적응하며 진화해 왔을까?

지금까지의 정설은 벌이 꽃에 적응하며 진화했다는 벌의 적응진화설이었다. 즉, 벌이 색깔을 구분하는 능력이 정확히 꽃의 색조와 일치하고 있어 이는 약 1억년전 꽃을 피우는 피자식물의 등장에 ��추어 벌이 진화해 왔다는 확실한 과학적 증거로 제시되어 왔다.

그러나 최근 미국의 과학잡지 디스커버리호에(1996.10.4경) 게재된 미국 주립대 생물학자 라스 치트카 교수의 연구는 지금까지의 정설을 뒤집어 놓고 있다. 꽃이 종족번식에 필수적인 授粉을 위해 그 색깔을 벌의 시각세포에 ��춰 진화한 것이라는 것이다.

치트카 교수가 이를 증명한 원리는 다음과 같은 간단한 것이었다.

꽃의 색이 벌의 눈에 있는 색조구분 세포를 진화시켰다면 꽃의 발생 이전에 살았던 초기의 벌은 꽃의 등장 이후와는 다른 색조구분 세포를 지니고 있었다는 사실을 증명하면 된다. 그러나 이를 증명할 벌의 화석과 같은 직접적인 증거는 아직 발견되지 않고 있다.

그러나 치트카 교수는 간접적인 접근방식을 사용하였다. 꽃의 등장 이전에 벌과 함께 존재했고 지금도 자연계에 생존하는 관련 種인 곤충과 거미 등의 절족동물, 갑각류 등의 색조구분 능력과 벌의 색조구분 능력이 차이가 있는가를 연구한 것이다.

즉 초기에 같은 조상을 가진 이들 種 사이에 차이가 있다면 벌이 꽃을 향해 진화해 간 것이지만 차이가 없다면 꽃의 출현이 벌의 진화에 별다른 영향을 못 미쳤다는 것을 의미하기 때문이다.

벌과 비교연구된 이들 종은 먹이와 서식조건이 크게 다름에도 불구하고 초록색과 하늘색등 일정한 색조에 대해 같은 반응을 보임으로써 색조구분 세포에 차이가 없는 것으로 드러났기 때문이다. 이는 꽃의 등장 훨씬 이전인 약 4억년 전부터 벌과 이들 생물에 색조를 구분하는 능력이 있었음을 말해주고 있는 것이다. 이에 따라 꽃이 종족번식에 필수적인 수분을 위해 그 색깔을 벌의 시각세포에 ��춰 진화한 것으로 추정할 수 있게 된 것이다. (문화일보,1996.10.4)

준실험 (Quasi-Experimental Design) - Natural Experiment

많은 사회과학 실험은 실험실 밖에서 이루어지고 있다.

사회적 정책결정가. 정치가들

예: 

ㄱ)폭풍 심한 피해

        심하지 않은 피해

심각한 피해를 입은 지역은 약한 피해를 입은 지역보다 더 자연피해에 주의를 기울이는가?

 - 면담 (before hurricane, after hurricane)

ㄴ) 폭격으로 인한 시민사기의 차이 (Area1 - Area2)

정태적 집단비교 

         X       O1

        -----------

                 O2

ㄷ)Alex Haley "Root" 흑인의 편견을 줄였는가?

TV를 본 그룹

TV를 보지 않은 그룹

1)time series experiment

O1 O2 O3 X O4 O5 O6

O1 O2   X  O3  O4

but history, seasonal variation

예: 환경기준의 적용, seat belt가 사망률에 미친 영향등

2)Non-equivalent control group design (유사통제집단전후비교)

        O      X      O

        ----------------

        O              O

selection and maturation bias

예: 알렉스 헤일리의 뿌리.

1977. ABC 방송국

1979 Root, the next generation

1979. Scared straight

NJ. 감옥소의 범죄예방 프로그램

25년이상 구형을 받은 죄수들의 감방을 견학하는 프로그램 (314쪽)

	Two view of Reality
	Falk's Fact	Finckenauer's Figures
program Time frame of analysis Type of sample sample size control group success rate	scared straights 3달 not representative 17 no 90%	scared straight 6달 representative 81 yes 실험집단        통제집단   59%           89%

delinquent-fulfilling prophecy

"By demeaning and belittling the young "tough-guys", the convicts may have compelled them to go out and prove they were not impressed"

3)Multiple time series

O      O      O      X      O      O      O

--------------------------------------------

O      O      O              O      O      O 

횡단분석 (Cross-sectional Study)

         41  - 50

         51  - 60

         61  - 70

         71  - 80

Cohort studies 특정한 연구대상을 시간의 흐름에 따라 연구하는 것. 동일인이 아니다.

                1990                    2000

               41-50 (1)            41-50

               51-60 (2)            51-60 (1)

               61-70 (3)            61-70 (2)

               71-80                71-80 (3)

Panel studies cohort studies 와 같으나 동일인이 관찰된다는 점. (선거기간중 같은 선거권자가 일정한 간격을 두고 관찰되는 경우)

                1990            2000

               41-50*          41-50

               51-60**        51-60*

               61-70***      61-70**

               71-80           71-80***

trend studies

                1990            2000

               41-50  <------>  41-50

               51-60  <------>  51-60

               61-70  <------>  61-70

               71-80  <------>  71-80

준실험설계의 예   체제전환이 도시공간에 미친 영향에 관한 연구 북경과 동베를린의 사례를 중심으로 / 이상준 - 국토계획:v.34, n.5(통권 104호) (1999-10)   계획경제->시장경제 체제의 변화가 도시공간구조에 어떤 영향을 미치는가? 북경    O1             X1             O2 ------------------------------ 동독    O3             X2             O4      도시공간구조:  인구의 분포: 교외화의 정도 토지이용:상업업무기능의 공간적 집적 도시교통 - 승용차제층 도시공간: 단핵구조->다핵구조