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变量是指在数量上或质量上可变的事物的属性。变量可以分为量的变量（连续变量）和质的变量（非连续变量）。
心理学实验包含3种变量：自变量、因变量和额外变量（也叫控制变量）。心理学实验要求额外变量保持恒定，实验者仅仅操作自变量去影响因变量。如果所获得的实验数据证明因变量的平均值在不同的实验条件下有显著差异，则证明因变量是明显地受自变量的影响。
自变量（也称刺激变量）是由主试选择、控制的变量，它决定着行为或心理的变化。
心理学实验涉及的自变量种类很多，但是大致可以分为三类：
1.刺激变量。刺激具备的不同特性会导致被试出现不同的反应。例如，灯光与声音引起的反应时不同。
2.环境变量。当被试进行某种作业时，如果改变实验环境的任何特性，那么改变了的环境特性就是环境自变量。例如，实验室的照明情况或噪音强度都可以作为自变量加以研究。
3.被试变量。被试的性别、年龄、职业、健康状况、智力、受教育水平、人格特征、动机、态度、内驱力、左手或右手为利手、自我评价高或低等，都可以作为自变量。
因变量（也称被试的反应变量）是自变量造成的结果，是主观观察或测量的行为变量。
对于心理学实验研究来说，因变量的种类是很多的，也是很复杂的。对于因变量的测量有客观指标也有主观指标。其中客观指标主要有以下几种：
（1）反应速度。
（2）反应速度的差异。
（3）反应的正确性。
（4）反应标准。
（5）反应的难度。
而因变量的主观指标主要是指被试的口语记录。口语记录是指被试在实验时对自己心理活动进程所作叙述的记录，或在实验之后，被试对主试提出问题所作回答的记录。在心理学实验中，口语记录是很重要的参考资料，有助于我们分析被试的内部心理活动。
额外变量就是在实验中应该保持恒定的变量。在心理实验中确定了自变量与因变量以后，就应该使实验的其他条件保持恒定，只有这样实验中的因果关系才能得到明确的说明。
一般来说，实验过程中的温度、环境噪音、照明情况、被试身体状况等都能成为额外变量的来源。不过对于心理学实验而言，有一部分额外变量是其特有的，那就是来源于主试和被试相互作用的额外变量。
这种作用主要表现为两个方面。首先是“实验者效应”。是指主试在实验中可能以某种方式（如表情、手势、语气等）有意无意地影响被试，使他们的反应附和主试的期望。这种现象称为实验者效应。其次是“要求特征”。在心理学实验中，被试并不是消极被动的，他们总是以某种动机、态度来对待实验的，因而实验结果在很大程度上也依赖于被试对实验的态度。那么很有可能，被试会自发地对主试的实验目的产生一个假设或猜想，然后再以一种自以为能满足这一假想的实验目的的方式进行反应。我们把这种称为要求特征叫要求特征。
在心理学实验中，对额外变量的控制技术主要有以下几种。
排除法是把额外变量从实验中排除出去。例如，如果外界的噪音和光线影响实验，最好的办法就是进入隔音室或暗室，这样可以把它们排除掉。在有效消除源自实验者效应和被试效应的额外变量的干扰方面，双盲实验就是一个很好的排除法。简单他说，双盲控制时让实验的操作者和实验被试都不知道实验的内容和目的，由于实验者和研究参加者都不知道哪些被试接受哪种实验条件，从而避免了主试、被试双方因为主观期望所引发的额外变量。
恒定法旨在使额外变量在实验过程中保持恒定不变。这主要体现在保持实验条件恒定的方面。实验时，不同实验场所、不同主试以及不同的实验时间等都是额外变量。有效的控制方法是在同一实验室，由同一主试在同一个时间对实验组和控制组使用同样的程序进行实验。
匹配法是使实验组和控制组中的被试属性相等的一种方法。使用匹配法时，先要测量所有被试身上与实验任务呈高相关的属性，然后根据测得结果将被试分成属性相等的实验组和控制组，例如，进行“练习对射击效果影响”的实验研究时，先预测一下被试打靶的成绩，然后把两个预测成绩相等（击中环数相等）的被试分别分到实验组和控制组，进而一一匹配成条件相等的两组被试。
随机化法是把被试随机地分派到各处理组中去的技术。从理论上讲，随机化法是控制额外变量的最佳方法，因为如果总体中的任一成员都有同等机会被抽取到任一处理组，那么可以期望随机分派形成的各处理组的各种条件和机会是均等的，即在额外变量上做到了匹配。随机化法不会导致系统性偏差，能够控制难以观察的中介变量（如动机、情感，疲劳、注意等）。
统计控制法就是在实验完成后通过一定的统计技术来事后避免实验中额外变量的干扰。