La méthode expérimentale

Année universitaire 2011-2012 UE4 : Méthodologie Disciplinaire et PPE

1 - I

NTRODUCTION À

L

A PSYCHOLOGIE

E

XPÉRIMENTALE 1.1. La nécessité de disposer d’une méthodologie 1.2. Critiques concernant l’utilisation de la méthode expérimentale en psychologie

1.2.1. Critiques morales 1.2.2. Critiques épistémologiques

1.3. Schéma général de la méthode expérimentale : le plan de recherche.

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2.1. Critiques morales 1.2.2. 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

2. Hypothèses 2.1.Définition 2.2. Caractéristiques d’une hypothèse

2.2.1. Etre synthétique

Présentation sous forme booléenne

George Boole (1815-1864 ) 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)

2.2.2. 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

2.2.3. Etre réfutable Validation probabiliste : calcul statistique du risque d’erreur : α (alpha) 2.2.4. Etre utile

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 Vérification expérimentale théorie 1 Partie déductive Faits nouveaux expliqués par la

Méthode hypothético-déductive

Partie inductive 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

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 VD 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 ans.

VI Relation VI/VD

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 2.2.3 du cours) : statistiques inférentielles

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

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…

3.1.1. 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

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 !

illustration

Effet des conditions de travail sur le comportement.

On étudie 4 situations (conditions) de travail différentes :

Sans bruit ; bon éclairage

GM1

Bruité bon éclairage

GM2

Sans bruit mauvais éclairage

GM3 1 groupe de mesures On propose la VI suivante : Condition de travail : (b+e+ , b-e+ , b+e- , b-e-)

Bruité et mauvais éclairage

GM4 1 variable 4 modalités 12/01/11 19

Sans bruit ; bon éclairage Bruité bon éclairage Sans bruit mauvais éclairage Bruité et mauvais éclairage

GM1 GM2 GM3 GM4 750 700 650 600 550 500 450 400 GM1 GM4 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 !

12/01/11

Sans bruit ; bon éclairage Bruité bon éclairage

GM1 GM2

Eclairage

bon mauvais avec GM1 GM3

Sans bruit mauvais éclairage

GM3

Bruit Bruité et mauvais éclairage

GM4 sans GM2 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 21

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2 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

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

Biais associé au pouvoir discriminant de l’échelle de mesure

Effet de plafond Effet de plancher

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2 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 essai 1 essai 2 essai 3 essai 4 essai 5 essai 6 essai 7 essai 8 essai 9 essai 10 réponses du participant 1 (en ms) 500 510 480 520 650 459 504 612 478 652 Les réponses = VD brute Groupe de mesures 1 sjt 1 2 sjt 4 sjt 2 sjt 3 sjt 5 sjt 6 … … moyenne GM1 moyenne GM2 Ce qui est mesuré dans l’expérience = VD observée

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 Nb mots rappelés 8 ans 7 AGE 16 ans 10 10 5 0

Nb mots rappelés

8 ans 16 ans L ’épreuve est trop facile pour les enfants de 16 ans.

Effet plafond

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 Nb mots rappelés 7 mots rappelés sur 10 AGE 8 ans 7 16 ans 12 15 10 5 12 mots rappelés mais sur une liste de 20 !

0

Nb mots rappelés

8 ans 16 ans Transformation de la VD : pourcentage de mots rappelés.

% mots rappelés 8 ans 70 AGE 16 ans 60 75 70 65 60 55

% mots rappelés

8 ans 16 ans % mots rappelés = Nombre de mots rappelés Nombre de mots de la liste X 100 = VD transformée

Cas de combinaison de VD

Illustration : reconnaissance de mots 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 !

décision OUI NON OUI AC O réalité NON FA 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.

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. 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 ? Variable parasite Le comportement change aussi

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. 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 Anxiété Forte Envie d'être en groupe Faible Ici on cherche à éviter la solitude Situation plutôt humiliante Anxiété Forte envie de rester seul Faible Ici on cherche la solitude

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. 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.

3.3. La validité d’une recherche

degré de confiance que l’on peut accorder aux conclusions d’une expérience.

3.3.1. Validité opérationnelle

obtenir des définitions stables des différentes variables. 3.3.1.1. La validité des VI.

3.3.1.2. Stabilité inter‐expérimentateur.

3.3.1.3. Stabilité test‐retest.

3.3.1.4. Stabilité inter‐items

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. 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.

3.3. La validité d’une recherche

3.3.1. Validité opérationnelle

3.3.1.1. La validité des VI.

3.3.1.2. Stabilité inter‐expérimentateur.

3.3.1.3. Stabilité test‐retest.

3.3.1.4. Stabilité inter‐items

3.3.2. Validité expérimentale

Validité interne Validité externe

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. Les variables parasites

3.2.Opérationnalisation des variables 3.3. La validité d’une recherche

3.3.1. Validité opérationnelle 3.3.2. Validité expérimentale

3.4. L’effet d’une VI sur la VD

3.4.1. 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.

Représentation : 75 70 65 60 55 50 45 40 100 150 200

Durée de présentation des mots (en ms)

100 80 60 40 20 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

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

3. LES VARIABLES 3.1.Les différents types de variables

3.1.1 Les variables indépendantes 3.1.2. VD 3.1.3. Les variables parasites

3.2.Opérationnalisation des variables 3.3. La validité d’une recherche

3.3.1. Validité opérationnelle 3.3.2. Validité expérimentale

3.4. L’effet d’une VI sur la VD

3.4.1. Cas général (mais rare en psycho) : 1 seule VI 3.4.2. Cas de plusieurs VI

3.4.2.1. Effet principal d’une VI C’est la relation d’une VI avec la VD mais représentée indépendamment des autres VI. 3.4.2.2. 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.

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 : moderne traditionnelle favorisé GM1 GM3 défavorisé GM2 GM4 1 VD : Mesure du QI Résultats de l’expérience moderne traditionnelle favorisé 120 108 défavorisé 114 102 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

Tableau d’origine : moderne traditionnelle favorisé 120 108 défavorisé 104 102 104+102 2 = 103 effet principal de la variable Milieu social favorisé défavorisé QI moyen

114 103

effet

11

120+108 2 = 114

Tableau d’origine : moderne traditionnelle favorisé 120 108 défavorisé 104 102 120+104 2 = 112 108+102 2 = 105 effet principal de la variable Méthode d’apprentissage moderne traditionnelle QI moyen

112 105

effet

7

Effet principal du Milieu Effet principal de la Méthode 115 115 110 110 105 100 105 Favorisé 100 Défavorisé moderne Effets conjoints des 2 VI : effets simples Traditionnelle moderne traditionnelle favorisé 120 108 défavorisé 104 102 16 effet simple du milieu pour la méthode moderne 6 effet simple du milieu pour la méthode traditionnelle Effet simple du « milieu » Pour la méthode « traditionnelle » soit 6 points de QI 105 100 95 90 125 120 115 110 favorisé

Milieu

défavorisé moderne traditionnelle Effet simple du « milieu » Pour la méthode « moderne » soit 16 points de QI

moderne traditionnelle favorisé 120 108 défavorisé 104 102 16 effet simple du milieu pour la méthode moderne 6 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 6 (effet simple du milieu) moderne ≠ (effet simple du milieu) traditionnelle 16 ≠ 6 125 120 115 110 105 100 95 90 moderne traditionnelle favorisé défavorisé

Milieu

16 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

Autre exemple à partir d’une modification des données d’origine : moderne traditionnelle moyenne favorisé 120 108 114 défavorisé 114 102 108 6 effet simple du milieu pour la méthode moderne 6 effet simple du milieu pour la méthode traditionnelle

Effet = 6

105 100 95 90 125 120 115 110 moderne traditionnelle Effet = 6 favorisé

Milieu

défavorisé Les effets simples sont identiques : on parle d’effet additif ou d’additivité

20 15 VD 10 5 0 40 30 VD 20 10 0 a fa cte ur A b a f acteur A b 1 2 1 2 30 25 20 VD 15 10 5 0 1 2 a fa cte ur A b 30 25 20 VD 15 10 5 0 30 20 VD 10 0 a facteu r A b 1 2 a fa cte ur A b 1 2 30 25 20 VD 15 10 5 0 a b facteu r A c 1 2

4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage

échantillon 2 population parente échantillon 1

population parente

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

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

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

4.2.1. Répartition aléatoire 4.2.2. Utilisation d’un pré-test 4.2.3. 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 12 2 * la note 13 10 12 10 12 10 12 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.

4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants

4.2.1. Répartition aléatoire 4.2.2. Utilisation d’un pré-test 4.2.3. Groupes pairés

4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés / à mesures répétées

4.3.1. Contrebalancement complet

3 degrés => 3! Ordres possibles (factoriel 3) ordre n° 1 2 3 4 5 6 Epreuve à faire en premier en deuxième en troisième A B C B B C A A C A B C C A B C A B 3! = 1 x 2 x 3 = 6 4! = 1 x 2 x 3 x 4 = 24 5 ! = 120

4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants

4.2.1. Répartition aléatoire 4.2.2. Utilisation d’un pré-test 4.2.3. Groupes pairés

4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés

4.3.1. Contrebalancement complet 4.3.2. Contrebalancement partiel

1 mot1 mot2 mot3 mot4 position dans la liste 2 3 mot2 mot3 mot3 mot4 mot4 mot1 mot1 mot2 4 mot4 mot1 mot2 mot3 mot1 + 0 + mot2 0 + + mot3 + + 0 mot4 + + 0 -

4. LE CHOIX DES SUJETS 4.1. Echantillonnage 4.2. Contrôle des groupes indépendants

4.2.1. Répartition aléatoire 4.2.2. Utilisation d’un pré-test 4.2.3. Groupes pairés

4.3. Contrôle des groupes de mesures appariés

4.3.1. Contrebalancement complet 4.3.2. Contrebalancement partiel 4.3.3. 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.

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 résultat = 0 0 -

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 A, 2 Facteur 1 : Décomposition canonique A multiplié par facteur 2 (1, 2 ) B Facteur 2 1 2 B, 1 B, 2 A GM1 Facteur 1 B GM2 GM3 GM4

That’s all folks !