Experiment

Ein Experiment ist ein Verfahren, das durchgeführt wird, um a zu unterstützen oder zu widerlegen Hypothese, oder bestimmen die Wirksamkeit oder Wahrscheinlichkeit von etwas, das zuvor unerprobt wurde. Experimente geben Einblick in Ursache und Wirkung Indem nach demonstrieren, welches Ergebnis auftritt, wenn ein bestimmter Faktor manipuliert wird. Die Experimente variieren stark in Ziel und Skala, stützen sich jedoch immer auf wiederholbare Prozeduren und logische Analysen der Ergebnisse. Es gibt auch natürliche experimentelle Studien.
Ein Kind kann grundlegende Experimente durchführen, um zu verstehen, wie die Dinge in den Boden fallen, während Teams von Wissenschaftlern jahrelang systematische Untersuchung erfordern können, um ihr Verständnis eines Phänomens voranzutreiben. Experimente und andere Arten von praktischen Aktivitäten sind für das Lernen der Schüler im Wissenschaftszimmer sehr wichtig. Experimente können die Testergebnisse erhöhen und einem Schüler helfen, sich mehr für das Material zu engagieren, das sie lernen, insbesondere wenn sie im Laufe der Zeit verwendet werden.[1] Die Experimente können von persönlichen und informellen natürlichen Vergleichen (z. B. Verkostung einer Reihe von Pralinen, um einen Favoriten zu finden) variieren, bis hin zu hochkontrollierten (z. B. Tests, die komplexe Apparate erfordern, die von vielen Wissenschaftlern beaufsichtigt werden, die Informationen über subatomare Partikel ermitteln). Die Verwendung von Experimenten variiert erheblich zwischen den natürlich und Mensch Wissenschaften.
Experimente umfassen typischerweise Kontrollen, die so konzipiert sind, dass sie die Auswirkungen anderer Variablen als die einzelne minimieren sollen unabhängige Variable. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Ergebnisse, häufig durch einen Vergleich zwischen der Kontrolle Messungen und die anderen Messungen. Wissenschaftliche Kontrollen sind Teil der wissenschaftliche Methode. Idealerweise alles Variablen In einem Experiment werden kontrolliert (berücksichtigt durch die Kontrollmessungen) und keine unkontrolliert. In einem solchen Experiment ist es möglich zu schließen, dass das Experiment wie beabsichtigt funktioniert, wenn alle Kontrollen wie erwartet funktionieren, und dass die Ergebnisse auf den Effekt der getesteten Variablen zurückzuführen sind.
Überblick
In dem wissenschaftliche MethodeEin Experiment ist ein empirisch Verfahren, die konkurrieren Modelle oder Hypothesen.[2][3] Forscher verwenden auch Experimente, um bestehende zu testen Theorien oder neue Hypothesen, um sie zu unterstützen oder zu widerlegen.[3][4]
Ein Experiment testet normalerweise a Hypothese, was eine Erwartung darüber ist, wie ein bestimmter Prozess oder Phänomen funktioniert. Ein Experiment kann jedoch auch darauf abzielen, eine "Was-wenn" -Frundation zu beantworten, ohne dass die Experiment das Experiment offenbart oder frühere Ergebnisse bestätigen. Wenn ein Experiment sorgfältig durchgeführt wird, unterstützen oder widerlegen die Ergebnisse die Hypothese normalerweise entweder oder widerlegen Sie sie. Nach einigen Philosophien der WissenschaftEin Experiment kann niemals eine Hypothese "beweisen", es kann nur Unterstützung hinzufügen. Andererseits ein Experiment, das a liefert Gegenbeispiel kann eine Theorie oder Hypothese widerlegen, aber eine Theorie kann immer durch angemessener Errungene erspart werden ad hoc Modifikationen auf Kosten der Einfachheit.
Ein Experiment muss auch das Mögliche steuern verwirrende Faktoren- Jede Faktoren, die die Genauigkeit oder Wiederholbarkeit des Experiments oder die Fähigkeit, die Ergebnisse zu interpretieren, verringern würden. Verwirrung wird üblicherweise durch beseitigt Wissenschaftliche Kontrollen und/oder in Randomisierte Experimente, durch Zufallsauswahl.
Im Ingenieurwesen und die Physikalische WissenschaftenExperimente sind eine primäre Komponente der wissenschaftlichen Methode. Sie werden verwendet, um Theorien und Hypothesen zu testen, wie physikalische Prozesse unter bestimmten Bedingungen funktionieren (z. B. ob ein bestimmtes technisches Verfahren eine gewünschte chemische Verbindung erzeugen kann). Typischerweise konzentrieren sich Experimente in diesen Feldern auf Reproduzieren identischer Verfahren in der Hoffnung, in jeder Replikation identische Ergebnisse zu erzielen. Zufällige Zuordnung ist ungewöhnlich.
Im Medizin und die SozialwissenschaftenDie Prävalenz der experimentellen Forschung variiert stark zwischen Disziplinen. Bei Verwendung folgen Experimente jedoch typischerweise der Form der klinische Studie, wo experimentelle Einheiten (normalerweise einzelne Menschen) zufällig einer Behandlungs- oder Kontrollbedingung zugeordnet werden, bei der ein oder mehrere Ergebnisse bewertet werden.[5] Im Gegensatz zu Normen in den physischen Wissenschaften liegt der Fokus typischerweise auf der Durchschnittlicher Behandlungseffekt (Der Unterschied in den Ergebnissen zwischen Behandlungs- und Kontrollgruppen) oder einem anderen) Teststatistik produziert durch das Experiment.[6] Eine einzelne Studie beinhaltet typischerweise keine Replikationen des Experiments, aber separate Studien können durch aggregiert werden Systematische Überprüfung und Metaanalyse.
Es gibt verschiedene Unterschiede in der experimentellen Praxis in jedem der Zweige der Wissenschaft. Zum Beispiel, landwirtschaftlich Forschung verwendet häufig randomisierte Experimente (z. B. um die vergleichende Wirksamkeit verschiedener Düngemittel zu testen), während Versuchsökonomie Beinhaltet häufig experimentelle Tests theoretisierter menschliches Verhalten, ohne sich auf die zufällige Zuordnung von Personen zu Behandlungs- und Kontrollbedingungen zu stützen.
Geschichte
Einer der ersten methodischen Ansätze für Experimente im modernen Sinne ist in den Werken des arabischen Mathematikers und des Gelehrten sichtbar Ibn al-Haytham. Er führte seine Experimente im Bereich der Optik durch - kehrte zu optischen und mathematischen Problemen in den Werken von zurück Ptolemäus-Durch die Kontrolle seiner Experimente aufgrund von Faktoren wie Selbstkritik, Abhängigkeit von sichtbaren Ergebnissen der Experimente sowie einer Kritikalität in Bezug auf frühere Ergebnisse. Er war einer der ersten Gelehrten, die eine induktiv-experimentelle Methode zum Erreichen von Ergebnissen verwendeten.[7] In seinem Buch der Optik Er beschreibt den grundlegend neuen Ansatz für Wissen und Forschung im experimentellen Sinne:
"Wir sollten, dh die Untersuchung in ihre Prinzipien und Prämissen empfehlen, mit einer Untersuchung der existierenden Dinge und einer Übersicht über die Bedingungen sichtbarer Objekte beginnen. Wir sollten die Eigenschaften von Einzelheiten unterscheiden und durch Induktion was sammeln, was bezieht sich auf das Auge, wenn das Sehen stattfindet und was in der Art der Empfindung vorkommt, einheitlich, unverändert, manifest In Bezug auf Schlussfolgerungen - unser Ziel in allem, was wir untersuchen und prüfen, ist es, Gerechtigkeit zu beschäftigen, nicht Vorurteilen zu befolgen und auf alles zu achten, was wir beurteilen und kritisieren, dass wir die Wahrheit suchen und nicht von der Meinung beeinflusst werden können . Wir können auf diese Weise schließlich zur Wahrheit kommen, die das Herz befriedigt und allmählich und sorgfältig das Ende erreichen, an dem Gewissheit erscheint; während wir durch Kritik und Vorsicht dürfen Die Wahrheit, die Uneinigkeit zerstreut und zweifelhafte Angelegenheiten löst. Trotzdem sind wir nicht frei von der menschlichen Trübung, die in der Natur des Menschen liegt; Aber wir müssen unser Bestes mit dem tun, was wir von menschlicher Macht besitzen. Von Gott leiten wir Unterstützung in allen Dingen ab. "[8]
Nach seiner Erklärung ist eine streng kontrollierte Testausführung mit einer Sensibilität für die Subjektivität und Anfälligkeit der Ergebnisse aufgrund der Art des Menschen erforderlich. Darüber hinaus ist eine kritische Sicht auf die Ergebnisse und Ergebnisse früherer Wissenschaftler erforderlich:
"Es ist also die Pflicht des Mannes, der die Schriften der Wissenschaftler studiert, wenn es sein Ziel ist, die Wahrheit zu lernen, sich zu einem Feind von allem zu machen, was er liest, und seinen Geist auf den Kern und die Ränder seines Inhalts angreifen, greifen Es von allen Seiten. Er sollte sich auch vermuten, wenn er seine kritische Untersuchung durchführt, damit er es vermeiden kann, entweder in Vorurteile oder in Nachsicht zu geraten. "[9]
Daher ist ein Vergleich früherer Ergebnisse mit den experimentellen Ergebnissen für ein objektives Experiment erforderlich - die sichtbaren Ergebnisse sind wichtiger. Am Ende kann dies bedeuten, dass ein experimenteller Forscher genügend Mut finden muss, um traditionelle Meinungen oder Ergebnisse zu verwerfen, insbesondere wenn diese Ergebnisse nicht experimentell sind, sondern aus einer logischen/ mentalen Ableitung. In diesem Prozess der kritischen Überlegung sollte der Mann selbst nicht vergessen, dass er zu subjektiven Meinungen neigt - durch "Vorurteile" und "Nachsicht" - und muss daher über seine eigene Art, Hypothesen zu bauen, kritisch sein.
Francis Bacon (1561–1626), ein Englisch Philosoph und Wissenschaftler Im 17. Jahrhundert aktiv wurde ein einflussreicher Unterstützer der experimentellen Wissenschaft in der Englische Renaissance. Er war nicht einverstanden mit der Methode, wissenschaftliche Fragen von der Beantwortung von wissenschaftlichen Fragen zu beantworten Abzug-ähnlich zu Ibn al-Haytham- und beschrieben wie folgt: "Nachdem der Mensch die Frage nach seinem Willen zuerst bestimmt hat, greift er dann zu Erfahrung und beugt sie zu, mit seinen Placets zu entsprechen, sie führt sie wie ein Gefangener in einer Prozession."[10] Bacon wollte eine Methode, die sich auf wiederholbare Beobachtungen oder Experimente stützte. Bemerkenswerterweise ordnete er zunächst die wissenschaftliche Methode so an, wie wir sie heute verstehen.
Es bleibt eine einfache Erfahrung; Was, wenn es so ist, wie es kommt, als Unfall bezeichnet wird, wenn es um gesucht wird, Experiment. Die wahre Erlebnismethode beleuchtet zunächst die Kerze [Hypothese], und dann zeigt mithilfe der Kerze den Weg [arrangiert und begrenzt das Experiment]; Beginnen Sie wie mit der ordnungsgemäß geordneten und verdauten Erfahrung, nicht verärgert oder unberechenbar, und züchteten Axiome [Theorien] und aus etablierten Axiomen erneut neue Experimente.[11]: 101
In den folgenden Jahrhunderten machten Menschen, die die wissenschaftliche Methode in verschiedenen Bereichen anwenden, wichtige Fortschritte und Entdeckungen. Zum Beispiel, Galileo Galilei (1564–1642) genau gemessene Zeit und experimentiert, um genaue Messungen und Schlussfolgerungen über die Geschwindigkeit eines fallenden Körpers zu führen. Antoine Lavoissier (1743–1794), ein französischer Chemiker, verwendete Experiment, um neue Bereiche zu beschreiben, wie z. Verbrennung und Biochemie und die Theorie von zu entwickeln Erhaltung der Masse (Angelegenheit).[12] Louis Pasteur (1822–1895) verwendeten die wissenschaftliche Methode, um die vorherrschende Theorie von zu widerlegen spontane Generation und um die zu entwickeln Keimtheorie der Krankheit.[13] Aufgrund der Bedeutung der Kontrolle potenziell verwirrender Variablen, die Verwendung von gut gestalteten Gebühren Labor Experimente werden nach Möglichkeit bevorzugt.
Eine beträchtliche Menge an Fortschritten bei der Gestaltung und Analyse von Experimenten trat im frühen 20. Jahrhundert mit Beiträgen von Statistikern wie zum Beispiel auf Ronald Fisher (1890–1962), Jerzy Neyman (1894–1981), Oscar Kemphorne (1919–2000), Gertrude Mary Cox (1900–1978) und William Gemmell Cochran (1909–1980) unter anderem.
Arten von Experimenten
Experimente können je nach beruflichen Normen und Standards in verschiedenen Studienbereichen nach einer Reihe von Dimensionen eingestuft werden.
In einigen Disziplinen (z. B.,, Psychologie oder Politikwissenschaft) Ein "wahres Experiment" ist eine Methode der Sozialforschung, bei der es zwei Arten von gibt Variablen. Das unabhängige Variable wird vom Experimentator und der manipuliert abhängige Variable wird gemessen. Das Signifikationsmerkmal eines wahren Experiments ist, dass es die Probanden zufällig zu neutralisieren Experimentator -Voreingenommenheitund sorgt über eine große Anzahl von Iterationen des Experiments, dass es für alle Störfaktoren steuert.[14]
Abhängig von der Disziplin können Experimente durchgeführt werden, um unterschiedliche, aber nicht gegenseitig ausschließende Ziele zu erreichen: [15] Testerentheorien, suchen und dokumentieren Sie Phänomene, entwickeln Sie Theorien oder beraten Sie politische Entscheidungsträger. Diese Ziele beziehen sich auch anders auf Gültigkeitsbedenken.
Kontrollierte Experimente
Ein kontrolliertes Experiment vergleicht häufig die Ergebnisse, die aus experimentellen Proben erhalten wurden Kontrolle Proben, die praktisch mit der experimentellen Probe identisch sind, mit Ausnahme des einen Aspekts, dessen Effekt getestet wird (die unabhängige Variable). Ein gutes Beispiel wäre eine Drogenstudie. Die Probe oder Gruppe, die das Medikament erhält, wäre die Versuchsgruppe (Behandlungsgruppe); und derjenige, der das erhält Placebo oder regelmäßige Behandlung wäre die Kontrolle eines. In vielen Laborexperimenten ist es eine gute Praxis, mehrere zu haben replizieren Proben für den Test, der durchgeführt wird, und beide a Positive Kontrolle und ein negative Kontrolle. Die Ergebnisse von Replikatproben können häufig gemittelt werden, oder wenn einer der Replikate offensichtlich mit den Ergebnissen der anderen Proben nicht übereinstimmt, kann er als Ergebnis eines experimentellen Fehlers verworfen werden (ein Schritt des Testverfahrens wurde möglicherweise fehlerhaft gewesen für diese Probe weggelassen). In den meisten Fällen werden Tests doppelt oder dreifach durchgeführt. Eine positive Kontrolle ist ein Verfahren, das dem tatsächlichen experimentellen Test ähnelt, aber aus früheren Erfahrungen bekannt ist, um ein positives Ergebnis zu erzielen. Es ist bekannt, dass eine negative Kontrolle ein negatives Ergebnis liefert. Die positive Kontrolle bestätigt, dass die Grundbedingungen des Experiments ein positives Ergebnis erzielen konnten, auch wenn keine der tatsächlichen experimentellen Proben ein positives Ergebnis erzielt. Die negative Kontrolle zeigt das Basislinienergebnis, das erhalten wird, wenn ein Test kein messbares positives Ergebnis erzeugt. Am häufigsten wird der Wert der negativen Kontrolle als "Hintergrund" -Wert behandelt, um die Ergebnisse der Testprobe zu subtrahieren. Manchmal nimmt die positive Kontrolle den Quadranten von a Standardkurve.
Ein Beispiel, das häufig beim Unterrichten von Laboratorien verwendet wird, ist kontrolliert Protein Assay. Die Schüler können eine flüssige Stichprobe erhalten, die eine unbekannte (für die Schüler-) Menge an Protein enthält. Es ist ihre Aufgabe, ein kontrolliertes Experiment korrekt durchzuführen, in dem sie die Proteinkonzentration in der Fluidprobe bestimmen (normalerweise als "unbekannte Probe" bezeichnet). Das Lehrlabor würde mit einem Proteinstandard ausgestattet sein Lösung mit einer bekannten Proteinkonzentration. Die Schüler konnten mehrere positive Kontrollproben erstellen, die verschiedene Verdünnungen des Proteinstandards enthalten. Negative Kontrollproben würden alle Reagenzien für den Protein -Assay enthalten, aber kein Protein. In diesem Beispiel werden alle Proben doppelt ausgeführt. Der Assay ist a kolorimetrischer Assay in welch a Spektrophotometer Kann die Proteinmenge in Proben messen, indem ein farbiger Komplex nachgewiesen wird, der durch die Wechselwirkung von Proteinmolekülen und Molekülen eines zugesetzten Farbstoffs gebildet wird. In der Abbildung können die Ergebnisse für die verdünnten Testproben mit den Ergebnissen der Standardkurve (der blauen Linie in der Abbildung) verglichen werden, um die Proteinmenge in der unbekannten Probe abzuschätzen.
Kontrollierte Experimente können durchgeführt werden, wenn es schwierig ist, alle Bedingungen in einem Experiment genau zu kontrollieren. In diesem Fall beginnt das Experiment mit der Erstellung von zwei oder mehr Stichprobengruppen, die es sind probabilistisch äquivalent, Dies bedeutet, dass die Messungen von Merkmalen unter den Gruppen ähnlich sein sollten und dass die Gruppen auf die gleiche Weise reagieren sollten, wenn dieselbe Behandlung angegeben wird. Diese Äquivalenz wird durch bestimmt statistisch Methoden, die die Variation zwischen Individuen und den Berücksichtigung berücksichtigen Nummer von Individuen in jeder Gruppe. In Feldern wie z. Mikrobiologie und ChemieWenn zwischen Individuen nur sehr geringe Unterschiede bestehen und die Gruppengröße in den Millionen leicht ist, werden diese statistischen Methoden häufig umgangen, und es wird angenommen, dass eine Lösung einfach in gleiche Teile identische Probengruppen erzeugt.
Sobald äquivalente Gruppen gebildet wurden, versucht der Experimentator, sie mit bis auf den einen identisch zu behandeln Variable dass er oder sie isolieren möchte. Menschliches Experimentieren erfordert besondere Schutzmaßnahmen gegen externe Variablen wie die Placebo-Effekt. Solche Experimente sind im Allgemeinen Doppelblind, was bedeutet, dass weder der Freiwillige noch der Forscher wissen, welche Personen in der Kontrollgruppe oder in der Versuchsgruppe sind, bis alle Daten gesammelt wurden. Dies stellt sicher, dass alle Auswirkungen auf den Freiwilligen auf die Behandlung selbst zurückzuführen sind und keine Reaktion auf das Wissen sind, dass er behandelt wird.
In menschlichen Experimenten können Forscher a geben Thema (Person) a Stimulus dass das Subjekt reagiert. Das Ziel des Experiments ist zu messen die Reaktion auf den Stimulus durch a Testmethode.
In dem VersuchsplanungEs werden zwei oder mehr "Behandlungen" angewendet, um die abzuschätzen Unterschied zwischen dem Mittelwert Antworten Für die Behandlungen. Beispielsweise könnte ein Experiment zum Backen von Brot den Unterschied in den mit quantitativen Variablen verbundenen Antworten wie dem Verhältnis von Wasser zu Mehl und mit qualitativen Variablen wie Hefestämmen abschätzen. Experimentieren ist der Schritt in der wissenschaftliche Methode Das hilft den Menschen, zwischen zwei oder mehr konkurrierenden Erklärungen zu entscheiden - oder Hypothesen. Diese Hypothesen schlagen Gründe vor, ein Phänomen zu erklären oder die Ergebnisse einer Aktion vorherzusagen. Ein Beispiel könnte die Hypothese sein, dass "wenn ich diesen Ball freilasse, er auf den Boden fällt": Dieser Vorschlag kann dann getestet werden, indem das Experiment mit dem Loslassen des Balls und der Beobachtung der Ergebnisse durchgeführt wird. Formal wird eine Hypothese mit ihrem Gegenteil verglichen oder Nullhypothese ("Wenn ich diesen Ball freilasse, fällt er nicht auf den Boden"). Die Nullhypothese ist, dass es keine Erklärung oder Vorhersagekraft des Phänomens durch die untersuchte Argumentation gibt. Sobald Hypothesen definiert sind, kann ein Experiment durchgeführt und die Ergebnisse analysiert werden, um die Genauigkeit der Hypothesen zu bestätigen, zu widerlegen oder zu definieren.
Experimente können auch darauf ausgelegt werden Schätzung von Spillover -Effekten auf nahe gelegene unbehandelte Einheiten.
Natürliche Experimente
Der Begriff "Experiment" impliziert normalerweise ein kontrolliertes Experiment, aber manchmal kontrollierte Experimente sind unerschwinglich schwierig oder unmöglich. In diesem Fall greifen Forscher auf natürliche Experimente oder Quasi-Experimente.[16] Natürliche Experimente beruhen ausschließlich auf Beobachtungen der Variablen der Variablen System unter studiert, anstatt nur eine oder einige Variablen zu manipulieren, wie es in kontrollierten Experimenten auftritt. In dem Maße, in dem sie möglich sind, versuchen sie, Daten für das System so zu sammeln, dass der Beitrag aller Variablen bestimmt werden kann und wenn die Auswirkungen der Variation in bestimmten Variablen ungefähr konstant bleiben, sodass die Auswirkungen anderer Variablen erkannt werden können. Der Grad, in dem dies möglich ist, hängt von der Beobachteten ab Korrelation zwischen Erklärungsvariablen In den beobachteten Daten. Wenn diese Variablen sind nicht Gut korrelierte natürliche Experimente können sich der Kraft kontrollierter Experimente nähern. Normalerweise besteht jedoch eine gewisse Korrelation zwischen diesen Variablen, wodurch die Zuverlässigkeit natürlicher Experimente im Vergleich zu dem geschlossen werden könnte, was zu dem Schluss gekommen werden könnte, wenn ein kontrolliertes Experiment durchgeführt würde. Da natürliche Experimente normalerweise in unkontrollierten Umgebungen stattfinden, werden Variablen aus unentdeckten Quellen weder gemessen noch konstant gehalten, und diese können illusorische Korrelationen in den untersuchten Variablen erzeugen.
Viel Forschung in mehreren Wissenschaft Disziplinen, einschließlich Wirtschaft, menschliche Geografie, Archäologie, Soziologie, Kulturanthropologie, Geologie, Paläontologie, Ökologie, Meteorologie, und Astronomie, stützt sich auf Quasi-Experimente. In der Astronomie ist es beispielsweise eindeutig unmöglich, wenn die Hypothese "Sterne sind, die Wasserstoffwolken kollabten", um mit einer riesigen Wasserstoffwolke zu beginnen und dann das Experiment des Wartens ein paar Milliarden Jahre durchzuführen, um einen Stern zu bilden . Durch die Beobachtung verschiedener Wasserstoffwolken in verschiedenen Kollapszuständen und anderen Implikationen der Hypothese (zum Beispiel das Vorhandensein verschiedener spektraler Emissionen aus dem Licht der Sterne) können wir Daten sammeln, die wir zur Unterstützung der Hypothese benötigen. Ein frühes Beispiel für diese Art von Experiment war die erste Überprüfung im 17. Jahrhundert, dass Licht nicht sofort von Ort zu Platzierung wandert, sondern eine messbare Geschwindigkeit hat. Die Beobachtung des Aussehens der Jupiter -Monden war leicht verzögert, als Jupiter weiter von der Erde entfernt war, im Gegensatz zu dem Zeitpunkt, als Jupiter näher an der Erde war; und dieses Phänomen wurde verwendet, um zu zeigen, dass der Unterschied in der Erscheinungszeit der Monde mit einer messbaren Geschwindigkeit übereinstimmte.
Feldversuche
Feldexperimente werden so benannt, sie von ihnen zu unterscheiden Labor Experimente, die die wissenschaftliche Kontrolle erzwingen, indem eine Hypothese in der künstlichen und stark kontrollierten Umgebung eines Labors getestet wird. Oft in den Sozialwissenschaften und insbesondere in wirtschaftlichen Analysen von Bildungs- und Gesundheitsmaßnahmen verwendet, haben Feldversuche den Vorteil, dass die Ergebnisse in einem natürlichen Umfeld und nicht in einem erfundenen Laborumfeld beobachtet werden. Aus diesem Grund werden Feldversuche manchmal als höher angesehen externe Validität als Laborexperimente. Wie bei natürlichen Experimenten leiden Feldversuche jedoch unter der Möglichkeit der Kontamination: Versuchsbedingungen können im Labor mit mehr Präzision und Sicherheit kontrolliert werden. Einige Phänomene (z. B. die Wahlbeteiligung bei einer Wahl) können jedoch nicht leicht in einem Labor untersucht werden.
Kontrast zur Beobachtungsstudie

Ein Beobachtungsstudie wird verwendet, wenn es unpraktisch, unethisch, kostenintensiv (oder auf andere Weise ineffizient) ist, ein physisches oder soziales System in eine Laborumgebung zu passen, verwirrende Faktoren vollständig zu kontrollieren oder zufällige Zuordnung anzuwenden. Es kann auch verwendet werden, wenn verwirrende Faktoren entweder begrenzt oder gut genug bekannt sind, um die Daten im Hinblick auf sie zu analysieren (obwohl dies selten sein kann, wenn soziale Phänomene untersucht werden). Damit eine Beobachtungswissenschaft gültig ist, muss der Experimentator wissen und berücksichtigen verwirrend Faktoren. In diesen Situationen haben Beobachtungsstudien Wert, da sie häufig Hypothesen vorschlagen, die mit randomisierten Experimenten oder durch Sammeln neuer Daten getestet werden können.
Grundsätzlich sind Beobachtungsstudien jedoch keine Experimente. Per Definition fehlt Beobachtungsstudien die Manipulation, die für erforderlich ist Baconian Experimente. Darüber hinaus umfassen Beobachtungsstudien (z. B. in biologischen oder sozialen Systemen) häufig Variablen, die schwer zu quantifizieren oder zu kontrollieren sind. Beobachtungsstudien sind begrenzt, da ihnen die statistischen Eigenschaften randomisierter Experimente fehlen. In einem randomisierten Experiment führt die im experimentelle Protokoll festgelegte Randomisierungsmethode die statistische Analyse, die normalerweise auch durch das experimentelle Protokoll festgelegt wird.[17] Ohne ein statistisches Modell, das eine objektive Randomisierung widerspiegelt, beruht die statistische Analyse auf einem subjektiven Modell.[17] Schlussfolgerungen aus subjektiven Modellen sind in Theorie und Praxis unzuverlässig.[18] Tatsächlich gibt es mehrere Fälle, in denen sorgfältig durchgeführte Beobachtungsstudien konsequent falsche Ergebnisse liefern, in denen die Ergebnisse der Beobachtungsstudien inkonsistent sind und sich auch von den Ergebnissen von Experimenten unterscheiden. Beispielsweise zeigen epidemiologische Studien von Dickdarmkrebs konsequent vorteilhafte Korrelationen mit dem Brokkoli -Verbrauch, während Experimente keinen Nutzen finden.[19]
Ein besonderes Problem mit Beobachtungsstudien mit menschlichen Probanden ist die große Schwierigkeit, faire Vergleiche zwischen Behandlungen (oder Expositionen) zu erreichen Auswahlverzerrungund Gruppen, die unterschiedliche Behandlungen (Expositionen) erhalten, können sich je nach Kovariaten stark unterscheiden (Alter, Größe, Gewicht, Medikamente, Bewegung, Ernährungsstatus, ethnische Zugehörigkeit, Familienanamnese usw.). Im Gegensatz dazu impliziert die Randomisierung, dass für jede Kovariate erwartet wird, dass der Mittelwert für jede Gruppe gleich ist. Für jede randomisierte Studie wird natürlich einige Variationen vom Mittelwert erwartet, aber die Randomisierung stellt sicher Zentralgrenze Theorem und Markovs Ungleichheit. Mit unzureichender Randomisierung oder niedriger Stichprobengröße erschwert die systematische Variation der Kovariaten zwischen den Behandlungsgruppen (oder Expositionsgruppen) es, die Wirkung der Behandlung (Exposition) von den Auswirkungen der anderen Kovariaten zu trennen, von denen die meisten nicht gemessen wurden . Die mathematischen Modelle, die zur Analyse solcher Daten verwendet werden, müssen jedes unterschiedliche Kovariate (falls gemessen) berücksichtigen, und die Ergebnisse sind nicht sinnvoll, wenn eine Kovariate weder randomisiert noch in das Modell aufgenommen wird.
Um Erkrankungen zu vermeiden, die ein Experiment weit weniger nützlich machen, führen Ärzte, die medizinische Studien durchführen - zeichnen für die USA Food and Drug Administration Genehmigung - Quantifizieren und randomisieren Sie die identifizierten Kovariaten. Forscher versuchen, die Verzerrungen von Beobachtungsstudien mit zu verringern Matching Methoden wie Neigungsbewertung Matching, die große Populationen von Probanden und umfangreiche Informationen zu Kovariaten erfordern. Die Anpassung der Neigungsbewertung wird jedoch nicht mehr als Technik empfohlen, da es eher die Verzerrung der Vorspannung erhöhen und nicht verringern kann.[20] Die Ergebnisse werden nach Möglichkeit auch quantifiziert (Knochendichte, die Menge einer Zelle oder Substanz im Blut, die physische Stärke oder Ausdauer usw.) und nicht auf der Meinung eines Subjekts oder einer professionellen Beobachter. Auf diese Weise kann das Design einer Beobachtungsstudie die Ergebnisse objektiver und daher überzeugender machen.
Ethik
Durch Platzierung der Verteilung der unabhängigen Variablen (en) unter die Kontrolle des Forschers ein Experiment - insbesondere wenn es sich um handelt menschliche Subjekte- potentielle ethische Überlegungen, wie z. Einverständniserklärung. Zum Beispiel ist es in der Psychologie oder im Gesundheitswesen unethisch, Patienten eine minderwertige Behandlung zu bieten. Daher sollen ethische Überprüfungsgremien klinische Studien und andere Experimente einstellen, es sei denn, eine neue Behandlung bietet angenommen, dass sie so gut wie die aktuellen Best Practice bieten.[21] Es ist auch im Allgemeinen unethisch (und oft illegal) randomisierte Experimente über die Auswirkungen von minderwertigen oder schädlichen Behandlungen wie die Auswirkungen der Einnahme von Arsen auf die menschliche Gesundheit durchzuführen. Um die Auswirkungen solcher Expositionen zu verstehen, verwenden Wissenschaftler manchmal Beobachtungsstudien, um die Auswirkungen dieser Faktoren zu verstehen.
Selbst wenn die experimentelle Forschung nicht direkt menschliche Probanden betrifft, kann dies immer noch ethische Bedenken darstellen. Zum Beispiel die von der durchgeführten Atombombenexperimente Manhattan -Projekt implizierte die Verwendung von Kernreaktionen, um Menschen zu schädigen, obwohl die Experimente keine direkten Menschen beteiligen.
Siehe auch
Anmerkungen
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Weitere Lektüre
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Externe Links
-
Medien im Zusammenhang mit Experimenten bei Wikimedia Commons
- Lektionen in elektrischen Schaltungen - Volumen VI - Experimenten
- Experiment in Physik aus Stanford Encyclopedia of Philosophy