Εισαγωγή - Πειραματικοί Σχεδιασμοί. Κατσιλέρος Αναστάσιος

Transcript

1 Εισαγωγή - Πειραματικοί Σχεδιασμοί Κατσιλέρος Αναστάσιος 2017

2 Παραλλακτικότητα To φαινόμενο εμφάνισης διαφορών μεταξύ ατόμων ή αντικειμένων ή παρατηρήσεων-μετρήσεων, που ανήκουν στην ίδια ομάδα-κατηγορία, ονομάζεται παραλλακτικότητα ή μεταβλητότητα. Τα αίτια της παραλλακτικότητας μπορεί να είναι γνωστά ή άγνωστα στον ερευνητή και οφείλονται σε πολλούς λόγους (συνθήκες - περιβάλλον, γονότυπος, πρώτες ύλες κ.α.).

3 Μεταβλητή Ο όρος μεταβλητή αναφέρεται σε χαρακτηριστικό του πληθυσμού που μελετάται. Ποσοτικές Συνεχείς (βάρος, ύψος) Ασυνεχείς ή Διακριτές (βαθμοί o C, αριθμός αντικειμένων) Ποιοτικές Ονομαστικές (φύλο, απουσία-παρουσία) Διάταξης (βαθμοί, καλό-μέτριο-κακό)

4 Πληθυσμός Το σύνολο των μετρήσεων ή παρατηρήσεων που αναφέρονται σε κάποιο χαρακτηριστικό (μεταβλητή) Περιλαμβάνει όλες τις πιθανές τιμές μιας μεταβλητής Ο πληθυσμός προσδιορίζεται από τον ερευνητή Οι πληθυσμοί χαρακτηρίζονται από παραμέτρους Ο πληθυσμός είναι πεπερασμένος ή άπειρος

5 Δείγμα Κάθε τμήμα του υπό εξέταση πληθυσμού και χρησιμοποιείται για την εξαγωγή συμπερασμάτων για τον πληθυσμό. Αποτελεί ένα τμήμα του πληθυσμού. Τα δείγματα πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικά του πληθυσμού. Χαρακτηρίζονται από στατιστικές με τις οποίες εκτιμούμε τις παραμέτρους του πληθυσμού.

6 Οι μέθοδοι έρευνας μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το επιστημονικό πεδίο, η διαδικασία ωστόσο της διεξαγωγής είναι η ίδια και συνίσταται: Στη διατύπωση επιστημονικής υποθέσεως που μπορεί να ελεγχθεί πειραματικά. Στην συγκέντρωση κατάλληλων δεδομένων από παρατηρήσεις ή πειράματα. Στην αξιολόγηση των δεδομένων και τον έλεγχο της ορθότητας της αρχικής υποθέσεως.

7 Τι είναι ο Γεωργικός Πειραματισμός; Είναι ο κλάδος της εφαρμοσμένης στατιστικής που ασχολείται με το σχεδιασμό και τη διεξαγωγή πειραμάτων, την ανάλυση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων, με σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων.

8 Γιατί χρειάζεται ο Πειραματισμός; Ο πειραματισμός συμβάλει στην επιβεβαίωση ή την απόρριψη των διαφόρων υποθέσεων με τη αναπαραγωγή κάποιων φαινομένων στη φυσική τους διάσταση. Αποτελεί βασικό εργαλείο που εμπλουτίζει τις Επιστήμες με νέα γνώση και θεωρείται βασικό εργαλείο προόδου.

9 Τι είναι πείραμα; Προσχεδιασμένη διαδικασία που γίνεται με ορισμένους κανόνες και που έχει ως σκοπό να επιβεβαιώσει ή να απορρίψει μια θεωρία ή να δημιουργήσει νέες γνώσεις.

10 Στα πειράματα μελετάται η επίδραση των πειραματικών επεμβάσεων ή μεταχειρίσεων (υλικά, μέθοδοι, συνθήκες) σε μία ή πολλές μεταβλητές (π.χ. η επίδραση του τρόπου λίπανσης στην απόδοση αραβόσιτου).

11 Πειραματική μονάδα ή τεμάχιο, ορίζεται ως η μονάδα (π.χ. ζώο, φυτό, τεμάχιο χωραφιού) στην οποία εφαρμόζεται η πειραματική επέμβαση. Ο τρόπος κατά τον οποίο ταξινομούνται οι πειραματικές μονάδες ονομάζεται πειραματικό σχέδιο.

12 Στάδια πειράματος

13 Σχεδιασμός πειράματος Να διατυπωθεί και να καθοριστεί με ακρίβεια το ερευνητικό πρόβλημα. Να καθοριστεί ο σκοπός της έρευνας και να εντοπιστούν οι στόχοι. Να γίνει πλήρης και ενδελεχής βιβλιογραφική ανασκόπηση. Να καθοριστούν οι μεταβλητές και επεμβάσεις. οι πειραματικές

14 Σχεδιασμός πειράματος (συνέχεια) Να επιλεγεί το κατάλληλο πειραματικό σχέδιο και οι επαναλήψεις. Να καθοριστεί το μέγεθος των πειραματικών μονάδων. Ο καθορισμός των πρακτικών οδηγιών για την ορθή διεξαγωγή του πειράματος. Να καθοριστούν η διαδικασία συλλογής των δεδομένων και τα εργαλεία μέτρησης των μεταβλητών. Να αποφασιστεί ο τρόπος ανάλυσης των δεδομένων.

15 Ορισμός και μελέτη του προβλήματος και ορισμός των στόχων. Ένα ερώτημα, ή μια απλή παρατήρηση, είναι δυνατό να αποτελέσει το ερέθισμα για το σχεδιασμό ενός πειράματος. Η πλήρης βιβλιογραφική ενημέρωση παρέχει στον ερευνητή τη δυνατότητα αρτιότερης οργάνωσης του ερευνητικού του προγράμματος, κατά τρόπον ώστε να αποκομίσει τα περισσότερα δυνατόν οφέλη.

16 Στο στάδιο του σχεδιασμού χρειάζεται μεγάλη προσοχή στον καθορισμό των αντικειμενικών σκοπών του πειράματος, στην επιλογή των μεταβλητών και των παραγόντων - επεμβάσεων που θα μελετηθούν.

17 Επιλογή των μεταβλητών και επεμβάσεων Για την εκτέλεση ενός πειράματος απαιτείται χρόνος, κόπος και χρήμα, για αυτό πρέπει να σχεδιαστεί σωστά και να επιλεχθούν οι μεταβλητές και οι πειραματικές επεμβάσεις που μπορούν να δώσουν τις περισσότερες πληροφορίες. Ένα σφάλμα που γίνεται συχνά κατά την επιλογή των επεμβάσεων είναι η έλλειψη μάρτυρα.

18 Επιλογή του πειραματικού σχεδίου. Ο γενικός κανόνας που ισχύει για τον πειραματισμό είναι ότι χρησιμοποιούμε το απλούστερο πειραματικό σχέδιο που μπορεί να δώσει απαντήσεις στα ερωτήματα για τα οποία γίνεται το πείραμα. Η επιλογή εξαρτάται από το είδος και το στάδιο του πειράματος, τις επεμβάσεις, τις συνθήκες, τις πειραματικές μονάδες και τον αριθμό των επαναλήψεων.

19 Στάδιο της εκτέλεσης Δίνεται προσοχή στην ορθή διεξαγωγή, παρακολούθηση, καταγραφή και συλλογή των παρατηρήσεων ώστε να αποφευχθούν λάθη, συστηματικά ή μη, που θα μπορούσαν να αλλοιώσουν τα αποτελέσματα του πειράματος. Δεν υπάρχει στατιστική μέθοδος που να μειώνει τα αποτελέσματα της κακής διεξαγωγής του πειράματος.

20 Στάδιο της ανάλυσης Πρέπει να δίνεται προσοχή στον επανέλεγχο αρχικά των δεδομένων, στη σωστή εκτέλεση των αναλύσεων, στον υπολογισμό των κατάλληλων κριτηρίων που χρησιμοποιούνται για την δοκιμασία των διαφόρων στατιστικών υποθέσεων καθώς επίσης και των αντίστοιχων κανόνων απόφασης.

21 Στάδιο της ερμηνείας Θα πρέπει να αποφασιστεί αν τα αποτελέσματα του πειράματος είναι στατιστικώς σημαντικά, και σε ποιο επίπεδο σημαντικότητας, να γίνει η ερμηνεία και να εξαχθούν τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων καθώς επίσης και η γενικότητά τους.

22 ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΟΥ ΑΡΧΕΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΜΟΥ Sir Ronald Aylmer Fisher ( ) Η τυχαιοποίηση, με αυτή διασφαλίζεται ότι κάθε πειραματική μονάδα έχει την ίδια πιθανότητα να δεχθεί κάθε πειραματική επέμβαση. Η επανάληψη, που έχει σκοπό τη βελτίωση της ευαισθησίας του πειράματος και την αύξηση των πιθανών εφαρμογών των αποτελεσμάτων του πειράματος. Ο τοπικός έλεγχος ή ομαδοποίηση, με τον οποίο διασφαλίζεται η ομοιομορφία των πειραματικών μονάδων.

23 Rothamsted Experimental Station (Harpenden Hertfordshire, UK)

24 Η κατανομή των επεμβάσεων στις πειραματικές μονάδες είναι τυχαία όταν κάθε πειραματικό τεμάχιο έχει την ίδια πιθανότητα να δεχθεί μία οποιαδήποτε επέμβαση. Η τυχαιοποίηση εξασφαλίζει: α) Την αμεροληψία μεταξύ των επεμβάσεων. β) Την αμερόληπτη εκτίμηση του πειραματικού σφάλματος και την εγκυρότητα των ελέγχων υποθέσεων και υπολογισμού ορίων εμπιστοσύνης.

25 Η επανάληψη εξασφαλίζει την: α) Εκτίμηση του πειραματικού σφάλματος που απαιτείται για τις στατιστικές δοκιμασίες σημαντικότητας και την εύρεση των διαστημάτων εμπιστοσύνης. β) Βελτίωση της ευαισθησίας του πειράματος μέσω της μείωσης του τυπικού σφάλματος του μέσου όρου των επεμβάσεων. γ) Αύξηση των πιθανών εφαρμογών των αποτελεσμάτων.

26 Ο αριθμός των επαναλήψεων ενός πειράματος εξαρτάται: α) Από την επιθυμητή πειραματική ακρίβεια. Όσο πιο μικρές διαφορές μεταξύ των επεμβάσεων θέλουμε να μετρήσουμε, τόσο πιο πολλές επαναλήψεις πρέπει να έχει το πείραμα. β) Από την ανομοιογένεια του πειραματικού υλικού και του περιβάλλοντος. Όσο πιο ανομοιογενές είναι το πειραματικό υλικό ή το περιβάλλον, τόσο πιο πολλές επαναλήψεις πρέπει να έχουμε.

27 γ) Ο αριθμός των επεμβάσεων επηρεάζει την ευαισθησία του πειράματος και κατά συνέπεια των αριθμό των επαναλήψεων. Ένα καλοσχεδιασμένο πείραμα πρέπει να έχει τουλάχιστον 20 βαθμούς ελευθερίας στο υπόλοιπο. δ) Από το πειραματικό σχέδιο (π.χ. το σχέδιο του λατινικού τετραγώνου απαιτεί ίσο αριθμό επεμβάσεων και επαναλήψεων).

28 Τοπικός έλεγχος ή ομαδοποίηση. Το τμήμα της παραλλακτικότητας που δεν έχει σχέση με τις συγκρίσεις μέσων μπορεί να απομακρυνθεί με ορισμένους περιορισμούς στην τυχαιοποίηση. Με την ομαδοποίηση επίσης εξασφαλίζεται: α) Οι συγκρίσεις των πειραματικών επεμβάσεων είναι πιο ομοιόμορφες επειδή γίνονται σε ομάδες ομοιόμορφων πειραματικών μονάδων β) Πιθανή αύξηση των πληροφοριών του πειράματος γιατί με την ομαδοποίηση είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί μεγαλύτερο εύρος συνθηκών και κατά συνέπεια τα αποτελέσματα του πειράματος έχουν μεγαλύτερη γενικότητα.

29 Γενικός κανόνας σχεδιασμού πειράματος για περισσότερες από δύο επεμβάσεις και για μία μεταβλητή, η οποία που ακολουθεί κανονική κατανομή. Αριθμός Παραγόντων; Μονοπαραγοντικό Πολυπαραγοντικό Όχι Εξωγενής παράγοντας; Ένας Αριθμός επεμβάσεων; Δύο Αριθμός επεμβάσεων; f = 2 Περιορισμοί στην τυχαιοποίηση των δύο παραγόντων; f > 2 Κλασματικοί παραγοντικοί σχεδιασμοί Άλλες κατηγορίες Ανάμειξη παραγοντικών Σχεδιασμοί αποκριτικής επιφάνειας t < 15 t > 15 t <8 t > 8 Πολύπαραγοντικά ΕΤΣ ΤΠΟ Σχέδια μη πλήρων ομάδων, Δικτυωτά, Αυξημένα ΛΤ Σχέδιο Yuden Όχι Εξωγενής παράγοντας; Ναι Ύπο-διαιρεμένα τεμάχια (ΕΤΣ,ΤΠΟ & ΛΤ) Ύποδιαιρεμένες ομάδες Όχι Ένας Δύο Παραγοντικό ΕΤΣ Παραγοντικό ΤΠΟ Παραγοντικό ΛΤ

30

31

32

33

34

35

36

37