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T.D.. U.E : PSY33B. Pr. : Laurence GOURIOU. logouriou@yahoo.fr. Rappel : ... La
psychologie expérimentale utilise la méthode expérimentale pour décrire et
expliquer ... la VD exprime l'effet de la VI sur le comportement du sujet ... les
modalités n'ont qu'une visé descriptive des phénomènes sur lesquelles elles
portent.
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Cours de Psychologie
Licence 2
Semestre 3
Année 2006/2007
Méthodologie
Expérimentale
T.D.
U.E : PSY33B
Pr. : Laurence GOURIOU.
logouriou@yahoo.fr
Rappel :
La psychologie expérimentale :
La psychologie expérimentale utilise la méthode expérimentale pour décrire et expliquer des comportements.
Buts :
Etablir des lois générales et univoques du fonctionnement humain.
La méthode expérimentale :
Principes de la méthode expérimentale :
Pour quune méthode soit expérimentale il faut :
que toute source de variation soit sous contrôle
que les techniques utilisées soient explicites
que la recherche soit répétable
que les résultats soient vérifiables
Déroulement de la méthode expérimentale :
Pour démarrer une expérience, les chercheurs doivent partir soit de :
théorie ou de modèle
dobservations : est que ce quon observe peut être généralisé à une population plus importante ?
A partir de là, ils émettent un certain nombre dhypothèses quils vont essayer de valider au travers de linterprétation statistique des résultats de lexpérimentation.
Principe de la démarche expérimentale
Question de départ ( observation sur le terrain ou théorie
Quelles prédictions ? ( Élaboration des hypothèses
Quel est le moyen utilisé ? ( Expérimentation (expérience ou observation ou enquête)
Quels sont les résultats ? ( Recueil des données
Quapportent les résultats ? ( Discussion, interprétation, conclusion
Définition : une hypothèse est une explication anticipée, une affirmation provisoire qui décrit ou explique un phénomène.
3 types dhypothèses :
1/ Hypothèse générale/théorique/conceptuelle
Elle consiste à spécifier une idée sous forme de prédiction
2/ Hypothèse opérationnelle
Plusieurs étapes pour passer de lhypothèse théorique à lhypothèse opérationnelle
choisir la variable à étudier : VI
choisir le comportement à mesurer : VD
contrôler les influences étrangères : variables externes
3/ Hypothèse statistique
Elle teste lhypothèse nulle, cest-à-dire qui part du principe que la cause et leffet ne sont pas liés.
Exemple :
Le vieillissement a un effet sur la mémorisation (hypothèse générale)
(VI) (VD)
Liste de mot pour mesurer la mémorisation
VD = nombre de mots rappelés
VI = âge : - 20 ans
- 50 ans
- 80 ans
Hypothèse opérationnelle : VD doit apparaître ainsi que la VI avec toutes ses modalités.
Le nombre de mots rappelés sera différent de lâge des sujets (20, 50 et 80 ans).
Si hypothèse générale non orientée, hypothèse opérationnelle ne doit pas être orientée !!!
Groupe appareillé passent toutes les modalités
Groupe indépendant chaque groupe ne passe quune des modalités
Les variables :
Les VD :
Définition: la VD doit être un indicateur du comportement étudié
réponse du sujet
la VD exprime leffet de la VI sur le comportement du sujet
cest le comportement qui sera modifié sous leffet des différentes VI
elle est dépendante du sujet, lexpérimentateur na donc aucun pouvoir de manipulation sur cette variable
2 types de VD : le type va déterminer lutilisation des tests statistiques
- VD qualitatives : -> il ny a pas de chronologie entre les différentes modalités de réponse
Echelle nominale ex : vrai ou faux
Elles caractérisent les variables don les modalités nont quune visé descriptive des phénomènes sur lesquelles elles portent.
Donner un nom et non une valeur numérique aux phénomènes observés.
VD quantitatives : -> chronologie entre les modalités
Echelles ordinales ou échelles dintervalles
Pas de continuum entre les données Continuum
Ex : TB/B/AB/P/M Ex : âges
Ordre de grandeur
Echelle dopinion ou dattitude peuvent être représenté par des
nombres
deux intervalles prélevé renvoie toujours à la meme quantité
Une VD doit être :
observable
pertinente
mesurable (indiquer lunité de mesure)
sensible : avoir une mesure assez fine
fiable
Les VI :
Définition : la VI est une caractéristique du sujet, de son environnement ou de la tâche.
variables contrôlées et manipulé par le chercheur
But : contrôler limpact de la VI sur le comportement étudié donc sur la VD.
une VI a plusieurs modalités
Convention :
VI : lettre majuscule
ordre alphabétique (A.B.C)
initiale de la variable (T : texte / A : apprentissage) + à droite le nombre de modalité
E : erreur et S : sujet ne doivent être utilisé
Modalités : lettre minuscules correspondant à la lettre de la VI + chiffre
Ex : la mémorisation de la liste de mot selon la longueur de la liste
La longueur de la liste a-t-elle un effet sur le rappel ?
Liste de 10 et 20 mots
VD = nombre de mots rappelé
VI = longueur de la liste avec deux modalités -> L2
l1 : liste de 10 mots
l2 : liste de 20 mots
Les variables externes :
Les variables étiquettes ou invoquées :
Variable relative au sujet.
Lexpérimentateur ne peut pas les manipuler directement.
Il ne peut que les repartir en différent groupe.
Aeg, sexe, personnalité, niveau socioculturel
->groupes équivalents
Les variables provoquées ou manipulées :
Elles sont liées à la situation expérimentale.
Lexpérimentateur peut agir dessus.
Facteurs principaux : VI que lexpérimentateur veut contrôler les effets.
Facteurs secondaires : effets nous importent peu mais on doit les contrôler pour quils ne parasitent pas les résultats. Ex : taille des lettres, longueurs des mots
Trois procédures pour neutraliser les variables externes.
1/ Maintien constant
Tous les sujets doivent être soumis aux mêmes modalités de facteur secondaire.
2/ Contre-balancement et rotation
Cette technique consiste à neutraliser les effets dun facteur en combinant par rotation toutes les modalités dune VI.
Utilisée pour neutraliser les effets de rangs
Ex : une VI à 3 modalités f1, f2, f3
Si tous les sujets passent f1, f2, f3
Effet de fatigue ou dapprentissage (effet de rang)
Pour neutraliser leffet de rang il faut construire un plan dexpérience tant que f1, f2, f3 passe chacun au même rang
A cet effet de rang peut sajouter un effet dordre.
Ce sont des effets de dépendance séquentielle : le fait de voir f2 après f1 peut modifier la réponse de f2.
Pour neutraliser cet effet : nouveau contre-balancement (système de rotation)
On obtient alors 6 groupes de sujets à produire nos trois modalités de la V1 : f1, f2, f3
Ordre de présentationF1F2F3Groupe 1123Groupe 2132Groupe 3312Groupe 4213Groupe 5231Groupe 6321
Avec ce plan, les effets de rang et dordre effectuent de façon identique toutes les modalités du facteur.
On a réalisé un contre-balancement complet en créant 6 ordres de présentation possibles soit 3! (factorielle 3).
Le nombre de combinaisons correspondant à un contre-balancement complet est égal au factoriel de nombre de modalité.
technique particulièrement utile pour neutraliser les effets de rang.
Pour effectuer un contre-balancement on construit factorielle N
N= nombre de modalité du facteur.
Attention : dans certains cas quand le nombre de modalité est trop élevé, on ne peut pas effectuer de contre-balancement.
On procède par randomisation.
Ex : VI à 5 modalités
5! ( 120 ordres possibles.
Randomisation/aléatorisation :
Quand le nombre de modalités est élevé, les situations retenues sont tirées au sort dans lensemble des combinaisons possibles.
Ainsi dans une recherche où la VI a 5 modalités de contrôle des effets des ? dordre nécessite la construction des 120 ordres différents.
Il sagira de tirer au sort dans lensemble des ordres possibles ceux qui seront près aux sujets.
Tirage effectué sans remise
Ce tirage au sort est un phénomène de compensation similaire à celui dun contre-balancement.
En résumé :
Les facteurs secondaires doivent être neutralisés pour purifier au maximum la relation entre la VI et la VD.
Si le maintient constant nest pas possible, on utilise le contre-balancement sinon la randomisation.
Conclusion :
Le contrôle de la situation expérimentale est très important mais a ses limites.
On ne peut pas tout contrôler.
Le but est de contrôler les variables susceptibles de jouer en même temps et/ou contre les variables manipulées.
EXERCICES
Exercice 1 :
Hypothèse générale :
La familiarité des mots facilite leur identification.
VI VD
VD= temps de lecture (ms)
VI= F2 : familiarité des mots
f1= mots familier
f2= mots non familier
Hypothèse opérationnelle : Le temps de lecture (ms) devrait être plus rapide pour les mots familiers que pour les mots non familiers.
Hypothèse générale :
Le travail en ambiance thermique excessive est facteur de stress.
VI VD
VD : rythme cardiaque (nb batt/mn)
VI : T3 : température
t1 : température normale (17-20°)
t2 : température excessivement haute (35°)
t3 : température excessivement basse (0°)
Hypothèse opérationnelle : le rythme cardiaque (nb batt/mn) sera plus important dans un atelier à 35° et à 0° que dans un atelier ou il fait entre 17-20°.
Exercice 2 :
Pour chaque série, précisez les VI et les VD en précisant leur nature plus léchelle de mesure de la VI.
Formulez les hypothèses générales et opérationnelles.
Temps écoulé depuis lapprentissage/quantité de souvenir retenu
Hypothèse générale : Les souvenirs de lapprentissage se dégrade avec le temps.
VD VI
VD : nombre de mots correctement rappelés (échelle dintervalle)
VI : T2 : temps écoulé entre lencodage et le rappel
t1 : rappel immédiat (0s)
t2 : rappel différé (10mn)
Hypothèse opérationnelle : plus le temps passe entre la phase dapprentissage et la phase de rappel (0s, 10mn) mois le nombre de mots correctement rappelés est important.
Age/niveau de lecture/familiarité des mots
Hypothèse générale : le niveau de lecture dépend de lâge et de la familiarité des mots.
VD VD
VD : Vitesse de lecture (ms)
VI : A2 : AGE
v1 : 7ans
v2 : 10 ans
F2 : Familiarité
f1 : mots fréquents
f2 : mots non fréquents
Hypothèse opérationnelle : la vitesse de lecture devrait être fonction de lâge (7 ou 10 ans) et de la familiarité des mots (familiers et non familiers)
Quantité de tir sur cible/fatigue/nombre dannées dentraînement
Hypothèse générale : la quantité de cible atteinte diminue avec la fatigue mais augmente avec lexpérience.
VD : nombre de tirs réussis
VI : N2 nombre dannées dentraînement N3
n1 2 ans n1 débutant
n2 10 ans n2 confirmé
n3 expert
F2 niveau de fatigue
f1 course de 7km
f2 tir direct
Hypothèse opérationnelle : le nombre de tirs réussis est moins important si le sujet à couru 7 km que sil a tiré directement et plus important sil a 10 ans dexpérience que sil na que 2 ans dexpérience.
Constitution des groupes de sujets
Réalisation de lexpérience = répartition des sujets en un ou plusieurs groupes de mesures.
( Elaborer « un plan dexpérience »
Groupes appareillés :
Tous les sujets passent toutes les modalités, c'est-à-dire toutes les conditions expérimentales.
Ce sont les mêmes sujets qui sont interrogés et qui fournissent tous les groupes de mesure.
Ex : effet de la familiarité des mots sur le seuil didentification
FréquentsFréquence moyenneRaresS1XXXS2XXXS3XXXS4XXXS5XXXS6XXXS7XXXS8XXX
Plan expérimentale S(sujet) *(croix) A(modalité)
Difficultés de ce plan :
Contrôle des effets dordre et de rang
Contre-balancement/Randomisation
Longueur des séquences dexpérimentation
Avantage :
Equivalence des groupes nest pas à reporter comme lexpérimentateur fait travailler tous les sujets.
Groupes indépendants :
Une partie des sujets ne voit quune partie des conditions expérimentales
Deux ou plusieurs groupes de sujets (fonction du nombre de modalités) quon suppose équivalents.
FréquentsFréquence moyenneRaresS1 S4XS5 S8XS9 S12X
Trois groupes de sujets
G1 : mots fréquents
G2 : mots moyennement fréquents
G3 : mots rares
Plan expérimental : S semboîte dans A
Avantage :
Durée de passation pour chaque sujet est diminuée
Limites/inconvénients :
Augmentation du nombre de sujets
Equivalence des groupes
Groupe contrôle :
Ensemble de sujet affecté à une condition expérimentale dans laquelle le facteur principal nintervient pas.
Constitution dun groupe où la VI nintervient pas.
Performance obtenue par ce groupe sert de référence.
Ex : effet dun somnifère sur lattention
G1 : dose forte
G2 : dose faible
G3 : placebo
Constitution dun groupe contrôle simpose car le comportement des sujets peut évoluer sous leffet dautres variables que le traitement lui-même.
Les plans dexpérience
Généralités sur les plans dexpérience :
Méthode expérimentale : lien de causalité entre les évènements internes ou externes à lindividu et ses comportements.
Construction dun plan dexpérience : mise au point et organisation dun système de mesure afin de répondre aux questions posées avec certitude et sans ambiguïté.
Mise au point des systèmes de contrôle des conditions de passation des sujets afin de limiter linfluence des variables non prévues.
On envisagera lensemble des dispositions nécessaire permettant de :
Maximiser la probabilité de détecter des effets réels des VI sur les VD.
Minimiser la probabilité dobtenir des effets dus à des variables non contrôlées.
Choisir un plan dexpérience : construire une représentation codifiée de lorganisation logique de lexpérience qui permet la mise en valeur des variations que lon impose aux VI.
Plan dexpérience : ossature même de toute recherche.
Le plan dexpérience organise les différentes modalités de la VI et la confrontation des sujets avec ces modalités de manière à évaluer au mieux mesurer sans ambiguïté leur influence sur la performance.
Il existe plusieurs classifications des plans dexpérience
En fonction du nombre de VI
Plan simple : 1 VI
Plan complexe : plusieurs VI
Statut des groupes de mesures
VI intragroupe : groupe appareillés ( plan à mesure répété
VI intergroupe : groupe indépendant ( plan à mesure indépendant
Les plans à plusieurs VI : plans complexes
Plans les plus courants en psychologie : le comportement est rarement influencé par une seule variable
Létude des interactions doit systématiquement être envisagée.
La difficulté rencontrée quand on utilise plusieurs variables est de déterminer a ârt de chacune dans les variations observées sur la VD.
Analyser tous les effets potentiels des différentes variables.
Distinction faite entre :
Plans factoriels : tester la totalité des effets entre les VI (principaux/interactionnels)
Plans non factoriels : ne teste pas la totalité des effets.
Les plans factoriels :
Ces plans permettent détudier dans une recherche tous les effets principaux et interactionnels.
Nombre de variable en théorie est illimité mais dans la pratique on ne dépasse que rarement 5 variables, linterprétation devient trop difficile au-delà.
Plan factoriel : plan dans lequel chaque modalité dune VI est combinée avec chaque modalité des autres VI pour constituer une condition expérimentale ou un groupe expérimentale.
Le nombre des conditions expérimentales (ou de groupes) est égal au produit du nombre de modalités des VI.
Exemple : nombre de mots rappelés en fonction
familiarité des mots F3 (f1, f2, f3)
type des lettres T2 (t1, t2)
La combinaison des deux VI F3 et T2 ( 6 conditions (3*2) ou groupe expérimentaux.
Deux façons de représenter un plan factoriel
Sous forme dun arbre
A2, B3, C2 ( 12 conditions expérimentales
Sous forme dun tableau
AA1A2C B1 B2 B3 B1 B2 B3C1C2
Pour convention on met toujours la VI avec le plus de modalités le plus bas dans le tableau.
Relation de croisement :
Deux ou x variables sont croisées si chaque modalité des variables est combinée avec chaque modalité des autres variables.
Le croisement des facteurs donne un plan factoriel.
Nombre de condition expérimentale : produit du nombre de modalités de chacune des VI
Relation de croisement : signe * placé entre les initiales des facteurs.
Ex : F3*T2
Autre exemple : VD : nombre de mots rappelés
VI : familiarité F3 (f1, f2, f3) 10 sujets
F1F2F3S1XXXS2XXX||||S3XXX
S10*F3 ( VI intragroupe
( Groupes appareillés
Tous les sujets passent toutes les conditions expérimentales.
( Difficultés et avantages de ces groupes
Relation demboitement
Une VI « A » est emboîté dans une autre VI « B » si chacun des niveaux (modalités) de A est combiné avec une seule modalité de B.
Sur un ensemble de sujet, une partie dentre eux réalisera une condition expérimentale et lautre partie réalisera une deuxième condition expérimentale.
( S (S emboîté dans A)
Constitution de deux ou plusieurs groupes de sujets quon suppose équivalent
Exemple : 12 sujets VI = F3
F1F2F3S1 S4XS5 S8XS9 S12X
S4 ou S4[F3]
VI intergroupes : comparaisons entre les différents groupes.
Groupes indépendants : tous les groupes de sujets ne voit quune partie des conditions expérimentales.
Avantages et inconvénients.
Autre exemple :
VD : nombre ditems rappelés
VI : catégories ditems C2
C1 : visages
C2 : noms
Sujets = 10
Formule du plan dexpérience : S5
Tableau des résultats :
( VI intra
VI
inter
(
Si on prend lexpérience en entier.
F3 : familiarité des items (f1, f2, f3)
C2 : catégories ditems (c1, c2)
VD : nombre ditem rappelés
10 sujets
F3 C2
(VI intra (VI inter
S5*F3
Tableau des résultats :
( VI intra
VI
inter
(
VD
Rendement
à lhectare
Calcaire
Granit
Traditionnel INRA
Les plans non factoriels :
Certains plans expérimentaux ne permettent pas de teste la totalité de la décomposition canonique, c'est-à-dire lensemble des effets principaux et interactionnels
Plan en carré latin :
Il sutilise uniquement dans les expériences à 3 VI avec le même nombre de modalités chacune.
Dans ce plan, 2 des VI sont parfaitement croisées : un carré est formé.
La troisième VI est croisée avec les deux autres de façon imparfaite.
A1 A2 A3
B1 C1 C2 C3
B2 C2 C3 C1
B3 C3 C1 C2
Le nombre de conditions expérimentales est égal au nombre de modalités de lune des variables élevé au carré.
Avantage : réduction du nombre de conditions expérimentales et donc le nombre de sujets.
Limite : ce plan ne permet pas une étude précise des effets de chaque variable.
Un plan en carrée latin ne permet de tester que les effets principaux. Il ne permet pas détudier les interactions car toutes les modalités de toutes les VI nétant pas représenté, on ne peut pas dissocier les effets interactionnels des effets principaux.
Plan en carré gréco-latin :
Il repose sur les mêmes principes que le carré latin et obéit aux mêmes règles.
Les avantages et les limites sont donc identique également.
Ce plan concerne les expériences à 4 VI avec le même nombre de modalités chacune.
On construit dabord le plan en carrée latin avec les trois premières VI.
Puis la 4ème VI est introduite de sorte quà lintérieur de chaque colonne et chaque ligne on retrouve linventaire complet des modalités de cette VI.
A1 A2 A3
B1 C1D2 C2D3 C3D1
B2 C2D3 C3D1 C1D2
B3 C3D1 C1D2 C2D3
Plans à cas unique
En situation clinique ou lors de recherches en entreprise, il est difficile de réunir un nombre suffisant de sujets avec des caractéristiques équivalentes.
On ne peut donc appliquer strictement un plan dexpérience.
On a donc recours à lutilisation dun plan pré-post/test-retest avec un groupe contrôle.
Létude de cas :
Cest une méthode très riche requérant un développement de techniques nouvelles, permettant létude de phénomènes rares dont les données sont subjectives et essentiellement descriptives.
La VI et la VD sont rarement clairement décries et les variables externes rarement contrôlées.
Pour tenter de pallier ces différents problèmes, des outils méthodologiques particuliers ont été créés : le plan à cas unique.
Définition : ils cherchent à établir la relation causale existant entre une VI et des VD et ce à partir de létude dun seul sujet.
Dans certains cas, quand il y a une parfaite ressemblance, il arrive dutiliser un groupe de quelques sujets. Ce groupe est considéré comme un sujet unique.
Dans ces plans à cas unique il nexiste pas de groupe contrôle.
La démonstration de lefficacité du traitement seffectue à partir de la comparaison des réponses du sujet émises avant et après lintroduction de la VI.
Règle de base : introduction dune seule VI à la fois.
Etape importante : létablissement du niveau de base.
Cest à partir du niveau de base, c'est-à-dire de la mesure du comportement du sujet tel quil se présente sans aucune intervention que lefficacité du traitement sera évaluée.
Le niveau de base doit être déterminé de manière adéquate, les mesures se font à partir dindices comportementaux, dindices physiologiques ou dindices subjectifs.
Dans les plans à cas unique lévaluation du traitement seffectue par le biais de la comparaison des indices du niveau de base avec ceux obtenus après le traitement ou lintervention.
Les données collectées ne donnent pas toujours lieu à un traitement statistique mais plutôt à une simple représentation graphique.
Plan de base : Plan A-B
Ce plan sert de base pour la construction des autres plans à cas unique.
On mesure le comportement des sujets au niveau de base (A) puis on refait cette mesure pendant ou en fin de traitement susceptible davoir modifier le comportement (B).
NIVEAU DE BASETRAITEMENTAB
Il est intéressant deffectuer plusieurs niveaux de base A, A, A pour éviter linfluence de facteur extérieur.
Plan avec retrait de traitement :
Etablir une relation causale entre le traitement et les modifications des réponses du sujet.
Plan A-B-A :
Cette troisième étape est mise en place afin détudier leffet spécifique du traitement, on effectue donc une deuxième mesure de A après suppression du traitement.
On mesure ainsi ce qui est spécifique au traitement.
Niveau de baseTraitementNiveau de baseABA
On attend un recul des performances lors de la deuxième mesure de à par rapport à B.
Indice de performance
Représentation de la variation idéale dun
indice de performance selon le plan A-B-A
A B A
Certaines interventions expérimentales conduisent à des modifications irréversibles (thérapies, intervention chirurgicales).
Dans ce cas, un tel plan ne permettra pas de retrouver un niveau de base identique après retrait du traitement, on va donc devoir recourir à dautre plan.
Dans certains cas, il est difficile dadmettre de suspendre une action thérapeutique censée améliorer létat du patient, on opte donc pour un plan du type : A-B-A-B.
Le plan A-B-A-B permet de rétablir le bénéfice de lintervention après le retrait du traitement.
Avantage : on mesure à deux reprises lefficacité du traitement.
Quel que soit le plan avec retrait de traitement utilisé, pour des raisons déontologiques, on doit toujours terminer létude avec une phase dapplication du traitement (B).
Variantes du plan A-B-A-B :
On peut construire toute une variété de plans à partir de la répétition des mesures A-B.
Le plan A-B-A-B permettrait :
Mesurer lévolution des performances
Mesurer la stabilité de ces évolutions
Ce plan est utilisé pour étudier lefficacité des interventions de type comportemental sur différentes addictions.
Plan A-B-A-B-B-B : juger lefficacité dun produit ou dune intervention B avec différent dosage B ; B
A-B-A-B-B-B
NBTNBTTTTABABBBB
Réactivité dun patient maniaco-dépressif avec sel de lithium
Détection de la dose médicale optimale afin de stabiliser laffection (évaluation du degré dagitation)
A B A B B B B
Plan A-B-C-B-C
Envisagé quand un premier traitement (B) jugé totalement inefficace est remplacé par un second traitement (C).
NBT1T2T1T2ABCBC
Lefficacité de (C) nest plus testée par comparaison au niveau de base (A) mais par comparaison au traitement (B).
Entorse à la règle selon laquelle une seule VI est introduite à la fois mais cela est toléré car B produit des effets considérer comme nuls et on doit en tenir compte dans linterprétation des résultats.
Conclusion :
Même lorsque lon ne dispose que de peu de sujets, voire dun seul, il est tout de même possible dapprécier limpact dune VI ou dun traitement et de mettre en évidence déventuels liens causaux entre une ou plusieurs VI et VD.
Problème de généralisation :
Que donnerait la réplication de la même expérience chez dautres sujets ou dans un contexte différent ?
Un autre expérimentateur pourrait-il obtenir les mêmes résultats ?
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Travaux dirigés
Méthodologie expérimentale Année 2006/2007
