5 Schritte zur Durchführung wissenschaftlicher Studien mit statistischen Analysen

Die wissenschaftliche Methode ist ein bewährtes Verfahren zur Erweiterung des Wissens durch Experimente und Analysen. Es handelt sich dabei um einen Prozess, der eine sorgfältige Planung, eine strenge Methodik und eine gründliche Bewertung erfordert. Die statistische Analyse spielt in diesem Prozess eine wesentliche Rolle.

Bei einem Experiment mit statistischer Analyse steht die Auswertung am Ende einer langen Reihe von Ereignissen. Um valide Ergebnisse zu erhalten, ist es entscheidend, dass Sie eine wissenschaftliche Studie sorgfältig planen und durchführen, und zwar für alle Schritte bis hin zur Analyse. In diesem Blogbeitrag stelle ich fünf Schritte für wissenschaftliche Studien vor, die statistische Analysen beinhalten.

Der Prozess für wissenschaftliche Studien

Es ist wichtig, dass Sie die wissenschaftliche Methode verstehen und wissen, wie man eine wissenschaftlich strenge Studie mit statistischer Analyse konzipiert. Fehler auf dem Weg dorthin können die Ergebnisse Ihrer Analyse ungültig machen. Ich habe den Prozess in fünf Phasen unterteilt. Je nach Art Ihres Experiments müssen Sie bestimmte Aspekte hervorheben oder vernachlässigen.

So sehen beispielsweise Studien über physikalische Phänomene ganz anders aus als solche in den Sozialwissenschaften. Ebenso werden sich Studien, die faktorielle Experimente, Beobachtungsstudien und Umfragen verwenden, voneinander unterscheiden. Studien können sich zwar drastisch unterscheiden, aber sie nutzen alle Aspekte desselben Fahrplans, den ich darlege.

Dieser Fahrplan bezieht sich auf wissenschaftliche Studien, die eine statistische Analyse beinhalten, denn in meinem Blog geht es ausschließlich um statistische Analysen. Aber auch rein qualitative Studien werden viele der gleichen Schritte aufweisen.

Die Schritte einer wissenschaftlich fundierten Studie sind die folgenden:

1. Forschungsphase.
   • Problem und Forschungsfrage definieren.
   • Literaturrecherche.
2. Phase der Durchführung.
   • Bestimmen Sie Ihre Variablen und Messverfahren.
   • Gestalten Sie die Versuchsmethoden.
3. Datenerhebung.
4. Statistische Analyse der Daten und Ziehen von Schlussfolgerungen.
5. Kommunizieren Sie die Ergebnisse.

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Schritt 1: Recherchieren Sie Ihr Studiengebiet

Gute wissenschaftliche Forschung hängt davon ab, dass Sie viele Informationen sammeln, bevor Sie überhaupt mit der Datenerhebung beginnen. Sie müssen Ihr Fachgebiet untersuchen, um eine Forschungsfrage zu formulieren, die Sie mit Ihrer Studie sinnvoll beantworten können. Dann müssen Sie sich eingehend über andere Studien informieren, um einen Plan für die Durchführung Ihrer Studie zu erstellen.

Bestimmen Sie Ihre Forschungsfrage

Der erste Schritt Ihrer Studie besteht darin, eine Forschungsfrage zu formulieren. Dies ist die Frage, die Sie mit Ihrer Studie beantworten wollen. Forschungsfragen fokussieren Ihr Experiment, helfen Ihnen bei der Entscheidungsfindung und verhindern, dass Sie durch Nebensächlichkeiten von Ihrem Ziel abgelenkt werden.

In der Regel beginnen Forscher mit einem weit gefassten Thema und recherchieren den Themenbereich. Stellen Sie fest, welche Arten von Fragen Forscher bereits beantwortet haben und welche nicht. Dieser Prozess hilft, das breite Thema auf eine spezifischere Forschungsfrage einzugrenzen. Ermitteln Sie, welche Studien Forscher bereits durchgeführt haben und welche Literatur bereits existiert. Wollen Sie eine neue Frage beantworten oder versuchen, frühere Forschungsergebnisse zu wiederholen?

Ihre Forschungsfrage sollte für Ihr Fachgebiet geeignet sein. Daher variieren die Eigenschaften geeigneter Forschungsfragen je nach Fachgebiet erheblich. Zum Beispiel sehen akzeptable Forschungsfragen für Physik, Psychologie, Biologie und Politikwissenschaft unterschiedlich aus. Sie haben jedoch einige gemeinsame Eigenschaften.

Forschungsfragen müssen klar und prägnant sein. Daher sollten die Leser Ihrer kurzen Forschungsfrage das Ziel Ihrer Studie klar verstehen. Achten Sie außerdem darauf, dass die Fragestellung so eng gefasst ist, dass sie mit der zur Verfügung stehenden Zeit und den vorhandenen Ressourcen vernünftig beantwortet werden kann.

Typischerweise beginnt die Entwicklung Ihrer Forschungsfrage mit einem Thema, das Sie interessiert, und umfasst einige erste Recherchen. Diese Vorrecherche hilft Ihnen, eine umsetzbare Forschungsfrage zu formulieren. Nachdem Sie Ihre Frage formuliert haben, müssen Sie jedoch eine viel gründlichere Überprüfung der Literatur durchführen. Und Sie werden wahrscheinlich eine iterative Feinabstimmung vornehmen. Während der Literaturrecherche werden Sie Ihre Forschungsfrage möglicherweise noch einmal überarbeiten.

Literaturrecherche

Eine Literaturrecherche ist eine sehr umfangreiche Hintergrundrecherche zu Ihrer Forschungsfrage. Es gibt zwei Hauptziele einer Literaturübersicht für eine wissenschaftliche Studie, die eine statistische Analyse beinhaltet.

Erstens müssen Sie das Themengebiet, das Ihre Forschungsfrage beinhaltet, vollständig verstehen. Was haben andere Studien herausgefunden? Ermitteln Sie die in der Literatur festgestellten signifikanten Zusammenhänge und Auswirkungen sowie deren Größe und Richtung. Welche Variablen und Faktoren spielen eine Rolle?

Kurz gesagt: Definieren Sie den aktuellen Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse zu Ihrer Forschungsfrage. Auf diese Weise können Sie feststellen, wie sich Ihre Studie in das Forschungsfeld einfügt, Sie können die Gedankengänge ähnlicher Studien nachvollziehen und Sie erhalten einen Überblick über die bisherigen Ergebnisse.

Zweitens benötigen Sie Informationen, die Ihnen helfen, Ihre Studie zu operationalisieren. Bei der Operationalisierung geht es darum, die allgemeine Idee Ihrer Forschungsfrage aufzugreifen und einen umsetzbaren Plan zu erstellen, der ein Experiment zur Beantwortung dieser Frage ermöglicht. Wenn Ihre Studie eine statistische Analyse beinhaltet, müssen Sie herausfinden, wie andere Studien Statistiken zur Beantwortung ähnlicher Fragen verwendet haben.

Bestimmen Sie daher Folgendes:

• Welche Daten wurden in ähnlichen Studien erhoben? Welche Variablen?
• Wie wurden die Variablen gemessen?
• Wie wurde die Stichprobe gezogen?
• Welche Methoden wurden zur Analyse der Daten verwendet? Welche Analysen und Versuchspläne wurden verwendet?

Sie sollten sich auch über die Stärken, Schwächen und Fehler informieren, die andere Studien gemacht haben. Vermeiden Sie die Fehler anderer und bauen Sie auf deren Stärken auf!

In der Forschungsphase sollten Sie eine Forschungsfrage formulieren, sich eingehend mit dem Themenbereich und den relevanten Ergebnissen befassen und genau verstehen, wie andere Forscher ähnliche Studien operationalisiert haben. Diese Hintergrundinformationen helfen Ihnen, Ihr eigenes Experiment zu entwerfen.

Schritt 2: Operationalisieren Sie Ihren Studienplan

Die Operationalisierung einer Studie ist der Prozess, bei dem Sie Ihre Forschungsfrage aufgreifen, die gesammelten Hintergrundinformationen nutzen und einen umsetzbaren Plan formulieren. Dieser Plan umfasst alles von der Definition der Variablen bis zur Analyse der Daten.

Variablen: Was werden Sie messen?

Studien, die Statistiken zur Beantwortung von Fragen verwenden, erfordern die Sammlung von Daten in Form von Variablen, die Sie analysieren werden. Daher müssen Sie die Variablen, die Sie messen wollen, definieren und entscheiden, wie Sie sie messen wollen. Wenn Sie nicht die richtigen Daten erheben oder sie ungenau messen, können Sie Ihre Forschungsfrage möglicherweise nicht beantworten. Dank der Verzerrung durch weggelassene Variablen können die Variablen, die Sie nicht messen, die Ergebnisse für die Variablen, die Sie messen, sogar beeinflussen! Nehmen Sie sich Zeit, um herauszufinden, welche Variablen Sie messen müssen, um Ihre Forschungsfrage zu beantworten.

Wenn Sie zum Beispiel Depressionen untersuchen, wie werden Sie diese definieren und messen? Ihre Literaturrecherche sollte Sie bei Ihrer Entscheidung über die Verwendung einer anerkannten Definition für Depression und die Wahl einer wissenschaftlich validierten Methodik zur Bewertung von Depression unterstützen. Die Wissenschaft baut auf sich selbst auf!

Wenn Sie versuchen, Depressionen vorherzusagen, ihre Beziehungen zu anderen Variablen zu beschreiben oder Behandlungen zu bewerten, müssen Sie diese Variablen operativ definieren und festlegen, wie Sie sie messen werden.

Typen von Variablen und Behandlungen

Eine Studie wird eine abhängige Variable haben. Diese Variable ist das Ergebnis, das untersucht werden soll. In der Regel soll untersucht werden, wie sich Veränderungen bei einer oder mehreren unabhängigen Variablen auf die abhängige Variable auswirken. Je nach Art des Experiments werden die Forscher die unabhängigen Variablen entweder kontrollieren oder nicht kontrollieren. Wenn Sie die Variablen kontrollieren, müssen Sie die Einstellungen für die kontrollierbaren Variablen festlegen.

Die meisten Studien beinhalten eine Behandlung, Intervention oder einen anderen Vergleich, der durchgeführt werden soll. Sie müssen die Behandlung definieren und sicherstellen, dass ein System vorhanden ist, das die Behandlung wie erforderlich durchführt. Das gilt nicht nur für medizinische Behandlungen, sondern für jede Intervention.

Ich habe zum Beispiel an einer Studie teilgenommen, in der untersucht wurde, ob Sport die Knochendichte beeinflusst. Wir definierten unsere Intervention als dreimal wöchentlich stattfindende Sitzungen mit 30 Stößen, die das Sechsfache des Körpergewichts der Probanden ausmachen. Wir verfügten über die Verfahren, die Ausrüstung und die Ausbildung, um sicherzustellen, dass unsere Probanden die Intervention so erhielten, wie wir sie definiert hatten.

Messmethodik: Wie werden Sie Messungen vornehmen?

Sie müssen auch angeben, wie Sie Messungen vornehmen werden. Welche Geräte werden Sie verwenden? Wie werden Sie andere Schwankungsquellen reduzieren?

Präzision und Genauigkeit sind in der Forschung unerlässlich. Stellen Sie sicher, dass Ihr Plan beschreibt, wie Sie gute Messungen erhalten. Ich habe zum Beispiel einmal ein detailliertes Dokument zur Gerätekalibrierung verfasst, um im Verlauf der Studie qualitativ hochwertige Messungen zu gewährleisten. Bei dieser Studie hingen gute Messungen von täglichen, standardisierten Kalibrierungen ab.

Erstellen Sie einen Probenahmeplan: Wie werden Sie Proben für die Studie sammeln?

Forscher müssen die spezielle Population, die sie untersuchen, festlegen. Wollen Sie beispielsweise alle Stufen der Depression oder nur leichte bis schwere Fälle einbeziehen?

Nachdem Sie Ihre Population definiert haben, müssen Sie einen Plan für die Erhebung einer Stichprobe aus dieser Population erstellen. Ihre Stichprobe enthält die Personen oder Objekte, die in Ihrer Studie untersucht werden. Bei Studien, die mit Hilfe der Inferenzstatistik durchgeführt werden, werden Stichprobendaten verwendet, um Rückschlüsse auf die Grundgesamtheit zu ziehen. Bei diesen Studien müssen die Stichproben jedoch auf eine Weise erhoben werden, die zu unverzerrten Schätzungen führt. Dieser Prozess beinhaltet oft eine Zufallsstichprobenmethode, da eine Methode, die auf Bequemlichkeit basiert, zu Verzerrungen führen kann.

Literaturrecherchen geben oft Aufschluss über die Methoden der Stichprobenerhebung, die andere Forscher in Ihrem Studienbereich verwendet haben. Legen Sie fest, wo und wie Sie die Stichprobe erheben werden, einschließlich des Datums und der Uhrzeit, des Ortes usw.

Schließlich: Wie viele Daten sollten Sie erheben? Einerseits sollen so viele Daten gesammelt werden, dass die Chance besteht, einen praktisch signifikanten Effekt festzustellen. Andererseits soll die Stichprobe nicht so groß werden, dass Zeit und Ressourcen verschwendet werden. Eine Power-Analyse hilft Ihnen, einen Stichprobenumfang zu wählen, der ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden konkurrierenden Zielen herstellt. Um eine Power-Analyse durchführen zu können, benötigen Sie jedoch Schätzungen für die Effektgröße und die Variabilität der Daten. Schauen Sie sich noch einmal Ihre Literaturübersicht an!

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Entwurf der Versuchsmethoden

Sie müssen Ihre Hypothese in einer Form definieren, die sich für eine statistische Analyse eignet, und die geeignete Analyse auswählen. Ihre Hypothese muss überprüfbar sein, d. h. die von Ihnen gesammelten Daten müssen die Hypothese entweder bestätigen oder verwerfen. Bestimmen Sie die statistischen Analysen, mit denen Ihre Hypothesen angemessen geprüft werden können. Diese methodischen Entscheidungen beginnen auf einer sehr hohen Ebene, z. B. bei der Wahl zwischen einem randomisierten Experiment oder einer Beobachtungsstudie. Von dort aus können Sie sich zu grundlegenderen Fragen vorarbeiten.

Wollen Sie zum Beispiel Mittelwerte, Mediane, Anteile oder Raten zwischen Gruppen vergleichen? Oder wollen Sie die Beziehung zwischen nominalen oder kontinuierlichen Variablen bewerten? All diese Fragen wirken sich auf die statistischen Analysen aus, die Sie durchführen können.

Zusätzlich müssen Sie für jede Art von Analyse eine Reihe von Detailfragen klären. Welches Signifikanzniveau werden Sie verwenden? Einseitiger oder zweiseitiger Hypothesentest? Wenn Sie die ANOVA verwenden, werden Sie dann einen Post-Hoc-Test durchführen? Wenn ja, welchen? Welche Schritte werden Sie unternehmen, um festzustellen, dass Sie einen kausalen Zusammenhang und nicht nur eine Korrelation beobachten? Werden Sie ein randomisiertes Experiment oder eine Beobachtungsstudie durchführen?

Ihr Plan sollte die Anzahl der Analysen und Modelle, die Sie verwenden, begrenzen. Jeder statistische Test hat eine Fehlerquote. Je mehr Tests Sie durchführen, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit eines falschen Ergebnisses. Wenn Sie diese methodischen Entscheidungen im Voraus treffen, vermeiden Sie die Verwendung mehrerer Techniken und die Auswahl der besten Ergebnisse und reduzieren das Data Mining, was die Wahrscheinlichkeit verringert, zufällige Korrelationen zu finden.

Die Operationalisierungsphase sollte einen Plan hervorbringen, der Ihnen sagt, was Sie messen werden, wie Sie es messen werden, wie Sie eine Stichprobe erheben werden, Ihren Versuchsplan, die Größe der Stichprobe und wie Sie die Daten analysieren werden.

Schritt 3: Datenerhebung

An diesem Punkt haben Sie Ihre Studie operationalisiert und einen Aktionsplan. Nachdem Sie die notwendigen Vorkehrungen getroffen haben, können Sie mit der Datenerhebung beginnen. Je nach Art Ihrer Forschung kann dies ein ziemlich langer Prozess sein. Ganz gleich, ob Sie im Labor Messungen vornehmen, Umfragen im Feld durchführen oder mit Probanden arbeiten, die Datenerhebung ist oft der Teil der Studie, der am meisten Zeit und Arbeit erfordert.

Oft müssen Sie die richtigen Bedingungen für die Durchführung von Messungen schaffen und überprüfen, ob alles richtig funktioniert. Vielleicht müssen Sie die richtigen Laborbedingungen schaffen und sicherstellen, dass die Geräte richtig funktionieren, um gültige Messungen zu erhalten. Oder Sie müssen einen detaillierten Prozess durchlaufen, um eine echte Stichprobe zu erhalten. Manchmal ist es schwierig, eine ausreichende Anzahl von Probanden zu rekrutieren. Die Verfahren können auch beinhalten, dass andere Mitarbeiter geschult werden, damit sie die Aufgaben genau wie vorgeschrieben ausführen. Ich musste einmal ein Schulungsvideo erstellen, um konsistente Ergebnisse zu erzielen!

Auch wenn Sie im Allgemeinen nach Ihrem Arbeitsplan arbeiten, ist es nicht ungewöhnlich, dass Sie auf Überraschungen stoßen, und Sie werden sich anpassen müssen. Hoffentlich helfen Ihnen Ihr Fachwissen und Ihre Literaturrecherche, die meisten Überraschungen vorauszusehen, aber in der Wissenschaft untersucht man oft etwas, das die Forscher noch nicht vollständig erforscht haben. Erwarten Sie Überraschungen!

Schritt 4: Statistische Analyse

Wie bei der Datenerhebung sollten Sie auch die Analysephase Ihrer Studie bereits festgelegt haben. Wenn Sie „improvisieren“, machen Sie es nicht richtig! In meinem gesamten Blog geht es um die statistische Analyse, daher werde ich hier nicht alles wiederholen. Kurz gesagt, stellen Sie sicher, dass Sie die Daten korrekt analysieren, die Annahmen, wo nötig, erfüllen und die richtigen Schlussfolgerungen ziehen.

Es gibt jedoch einen wichtigen Punkt, der hier zu beachten ist. Probleme auf dem Weg dorthin können Sie daran hindern, Entdeckungen zu machen, oder die Ergebnisse ungültig machen, lange bevor Sie überhaupt zur statistischen Analyse kommen. Wie ein altes Sprichwort sagt: „Müll rein, Müll raus“. Wenn Sie minderwertige Daten in die statistische Analyse eingeben, wird diese minderwertige Ergebnisse ausspucken. Wenn alle Schritte, die zu Ihrer Analyse führen, nicht sorgfältig durchdacht und durchgeführt werden, können Sie den Ergebnissen möglicherweise nicht trauen oder wichtige Erkenntnisse übersehen. In der Wissenschaft kommt es darauf an, dass alle Details stimmen.

Schritt 5: Verfassen der Ergebnisse

Nachdem Sie die Daten gesammelt und analysiert haben, müssen Sie die Ergebnisse aufschreiben, um andere Forscher darüber zu informieren, was Sie gefunden haben. Geben Sie an, welche Hypothesen die Daten stützen, welche allgemeinen Schlussfolgerungen Sie gezogen haben und wie sie sich in den Rahmen des wissenschaftlichen Fachgebiets oder der realen Welt einfügen. Es geht jedoch nicht nur darum, die Ergebnisse aufzuschreiben.

Die wissenschaftliche Methode funktioniert durch die Wiederholung von Ergebnissen – oder das Scheitern von Ergebnissen. Der wissenschaftliche Prozess führt dazu, dass die richtigen Antworten auf Forschungsfragen im Laufe der Zeit durch erfolgreiche Replikation an die Spitze gelangen. Umgekehrt werden falsche Ergebnisse aussortiert, wenn sie sich nicht wiederholen lassen.

Daher müssen Sie genügend Informationen über die Durchführung Ihrer Studie bereitstellen, damit andere Forscher sie wiederholen und die Ergebnisse hoffentlich wiederholen können. In der Regel werden Sie Aspekte der ersten vier Schritte (Hintergrundrecherche, Operationalisierung, Datenerhebung und Analyse) in den endgültigen Bericht aufnehmen. Die Standards variieren von Fachgebiet zu Fachgebiet, daher sollten Sie sich informieren, wie Studien in Ihrem Bereich dokumentiert werden. Auf diese Weise wird Ihre Forschung Teil der Wissensbasis, auf der künftige Studien aufbauen können – so wie Sie es bei Ihrer Literaturübersicht getan haben! Außerdem helfen alle Details anderen Forschern, die Stärken und Schwächen Ihrer Studie zu erkennen, damit sie die Ergebnisse interpretieren und gleichzeitig den Kontext verstehen können.

Abschließend ist die statistische Analyse ein entscheidender Schritt im wissenschaftlichen Prozess. Die Analyse sagt Ihnen objektiv, welche Hypothese die Daten begünstigen. Vor der statistischen Analyse gibt es jedoch eine lange Liste von Punkten, die alle korrekt ablaufen müssen, damit Sie den Ergebnissen vertrauen können.

Um mehr über einige der Herausforderungen zu erfahren, mit denen ich zu Beginn meiner wissenschaftlichen Laufbahn konfrontiert war, lesen Sie meinen Beitrag über den Einsatz angewandter Statistik zur Erweiterung des menschlichen Wissens!