学术研究 | 带你玩转SPSS数据分析之教育实验中的协方差分析
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案例导入
近期，向上小学的李老师希望帮助四年级学生养成良好的阅读习惯，培养他们的阅读能力，于是就设计了一系列活动，来引导学生利用电脑进行阅读。为了验证这些活动对于提升学生阅读能力的有效性，李老师做了一个教育实验，在四年级的两个班级中选择一个班作为实验班，一个班作为对照班。
在正式开展阅读教学之前，两个班级的学生进行了一次阅读测试（前测），之后李老师在实验班中开展新设计的阅读教学活动，在对照班中保持原有的教学方式不变。实验持续进行了几个星期后，李老师组织两个班级的学生再次进行了阅读测试（此处为后测，前测和后测题目难度相当），于是得到了四年级两个班学生的前测和后测数据。
拿到这些数据之后，李老师犯了难：“我该怎么处理和分析这些数据呢？”
实际上，实际教学环境下影响学生发展的因素有很多，因此在教育实验中老师难以严格控制学生的起始水平，而学生的不同起始水平又会对教学活动效果产生比较显著的影响，如果忽略掉，而直接简单地分析新设计的阅读教学活动对学生学习结果的影响，那么所得出的结果可能存在偏差。因此，为了更加准确地探究李老师新设计的阅读教学活动能够有效提升四年级学生阅读能力，就应该尽量剔除学生的起始水平及其他因素对实验结论的影响，协方差分析的数据统计控制方式就可以较好地解决这一问题。
在进行数据处理之前，我们需要先做4个与协方差分析相关的假设检验（注意这里是数据分析的假设检验，并不是教育实验假设）。
假设检验1
两个班的前测数据和后测数据之间回归直线平行。
假设检验2
两个班的后测数据方差相等。
假设检验3
实验班和对照班前测数据和后测数据之间存在线性关系。
假设检验4
在实验班中开展新阅读教学活动之后，两个班调整的均数相等。
在上述4个假设检验中，协方差分析需要满足前3个假设之后，才能根据假设检验4推断研究问题，如果前3个假设无法全部得到满足，则不能继续进行协方差分析。接下来，烨子就利用SPSS来帮助李老师进行测试数据的协方差分析，看看新的阅读教学活动是不是对学生阅读能力有促进作用。
用SPSS进行协方差分析的过程可以分为5个步骤:
1
整理并录入数据
整理：首先对两个班学生的前、后测数据进行整理，数据格式如下图。
录入：将数据录入到SPSS软件中。
班级0=对照班，班级1=实验班
2
验证假设检验1
选择【分析】→【一般线性模型】→【单变量】。
主对话框设置：选择“后测成绩”到【因变量】窗口，“班级”变量到【固定因子】窗口，“前测成绩”到【协变量】窗口。
模型设置：点击【模型】按钮→选择【定制】选项→将“班级”“前测成绩”分别放入【模型】窗口→同时选中“班级”和“前测成绩”（按住Ctrl键分别点击“班级”和“前测成绩”），选入【模型】窗口构成交互项→点击【继续】返回主对话框→点击【确定】按钮。
验证：放入分组变量（班级）与协变量（前测成绩）的交互项是为了检验两个班数据的回归直线是否平行，若交互项结果满足P>0.05，则不能认为各组协变量（前测成绩）与观测指标（后测成绩）之间的回归直线斜率不等，回归直线平行。如下图所示，班级*前测成绩一行中，F=0.050，显著性P=0.823>0.05，因此可以验证假设检验1，两个班前测成绩与后测成绩之间回归直线平行。
3
验证假设检验2
主对话框设置和模型设置：重复验证假设检验1步骤中的主对话框设置和模型设置，但是在模型设置中，需要将班级与前测成绩的交互项从【模型】窗口中去掉，如下图。
选项设置：点击【选项】按钮→将班级变量放入【显示平均值】窗口中→在【输出】部分勾选【描述统计】（给出各个班级及整体的学生数、成绩平均值和标准差）、【同质性检验】（给出方差齐性检验结果）、【参数估计】（给出协方差模型的各个参数）→点击【继续】按钮返回主对话框→点击【确定】按钮。
验证：下图中给出了方差齐性检验的结果，F=0.148，显著性P=0.702，不能认为两个班级的后测数据方差不等，因此满足方差齐性的条件，验证了假设检验2。
4
验证假设检验3和假设检验4
验证假设检验3：下图给出了不含交互项协方差分析结果，其中前测成绩一行中，F=26.526，显著性P=0.000<0.001，可以认为前测成绩与后测成绩之间存在线性关系，由此验证了假设检验3。
验证假设检验4：表格的班级一行中，F=24.238，显著性P=0.000<0.001，两个班级之间后测成绩具有统计学意义，说明实验班和对照班学生的后测成绩差异显著，由此验证了假设检验4。
5
得出结论实验班学生的阅读成绩提升程度显著大于对照班学生，因此李老师新设计的阅读教学活动能够有效提升四年级学生的阅读能力。
通过李老师的例子，相信大家已经知道如何通过4个假设检验和5个步骤对数据进行协方差分析的SPSS操作啦！现在就动手试一下吧！
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