La méthode expérimentale. Année universitaire UE4 : Méthodologie Disciplinaire et PPE

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1 La méthode expérimentale Année universitaire UE4 : Méthodologie Disciplinaire et PPE

2 1 INTRODUCTION À LA PSYCHOLOGIE EXPÉRIMENTALE 1.1. La nécessité de disposer d une méthodologie 1.2. Critiques concernant l utilisation de la méthode expérimentale en psychologie Critiques morales Critiques épistémologiques 1.3. Schéma général de la méthode expérimentale : le plan de recherche.

3 Observation Hypothèse théorique Corpus théorique Hypothèse opérationnelle Discussion théorique Choix des sujets VI VD Plan d'expérience Paradigme expérimental Confrontation des résultats avec les hypothèses Déroulement de l expérience Traitement des résultats

10 1. INTRODUCTION A LA PSYCHOLOGIE EXPERIMENTALE 1.1. La nécessité de disposer d une méthodologie 1.2. Critiques concernant l utilisation de la méthode expérimentale en psychologie Critiques morales Critiques épistémologiques 1.3. Schéma général de la méthode expérimentale : le plan de recherche. 2. LES HYPOTHESES 2.1.Définition Elle prédit une relation entre au moins deux variables Non encore observée 2 faits sont en relation : quand l un est modifié, l autre le sera aussi. Relation causale 2 minimum Terme générique

11 2. Hypothèses 2.1.Définition 2.2. Caractéristiques d une hypothèse Etre synthétique Présentation sous forme booléenne George Boole ( ) est un logicien, mathématicien et philosophe britannique. Algèbre de Boole : algèbre binaire n'acceptant que deux valeurs numériques : 0 et 1 SI (la situation change) ALORS (le comportement change aussi) SI (décomptage) ALORS (moins bon rappel)

12 Etre testable 1 élément = 400 ms 2 éléments = 450 ms 3 éléments = 500 ms Chaque élément en plus = 50 ms Le temps nécessaire pour retrouver une information en MCT = 50 ms Etre réfutable Validation probabiliste : calcul statistique du risque d erreur : α (alpha) Etre utile

13 2. LES HYPOTHESES 2.1.Définition 2.2. Caractéristiques d une hypothèse 2.3. L origine des hypothèses Induction déduction BROADBENT Loi/théories/modèles Théorie 1 Expliquant un certain nombre de faits XXX Partie inductive Vérification expérimentale Partie déductive Faits nouveaux expliqués par la théorie 1 Méthode hypothético déductive XXX XX XX Faits nouveaux inexpliqués par la théorie 1 Théorie 2 englobant la théorie 1 + une modification induite pour rendre compte des faits nouveaux

14 2. LES HYPOTHESES 2.1.Définition 2.2. Caractéristiques d une hypothèse 2.3. L origine des hypothèses 2.4. Hypothèses théoriques et opérationnelles Hypothèse théorique Hypothèse opérationnelle Hypothèse statistique Le vieillissement occasionne une diminution des capacités intellectuelles Variable indépendante : jeunes/âgés => 20 ans ; 70 ans Variable dépendante : mémoire => rappel d une liste de mots : nombre de mots rappelés Paradigme expérimental Dans une épreuve de rappel libre d une liste de 40 mots, le nombre de mots rappelés par un groupe de participants âgés de 20 ans sera supérieur à celui d un groupe âgés de 70 VD ans. Relation VI/VD VI

15 Hypothèse statistique = équation mathématique L hypothèse formule une relation hypothétique : on pense que quelque chose est vrai MAIS cette relation peut être : Soit vraie Soit fausse Hypothèse alternative : H1 Hypothèse nulle : H0 H0 : le nombre moyen de mots rappelés par le groupe de 20 ans = celui du groupe 70 ans H1 : le nombre moyen de mots rappelés par le groupe de 20 ans > celui du groupe 70 ans H1 : moyenne 20 ans moyenne 70 ans > 0 comment vérifier cette équation? H0 : moyenne 20 ans moyenne 70 ans = 0 vérifiable! Validation probabiliste (cf. point du cours) : statistiques inférentielles

16 Avant la réalisation de l expérience, on doit se représenter une configuration possible des résultats attendus Si le vieillissement occasionne une diminution des capacités mnésiques alors les participants âgés rappelleront moins de mots, en moyenne, que les participants plus jeunes. 70 ans 20 ans 70 ans 20 ans 70 ans 20 ans

17 3. LES VARIABLES 3.1. Les différents types de variables Variable = une dimension extraite de l environnement qui peut prendre plusieurs états ou valeurs différentes. Terme très général Variables Indépendantes du participant Des contingences Manipulées par l expérimentateur afin d étudier leur influence sur le comportement. 3 types : individuelles, environnemental, situationnelles 2 statuts : invoqué vs provoqué 2 niveau minimum : ce qui permet une comparaison

18 Chaque modalité de la variable permettra de créer une situation expérimentale Exemple : type d apprentissage Massé => pas de pause Distribué => pauses entre les séances Première situation Deuxième situation APPRENTISSAGE Massé Distribué Groupe de mesure 1 Groupe de mesure 2 Les différentes modalités d une VI doivent être homogènes, sinon, il deviendra impossible de réaliser des comparaisons!

19 illustration Effet des conditions de travail sur le comportement. On étudie 4 situations (conditions) de travail différentes : Sans bruit ; bon éclairage Bruité bon éclairage Sans bruit mauvais éclairage Bruité et mauvais éclairage GM1 GM2 GM3 GM4 1 groupe de mesures On propose la VI suivante : Condition de travail : (b+e+, b e+, b+e, b e ) 1 variable 4 modalités 12/01/11 19

20 Sans bruit ; bon éclairage Bruité bon éclairage Sans bruit mauvais éclairage Bruité et mauvais éclairage GM1 GM2 GM3 GM GM GM sans bruit & bon éclairage avec bruit & bon éclairage sans bruit & mauvais éclairage avec bruit & mauvais éclairage Impossible de comparer GM1 et GM4 car 2 manipulations en même temps : sans bruit => avec bruit bon éclairage => mauvais éclairage Quelle dimension a le plus d effet? Impossible de répondre!

21 Sans bruit ; bon éclairage Bruité bon éclairage Sans bruit mauvais éclairage Bruité et mauvais éclairage GM1 GM2 GM3 GM4 Eclairage Bruit avec sans bon GM1 GM2 mauvais GM3 GM4 Respecte la règle d homogénéité des variables et permet de distinguer séparément l effet du bruit et l effet de l éclairage et l effet conjoint Eclairage E : (bon, mauvais) Bruit B : (avec, sans ) 2 variables 12/01/11 21

22 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes Les variables dépendantes du participant des situations La variable dépendante est la mesure de la réponse du sujet, de son comportement. Si l hypothèse expérimentale est correcte, alors les changements de modalité de la VI vont entraîner un changement sur la VD. La VD doit être une mesure précise du comportement étudié dans l expérience. Certains comportements ne sont pas directement observables Échelle utilisée doit être adaptée au comportement étudié

23 On observe des biais associé à la finesse de l échelle de mesure : échelles Si l échelle n est pas adaptée, on risque 2 types d erreurs différentes mais qui rendent toutes conclusions impossibles : 23

24 Biais associé au pouvoir discriminant de l échelle de mesure Effet de plafond Effet de plancher

25 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes Les variables dépendantes Les modifications apportées à la VD lors de l analyse des résultats. On distingue : la VD brute : ce qui est directement recueilli dans l expérience (la réponse du sujet) la VD observée : ce qui est directement mesuré dans l expérience la VD transformée : modification des mesures pour l analyse des résultats réponses du participant 1 (en ms) essai essai essai essai essai essai essai essai essai essai Les réponses = VD brute Groupe de mesures 1 2 sjt 1 sjt 4 sjt 2 sjt 5 sjt 3 sjt 6 moyenne GM1 moyenne GM2 Ce qui est mesuré dans l expérience = VD observée

26 On dit que la VD est transformée lorsque la mesure est modifiée pour l analyse des résultats. Illustration : 2 groupes d enfants (8 ans, 16 ans) devant rappeler une liste de 10 mots AGE 8 ans 16 ans Nb mots rappelés Nb mots rappelés 8 ans 16 ans Effet plafond L épreuve est trop facile pour les enfants de 16 ans.

27 On dit que la VD est transformée lorsque la mesure est modifiée pour l analyse des résultats. On propose une liste de 10 mots pour les enfants de 8 ans et de 20 mots pour les enfants de 16 ans AGE 8 ans 16 ans Nb mots rappelés Nb mots rappelés 10 7 mots rappelés sur mots rappelés mais sur une liste de 20! ans 16 ans Transformation de la VD : pourcentage de mots rappelés. AGE 8 ans 16 ans % mots rappelés % mots rappelés 8 ans 16 ans % mots rappelés = Nombre de mots rappelés Nombre de mots de la liste X 100 = VD transformée

28 Illustration : reconnaissance de mots Cas de combinaison de VD Étape 1 : présentation d une liste de mots Banane Table Cerise Fourchette Étape 2 : Reconnaitre ces mots Banane : oui Singe : non Chaise : non Table : oui Fruits : non Cerise : oui Ancien mot Nouveau mot Nouveau mot Ancien mot Nouveau mot Ancien mot AC et RC = bonnes réponses O et FA = erreurs Mais, suivant la situation, ces erreurs n ont pas le même statut!

29 décision OUI réalité NON OUI AC FA NON O RC AC = acceptation correcte FA = fausse alarme O = omission RC = rejet correct proviseur La prudence est ici représentée par 2 comportements totalement différents Théorie de la détection du signal (TDS) : permet de modéliser les processus de prise de décision.

30 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites Variable non directement testée dans l'expérience et qui peut avoir une action sur le comportement observé : soit de façon directe, soit interaction avec les variables manipulées (les VI). Si les modalités de la VI changent ( si les situations expérimentales changent) ALORS Le comportement change aussi Variable? parasite

31 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites 3.2.Opérationnalisation des variables 1er niveau: Opérationnalisation de la situation expérimentale 2ème niveau: Opérationnalisation de la mesure 3ème niveau: Opérationnalisation de l inférence théorique. Un exemple de deux opérationnalisations différentes d un même facteur : l anxiété. Certains chercheurs ont formulé l hypothèse selon laquelle un sujet anxieux aura tendance à éviter la solitude. Opérationnalisation de l anxiété et mesure de la tendance à éviter la solitude Situation de soumission à une autorité Situation plutôt humiliante Anxiété Forte Faible Envie d'être en groupe Ici on cherche à éviter la solitude Anxiété Forte Faible envie de rester seul Ici on cherche la solitude

32 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites 3.2.Opérationnalisation des variables 1er niveau: Opérationnalisation de la situation expérimentale 2ème niveau: Opérationnalisation de la mesure 3ème niveau: Opérationnalisation de l inférence théorique La validité d une recherche degré de confiance que l on peut accorder aux conclusions d une expérience Validité opérationnelle obtenir des définitions stables des différentes variables La validité des VI Stabilité inter expérimentateur Stabilité test retest Stabilité inter items

33 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites 3.2.Opérationnalisation des variables 1er niveau: Opérationnalisation de la situation expérimentale 2ème niveau: Opérationnalisation de la mesure 3ème niveau: Opérationnalisation de l inférence théorique La validité d une recherche Validité opérationnelle La validité des VI Stabilité inter expérimentateur Stabilité test retest Stabilité inter items Validité interne Validité externe Validité expérimentale

34 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites 3.2.Opérationnalisation des variables 3.3. La validité d une recherche Validité opérationnelle Validité expérimentale 3.4. L effet d une VI sur la VD Cas général (mais rare en psycho) : 1 seule VI L effet d une VI = transcription en termes mathématiques de l influence qu elle exerce sur la VD.

35 Représentation : temps de réaction (ms) % de mots rappelés Durée de présentation des mots (en ms) 0 Garçons Sexe filles Orientation des effets (positif, négatif) et lien avec les hypothèses H1 : moyenne 20 ans moyenne 70 ans > 0 : effet orienté H1 : moyenne 20 ans moyenne 70 ans 0: effet non orienté

36 Grandeur de l effet, notabilité : Effet de 20 ms Effet de 10 ms

37 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables Les variables indépendantes VD Les variables parasites 3.2.Opérationnalisation des variables 3.3. La validité d une recherche Validité opérationnelle Validité expérimentale 3.4. L effet d une VI sur la VD Cas général (mais rare en psycho) : 1 seule VI Cas de plusieurs VI Effet principal d une VI C est la relation d une VI avec la VD mais représentée indépendamment des autres VI Effet simple d une VI Il s agit de la liaison entre une VI et une VD, mais pour une modalité particulière d une autre VI.

38 2 VI : Milieu social (favorisé, défavorisé) Méthode d apprentissage de la lecture (moderne, traditionnelle) On obtient donc un plan d expérience avec 4 situations expérimentales et donc, avec 4 groupes de mesures : favorisé défavorisé moderne GM1 GM2 traditionnelle GM3 GM4 1 VD : Mesure du QI Résultats de l expérience favorisé défavorisé moderne traditionnelle Effet principal = effet d une VI mesuré indépendamment des autres On a donc 2 effets principaux dans cette expérience : effet principal de la VI : Milieu social effet principal de la VI : Méthode d apprentissage de la lecture

39 Tableau d origine : favorisé défavorisé moderne traditionnelle = 103 effet principal de la variable Milieu social QI moyen favorisé défavorisé effet = 114

40 effet principal de la variable Méthode d apprentissage QI moyen moderne traditionnelle effet Tableau d origine : favorisé défavorisé moderne traditionnelle = 112 = 105

41 115 Effet principal du Milieu 115 Effet principal de la Méthode Favorisé Défavorisé 100 moderne Traditionnelle Effets conjoints des 2 VI : effets simples favorisé défavorisé moderne effet simple du milieu pour la méthode moderne traditionnelle effet simple du milieu pour la méthode traditionnelle 125 Effet simple du «milieu» Pour la méthode «traditionnelle» soit 6 points de QI QI Effet simple du «milieu» Pour la méthode «moderne» soit 16 points de QI 90 favorisé Milieu défavorisé moderne traditionnelle

42 favorisé défavorisé moderne effet simple du milieu pour la méthode moderne traditionnelle effet simple du milieu pour la méthode traditionnelle L écart entre les milieux favorisés et défavorisés augmente avec une méthode moderne. Si les effets simples d une VI sont différents, alors y a une interaction entre les variables (effet simple du milieu) moderne (effet simple du milieu) traditionnelle QI moderne traditionnelle favorisé Milieu défavorisé On observe que les pentes forment des droites qui ne sont pas parallèles ce qui est le Signe qu il y a une interaction entre la VI Milieu social et la VI Méthode d apprentissage

43 Autre exemple à partir d une modification des données d origine : favorisé défavorisé moderne traditionnelle moyenne effet simple du milieu pour la méthode moderne 6 effet simple du milieu pour la méthode traditionnelle Effet = 6 Effet = 6 QI moderne traditionnelle 90 favorisé Milieu défavorisé Les effets simples sont identiques : on parle d effet additif ou d additivité

44 20 15 VD a b 1 2 VD a b 1 2 facteur A VD VD a b 0 a b facteur A facteur A VD a b VD a b c 1 2 facteur A facteur A

45 4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage population parente échantillon 1 échantillon 2

46 Groupes à mesures répétées population parente Kevin Dylan Madison Cunégonde Brandon Jenyfer Situations A B Kevin > Kevin Dylan > Dylan Madison > Madison Cunégonde > Cunégonde Brandon > Brandon Jenyfer > Jenyfer Groupes de mesures indépendants Situations A B Kevin Cunégonde Dylan Brandon Madison Jenyfer

47 Effet principal Effets des VI = effets systématiques Effets simples Influence des variables parasites = effets aléatoires Effet observé = effets systématiques + effets aléatoires

48 3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables 3.2.Opérationnalisation des variables 3.3. La validité d une recherche 3.4. L effet d une VI sur la VD 4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants Répartition aléatoire Utilisation d un pré test Groupes pairés Exemple: On a obtenu les résultats suivant à un pré test: 4 * la note 10 Ce qui donne la répartition suivante 1 * la note 11 A B C 3 * la note * la note Sur les 10 sujets, 4 ont été éliminés. On obtient ainsi 3 groupes de mesure. Pour utiliser des groupes pairés, il faut donc un nombre de sujets important.

49 4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants Répartition aléatoire Utilisation d un pré test Groupes pairés 4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés / à mesures répétées Contrebalancement complet Epreuve à faire ordre n en premier en deuxième en troisième 1 A B C 2 B C A 3 C A B 4 B A C 5 C B A 6 A C B 3 degrés => 3! Ordres possibles (factoriel 3) 3! = 1 x 2 x 3 = 6 4! = 1 x 2 x 3 x 4 = 24 5! = 120

50 4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants Répartition aléatoire Utilisation d un pré test Groupes pairés 4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés Contrebalancement complet Contrebalancement partiel position dans la liste mot1 mot2 mot3 mot4 mot2 mot3 mot4 mot1 mot3 mot4 mot1 mot2 mot4 mot1 mot2 mot3 mot1 mot2 mot3 mot

51 4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants Répartition aléatoire Utilisation d un pré test Groupes pairés 4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés Contrebalancement complet Contrebalancement partiel Contrebalancement contrôlé par une VI 4.4. Groupe Contrôle Groupe de mesure qui correspond à un degrés neutre de la VI. Performance mesurée dans une situation neutre = niveau de base.

52 5. LES PLANS D EXPERIENCE 5.1 Définition c est la façon dont les variables indépendantes sont combinées entre elles pour définir les différentes situations expérimentales. Ces différentes situations sont appelées groupes de mesures. (GM) C est le plan d expérience qui définit l organisation de l expérience et des GM qui la compose Principe d isolation des variables Voir effet principaux Facteur 2 A Facteur 1 B résultat = 0 0

53 5. LES PLANS D EXPERIENCE 5.1 Définition 5.2 Les plans d expérience factoriels Facteur 1 : (A,B) Facteur 2 : (1,2) A, 1 Facteur 1 : A multiplié par facteur 2 (1, 2) B A, 2 B, 1 Décomposition canonique B, 2 Facteur 2 Facteur 1 A B 1 GM1 GM2 2 GM3 GM4

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55 That s all folks!