Experimental Design 

The overarching goals of the following exercise are to demonstrate how psychology and the scientific 
method can be used to address issues that interest your students, to teach them how them how the concepts 
they are learning influence experimental design, and to impress on them an appreciation for the challenges 
faced by experimental psychologists. Lead your class through the process of designing an experiment. Start 
with a hypothesis generated through brainstorming by the class. Allowing your students to provide the 
hypothesis ensures that it will interest them and that they will stay engaged. Students may start with topics 
such as alien abduction, crop circles, and the Loch Ness monster. Welcome this, as it gives you a terrific 
opportunity to talk about alternative explanations, existence proofs, and the fact that some topics, such as 
the proof of the existence of God, remain firmly outside the boundaries of science. The scientific method is 
not a panacea; it is a highly structured method for testing measurable factors and relationships. After your 
class has agreed on an issue to test, lead them toward a consensus, testable hypothesis about the issue. 
Once your class has clearly defined a hypothesis, lead them through a discussion of possible alternative 
explanations. Challenge their hypothesis and their beliefs. Are there other possible explanations that are 
more simple and more likely? What assumptions and possible biases underlie their hypothesis? How 
would the hypothesis (and their assumptions and biases) generated by your class be different than 
explanations put forward by people from different cultures and different times? You might want to mention 
that spirit possession was a widely held explanation for mental illness until relatively recently. After listing 
a number of possible alternative explanations, allow your class to suggest a very basic methodology for 
testing the hypothesis and eliminating the alternative explanations. You might want to give them a head 
start by suggesting the kind of data that they would need to collect to measure the variables of interest. 
Depending on the hypothesis chosen and the sophistication of your class, outlining a reasonable 
experiment may be a difficult process. If the class begins to show signs of overload, you can quickly switch 
gears and use the exercise to demonstrate the difficulty in designing and executing well-controlled 
experiments. 

29 


PSYCHOLOGY AND LIFE 

BIOGRAPHICAL PROFILES 

Sir Francis Galton (1822–1911) 

Few psychologists are credited with more firsts than Galton, the cousin of Charles Darwin. A child prodigy, 
Galton could read by 2. years old and by six was reading Shakespeare for pleasure. He graduated from 
Cambridge University in 1843, but never obtained a graduate degree. Because he was independently 
wealthy, as were many early psychologists, Galton was free to follow his passion, and his passion led him 
to measurement, first of geography and then of humans. Galton first gained fame as a cartographer for the 
Royal Geographical Society on a trip to Africa. On his return to England, Galton took his cousin’s notion of 
the importance of individual differences to evolution, and set about measuring these differences in humans. 
Galton was the first to use questionnaires, the first to study the nature–nurture controversy, the first to use a 
word-association test, the first to study twins, and the first to study intelligence testing seriously. Galton’s 

work also spawned the creation of the ubiquitous correlation coefficient, r, by his student Charles 
Spearman. 

Edward Titchener (1867–1927) 

Edward Titchener attended Oxford from 1885 to 1890, where he became interested in experimental 
psychology and translated Wundt’s Principles of Physiological Psychology into English. After graduating 
from Oxford, Titchener spent two years studying with Wundt in Leipzig. After receiving his Ph.D. in 1892, 
Titchener took a job at Cornell University, where he remained for his entire career. While at Cornell, 
Titchener developed a thriving department and became the leading exponent of structuralism in America. 
Titchener adopted Wundt’s technique of introspection to the study of observable conscious events and 
sought to describe the contents of mental life. Although not successful in his goal of creating a periodic table 
of mental events, much like the periodic table of physical elements, Titchener exerted a profound influence 
over the development of psychology in America, through both his ideas and the ambitious research 
program that he led at Cornell. 

30 


CHAPTER 2: RESEARCH METHODS IN PSYCHOLOGY 

TIMELINE 

Year Event 
1811 Charles Bell and Francois Magendie discovered that there are two types of nerves: sensory and 
motor nerves. 
1827 Ludwig von Beethoven died. 
1838 Johannes Müller articulated his “Doctrine of Specific Nerve Energies.” 
1846 Ernst Weber derived the quantitative relationships between subjective experience and physical 
stimulation, known as Weber’s Law. 
1848 Marx and Engels published the Communist Manifesto. 
1859 Charles Darwin published On the Origin of Species by Natural Selection, a culmination of his 
research and thinking about evolution via natural selection. 
1860 Gustav Fechner published Elements of Psychophysics, which outlined the experimental study of 
the relationship between subjective experience and physical stimulation. 
18611865 
The American Civil War was fought. 
1872 Claude Monet painted Impression—Sunrise, Le Havre, the painting that lent its name to the 
Impressionist movement. 
1885 Hermann Ebbinghaus published his empirical research on memory. 
1890 William James published the Principles of Psychology, a two-volume text that became the 
standard reference for psychology students. 
1896 Thomas Edison invented the motion picture. 
1898 Edward Thorndike conducted the first systematic experiments on animal learning. 
1905 Alfred Binèt and Theodore Simon developed the first useful intelligence test. 
1906 Charles Sherrington published Integrative Actions of the Nervous System, which set forth the basic 
principles and terminology used today to describe the structure and function of the nervous 
system. 
1913 John Watson published “Psychology as the Behaviorist Views It,” sometimes referred to as the 
Behaviorist Manifesto, an influential paper asserting that psychology should restrict its subject 
matter to observable behavior. 
19141918 
World War I was fought. 
1928 Ivan Pavlov published Lectures on Conditioned Reflexes, a survey of his research on classical 
conditioning. 
1938 B. F. Skinner published Behavior of Organism: An Experimental Analysis, which outlined the basic 
principles of operant conditioning. 
19391945 
World War II was fought. 
1946 The American Psychological Association was reorganized to include practitioner psychologists, 

31 


PSYCHOLOGY AND LIFE 

as well as research psychologists. 
1950 William Estes published “Toward a Statistical Theory of Learning,” a classic paper outlining a 
mathematical approach to learning. 
1957 Noam Chomsky published Syntactic Structures, inaugurating an era of productive collaboration 
between psychologists and linguists. Psycholinguistics soon became a flourishing field of 
psychology. 
1957 Herbert Simon published Administrative Behavior: A Study of Decision-Making Processes in 
Administrative Organizations, detailing the dynamics of decision making under conditions of 
uncertainty. 
1962 David Hubel and Thorston Weisel published their research on how specific features of visual 
stimuli excite specific neurons in the visual cortex. 
1981 Roger Sperry received the Nobel Prize for his pioneering work on the split-brain phenomenon. 

SUGGESTIONS FOR FURTHER READINGS 

Bordens, K. S., & Abbott, B. B. (1991). Research Design and Methods: A Process Approach, 2nd Edition. Mountain 
View, CA: Mayfield. Applies the research process to both theoretical and practical problems. 

Graziano, A. M., & Raulin, M. L. (1989). Research Methods: A Process of Inquiry. New York: Harper Collins 
Publishers. 

Keppel, G. (1991). Design and Analysis: A Researcher’s Handbook, 3rd Edition. Englewood Cliffs, New Jersey: 
Prentice Hall. 

Stanovich, K. E. (1996). How to Think Straight about Psychology, 4th Edition. Glenview, IL: Scott, Foresman. A 
scholarly yet entertaining account of the necessity of using the scientific method in psychology and of its 
application to everyday life, filled with great examples to use in lectures. 

DISCOVERING PSYCHOLOGY 

PROGRAM 2: UNDERSTANDING RESEARCH 
Overview 

An examination of the scientific method and the ways in which data are collected and applied– in the lab and in the field – 
with an emphasis on sharpening critical thinking regarding research findings. 

Key Issues 

The power of belief, the placebo effect, the double blind procedure, the scientific method and
psychology, and lie detection.


New Interviews 

Christina Maslach takes an in-depth look at applied research. 

32 


CHAPTER 2: RESEARCH METHODS IN PSYCHOLOGY 

FILMS AND VIDEOS 

Flatland (1965). Contemporary Films, 12 minutes 

When a “square” from the two-dimensional world of Flatland tries to convince others of the existence of 
a third dimension, he is harshly persecuted. This animated film illustrates beautifully the scientific 
ideals of objectivity and openness to change. 

33 


PSYCHOLOGY AND LIFE 


CHAPTER 3 
The Biological Bases of Behavior 

LEARNING OBJECTIVES 

On completion of this chapter, students should be able to: 

1. Understand how biology contributes to the creation of unique individuals 
2. Appreciate the complex interplay among the brain, mind, behavior, and environment that creates 
the unique experience of being human 
3. Understand the nature versus nurture and the heredity versus environment controversies 
4. Explain Darwin’s Theory of Natural Selection and its relevance and importance to the field of 
psychology 
5. Offer examples when given the statement, “Genes do not code for destinies; they code for potential” 
6. Describe the various methods for exploring the functions of the nervous system 
7. Identify the structures and functions of the central nervous system, the peripheral nervous system, 
and the autonomic nervous system 
8. Describe the major structures of the brain, and identify their function 
9. Explicate the basic functions of the glands in the endocrine system, and explain the role of
neurotransmitters
CHAPTER OUTLINE 

I. Heredity and Behavior 
A. End points of Causal Explanation 
1. Nature versus Nurture 
2. Heredity versus Environment 
B. Evolution and Natural Selection 
1. Natural Selection: Fundamental assumption of psychology 
a) Charles Darwin published The Origin of the Species in 1859 
b) Survival of the fittest: Only those organisms most adapted to the 
environment survive 

2. Genotypes: A specific genetic structure 
3. Phenotypes: Outward appearance and repertory of behaviors 
4. Genotype and the environment interact to yield a particular phenotype 
C. Human Evolution 
1. Human evolution favored two adaptations: Bipedalism and Encephalization 
34 


CHAPTER3: THE BIOLOGICAL BASES OF BEHAVIOR 

a) Bipedalism: the ability to walk upright 
b) Encephalization: increases in brain size 

2. Language: A third critical evolutionary milestone for humans 
a) Language is the basis of cultural evolution–the ability of cultures to 
respond adaptively, through learning, to environmental change. Works 
much more quickly than genetic evolution. 

D. Variation in the Human Genotype 
1. Basic Genetics 
a) Genes: Organized packets of DNA that contain the instructions for the 
production of proteins 

b) Genes are found on rod like structures known as chromosomes. Humans 
contain 46 chromosomes, 23 from the mother and 23 from the father. 

c) Estimates of the number of genes in the human genome range from 30,000 
to 150,000 

d) The X and Y sex chromosomes determine sex. One X comes from the 
mother, and either an X or a Y comes from the father. XX = female. XY = 
male. 

2. Genes and Behavior: the interaction of psychology and genetics 
a) Biology (genes) is (are) not destiny 
b) Genes only determine the range of effects that the environment can have in 
shaping phenotype and behavior 
c) The person that you become is jointly determined by genes and the 
environment, by nature and nurture 

3. Sociobiology focuses on evolutionary explanations for social behavior and social 
systems of humans and other animal species 
II.Biology and Behavior 
A. Early Explanations of Behavior 
1. Rene Descartes argued that human physiology could be studied empirically, that 
humans are just an animal machine, and that human action is a mechanical 
response to the environment 
2. Sir Charles Sherrington provided evidence for Descartes’ ideas and suggested that 
the human nervous system involves both excitatory and inhibitory processes 
3. Santiago Ramón y Cajal detected the physical gaps between adjacent neurons 
4. Donald Hebb proposed that the brain is not merely a mass of tissue but a highly 
integrated series of structures, or cell assemblies, that perform specific functions 
5. Neuroscience is one of the most rapidly growing areas of research today 
B. Eavesdropping on the Brain 
1. Broca’s Area: The region of the brain that translates thoughts into speech 
35 


PSYCHOLOGY AND LIFE 

2. Producing brain lesions 
a) Not done on humans for obvious ethical reasons 

b) Helpful in treating some neurological disorders such as epilepsy 

3. Electrical stimulation 
a) Walter Hess found that sleep, sexual arousal, anxiety, and terror could be 
turned on and off by electrically stimulating specific areas of the brain 

4. Recording and imaging brain activity 
a) Electroencephalogram (EEG) records large, integrated patterns of brain 
electrical activity 

b) Positron-Emission Tomography (PET) scans construct a dynamic portrait 
of the brain by detecting how radioactive (but safe) substances are 
processed in the brain during different cognitive and behavioral activities 

c) Magnetic Resonance Imaging (MRI) uses pulses of energy to cause atoms 
to align with a magnetic field. Special radio receivers then monitor the rate 
at which atoms decay from alignment once the energy pulse is complete. 
Computers analyze this information to create dynamic models of brain 
activity. 

C. The Nervous System 
1. Comprised of two major divisions 
a) The central nervous system (CNS), comprised of all the neurons in the 
brain and spinal cord 

b) The peripheral nervous system (PNS), comprised of all the neurons 
forming the nerve fibers that connect the CNS to the body 

2. The Central Nervous System (CNS) 
a) Integrates and coordinates all bodily functions, processes all incoming 
neural messages, and sends commands to different parts of the body 

b) Relies on PNS for information from sensory receptors 

3. The Peripheral Nervous System (PNS) 
a) Provides the CNS with sensory information and relays commands from 
the brain to the body’s organs and muscles 

b) Composed of two subdivisions 

(1) The Somatic Nervous System (SNS), which regulates the actions 
of skeletal muscles 
(2) The Autonomic Nervous System (ANS), which sustains basic life 
processes, further divided into two subdivisions: 
(i) The Sympathetic Division governs response to 
emergencies 
(ii) The Parasympathetic Division governs routine operation 
of internal bodily functions 
D. Brain Structures and Their Functions 
1. The brain is the most important component of the CNS and is composed of three 
layers: the brain stem, the limbic system, and the cerebrum 
36 


CHAPTER3: THE BIOLOGICAL BASES OF BEHAVIOR 

2. The Brain Stem 
a) The Medulla, located at the top of the spinal cord, controls breathing, blood 
pressure, and the heart 

b) The Pons, located directly above the Medulla, provides inputs to other 
structures of the brain stem and to the cerebellum 

c) The Reticular Formation, located between the Medulla and Pons, arouses 
the cerebral cortex to new stimulation and keeps the brain alert even 
during sleep 

d) The Thalamus, located above the Pons, receives input from the reticular 
formation and channels incoming sensory information to the appropriate 
area of the cerebral cortex 

e) The Cerebellum, located attached to the brain stem at the base of the skull, 
coordinates bodily movements and plays a role in some types of learning 

3. The Limbic System mediates motivated behaviors, emotional states, and memory 
processes and is composed of three structures: 
a) The Hippocampus plays an important role in the acquisition of explicit 
memories–memories that you are aware of retrieving 

b) The Amygdala plays a role in emotional control and the formation of 
emotional memories, especially those related to threat and danger 

c) The Hypothalamus plays a role in maintaining homeostasis such as body 
weight, temperature, and the endocrine system 

4. The Cerebrum regulates higher emotional and cognitive functions 
a) The Cerebral Cortex is the thin outer layer of the cerebrum 

b) The cerebrum is also divided into two symmetrical halves, the cerebral 
hemispheres 

c) The two cerebral hemispheres are connected by a thick mass of nerve fibers 
called the corpus callosum, which relays messages between hemispheres 

d) Grooves in the cerebrum, called the Central Sulcus and the Lateral Fissure, 
help divide each cerebral hemisphere into four lobes 

e) The Frontal lobe is located at the front of the cerebrum and is involved in 
motor control and cognitive activities such as planning, decision making, 
and goal setting 

f) The Parietal lobe is located at the top of the cerebrum and is responsible for 
the sensations of touch, pain, and temperature 

g) The Occipital lobe is located at the back of the cerebrum and is responsible 
for visual processing 

h) The Temporal lobe is located at the side of the cerebrum and is responsible 
for auditory processing 

i) The hemispheres and lobes of the brain do not function independently, 
rather they work as an integrated unit similar to an orchestra 

37 


PSYCHOLOGY AND LIFE 

j) The Motor Cortex, located in front of the central sulcus, controls movement 
of the body’s voluntary muscles 

k) The Somatosensory Cortex, located behind the central sulcus in the parietal 
lobes, processes information about temperature, touch, body position, and 
pain 

l) The Auditory Cortex, located in the temporal lobes, processes auditory 
information 

m) The Visual Cortex, located in the occipital lobes, processes visual 
information 

n) The Association Cortex, which includes all of the cortex that is unlabeled, 
works to interpret and integrate information from many parts of the brain 

5. Hemispheric Lateralization 
a) Roger Sperry and Michael Gazzaniga devised situations that could allow 
visual information to be presented separately to each hemisphere. 

b) Information from the right visual field goes to the left hemisphere, and 
information from the left visual field goes to the right hemisphere 

c) Speech may be the most highly lateralized of all brain functions. For most 
people, speech is a left hemisphere function. 

d) The left hemisphere tends to be more analytical, processing information bit 
by bit 

e) The right hemisphere tends to be more holistic, processing information in 
global patterns 

f) There may be gender differences in lateralization. When making 
judgments, the left hemispheres of males showed more activity, while both 
hemispheres of females showed activity 

E. The Endocrine System 
1. A highly complex communication system comprised of a network of glands that 
supplements the work of the nervous system 
a) Hormones–“the messengers of life”–are chemicals secreted by the glands of 
the endocrine system. They influence sexual development, physical 
growth, moods, arousal level, immune functioning, and metabolism rate. 

2. The Hypothalamus serves as an intermediary between the endocrine system and the 
nervous system. Messages from the brain cause the hypothalamus to release 
hormones to the pituitary gland. 
3. The Pituitary Gland, the “master gland,” secretes about ten different types of 
hormones, which influence the functioning of all other endocrine system glands, and 
influences growth 
a) In males, the pituitary gland activates secretion of testosterone, which leads 
to sperm production 

b) In females, the pituitary gland activates secretion of estrogen, which is 
essential to the release of eggs from the ovaries 

38 


CHAPTER3: THE BIOLOGICAL BASES OF BEHAVIOR 

III. The Nervous System in Action 
A. The Neuron 
1. The neuron is a cell specialized to receive, process, and transmit information to other 
cells. There are at least 200 different types of neurons, which are typically comprised 
of dendrites, soma, axon, and terminal buttons. 

a) Dendrites are branched fibers that extend outward from the body of the 
neuron and that receive messages from other neurons 

b) The Soma, or cell body, integrates information received by the dendrites 
and passes it along to the axon 

c) The Axon is a single extended fiber that conducts information to terminal 
buttons 

d) Terminal buttons are bulblike structures that secrete neurotransmitters 
which influence other neurons 

2. There are three major classes of neurons: sensory neurons, motor neurons, and 
interneurons 
a) Sensory neurons carry messages from sense receptors toward the CNS 
b) Motor neurons carry messages from the CNS to the muscles and glands 
c) Interneurons carry messages between different neurons 

3. Glia cells, derived from the Greek word for “glue,” outnumber neurons in the brain by 
about five or ten to one and perform three primary functions: housekeeping, 
insulation, and protection of the brain 
a) Development: Glia cells help guide newborn neurons to appropriate 
locations in the brain 

b) Housekeeping: Glia cells clean up after neurons die and absorb excess 
neurotransmitters 

c) Insulation: Glia cells form a myelin sheath around the axon of some types 
of neurons, greatly increasing the conduction speed of the axon 

d) Protection: Glia cells form a blood-brain barrier that prevents toxins from 
reaching the brain 

B. Action Potentials 
1. Neurons send messages in an all-or-none fashion through action potentials traveling 
down the axon, and they receive messages in the form of graded potentials through 
the dendrites 
a) Excitatory input increases the likelihood that a neuron will fire 

b) Inhibitory input decreases the likelihood that a neuron will fire 

c) Graded Potentials are generated by excitatory inputs and vary in size 
according to the magnitude of the stimulation. One graded potential is 
often not enough to cause a neuron to fire 

39 


PSYCHOLOGY AND LIFE 

d) Temporal Summation involves several excitatory or inhibitory inputs from 
the same source over time 

e) Spatial Summation involves several excitatory or inhibitory inputs from 
different sources at the same time 

2. The Biochemical Basis of Action Potentials 
a) An Action Potential begins when excitatory inputs are strong enough to 
overcome inhibitory inputs and involves depolarization of the neuron by 
sodium ions rushing into the cell 

b) Resting Potential is the slightly negative voltage of a neuron in a resting 
state 

c) Ion Channels in neuron membranes respond to changes in excitatory and 
inhibitory input. Excitatory input causes the ion channels to allow sodium 
ions into the neuron, allowing the neuron to fire. Inhibitory input causes 
the ion channels to keep the neuron negatively charged, preventing the 
neuron from firing. 

d) The action potential then travels down the axon as adjacent areas of the 
axon successively depolarize 

e) When the fluid inside the neuron becomes positive, the sodium ion 
channels close and potassium ion channels open, allowing potassium 
ions to exit the cell, restoring negative charge of the neuron. 

f) Action potentials obey the All-or-None Law. The size of the action potential 
is not influenced by the intensity of stimulation beyond the threshold level. 

g) After firing, neurons enter a Refractory Period, a period during which they 
cannot fire or will only fire with more intense stimulation dm normal 

C. Synaptic Transmission 
1. Transmission of neural impulses between neurons involves the movement of 
neurotransmitters across the synaptic cleft 
a) A Synapse is a small physical gap between neurons 

b) Once an action potential reaches an axon terminal button, vesicles release 
neurotransmitters into the synaptic gap chemical substances that 
stimulate other neurons. The neurotransmitters then traverse across the 
synaptic gap and attach to receptor molecules embedded in the 
postsynaptic neuron membrane. 

D. Neurotransmitters and Their Functions 
1. At least 60 substances are suspected to function as neurotransmitters in the brain 
2. Acetylcholine, a neurotransmitter found in both the central and peripheral nervous 
systems, is implicated in memory loss associated with Alzheimer’s disease and in 
some types of respiratory failure 
3. Gamma-Amino Butyric Acid (GABA) is thought to be related to anxiety, as depressants 
bind to receptor molecules sensitive to GABA and cause sedation 
4. Catecholamines such as dopamine and norepinephrine play prominent roles in mood 
disturbances and schizophrenia 
40 


CHAPTER3: THE BIOLOGICAL BASES OF BEHAVIOR 

a) Decreased levels of norepinephrine have been related to depression 

b) Increased levels of dopamine have been related to schizophrenia 

5. Serotonin is involved in autonomic processes, arousal, and depression 
6. Endorphins are neuromodulators that modify the activities of postsynaptic neurons 
and may play an important role in emotional behaviors 
DISCUSSION QUESTIONS 

1. A fundamental, yet often overlooked, assumption of this chapter is that Darwin’s Theory of Natural 
Selection accurately explains how humans reached our current stage of development. Indeed, it has 
become so well accepted that few students will stop to wonder how this chapter would be different 
if it were incorrect. But what if it was wrong?

　　请记住本书首发域名：www.llskw.org。来奇网电子书手机版阅读网址：m.llskw.org