Statistik I und II Einführung in die deskriptive Statistik und Inferenzstatistik mit SPSS

Transkript

1 Statistik I und II Einführung in die deskriptive Statistik und Inferenzstatistik mit SPSS Verena Hofmann Dr. phil. des. Departement für Heil- und Sonderpädagogik Universität Freiburg Petrus-Kanisius-Gasse 21 CH-1700 Freiburg ++41 (0) verena.hofmann@unifr.ch

2 Organisatorisches zur Veranstaltung o Veranstaltungen HS vom > Auftrag anstelle von Veranstaltung: (Abwesenheit Dozentin) o Moodle: - Suchbegriff: «Statistik I und II»; Schlüssel: L Zeitplan und Themen - Div. Dokumente - Datensätze - Übungen o Prüfung: nach Statistik II (FS), ausserhalb der Veranstaltung (August/September), schriftlich 60 Min. 2

3 Literatur Bortz, J., & Schuster, C. (2010). Statistik für Human- und Sozialwissenschaftler (7th ed.). Berlin: Springer. Bühl, A. (2016). SPSS 23: Einführung in die moderne Datenanalyse (15th ed.). Hallbergmoos: Pearson Studium. Rasch, B., Friese, M., Hofmann, W. J., & Naumann, E. (2014). Quantitative Methoden 1. Einführung in die Statistik für Psychologen und Sozialwissenschaftler. (4th ed.). Heidelberg: Springer. Rasch, B., Friese, M., Hofmann, W. J., & Naumann, E. (2014). Quantitative Methoden 2. Einführung in die Statistik für Psychologen und Sozialwissenschaftler. Heidelberg: Springer. 3

4 Programm SPSS o Einführung in das Programm am o Demonstration jeweils nach theoretischer Einführung eines Verfahrens o Zusätzliche Übungen als Hausaufgaben o Download: o Installation: Windows: Mac: o Datensätze: ALLBUS (allgemeine Bevölkerungsumfrage der Sozialwissenschaften); Beispieldatensätze SPSS; fiktive Datensätze 4

5 Ziele der Veranstaltung o Wann wende ich welches statistische Verfahren an? (abhängig von Fragestellung und Art der Daten) o Wie führe ich die Analyse korrekt durch? (mit dem Programm SPSS) o Wie interpretiere ich die Resultate? (des Programms, aber auch aus der Forschungsliteratur) o Wie stelle ich die Ergebnisse korrekt dar? (im Text oder tabellarisch) 5

6 Inhalte der Veranstaltung o Einordung der Statistik in den Forschungsprozess o Wichtige Begriffe und Konzepte o Deskriptive Statistik und explorative Datenanalyse o Inferenzstatistische Verfahren: Hypothesen prüfen Zusammenhänge von Merkmalen prüfen Unterschiede zwischen Gruppen prüfen Einflüsse von Merkmalen auf andere prüfen Veränderung über die Zeit eines Merkmals o Einführung in die Einzelfallanalyse 6

7 Statistik in der sonderpädagogischen Forschung o Generelles Ziel: Erkenntnisgewinn durch die Auswertung quantitativer Daten o Grundlagenforschung: Beantwortung konkreter Fragestellungen zu o Häufigkeiten und Verläufen bestimmter Phänomene Zusammenhängen zwischen Merkmalen Unterschieden zwischen Personengruppen Evaluationsforschung: Wirksamkeit von Interventionen (Trainings, Therapien, Fördermassnahmen etc.) Präventionsmassnahmen Didaktischen Massnahmen etc. 7

8 Forschungsprozess (in Anlehnung an Bortz, 1999; Bortz und Döring, 2006) Erkundungsphase: Themensuche, Literaturstudium, Konkretisierung des Problems Ableitung der Fragestellungen Theoretische Phase: Theorien zu dem Problem, aktueller Forschungsstand Ableitung der Hypothesen Planungsphase: Untersuchungsdesign, Auswahl der Variablen, Stichprobensuche Untersuchungsphase: Datenerhebung Auswertungsphase: Statistische Analyse Entscheidungsphase: Brauchbarkeit der Theorie 8

9 Quantitative vs. Qualitative Forschungsmethoden Quantitativ - Hypothesenprüfend: Gibt es die vermuteten Zusammenhänge und Unterschiede wirklich? - Grössere Anzahl untersuchter Personen - Breitere Ergebnisse, weniger tiefgründig auf Einzelfallebene - Erhebung zählbarer Einheiten (z.b. Anzahl Punkte eines Tests, Häufigkeit eines Verhaltens etc.) - Statistische Auswertung Qualitativ - Hypothesengenerierend: Vermutungen bzgl. Zusammenhängen und Unterschieden werden hergeleitet - Kleinere Anzahl untersuchter Personen - Tiefgründig auf Einzelfallebene - Keine zählbaren Einheiten (z.b. freie Verschriftung oder Erzählung zu einem Thema) - Auswertung interpretativ, erschliessend 9

10 Fragestellungen o Aus der Analyse eines Problems (Literaturstudium, praktische Erfahrungen etc.) ergibt sich eine Forschungsfrage o Relevant für Theoriebildung, Grundlagenforschung, Praktische Massnahmen (Prävention, Intervention, Therapiemethoden, Lehrmethoden etc.) o Soll mittels geeigneter Forschungsmethoden beantwortet werden 10

11 Fragestellungen in der Sonderpädagogik Beispiel: INVO-Modell erfolgreichen Lernens (Hasselhorn & Gold, 2006) 11

12 Fragestellungen in der Sonderpädagogik Grundlagenforschung o o o o Hat die selektive Aufmerksamkeit einen Einfluss auf die Lernfähigkeit? Erzielen Kinder, welche konkrete Lernstrategien anwenden, mehr Lernfortschritte als solche, welche keine Strategien anwenden? Hat die Motivation einen Einfluss auf die Lernfähigkeit? Erzielen Kinder, welche ein besseres Selbstkonzept haben, mehr Lernfortschritte? 12

13 Fragestellungen in der Sonderpädagogik Evaluationsforschung: Interventionen und präventive Massnahmen (Therapie, Training, didaktische Massnahmen etc.) o Führt ein Training der selektiven Aufmerksamkeit zu einer Verbesserung der Lernfähigkeit? o Führt die gezielte Erarbeitung von Lernstrategien zu einer Verbesserung der Lernfähigkeit? o Führt ein motivierend gestalteter Unterricht zu einer besseren Lernfähigkeit? o Wirken sich therapeutische Massnahmen auf Ebene des Selbstkonzeptes positiv auf die Lernfähigkeit aus? 13

14 Hypothese o o o Zu einer Fragestellung wird (wenn möglich) eine Hypothese formuliert Aus wissenschaftlichen Theorien und Forschungsliteratur werden Annahmen über Zusammenhänge abgeleitet 4 Kriterien nach Bortz, 2006: Wissenschaftliche Hypothesen (1) beziehen sich auf reale Sachverhalten, welche gemessen werden können (2) gehen über den Einzelfall oder ein einzelnes Ereignis hinaus («All- Satz») (3) können in einen Konditionalsatz umgewandelt werden («wenn, dann» / «je mehr, desto ) (4) Müssen potentiell falsifizierbar sein 14

15 Hypothesen Grundlagenforschung o o o o Hat die selektive Aufmerksamkeit einen Einfluss auf die Lernfähigkeit? -> Je besser die selektive Aufmerksamkeit, desto besser die Lernfähigkeit Erzielen Kinder, welche konkrete Lernstrategien anwenden, mehr Lernfortschritte als solche, welche keine Strategien anwenden? -> Wenn ein Kind konkrete Lernstrategien anwendet, dann macht es mehr Lernfortschritte als wenn es keine anwendet (Kinder mit konkreten Lernstrategien machen mehr Lernfortschritte als solche ohne Lernstrategien) Hat die Motivation einen Einfluss auf die Lernfähigkeit? -> Je grösser die Motivation, desto besser die Lernfähigkeit Erzielen Kinder, welche ein besseres Selbstkonzept haben, mehr Lernfortschritte? -> Je besser das Selbstkonzept, desto mehr Lernfortschritte 15

16 Hypothesen Evaluationsforschung: Interventionen und präventive Massnahmen (Therapie, Training, didaktische Massnahmen etc.) o Führt ein motivierend gestalteter Unterricht zu einer besseren Lernfähigkeit? -> Wenn der Unterricht besonders motivierend gestaltet ist, dann machen die Kinder mehr Lernfortschritte als im herkömmlichen Unterricht o Wirken sich therapeutische Massnahmen auf Ebene des Selbstkonzeptes positiv auf die Lernfähigkeit aus? -> Wenn mit einem Kind am Selbstkonzept gearbeitet wird, dann zeigt es mehr Lernfortschritte als wenn nicht daran (oder an etwas anderem) gearbeitet wird 16

17 Hypothesen Evaluationsforschung: Interventionen und präventive Massnahmen (Therapie, Training, didaktische Massnahmen etc.) o Führt ein Training zur selektiven Aufmerksamkeit zu einer Verbesserung der Lernfähigkeit? -> Wenn ein Kind ein Training zur selektiven Aufmerksamkeit erhält, dann macht es mehr Lernfortschritte als wenn es keines (oder ein anderes) erhält o Führt die gezielte Erarbeitung von Lernstrategien zu einer Verbesserung der Lernfähigkeit? -> Wenn mit einem Kind Lernstrategien erarbeitet werden, dann macht es mehr Lernfortschritte als wenn diese nicht erarbeitet werden 17

18 Hypothesen Beispiele ungerichteter Hypothesen: -> Das Geschlecht hat einen Einfluss auf die Schulleistung -> Das Alter hat einen Einfluss auf die Schulmotivation -> Der sozioökonomische Status hat einen Einfluss auf die Bildungsaspiration 18

19 Hypothesen Was sind keine Hypothesen? o «Existenz»-Sätze: «Es gibt Kinder mit Lernstrategien, welche mehr Lernfortschritte machen als solche ohne Lernstrategien» -> keine Generalisierbarkeit des Zusammenhangs o «Kann sein»- / «ist möglich»-sätze: «Es kann sein, dass Kinder mit einer besseren selektiven Aufmerksamkeit mehr Lernfortschritte erzielen» -> nicht falsifizierbar, der Satz stimmt für jedes Ergebnis 19

20 Hypothese oder nicht? o Lesen fördert die schriftsprachlichen Kompetenzen o Männer lesen weniger als Frauen o Zigarettenkonsum kann zu Lungenkrebs führen o Alkoholiker/innen zeigen schlechtere kognitive Leistungen als nicht- Alkoholiker/innen o Es gibt Leute, bei denen schlägt die neue Therapie an o Ältere Menschen sprechen besser auf die Therapie an als jüngere 20

21 Hypothese oder nicht? 21

22 Forschungshypothesen und Statistik o Statistische Methoden zur Prüfung von Hypothesen o Können sich bewähren oder können falsifiziert werden o Aber Achtung: Hypothesen sind Wahrscheinlichkeitsaussagen, trifft nicht auf jedes Individuum zu o Ein einziges negatives Ergebnis (Falsifikation) muss nicht zur definitiven Verwerfung der Hypothese führen o Umgekehrt reicht es oftmals nicht, wenn sich die Hypothese einmalig bewährt hat (z.b. zur Rechtfertigung aufwändiger Massnahmen) o Bei Falsifikation: Evtl. Anpassung der Hypothese (Einschränkung der Gültigkeit, z.b.: Das neue Therapieprogramm ist dem alten nur bei der Altersgruppe der 6-10 Jährigen überlegen) 22

23 Forschungsprozess (in Anlehnung an Bortz, 1999; Bortz und Döring, 2006) Erkundungsphase: Themensuche, Literaturstudium, Konkretisierung des Problems Ableitung der Fragestellungen Theoretische Phase: Konkrete Theorien zu dem Problem, aktueller Forschungsstand Ableitung der Hypothesen Planungsphase: Auswahl der Variablen, Stichprobensuche, Untersuchungsdesign Untersuchungsphase: Datenerhebung Auswertungsphase: Statistische Analyse Entscheidungsphase: Brauchbarkeit der Theorie 23

24 Zentrale Begriffe o Variable: - Variable = «Symbol für die Menge der Ausprägungen eines Merkmals» (Bortz, 2006) - Muss «variieren» zwischen den untersuchten Personen - Mindestens 2 Ausprägungen: z.b. Geschlecht - Unbegrenzt viele Ausprägungen möglich: z.b. Grösse, Gewicht, Zeit o Daten: - Gesamtheit aller Merkmalsmessungen - Merkmalsmessung: Den Merkmalsausprägungen werden Kategorien/Zahlen zugewiesen - Geschlecht: «weiblich» = 1, «männlich» = 2 (frei wählbar) - Körpergrösse in cm: ; ; ; etc. 24

25 Skalenniveaus Skalenniveau Variable Eigenschaften Beispiel Mögliche Aussagen Nominalskala Zugehörigkeit zu einer Kategorie (nicht-hierarchisch) Haarfarbe Gleich/Verschieden (=/ ) Ordinalskala Zugehörigkeit zu einer hierarchisch gestuften Kategorie (Ränge) Ausmass an Zustimmung Grösser/kleiner Mehr/weniger Höher/Tiefer (>/</=) Intervallskala = kontinuierlich/ metrisch Kontinuierlich, ohne natürlichen Nullpunkt Temperatur Vergleich von Differenzen: Wie viel höher (+/-) Verhältnisskala Kontinuierlich, mit natürlichem Nullpunkt Grösse Vergleich von Verhältnissen: Wie viel mal so gross? (+/-/ / ) 25

26 Nominal Ordinal Metrisch Beruf Nationalität Gewicht Behinderungsgrad Einkommen Geschlecht Altersgruppen IQ Schulnoten Berufsprestige Alter Augenfarbe Behinderungsform 26

27 Nominal Ordinal Metrisch 27

28 Zentrale Begriffe o Stichprobe/Population: - Stichprobe: Teilmenge einer bestimmte Population (Grundgesamtheit) für welche die Ergebnisse gelten sollen (= die untersuchten Personen) - Population = Alle potentiell untersuchbaren Personen, welche ein bestimmtes Merkmal (oder Merkmalskombination) aufweisen - Bei der Inferenzstatistik wollen wir eine Aussage über die Population aufgrund von Stichprobendaten machen -> Stichprobe sollte repräsentativ sein 28

29 (Quantitative) Untersuchungsdesigns (Bortz, 2006) o Experimentelle Designs -> oft verwendet für Evaluationsforschung - Experiment - Quasiexperiment o Nicht-experimentelle Designs (korrelative Designs) -> oft verwendet für Grundlagenforschung - Querschnittstudie - Längsschnittstudie 29

30 Experimentelle Designs o Experiment: - Klärung von Ursache-Wirkungs-Zusammenhängen - Mind. 2 Gruppen: Untersuchungs- resp. Experimentalgruppe und Kontrollgruppe - Evtl. mehrere Messzeitpunkte (z.b. Prätest / Posttest) - Personen werden per Zufall einer Untersuchungsbedingung zugeteilt (Randomisierung) - Vorteil: Individuelle Unterschiede zwischen den untersuchten Personen sind kontrolliert - Unterschiede hinsichtlich des interessierenden Merkmals sind auf die Untersuchungsbedingung zurückzuführen -> hohe interne Validität 30

31 Experimentelle Designs o Quasiexperiment: - Wie Experiment, aber nicht randomisiert - Vergleich von «natürlichen» Gruppen, z.b. Schulklassen - Individuelle Unterschiede zwischen den untersuchten Personen sind nicht kontrolliert - Unterschiede hinsichtlich des interessierenden Merkmals sind nicht zwangsläufig auf die Untersuchungsbedingung zurückzuführen -> niedrige interne Validität 31

32 Experimentelle Designs o Laboruntersuchung: - Kontrollierte Umgebung - Ergebnisse können nicht durch äussere Störfaktoren verzerrt werden - Aber: fraglich, ob die Ergebnisse auch für die «natürliche» Umgebung Gültigkeit haben -> niedrige externe Validität o Felduntersuchung: - «Natürliche» Umgebung, z.b. Klassenzimmer - Äussere Einflüsse können nicht kontrolliert werden - Aber: Der Einfluss einer bestimmten Variable (z.b. Unterrichtsstil) kann direkt in dem Setting getestet werden, wo er relevant ist -> hohe externe Validität 32

33 Experimentelle Designs Experiment Quasiexperiment Feld Interne Validität + Interne Validität - Externe Validität + Externe Validität + Labor Interne Validität + Interne Validität - Externe Validität - Externe Validität - 33

34 Nicht-experimentelle Designs (korrelative Designs) o Querschnittstudie - Untersuchung einer Stichprobe zu einem Messzeitpunkt (Befragung, Beobachtung) - Störfaktoren (individuelle und kontextuelle Unterschiede) können nicht ausgeschlossen werden - Einige davon können gemessen und bei den Analysen kontrolliert werden -> Kontrollvariablen - Mögliche Aussage: Zwei (oder mehr) Variablen haben einen Zusammenhang (Korrelation) - Vorteil: Grosse Stichprobe mit relativ wenig Aufwand - Nachteil: Keine Aussage über Ursache und Wirkung, über die Abfolge der Ereignisse und über veränderbare Ereignisse möglich 34

35 Nicht-experimentelle Designs (korrelative Designs) o Längsschnittstudie - Untersuchung einer Stichprobe zu mehreren Zeitpunkten - Gleiches Problem wie bei Querschnittstudie bzgl. Störfaktoren - Keine Aussage über Ursache und Wirkung möglich - Aber: zeitliche Abfolge von Ereignissen kann kontrolliert werden - Ein früheres Ereignis kann ein späteres vorhersagen - Veränderungen können dargestellt werden - Panelstudie = immer dieselben Personen - Trendstudie = verschiedene Personen, Auswahl nach denselben Kriterien 35

36 Forschungsprozess (in Anlehnung an Bortz, 1999; Bortz und Döring, 2006) Erkundungsphase: Themensuche, Literaturstudium, Konkretisierung des Problems Ableitung der Fragestellungen Theoretische Phase: Konkrete Theorien zu dem Problem, aktueller Forschungsstand Ableitung der Hypothesen Planungsphase: Auswahl der Variablen, Stichprobensuche, Untersuchungsdesign Untersuchungsphase: Datenerhebung Auswertungsphase: Statistische Analyse Entscheidungsphase: Brauchbarkeit der Theorie 36