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Psicologia Experimental
Aula 4
Delineamento experimental básico
Prof. Dr. Caio Maximino
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Objetivos da aula● Conceituar delineamento experimental
● Analisar criticamente a relação entre as variáveis confundidas e a validade interna, e enumerar as “ameaças” à validade interna
● Descrever algumas características do delineamento experimental adequado e inadequado
● Analisar as vantagens e desvantagens dos métodos de alocação de sujeitos/participantes
● Analisar as vantagens e desvantagens da utilização de medidas repetidas
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Conceitos importantes● Tratamento é uma denominação genérica para designar qualquer
método, elemento, ou material cujo efeito desejamos medir e comparar – Equivale à variável independente
● Experimento ou ensaio é um trabalho previamente planejado, que segue determinados princípios básicos (controle, randomização, &c), no qual se faz a comparação dos efeitos dos tratamentos
● Unidade experimental é a unidade na qual o tratamento é aplicado (um indivíduo, um grupo, &c)
● Delineamento experimental é o plano utilizado para realizar o experimento; implica na maneira como os diferentes tratamentos deverão ser distribuídos nas unidades experimentais e como serão analisados os dados a serem obtidos
Delineamentoe validade
Qualidade doplanejamento
Alocação
Medidasrepetidas
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Breve história dos delineamentos experimentais
● O primeiro “ensaio clínico sistematizado” foi feito em 1747, quando James Lind, trabalhando como médico no barco HMS Salisbury, comparou diferentes remédios para escorbuto
● Charles Sanders Peirce, em Illustrations of the Logic of Science (1877-1878) e A Theory of Probable Inference (1883), delineou uma teoria sobre a inferência estatística que introduziu o conceito de alocação aleatória– Forte impacto na Psicologia e na Educação
● Wald, Chernoff, Zacks – uso de sequências de experimentos cujo delineamento depende do resultado do experimento prévio
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Qualidade doplanejamento
Alocação
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Princípios do delineamento definidos por Ronald Fisher
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Qualidade doplanejamento
Alocação
Medidasrepetidas
● The Arrangement of Field Experiments (1926) e The Design of Experiments (1935) – aplicações dos métodos estatísticos à agricultura
● Comparação: Nos campos em que não há um padrão metrológico, a comparação entre tratamentos (incluindo controle) é favorecida
● Randomização: Alocação aleatória de unidades experimentais a grupos
● Replicação estatística: Como as mensurações são sujeitas à variação e à incerteza, são repetidas; experimentos inteiros podem ser repetidos
● Blocagem: Arranjo das unidades experimentais em unidades que são similares entre si
● Ortogonalidade: Ausência de correlação entre VIs
● Utilização de experimentos fatoriais: Combinação de Vis em um único experimento
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Variáveis confundidas e validade interna
● Boa parte da pesquisa experimental em Psicologia busca examinar a efetividade de um programa ou tratamento, ou saber se uma manipulação causa um resultado/efeito
● Para que possamos estabelecer inferências causais, necessitamos de (Cook & Campbell, 1979):– Covariação – Mudanças na causa presumida devem estar relacionadas
a mudanças no efeito presumido– Precedência temporal – A causa presumida deve ocorrer antes do
efeito presumido– Ausência de explicações alternativas plausíveis – A causa presumida
deve ser a única explanação razoável para as mudanças observadas.
● Em Psicologia, entretanto, a terceira condição é a mais difícil de ser alcançada
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Alocação
Medidasrepetidas
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Variáveis confundidas e validade interna
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Qualidade doplanejamento
Alocação
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● Se os efeitos de duas variáveis independentes estão entrelaçados, não podemos determinar qual delas é responsável pelo efeito observado
● Variáveis confundidas introduzem uma explicação alternativa para o efeito observado que impede a análise causal – ou seja, reduzem a validade interna
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Minimizando as ameaças à validade interna
● A melhor forma de eliminar explicações alternativas plausíveis é um bom delineamento experimental
● Outras maneiras auxiliares de minimizar (Trochim e Land, 1982)1) Por argumento: Argumentar que uma ameaça em potencial não se
aplica à situação (inútil por si só)
2) Por mensuração ou observação: Medir ou observar outras variáveis, na ausência do tratamento, para descartá-las
3) Por análise: Realizar análises estatísticas mais complexas (p. ex., com pseudo-tratamentos, ANCOVA) para eliminar o efeito de variáveis
4) Por ação preventiva: Intervenções usadas para diminuir o efeito de atitudes que possam interferir (efeito de grupo); usar controle de qualidade; usar métodos de auditoria
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Experimentos mal-planejados ilustram ameaças à validade interna● Estudo de caso instantâneo (Campbell &
Stanley, 1966): Ausência de grupos de controle ou de comparação
● Delineamento pré-teste/Pós-teste sem grupo de comparação: Participantes submetidos a uma medida antes e depois do tratamento
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Ameaças à validade interna (Campbell & Stanley, 1963)
● História: Eventos diferentes do tratamento influenciam o resultado– Morte de celebridade por câncer de pulmão entre a primeira e a
segunda medida; efeito da interação, mas não do programa de intervenção; preço do cigarro sobe; proibição de uso; &c
● Maturação: Mudanças psicológicas que ocorrem nos participantes durante o estudo mas não estão relacionadas ao tratamento– Pessoas ficam mais preocupadas com a saúde conforme envelhecem
● Teste: A exposição a um pré-teste ou avaliações da intervenção influenciam o desempenho no pós-teste– Registrar diariamente o número de cigarros pode ser suficiente para
reduzir o hábito
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Ameaças à validade interna (Campbell & Stanley, 1963)
● Desgaste do instrumento: Os instrumentos ou condições de testagem são inconsistentes; os observadores mudam; ou o pré-teste e o pós-teste não são equivalentes, criando a ilusão de mudança– No início da tarefa, os participantes podem estar muito
motivados para registar todos os cigarros que fumam, mas na época do pós-teste podem estar cansados da tarefa
● Regressão em direção à média: Escores muito altos ou muito baixos tendem a regredir à média durante o pós-teste– Erros de mensuração durante a seleção podem selecionar
artificialmente participantes que estavam fumando muito na época, mas que normalmente não o fazem
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Experimentos mal-planejados ilustram ameaças à validade interna● Delineamento com grupo de controle não-equivalente:
Utiliza grupo de controle separado, mas os participantes/sujeitos não são equivalentes
● A diferença entre os sujeitos torna-se uma variável confundida
● Diferenças de Seleção: Existência de diferenças sistemáticas nas características dos sujeitos em diferentes tratamentos– Ex: no estudo sobre o fumo, os participantes no grupo que
passa pela intervenção podem ter sido voluntários, e o grupo controle seria composto de fumantes que não se voluntariaram
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Outras ameaças à validade interna (Campbell & Stanley, 1963)
● Mesmo com o uso de grupos de controle, algumas dificuldades podem surgir
● Atrito: Mortalidade ou desistência dos participantes– Fumantes mais pesados poderiam abandonar o
experimento, e no final somente fumantes mais leves permaneceriam, confundindo a causa
● Difusão dos tratamentos: A implementação de um tratamento influencia os sujeitos em outro tratamento
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Experimentos bem planejados
● 3 passos importantes para o bom planejamento dos experimentos:1) Definir claramente os objetivos: Registrar precisamente
o que você quer testar com o experimento
2) Definir uma estratégia: Registrar precisamente como você pode alcançar o objetivo. Magnitude e estrutura do experimento (quantos tratamentos? Quantas replicações? Qual a unidade experimental? Como os resultado serão analisados?
3) Definir os detalhes operacionais: Como o experimento será realizado na prática? Em que ordem os passos serão realizados? Os tratamentos serão randomizados? O experimento poderá ser realizado em um dia? Haverá intervalo? &c
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Características essenciais do bom delineamento experimental
(Trochim e Land, 1982)
1) Baseado em teoria: Boas estratégias de pesquisa refletem as teorias que estão investigando;
● Ex.: se a teoria prevê que um tratamento deve alterar uma medida e não outra, incluir ambas no delineamento é importante
2) Situacional: Reflete o contexto da investigação● Ex.: o estudo da rivalidade entre grupos pode ser melhorado pelo uso de grupos de comparação que não estão em
contato direto com o grupo original
3) Factível: Pode ser implementado facilmente, com planejamento adequado da sequência e intervalo entre eventos, antecipação de problemas, e adição de grupos ou medidas adicionais que corrigem explicitamente esses problemas
● Ex.: uso de medidas pré-teste para verificar efeitos sobre o atrito
4) Redundante: Flexibilidade resultante da duplicação de características essenciais
● Ex.:Replicações múltiplas de um tratamento em contextos diferentes
5) Eficiente: Equilíbrio entre redundância e a simplicidade, através da utilização de outras estratégias para eliminar ameaças à validade
● Ex: Usar testes estatísticos com pseudo-variáveis ou covariáveis
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Experimentos bem planejados
● O delineamento experimental mais simples possível tem duas variáveis, VI (tratamento) e VD
● O tratamento apresenta dois níveis: um grupo experimental e um grupo de controle– Participantes/sujeitos devem ser alocados
aleatoriamente, para reduzir o efeito de variáveis estranhas
– Grupos devem ser equivalentes
– Controle experimental sobre variáveis estranhas
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Características do controle● A forma mais simples de estabelecer grupos de controle é não
expor um grupo ao tratamento
● Controle negativo: Uso de grupos onde espera-se que o fenômeno não apareça (sem exposição ao tratamento, exposição a engodo, placebo, &c) → efeito nulo/negativo– Se o efeito do controle negativo for positivo, uma variável confundida está
em ação
● Controle positivo: Uso de grupos onde espera-se que o fenômeno apareça (“padrão-ouro”, intervenções de efeito conhecido, &c)– Se o efeito do controle positivo for negativo, há algo errado com o o
procedimento, que deve ser replicado
● Outros usos do controle: controle de qualidade, controle interno, &c
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Delineamento com pós-teste apenas
● Dois grupos equivalentes; introdução do tratamento; mensuração do efeito do tratamento sobre a VD
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Delineamento com pré-teste e pós-teste
● Aplicação de um pré-teste (mensuração de VD) antes de introduzir a manipulação experimental
● Aumenta a certeza da equivalência entre os grupos– Desnecessária com alocação aleatória quando a amostra tem tamanho adequado
● Pode ser usado para identificar valores extremos em uma amostra– Para evitar viés de seleção, somente sujeitos com valores extremos devem ser
usados, e devem ser alocados aleatoriamente entre os tratamentos
● Se há possibilidade de desgaste/atrito (abandono do experimento), usar um pré-teste permite investigar se os níveis pré-intervenção afetam o atrito
● O pré-teste pode sensibilizar os participantes em relação à medida, alterando o resultado do tratamento– Soluções: Mascaramento, delineamento de quatro grupos de Solomon
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Exercício 1 (Cozby, 2004)● Chefes da polícia militar, responsáveis por diferentes bairros
de Marabá, selecionaram dois policiais para participar de um programa destinado a reduzir preconceito, aumentando a sensibilidade em relação a diferenças raciais e étnicas entre grupos e questões da comunidade. O programa de treinamento foi realizado toda sexta-feira pela manhã durante três meses. Na primeira reunião e na última, os policiais responderam a um questionário para medir preconceito. Para avaliar a eficácia do programa, comparou-se o escore médio de preconceito na primeira reunião com o escore na última reunião, e esse escore de fato diminuiu após o programa.(a) Que tipo de delineamento é esse?
(b) Que problemas específicos surgem se concluirmos que o programa de treinamento foi responsável pela redução do preconceito?
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Delineamento de quatro grupos de Solomon
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● As comparações A e A1 avaliam a mudança dentro dos grupos; se houve mudança em A1, o efeito não se deve ao tratamento
● A comparação B avalia a qualidade da alocação aleatória e o efeito do atrito
● A comparação C avalia o efeito geral do tratamento
● As comparações D e F permitem determinar se o pré-teste influencia os resultados– Se a ≠ entre os grupos C e D difere da ≠ entre os
grupos A e B
– Se há ≠ entre os grupos A e C
● A comparação E permite determinar efeitos de história, maturação ou desgaste
● A comparação G permite determinar se o pré-teste afeta o efeito de forma independente (i.e., sem tratamento)
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Desvantagens do delineamento de quatro grupos
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● Demanda muitos recursos de tempo, espaço e equipamentos
● Multiplicação de unidades experimentais aumenta enormemente o tamanho da amostra
● A análise estatística é extremamente complexa
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Expandindo o delineamento básico● Expansão no tempo: Inclusão de observações antes (pré-teste)
ou depois do tratamento (análise da estabilidade do efeito); inclusão de tratamentos (delineamentos ABAB)
● Expansão no tratamento: Delineamentos ABAB; particionamento do tratamento em níveis
● Expansão nas observações: Incluir medidas similares (validade convergente); incluir medidas de controle negativo (validade discriminante); incluir medidas de memória do estado pré-teste
● Expansão nos grupos: Adição de grupos extras para diminuir ameaças à validade (dados normatizados, grupos de coorte, controle positivo)
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Unidades experimentais e pseudo-replicação
● A unidade experimental é a unidade na qual o tratamento é aplicado
● Cada vez que o tratamento é aplicado, obtemos uma replicação
● Nem sempre a unidade experimental é o participante; p. ex., se aplicamos uma intervenção a uma classe de alunos, esta é a unidade experimental, e não cada aluno individual– Se tratamos cada unidade da amostra como se fosse uma
unidade experimental, fazemos uma pseudo-replicação
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Tipos de pseudo-replicação (Hurlbert, 1984)
● Simples: Só existe uma unidade experimental por tratamento– Impossibilidade de separar a variabilidade causada pelo tratamento
e a variabilidade intrínseca da unidade experimental
● Temporal: As unidades experimentais diferem significativamente no momento da aplicação do tratamento
● Sacrificial: Os tratamentos foram replicados, mas ou os dados são agregados antes da análise, ou a análise trata sub-amostras como replicações
● Implícita: Caracterização de sub-amostras sem análise estatística (comparação entre distribuições)
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Alocação
● Uma vez definida a unidade experimental, ela deverá ser alocada aos diferentes tratamentos
● Existem duas formas básicas: distribuição aleatória de participantes a somente um grupo (delineamento com grupos independentes), e distribuição a mais de um grupo (delineamento com medidas repetidas).
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Delineamentos com grupos independentes
● Unidades experimentais diferentes são designadas para cada uma das condições/tratamentos
● A alocação casualizada pode ser completa ou emparelhada
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Alocação aleatória simples● Distribuição / alocação randômica
/ aleatória / casual simples, ou delineamento inteiramente casualizado
● Unidades experimentais destinadas a cada tratamento de forma inteiramente aleatória
● Leva em conta apenas os princípios de replicação e randomização
● Impede vieses sistemáticos, garante equivalência se a amostra tiver tamanho adequado
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Alocação
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● Exige que o material experimental seja semelhante e que as condições de estudo sejam completamente uniformes
● Os aspectos que devem ser considerados na semelhança entre as U.E. são aqueles que interferem nas respostas das mesmas aos tratamentos
● Geralmente é mais utilizado em experimentos nos quais as condições experimentais podem ser bastante controladas (por exemplo em laboratórios)
● Recomendado em situações onde se corre risco de perder repetições durante o experimento.
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Delineamento em blocos casualizados
● O procedimento de emparelhamento ou blocagem garante a uniformidade dos grupos e o controle experimental
● Levam em consideração os princípios de replicação, randomização e blocagem
● Quando não há certeza na homogeneidade das condições experimentais, deve-se estabelecer sub-ambientes homogêneos (blocos)
● Cada bloco inclui todos os tratamentos; dentro de cada bloco, os tratamentos são distribuídos aleatoriamente
● P. ex., um psicólogo quer comparar o efeito de uma intervenção clínica em adultos e crianças. Definiu que a intervenção seria o tratamento e a faixa de idade (adultos e crianças) os blocos
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Alocação aleatória emparelhada
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● Distribuição / alocação randômica / aleatória / casual emparelhada
● Variação do delineamento em blocos casualizados
● A variável de emparelhamento costuma ser uma característica fortemente relacionada à VD
● Primeiro mensura-se a variável de emparelhamento para cada unidade experimental; o pesquisador então emparelha valores semelhantes, e as unidades experimentais de cada par então são alocadas aleatoriamente para cada tratamento
● Aumenta a capacidade para detectar efeitos do tratamento, dado que é possível explicar as diferenças individuais nas respostas
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Exercício 2 (Cozby, 2004)
● Planeje um experimento para testar a hipótese de que salas de aula separadas por gênero favorecem a aprendizagem de matemática por adolescentes do sexo feminino.
● Defina operacionalmente as variáveis independente e dependente
● Seu experimento deve ter dois grupos e usar alocação de distribuição randômica emparelhada; justifique sua seleção da variável de emparelhamento
● Defenda sua opção por um delineamento com pós-teste apenas ou por um delineamento com pré-teste/pós-teste
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Delineamentos com medidas repetidas
● Participantes passam por repetidas mensurações da VD
● Pode ou não incluir a apresentação de mais de uma VI antes de cada VD; – Quando existe mais de um tratamento, os
delineamentos mais comuns são ABA e ABC
– Outros delineamentos: multi-elementos; linhas de base múltiplas
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Exemplo 1
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Vantagens e desvantagens● Necessita de menos participantes, dado que cada um passa por todas as
condições
● Útil quando– Se quer determinar a efetividade relativa de mais de um tratamento sobre uma
mesma VD– Dados de linha de base (pré-teste) estão ausentes ou são instáveis– Os tratamentos diferem suficientemente entre si– Os participantes conseguem discriminar entre os níveis ou tratamentos
● Desvantagens:– Ausência de controle de variáveis estranhas; efeitos são julgados um em relação ao
outro, e não em termos absolutos– Não é apropriado para analisar comportamento que é aprendido em estágios– Não é apropriado para testar efeitos de tratamentos contínuos ou com efeitos de
longo prazo (p. ex., intervenções terapêuticas)– Efeito de sequência – a ordem de apresentação dos tratamentos afeta a VD
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Tipos de efeitos de sequência
● Associados à passagem do tempo:– Efeito de prática: Melhora do desempenho
resultante da prática repetida numa tarefa, independente do efeito do tratamento
– Efeito de fadiga: Piora do desempenho resultante de cansaço, tédio ou distração
● Associados ao efeito dos tratamentos (“carryover”)– Efeito de contraste: A resposta ao segundo
tratamento é alterada por comparação com a primeira
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Contrabalanceamento: Contrabalanceamento completo
● Todas as ordens possíveis de apresentação das condições são incluídas no experimento
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Alocação
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Contrabalanceamento: Quadrados latinos
● Conjunto limitado de ordens de apresentação que garante que (1) cada tratamento apareça em cada posição possível e (2) cada tratamento preceda e siga cada tratamento uma vez
● Constrói-se uma matriz n x n, com n diferentes tratamentos de tal maneira que ocorram no máximo uma vez em cada linha ou coluna
● A ordem para a primeira linha é determinada da seguinte forma, onde U é o último tratamento:– A, B, U, U-1 , D, U-2, E...
– A, B, F, C, E, D
● A ordem para a segunda linha é determinada aumentando a letra em cada posição da primeira linha– B, C, A, D, E, F
● Após terminar todas as linhas, atribuir aleatoriamente cada um dos tratamentos a cada letra
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Contrabalanceamento:Blocos randomizados
● Quando variações do tratamento são repetidas, podem ser blocadas– Ex.: Se quero testar a memória de durações
em função da modalidade sensorial, cada modalidade pode ser um bloco
● O efeito da ordem de apresentação dos blocos deve ser controlado por randomização
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Alocação
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Manipulando o intervalo de tempo entre tratamentos
● Além de contrabalançar a ordem dos tratamentos, também é preciso escolher cuidadosamente o intervalo de tempo entre apresentações e as atividades possíveis entre tratamentos– Período de descanso pode se contrapor à
fadiga; realizar uma tarefa não-relacionada pode diminuir efeito de contraste
● A introdução de intervalos prolongados de tempo pode criar efeitos de atrito/mortalidade
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Alocação
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