Methodenlehre. Vorlesung 4. Prof. Dr. Björn Rasch, Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg

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1 Methodenlehre Vorlesung 4 Prof. Dr., Cognitive Biopsychology and Methods University of Fribourg 1

2 Methodenlehre I Woche Datum Thema 1 FQ Einführung, Verteilung der Termine Psychologie als Wissenschaft Hypothesen und Variablen Operationalisieren und Messen Das Experiment Forschungsethik Störvariablen und ihre Kontrolle Durchführen und Berichten eines Experiments Stichproben und Population Statistische und inhaltliche Bedeutsamkeit Teststärke und Stichprobenumfangsplanung Komplexe Versuchspläne und Messwiederholung Nicht-experimentelle Methoden Wiederholung und Fragen 2

3 Variablen } Menschen unterscheiden sich } Vor allem in Bezug auf Erleben, Verhalten, Handeln } Psychologischer Untersuchungsgegenstand } Merkmale variieren } Merkmale haben eine Variabilität } Merkmale haben eine Varianz } Definition Variable } Variablen sind Merkmale, die in verschiedenen Ausprägungen vorkommen } Jede Variable hat mindestens zwei oder mehrere Ausprägungen } Definition Konstante } Konstante sind Merkmale mit nur einer Ausprägung } Kommen in der Psychologie sehr selten vor 3

4 Häufigkeitsverteilung (Histogramm) Variable: Schlafdauer Variable: Lernleistung Variable: Schlafdauer in Minuten 4 Variable: Anzahl erinnerte Bilder

5 Arten von Variablen } Experiment } Unabhängige Variable (UV) } Wird experimentell manipuliert } Abhängige Variable (AV) } Wird gemessen } Bsp.: Lärm (Laut vs. Leise) und Lernleistung } Vorhersage } Prädiktor } Was sagt vorher? } Kriterium } Was wird vorher gesagt? } Bsp.: Schlafdauer und Lernleistung 5

6 Variablen } Korrelation / Zusammenhang } Variable 1 und Variable 2 } Richtung der Wirkung unbekannt } Prognose } Prädiktor und Kriterium } Kann auch mit UV und AV bezeichnet werden } Klare zeitliche Sequenz, Wirkrichtung bekannt } Experiment } Unabhängige Variable (UV) und abhängige Variable (AV) } UV wird experimentell manipuliert (vom Versuchsleiter) } Kausalinterpretation möglich (UV wirkt auf AV) 6

7 Arten von Variablen } Quantitative Variablen } Merkmalsausprägung ist messbar auf einer Skala } Z.B. Anzahl erinnerter Bilder, Schlafdauer, Intelligenz etc. } Qualitative Variablen } Merkmalsausprägung unterscheidet sich in ihrer Qualität } Bsp.: Augenfarbe, Geschlecht 7

8 Arten von Variablen } Beobachtbare (konkrete) Variablen } Konkret messbar (Bsp. Anzahl erinnerter Bilder, Reaktionszeit etc.) } Nicht-beobachtbare (abstrakte) Variablen } Theoretische Konstrukte } Latente Variablen } Nicht direkt beobachtbar / messbar Bsp.: Intelligenz, Gedächtnisleistung } Operationalisierung notwendig 8

9 Operationalisierung } Definition } Abstrakte Konstrukte werden der Beobachtung / Erfassung zugänglich gemacht } Empirische Prüfung erfordert Operationalisierung } Es gibt häufig mehrere Möglichkeiten der Operationalisierung } Beispiel: } Hypothese: Zusammenhang Intelligenz Ängstlichkeit } Operationalisierung: } Intelligenz: Intelligenztest Raven Matrices Test Hamburg Wechsler Intelligenz Test für Erwachsene (WIE, früher HAWIE) } Ängstlichkeit Fragebögen und / oder physiologische Masse (Hautleitfähigkeit, fmri) 9

10 Operationalisierung } Theoretisch-inhaltliche Hypothesen } Hypothese mit abstrakten theoretischen Konstrukten / Variablen } Bsp.: Zusammenhang zwischen Intelligenz und Ängstlichkeit } Empirisch-inhaltliche Hypothese } Hypothese mit beobachtbaren / messbaren Variablen } Erstellung durch Operationalisierung } Bsp. 1: Der IQ Wert im WIE korreliert positiv mit dem Score des Fragebogen STAI-trait } Bsp. 2: Personen mit hohem Schulabschluss haben eine höhere Hautleitfähigkeit bei der Betrachtung angstauslösender Bilder } Statistische Hypothese } Hypothese mit statistischen Kennwerten } r(wie, STAI-trait) > 0 10

11 Validität } Validität } Gültigkeit } Das Messinstrument misst, was es messen soll } Die Operationalisierung erfasst, was sie erfassen soll } Bsp.: Intelligenz Intelligenztest } Validität von Messinstrumenten } Z.B. Fragebögen } Testung durch Zusammenhänge mit anderen (etablierten) Messmethoden } Korrekte Trennung von Probandengruppen } Angststörungen vs. Gesunde Probanden 11

12 Validität } Konstruktvalidität } Messinstrument umfasst das theoretische Konstrukt vollständig, präzise und nachvollziehbar } Konvergenzvalidität Messdaten, die dasselbe Konstrukt abbilden, korrelieren hoch miteinander } Diskriminanzvalidität Messdaten, die verschiedene Konstrukte abbilden, korrelieren nicht miteinander } Kriteriumsvalidität } Zusammenhang zwischen Messergebnissen und empirischem Kriterium } Bsp.: Patienten vs. Gesunde Probanden, gute Prognose etc. 12

13 Reliabilität } Reliabilität } Messinstrument liefert stabile / reproduzierbare Daten } Paralleltest-Reliabilität } Ein vergleichbarer Test / Paralleltest liefert vergleichbare Daten } Retest-Reliabilität } Eine Wiederholung des Tests liefert ähnliche Daten } Korrelation zwischen Messung 1 und 2 } Interne Konsistenz } Wie gut stimmen die einzelnen Items eines Tests überein? } Mass für die Homogenität eines Messinstruments } Cronbachs Alpha (α) } Interrater-Reliabilität } Übereinstimmung zwischen mehreren Beobachtern / Ratern 13

14 Reliabilität } Retest Reliabilität } Wiederholungsmessungen ergeben meist nicht den exakt gleichen Wert } Gründe } Probanden befinden sich in verschiedenen körperlichen / mentalen Zuständen } Motivation, Müdigkeit, Aufmerksamkeit etc. } Messinstrument kann verschiedene Daten liefern } Messfehler, z.b. beim Ablesen einer Stoppuhr } Auswertung } Kann Fehler beinhalten } Stabilität der gemessenen Variable } State vs. Trait Variablen } Vorteile der Mehrmalmessung / Mittelwertsbildung 14

15 Objektivität } Objektivität } Unabhängigkeit eines Sachverhaltes vom Beobachter } Durchführungsobjektivität } Die Durchführung eines Tests ist standardisiert } Unabhängig vom Versuchsleiter und den räumlichen Bedingungen } Auswertungsobjektivität } Die Auswertung des Tests ist unabhängig von der auswertenden Person } Unterschiedliche Auswerter kommen zu dem gleichen Ergebnis } Interpretationsobjektivität } Es existieren klare Regeln zur Interpretation der Messwerte } Schlussfolgerungen sind definiert 15

16 Gütekriterien von Messinstrumenten } Objektivität } Die Datenerfassung / Auswertung / Interpretation ist unabhängig vom Versuchsleiter } Reliabilität } Das Messinstrument liefert stabile / reproduzierbare Messwerte } Validität } Das Messinstrument misst das Konstrukt, was es messen soll } Gütekriterien bauen aufeinander auf } Ohne Objektivität keine Reliabilität } Ohne Reliabilität keine Validität 16

17 Aufgabe } Geschlechtereffekte bei Mathematik-Ängstlichkeit? } Text / Einleitung lesen } Was ist die theoretisch-inhaltliche Hypothese? } Wie ist sie inhaltlich begründet? Deduktives oder induktives Vorgehen? } Wie wird sie operationalisiert? } Was ist die empirisch-inhaltliche Hypothese? } Erfüllen die verwendeten Messinstrumente die Gütekriterien? } Objektivität, Reliabilität, Validität? } Vollständiger Text } /08/27/ full.pdf+html 17

18 Ergebnisse Goetz et al., 2013, Psych Science 18

19 Ergebnisse Goetz et al., 2013, Psych Science 19

20 Das Experiment 20

21 Experiment } Definition } Systematische Beobachtung einer abhängigen Variable bei verschiedenen Bedingungen einer unabhängigen Variable } Zufällige Zuordnung von Probanden zu den experimentellen Bedingungen } Das Experiment erlaubt kausale Interpretationen!! } Veränderung der UV bewirkt Veränderung der AV } Beispiel: } Hypothese: Pausen fördern das Problemlösen } UV: Pausen } AV: Problemlösen } Operationalisierung } 15 min Pause vs. ohne Pausen } Problemlösen in einer mathematischen Aufgabe 21

22 Experimentelle Variablen } Unabhängige Variable } Wird systematisch variiert / manipuliert } experimentelle Manipulation } Abhängige Variable (AV) } Wird gemessen / analysiert } Enthält Wirkung der UV } Fehlervariablen } Konfundierende Fehlervariablen: Störvariablen } Stören die Interpretation des Experiments } Nicht-konfundierende Fehlervariablen: Rauschvariablen } Z.B. individuelle Unterschiede zwischen Versuchspersonen } Kontrollvariablen } Systematische Variation von potentiellen Fehlervariablen 22

23 Varianten des Experiments } (Labor-)experiment } Systematische Variation einer oder mehrerer UVs } Kontrolle von Störvariablen } Randomisierte Zuteilung der Vps zu den experimentellen Bedingungen } Ziel: Optimale Kausalinterpretation zwischen UV und AV } Intern valide Hypothesenprüfung } Feldexperiment } Systematische Variation einer oder mehrerer UVs } Durchführung in natürlicher Umgebung ( im Feld ) } Nur geringe Kontrolle von Störvariablen möglich } Randomisierte Zuteilung von Vps zu den exp. Bedingungen } Ziel: Optimale Übertragbarkeit der Ergebnisse } Extern valide Hypothesenprüfung 23

24 Varianten des Experiments } Quasiexperiment } } } Systematische Variation einer oder mehrerer UVs Kontrolle von Störvariablen Keine randomisierte Zuteilung der Vps. zu den exp. Bedingungen } Beispiele } } UV ist eine organismische Variable } Geschlecht, genetischer Unterschied, etc. Randomisierte Zuordnung nicht möglich } } Nachteil } Mitarbeiter verschiedener Betriebsfilialen, Schüler verschiedener Schulklassen Keine uneingeschränkte Kausalinterpretation möglich } } } Feldstudie } Gruppen können sich auch auf Grund anderer Merkmale als der UV unterscheiden Geringere interne Validität Wie Quasiexperiment, nur in natürlicher Umgebung ( im Feld ) 24

25 Varianten des Experiments } Ex-post-facto-Studie } Nachträgliche Bestimmung von UV und AV } Zeitliche Sequenz von UV-AV wird nicht experimentell hergestellt } Kausalinterpretation nicht möglich } Nur Zusammenhangsinterpretation möglich } Bsp.: Bestehenden Datensatz analysieren } Im Nachhinein zwischen Rauchern / Nichtrauchern unterscheiden (UV) } AV: Häufigkeit von Lungenkrebs } Vorexperimentelle Anordnung } Pilotstudie ohne experimentelle Manipulation } Erkundungsexperiment / Explorationsexperiment } Experiment ohne klare Hypothese } Dient der Hypothesengenerierung 25

26 Varianten des Experiments 26

27 Experiment } Definition } Systematische Beobachtung einer abhängigen Variable bei verschiedenen Bedingungen einer unabhängigen Variable } Zufällige Zuordnung von Probanden zu den experimentellen Bedingungen } Das Experiment erlaubt kausale Interpretationen!! } Veränderung der UV bewirkt Veränderung der AV 27

28 Versuchsplan } Versuchsplan(anlage) } Schema zur Anordnung von unabhängigen Variablen (Faktoren) und ihren Ausprägungen (Stufen) } Begriffe } Faktoren haben Stufen } Faktor Pausenlänge mit zwei Stufen (15 Minuten vs. ohne Pausen) } Alternative: Faktor Pausenlänge mit vier Stufen (keine, 5, 10, 15 Minuten) } Einfaktorieller Versuchsplan } Im Experiment wird nur eine UV / ein Faktor untersucht } Mehrfaktorieller Versuchsplan } Im Experiment wird ein UV und ein / mehrere Kontrollvariablen untersucht } Im Experiment werden mehrere UVs untersucht } Kombination von Stufen verschiedener Faktoren ( Zelle ) 28

29 Versuchsplan } Einfaktorieller Versuchsplan (allgemein) } Versuchsplananlage 29

30 Versuchsplan } Versuchsplan (konkret) } Schema zur Anordnung von Faktoren und ihren Stufen + } Realisierung der angelegten Zellen } Angabe der Anzahl an Versuchspersonen / Beobachtungen pro Zelle } Interindividuelle / Intraindividuelle Variation } Randomisierte / nicht-randomisierte Zuordnung 30

31 Versuchsplan } Einfaktorieller Versuchsplan (konkret) } Angabe der realisierten Stufen des Faktors } Angaben der Vp-Anzahl pro Zelle 31

32 Versuchsplan } Zweifaktorieller Versuchsplan (allgemein) } Versuchsplananlage 32

33 Versuchsplan } Haupteffekt (HE) } Vergleich der Mittelwerte der Stufen eines Faktors } Ein Haupteffekt liegt vor, wenn sich die Mittelwerte unterscheiden } Signifikanz (Bedeutsamkeit) muss statistisch überprüft werden Zufällige vs. überzufällige Variation der Mittelwerte } Unabhängig von anderen Faktoren im Versuchsplan } Einfache Haupteffekte (EHE) } Vergleich der Mittelwerte eines Faktors innerhalb einer Stufe eines anderen Faktors } Interaktion / Wechselwirkung (WW) } Erfasst die kombinierte Wirkung der untersuchten Faktoren auf die AV } Umfasst alle einfachen Haupteffekte 33

34 Versuchsplan } Zweifaktorieller Versuchsplan (konkret) } Faktor A: Pausen (15 min vs. keine) } Faktor B: Tageszeit (vormittags vs. nachmittags) 34

35 Interaktion 35

36 Interaktion 36

37 Take-Home Messages } Variablen sind Merkmale mit zwei oder mehr Ausprägungen } Quantitative vs. qualitative Variablen, UV vs. AV, abstrakt vs. beobachtbar } Operationalisierung } wandelt theoretisch-inhaltliche Hypothesen in empirisch-inhaltliche H. um } Messinstrumente müssen Gütekriterien erfüllen } Objektivität, Reliabilität, Validität } Das Experiment ist eine systematische Beobachtung einer AV bei verschiedenen Ausprägungen einer UV } } } Experimentelle Manipulation der UV, randomisierte Zuweisung der Vps Kontrolle von Störvariablen (hohe interne Validität) Erlaubt Kausalinterpretation } Es gibt Varianten des Experiments } Feldexperiment, Quasiexperiment, Feldstudie, Ex-post-facto Studie, Pilotstudie } Versuchspläne: schematische Darstellung der Faktoren und Faktorstufen 37

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 38

39 Versuchsplan } Einfaktorieller Versuchsplan mit Mittelwerte der Stufen 39