Méthodologie disciplinaire : méthode expérimentale PDF

Méthodologie disciplinaire : méthode expérimentale [Ludivine.Jamain\@univ-lyon2.fr](mailto:[email protected]) L.Jaimain I. **Introduction à la méthode** A. **[Une démarche scientifique en 7 étapes ]** \- Limites de la démarche corrélationnelle (cours démarche scientifique) \- L...

Méthodologie disciplinaire : méthode expérimentale [Ludivine.Jamain\@univ-lyon2.fr](mailto:[email protected]) L.Jaimain I. **Introduction à la méthode** A. **[Une démarche scientifique en 7 étapes ]** \- Limites de la démarche corrélationnelle (cours démarche scientifique) \- Le choix de la démarche dépend : ➔ de la question de recherche ➔ d'une préférence personnelle ➔ d'une habitude de travail commune à un groupe de chercheurs ou de labo **1.** Problème ex : le pain n'est pas grillé **2.** Question ex : pourquoi le grille-pain ne marche pas ? **3.** Hypothèses : formulation provisoire de réponses à la question ex : peut-être que la prise est défectueuse. **4.** Opérationnalisation ex : si on branche le grille-pain dans une autre prise, il va marcher **5.** Test de prédiction ex : on branche le grille-pain et on réessaye **6.** Analyse des résultats ex : le pain est grillé ou non ➔ l'hypothèse est confortée ➔ l'hypothèse est réfutée **7.** Itération (nouvelle question pour aller plus loin ou essayer une autre hypothèse) +-----------------------------------+-----------------------------------+ | **Objectif** | **Type de recherche -- Question** | +===================================+===================================+ | 1. Décrire les événements | **La recherche descriptive** | | | | | | \- | | | | | | Quelles sont les composantes | | | nécessaires au fonctionnement | | | d'un grille-pain ? | +-----------------------------------+-----------------------------------+ | 2. Découvrir des relations entre | **La recherche corrélationnelle** | | au moins deux phénomènes | | | | \- | | | | | | Quelles sont les corrélations du | | | « toastage » du pain ? | +-----------------------------------+-----------------------------------+ | 3. Découvrir si « quelque chose | **La recherche expérimentale** | | marche », des relations | | | causales | **-** | | | | | | Pourquoi le grille-pain ne | | | marche-t-il pas ? | +-----------------------------------+-----------------------------------+ B. **[Corrélationnel versus causalité et groupe contrôle]** **Corrélation :** relation entre deux variables/phénomènes **Causalité :** influence d'un phénomène sur un autre phénomène Causalité = cas particulier de corrélation **Le coefficient de corrélation** est une mesure d'association entre deux variables. Ce coefficient peut varier de +1 à -1. - **Corrélation positive :** les deux vont dans le même sans (2 + ou 2-) - **Corrélation négative :** les deux vont dans le sens contraire (1+ et 1-) - Varie entre forte, modérée, faible et nulle [Particularité de la méthode expérimentale :] Décrire comment un phénomène en cause un autre. - Se centre sur au moins deux variables à la fois : il manipule une variable pour provoquer des changements sur aune autre variable. - Test empiriquement la comparaison (souvent) explicite de la recherche corrélationnelle + quantifie la taille d'effet. - Importance de ne faire varier qu'un seul élément - Importance d'un groupe contrôle (témoin) **Groupe contrôle :** Groupe de référence que l'on compare à la situation expérimentale. Il n'est pas soumis à un traitement spécifique en rapport avec la manipulation expérimentale, il participe à l'augmentation de la validité interne de l'étude. [Trois conditions de contrôle possible :] pour un traitement par exemple - Non administrée - Niveau zéro - Établie à niveau standard II. **Des hypothèses à l'opérationnalisation** **Hypothèse :** réponse à la question - Détermine Le plan de recherche virgule la procédure virgule la sélection des participants, les mesures retenues, les analyses statistiques effectuées les conclusions tirées. - Elle oriente les étapes suivantes dans la démarche expérimental. On cherche à la valider ou non. A. **[La formulation d'une hypothèse statistique ]** L'hypothèse doit être : - **Empirique** (=testable et réfutable), opérationnalisé, quantifié, et reproductible - En **harmonie** avec la littérature existante et apporter une information intéressante pour la communauté scientifique (utile) - Choisie en fonction de sa parcimonie ou selon **le principe du rasoir d'Ockham ou Occam :** explication la plus probable/simple, avec le moins de variables possible doit être privilégiée - L'hypothèse ne doit pas entraîner de problèmes d'éthiques Par définition, l'hypothèse doit permettre de comparer 2 choses : Ex : groupe contrôle et groupe expérimental - On peut faire 2 hypothèses sur les résultats de l'expérience : - **Hypothèse « nulle » (H0) :** différence non significative, l'hypothèse n'est pas vérifiée on ne peut pas la rejeter si pas d\'inférence significative - **Hypothèse de différence** ou toute autre hypothèse alternative **(H1)** : On peut obtenir H0 ou non mais ça ne veut pas dire que l'inverse de l'hypothèse est prouvé. Ex : Non-coupable = l'accusation n'a pas été en mesure de prouver sa cause hors de tout doute raisonnable. Ce verdict n'implique pas nécessairement que l'accusé est innocent B. **[Opérationnaliser l'hypothèse ]** En réalité, il existe 2 hypothèses : - **L'hypothèse théorique (ou générale) :** Précise les processus psychologiques sous-jacents à l'effet - **L'hypothèse opérationnelle :** elle reprend le même schéma que l'hypothèse générale en précisant les variables et comportements étudiés - **Variable Indépendante** (explique la VD) : cause - **Variable Dépendante** (subit l'influence de la VI) : conséquence - Il peut y avoir plusieurs VD et VI, auquel cas il faut formuler plusieurs hypothèses * * **Variable modératrice :** en fonction des modalités d'une VI, les effets de l'autre VI sur le VD vont être différents. Permet de spécifier le lien *Ex :* *a l'école, nous aimerions savoir si un protocole de médiation permet d'améliorer les performances scolaires selon les âges.* En résumé, l'hypothèse est une déclaration, une affirmation sur les relations entre différentes variables. Elle doit spécifier : - Les variables en présence - Les variables qui sont en relation et celles qui ne le sont pas - Si la relation entre ces variables est positive ou négative - Si la relation entre les variables est unidirectionnelle, bidirectionnelle ou expliquée par une troisième variable S'inscrire dans une **démarche causale** = isoler une cause objectivement à l'origine du phénomène observé S'inscrire dans une **démarche comparative** = faire varier de façon systématique la cause en plusieurs niveaux (au moins 2), « toute chose étant égale par ailleurs » - Maintenir à un niveau constant -- controlé - Variation systématique - Aléatorisation - Contre-balancement **Opérationnaliser :** processus de concrétisation de ce que l'on veut étudier scientifiquement [Les types de variables : ] - L'opérationnalisation est l'une des étapes les plus délicates dans le processus de la recherche scientifique. De la qualité de l'opération aliénation dépend la « validité » de la recherche. [Validité de l'étude : ] - Degré de correspondance entre les variables dépendantes et indépendantes utilisées (mesurés) dans l'étude, et les concepts postulés dans l'hypothèse de recherche - Attention à l'effet de confusion : les chercheurs essaient toujours de tenir constants les facteurs autres que la variable indépendante dans leurs expériences - La convergence des résultats avec diverses populations, dans plusieurs situations et avec des méthodologies différentes atteste de la validité externe de l'étude et suscite une confiance relative à la généralité des résultats Quand on trouve des convergences dans les résultats cela augmente la validité externe des études (gros effectif). III. **Le Plan expérimental** Le plan d'expérience nécessite de définir : - Les façons dont la VI sera manipulée : inter-sujets et intra-sujets - Le nombre de groupes (modalités de la VI), leur fonction - Les phases de l'expérience (présenter dans un tableau) A. **[Plans en intra-sujets et inter-sujets ]** 1. [Manipulation et inter-sujets (Between subject)] - Chaque sujet est assigné à une seule modalité de la VI - L'expérience comporte autant de groupes que de modalités de la VI - Pas d'effet d'ordre des condition expérimentales Conséquence de la manipulation inter-sujet =\> a chaque condition expérimentale correspond un groupe distinct de sujets. [Quel contrôle pour avoir une bonne validité interne ?] - Contrôle des variables parasites pertinentes en fonction de la VD - Répartition des sujets dans les groupes en fonction des résultats à un pré-test mesurant le niveau du sujet sur la VD 2. [Manipulation en intra-sujets (Within-subject)] - Chaque sujet réalise toutes les modalités de la VI - Les différentes conditions expérimentales s'appliquent toutes au même groupe de sujets - Pas besoin de contrôles les variables parasites liées aux sujets car ce sont les mêmes dans les différents groupes - Effet d'ordre Conséquence de la manipulation intra-sujet =\> une condition expérimentale contiendra la totalité de l'échantillon de l'expérience 3. [Choix et biais des plans en intra et inter-sujets] Pourquoi un sujet par condition expérimentale ou un sujet pour toute l'expérience ? Il y a deux niveaux d'explication : - Dépend d la démarche dans laquelle le chercheur s'inscrit avec l'expérimentation - Pour répondre aux règles de l'expérimentation : évite les biais intra ou inter individuel 4. [Le cas des plans mixtes] **Plan inter :** plan avec des VI inter **Plan intra :** plan avec des VI intra **Plan mixte :** enchevêtrement des VI (inter et intra) 5. [Définition du nombre de groupes (modalités de la VI) et leur fonction ] - Dans une recherche expérimentale, une variable indépendante à au moins deux modalités - Entre les modalités d'une variable indépendante, une seule chose varie - Si une variable indépendante est **continue**, on est dans le plan de recherche corrélationnel ou quasi-expérimental. - S une variable indépendante **n'est pas continue**, on est dans le plan de recherche expérimental. Lorsque la VI a deux modalités = 2 possibilités : - Dans les deux conditions on chercher à modifier ce qui est (peut contenir e plus de modalités) - Une des conditions est un groupe contrôle B. **[Organisation de l'expérience ]** [Les différents plans de recherche :] - **X** représente l'exposition d'un groupe à une **variable** ou un événement expérimental dont les effets doivent être mesurés. - **O** représente une **observation** ou une mesure enregistrée sur un instrument - Les X et O d'une même ligne s'appliquent aux mêmes personnes spécifiques. Les X et les O d'une même colonne, ou placés verticalement les uns par rapport aux autres sont simultanés. - La dimension de gâche à droite indique l'ordre temporel des procédures dans l'expérience (parfois indiqué par une flèche) - Le symbole **R** indique une **affectation aléatoire** 1. [Conception de groupe de contrôle pré-test/post-test] Il s'agit d'une conception traditionnelle, classique, qui implique l'affectation aléatoire des participants à deux groupes. Les deux groupes se voient administrer un pré-test et un post-test, mais le traitement n'est administré qu'au groupe expérimental A. Groupe A R- - - -O- - -X- - -O Groupe B R- - - -O- - - - - - -O [Autres plans et leurs changements : ] - Pas de mesure de la VD avant l'expérimentation = pas de pré-test - Pour contrer effet confusionnel ou d'entraînement Groupe A : R- - -X- - -O Groupe B : R- - - - - - -O - Etude de cas unique : ce modèle implique l'exposition d'un groupe à un traitement suivi d'une mesure - Modèle de pré-test et de post-test à un groupe unique - Comparaison statique de groupes ou post-test uniquement avec des groupes non-équivalents Groupe B : - - - -O - Traitement alternatif post-test uniquement avec des groupes non-équivalents Groupe B : X2- - -O - Plan à groupe témoin non équivalent (pré-test et post-test) Groupe B : O- - - - - - -O =\> ne permettent pas de déterminer une causalité de manière sûre 2. [Time-series Design] - **Modèle de séri chronologique interrompue à groupe** Dans ce modèle, le chercheur enregistre les mesures\`\` d'un groupe unique avant et après un traitement Groupe A : O-O-O-X-O-O-O - **Modèle de série chronologique interrompue à un groupe témoin** Ce modèle est une modification du modèle de série chronologique interrompue à un groupe unique dans lequel deux groupes de participants non assignés au hasard, sont observés dans le temps. Un traitement est administré à 1 des 2 groupes. Groupe A : O-O-O-X-O-O-O Groupe B : O-O-O-O-O-O-O - **Conception à sujet unique A-B-A** Cette conception implique des observations multiples d\'un seul individu. Le comportement cible d\'un seul individu est établi au fil du temps et est appelé comportement de base. Le comportement de base est mesuré, le traitement est administré puis le traitement est retiré. Groupe A : O-O-O-O-X-X-X-O-O-O-O 3. [Plan Factoriel ] Il n'y a pas forcément qu'une seule VI ou VD dans une recherche **Variable Médiatrice :** permet d'expliquer le lien entre la VI et la VD **Variable Modératrice :** affecte la direction, la valence et / ou l'intensité du lien entre la VI et al VD - Lorsqu'on manipule plus de 2 VI, on est dans un **plan factoriel** - Si on ne manipule pass toutes les VI, on est dans du **quasi-expérimental** - Dans un plan factoriel, il est possible d'analyser : 4. [Écriture formalisée ] **S** indique le facteur sujet **n** est à remplacer par l\'effectif des sujets par groupe de l\'expérience **VI** est à remplacer par l\'initiale du nom de la VI de l\'expérience **m** est à remplacer par le nombre de modalités de la VI de l\'expérience \< \> emboîtement, signifie que chaque sujet n\'est soumis qu\'à une condition expérimentale (variable inter- sujet) **\* croisement**, signifie que les mêmes sujets sont soumis à toutes les modalités de la variable (variable intra-sujet) *Exemples de plan simple : (tot : 40 participants, VI : lecture)* Sn \< VIm \> = S20 \ (inter-subjective) Sn \* VIm = S40 \* L1 (intra-subjective) *Exemples de plan factoriel :* Sn \< VI1m \* VI2m \> = S20 \ - 80 participants, chaque groupe contient 20 participants dont on mesure une Sn \* VI1m \* VI2m = S80 \* L1 \* S1 - 80 participants qui font les mêmes expériences, on mesure la modalité de la VI1 (lecture) et celle de la VI2 (sommeil) Sn \ \* VI2m = S40 \ \* S1 - 80 participants, un groupe fait la modalité n°1 de la VI1 (lecture) et la VI2 (sommeil), l'autre groupe fait la modalité n°2 de la VI1 (lecture) et la VI2 (sommeil) IV. **L'échantillonnage et ses biais** [La taille de l'échantillon dans les groupes ] « Si tous les individus d'un population très semblables l'un à l'autre sur la variable dépendante, de petits échantillons suffisent. Mais lorsque les individus risquent d'être assez différents, il faut de grands échantillons. » La VD varie aussi selon les conditions expérimentales ! - D'un point de vue statistique, il est plus difficile de montrer qu'il y a une différence significative entre les groupes de traitement (conditions expérimentales) avec des petits échantillons qu'avec des grands. La taille de l'échantillon dépend aussi de la **taille d'effet** de la ou des VI et du type de recueil de données effectué. A. **[L'échantillonnage probabilistique ]** Différents types d'échantillonnage (cours démarche scientifique) **Aléotorisation :** idée d'éviter d'avoir trop de biais et possibilité de généraliser ces résultats. - Limites de l'échantillonnage aléatoire - Trop grande population parente - Choix de participants trop restreint B. **[L'échantillonnage non-probabilistique ]** **La méthode par quotas :** proche de la méthode aléatoire stratifiée à l'exception près que les sujets ne son pas sélectionné de manière aléatoire dans les sous-groupes. Aucune contrainte n'est imposée à a méthode de sélection, ce qui peut générer plus de biais. **Échantillonnage par disponibilité ou accidentel :** on prend les sujets disponibles. - C'est la technique la plus risquée en termes de biais d'échantillonnage. Pourtant, c'est une des techniques la plus utilisée car la moins coûteuse. - Suppose de vérifier à posteriori la répartition des sous-groupes dans l'échantillon sélectionné. - Plus l'échantillon est grand, moins on risque de trouver des biais C. **[La constitution et le contrôle des groupes ]**  Si VI invoquée =\> obligatoirement groupes de mesures indépendants Si VI provoquée =\> deux possibilités - Si efficacité d'un dispositif - Si évolution performance D. **[La constitution et le contrôle des groupes indépendants ]** Une fois que l'échantillonnage global est fait : - Répartir les individus dans les groupes de mesure ou les groupes de sujets. - Si une seule VI : Nb de groupes = nb de modalités de la VI (inter-sujets) - Si plusieurs VI : Nb de combinaisons des différentes modalités entre elles. **Procédure d'affectation des sujets dans les groupes (= randomisation) :** avant d'effectuer l'expérimentation, s'assurer de l'équivalence entre les groupes. - Il ne doit pas y avoir de grosses différences entre les groupes si on veut préserver la validité interne de l'étude. Sélection aléatoire de l'échantillon (importante au regard de la validité externe) ≠ Affectation au hasard dans les groupes (importante au regard de la validité interne) On v chercher à minimiser l'impact de la variabilité interindividuelle sur la VD, on va chercher à construire un groupe équivalent pour faire en sorte que ces différences s'annulent. [Comment procéder à l'affectation des sujets ? ] - **Répartition ou affectation aléatoire ou au hasard :** même principe que pour procédure d'échantillonnage (avoir un grand échantillon et grands groupes) - **Répartition par quotas :** idem que pour procédure d'échantillonnage - **Utilisation par pré-test :** on affecte les sujets en fonction de leur pré-test dans les différents groupes afin que la performance moyenne et la même variance dans les différents groupes soient identiques malgré la variabilité des performances individuelles des individus qui la composent. Attention, un pré-test doit être proche du post-test mais attention aux effets de transfert et d'inférence. - **Groupes pairés :** après le pré-test, on va répartir de manière équivalente entre les deux groupes les individus ayant des caractéristiques similaires révélées par le pré-test. [Randomiser avec 3 groupes indépendants et plus ] *Exemple de randomisation par bloc pour une VI à trois manipulée en inter-sujets :* - Le nombre de bloc = nombre de sujets dans chaque groupe de traitement (condition expérimentale, modalité de la VI) - Chaque bloc contient le nombre de conditions désiré dans un ordre aléatoire (ici 3) E. **[Constitution et contrôle des groupes de mesures appariés ]** La randomisation, ou l'affectation aléatoire des sujets dans les différents groupes, ne garantit pas à 100% l'équivalence des groupes pour toutes les variables externes pertinentes propres aux sujets. Quand on a de petits échantillons, il vaut mieux avoir recours aux groupes de mesures appariés. [Avantages :] pas de problème d'équivalence entre les groupes [Inconvénients : ] effets de fatigue effets d'entraînement effet d'ordre **Transfert d'apprentissage :** un apprentissage modifie soi par facilitation soit par inhibition un autre apprentissage - **Transfert proactif :** lorsqu'un apprentissage, une fois maitrisé, influence un apprentissage ultérieur en le rendant plus facile (rétroactif positif) ou en le rendant plus difficile (rétroactif négatif). - **Transfert rétroactif :** lorsqu'un apprentissage, une fois maitrisé, influence un apprentissage antérieur en le rendant plus facile (rétroactif positif) ou en le rendant plus difficile (rétroactif négatif). [Pour lutter contre l'erreur progressive : ] - Estimer l'erreur si son évolution est linéaire - Contrebalancer **Contrebalancement :** technique de contrôle des effets d'ordre qui répartit l'erreur progressive parmi les différentes conditions de traitement de l'expérience. [Différents types de contrebalancement : ] - Contrebalancement complet des modalités d'une VI - Contrebalancement partiel des modalités d'une VI - Contrebalancement en carré latin - Contrebalancement du matériel expérimental *[Exemple de contrebalancement complet : épreuve visuo-spatiale pour des enfants ]* VD : performance à la tâche « retrouver un item parmi un ensemble de figures ». VI : types de figures : 3 modalités = figures géométriques simples (s), figures à textures complexes (t), figures d'objets en 3D. **Pour que tous les ordres soient représentés il faut 6 sujets ou 6 groupes (3\*2\*1)** - Si j'avais 4 modalités, pour représenter tous les ordres, il aurait fallu 4\*3\*2\*1=24 groupes *[Exemple de contrebalancement aléatoire partiel ]* **L'expérimentateur sélectionne au hasard autant de séquences de traitement qu'il disposée de sujets pour l'expérience.** *[Exemple de contrebalancement en carré latin ]* **L'expérimentateur construit une matrice -- ou carré -- de séquences, de sorte que chaque traitement n'apparaisse qu'une fois dans n'importe quel ordre de position.** - Permet de gérer les effets de position mais pas de maîtriser tous les effets d'ordre V. **Mise en évidence des VI sur les VD** **Effet principal** - Action d'une seule VI dans une expérience - Effet d'une VI (peu importe les modalités des/ de l'autre(s) VI) *Ex : vidéo salle d'attente où les personnes se lèvent, le groupe influence le comportement de la personne.* **Effet d'intéraction (de 2^ème^ ordre)** - L'effet d'un modalité d'une des VI modifie les effets qu'une autre variable aurait eu si elle avait été la seule à intervenir - L'effet d'une VI est différent selon les modalités d'une autre VI - C'est donc une différence de différence **Effet simple (ou d'interaction simple)** - Effet d'une VI dans une des modalités d'une autre VI. Il s'agit d'une décomposition d'effets principaux ou d'interactions en effets simples d'une comparaison deux à deux **Effet témoin** - Lorsqu'un groupe ne réagit pas pour venir en aide à quelqu'un alors un sujet ne réagit pas non plus pour ne pas être exclu du groupe VI. **Les limites : la démarche quasi-expérimentale** A. **[Plan expérimental « factoriel »]** Le chercheur construit une expérience où il manipule/ contrôle plusieurs variables indépendantes, et présume des interactions entre ces VI (existence variable « modulatrice » ou modératrices). [Avantages du plan expérimentale ] **Lien de causalité plus fort** car : - Plus de contrôle permet de manipuler au mieux la ou les VI - L'utilisation du laboratoire (situation très « aseptisée ») permet à l'expérimentateur de limiter les influences indésirables d'autres variables sur la VD. - La situation expérimentale permet de déterminer **l'effet « pur » de différentes variables indépendantes.** [Limites :] se base uniquement sur ce qu'on voit ---\> peut-être que toutes les expériences ne peuvent pas se baser uniquement sur les effets observables mais utilise les outils actuels. **Le fardeau de la preuve :** impossible de prouver la non-existence d'un objet mais il n'est pas nécessaire de produire l'objet lui-même pour prouver son existence. Tout ce qu'il faut faire c'est une **manifestation convaincante de cette existence,** ce qui en principe est beaucoup plus simple à trouver. [Limite plan expérimental :] - **Aspect artificiel de la recherche en laboratoire :** pas assez proche de la réalité, il y a peu de ressemblance avec le monde réel extérieur. - **Biais liés à l'expérimentateur :** peur de se faire juger ou de se faire tester par l'expérimentateur ; ou perception des attentes de l'expérimentateur. - **Conduites différentes delà normale.** *Ex : biais de désirabilité sociale = envie de se montrer sous un jour favorable plutôt que de fournir des réponses totalement honnêtes ou objectives.* B. **[La prophétie auto-réalisatrice ]** [Effet Pygmalion :] [Effet Golème :] Réduction des performances d'un sujet dû à des attentes moins élevées. C. **[Le plan de recherche quasi-expérimentale ]** **Contrôle expérimentale :** manipulation et affectation des participants aux divers modalité d'une VI. - Pas toujours possible (impossible de reconstruire en laboratoire, problèmes de déontologie) **Plan quasi-expérimental =** permet de tester la « causalité » entre variables, mais avec peu de contrôle car manque affectation aléatoire des participants. [Plan avec groupe témoin non-équivalent : ] Compare sujets ayant vécu un événement particulier avec d'autres qui aurait les mêmes caractéristiques mais pas qui non pas vécu l'événement. **---\> pas issu de la même « population ».** [Avantages plan quasi-expérimentale :] Étudier les effets de variables qui ne pourraient pas être étudiées en laboratoire **---\>** **validité externe élevée.** (Proche du réel et facile à généraliser) [Limites du plan quasi-expérimentale : ] Contrôle relatif sur variable indépendante : pas affectation aléatoirement des individus aux diverses conditions. Effet apparente de la variable indépendante peut être dû à une ou des variables insoupçonnées par le scientifique. **---\>** **problème de validité interne ?**