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实验前规划:需要招募多少被试才能检出中等效应?

研究背景

一名心理学研究生计划做一项两组对照实验,考察正念训练对工作记忆的影响。伦理审查和经费都要求她在开始前说明"打算招多少人、为什么是这个数"。她预期训练能带来中等程度的提升,但不确定每组需要多少被试。

研究问题

在 α=0.05、统计功效 Power=0.80 的条件下,要检出中等效应(Cohen's d=0.5),两组各需要多少被试?

数据说明

样本量估算不需要原始数据,只需研究设计参数:检验类型(两组均值比较)、显著性水平 α、目标功效 Power、以及基于文献或预实验估计的效应量 d。

示例数据

two-means

分析步骤

  1. 步骤 1:确定检验类型

    两组独立被试比较连续型结局(工作记忆得分),属于"两组均值比较",对应独立样本 t 检验的功效分析。

    提示:若是同一批人前后测,功效计算方式不同(配对设计),应选择更贴合设计的估算类型。

  2. 步骤 2:设定 α 与 Power

    α 通常取 0.05(双侧),Power 惯例取 0.80,即当真实效应存在时有 80% 概率检出它。提高 Power(如 0.90)能降低漏检风险,但需要更大样本。

  3. 步骤 3:估计效应量 d

    效应量应来自同类文献的荟萃分析或预实验,而非主观愿望。Cohen 经验参考:小=0.2、中=0.5、大=0.8。本例保守取中等效应 d=0.5。

    提示:把 d 估得过大是样本量不足的常见根源——效应越小,所需样本越多。

  4. 步骤 4:计算并解读

    按非中心 F 分布的精确功效计算,得每组 64 人,两组合计 128 人。应在正式实验前完成这一规划,而非事后补算。

结果解读

结论

在 α=0.05(双侧)、Power=0.80、中等效应 d=0.5 的条件下,每组需要 64 名被试,两组合计 128 名,才能有 80% 的把握检出该效应。

为什么这样解读?

样本量估算是研究设计阶段的工作,它把"想检出多大的效应、能容忍多大的漏检风险"翻译成具体人数。样本不足会导致检验力低下,即使真实效应存在也可能得到 p>0.05;样本过剩则浪费资源并可能让微小到无实际意义的差异也"显著"。

如何在论文中报告

采用先验功效分析确定样本量:设定双侧 α=0.05、统计功效 1−β=0.80、预期中等效应量 Cohen's d=0.50,两组独立样本 t 检验所需每组样本量为 64 人,合计 128 人。计算使用 Sig 统计在线样本量估算工具(非中心 F 分布精确解)完成。

常见错误

实验做完、结果不显著才想起算样本量

功效分析必须在数据收集之前进行(先验功效分析)。事后功效分析(用观察到的效应反推)几乎不提供新信息,且被审稿人普遍反对。

凭主观把效应量设得很大以"少招点人"

效应量应基于文献或预实验的客观证据。刻意高估 d 会让样本量偏小,实际检验力远低于名义上的 0.80,增加漏检真实效应的风险。

把 Power 当作"结果正确的概率"

Power(1−β)是"当备择假设为真时正确拒绝原假设的概率",它不是某次具体结论正确的概率,也不是 1 减去犯错概率。规划时提高 Power 需付出更大样本量的代价。

动手跑一遍

用本案例数据打开 样本量估算 计算器,亲手复现统计量、p 值与置信区间,数据只在浏览器内处理。

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