5 خطوات لتصميم البحث التجريبي مع الأمثلة

يقوم الباحثون التجارب بدراسة العلاقات السببية من خلال التجارب. إنهم يعالجون واحدًا أو أكثر من المتغيرات المستقلة، ويقيسون تأثيرها على واحد أو أكثر من المتغيرات التابعة.

ينشئ تصميم البحث التجريبي مجموعة من الإجراءات لفحص الفرضية بشكل منهجي. يتطلب تصميم البحث التجريبي الجيد الفهم الشامل للمشكلة البحثية التي تحقق فيها.

يتضمن تصميم التجربة هذه الخطوات الخمس الأساسية:

·         ضع في اعتبارك المتغيرات الخاصة بك وكيف ترتبط ببعضها.

·         كتابة فرضية دقيقة ومحددة قابلة لإجراء الاختبار.

·         تصميم إجراءات تجريبية لمعالجة المتغير المستقل.

·         تقسيم الموضوعات إلى مجموعات، إما داخل أو بين الموضوعات.

·         إعداد خطة لكيفية قياس المتغير التابع الخاص بك.

يجب عليك أيضًا اختيار عينة تمثيلية والتحكم في أي متغيرات خارجية يمكن أن تؤثر على نتائجك، من أجل استخلاص النتائج المناسبة. إذا كان تعيين الأفراد بشكل عشوائي لمجموعات المراقبة والمعالجة أمرًا غير عملي أو غير أخلاقي أو صعب للغاية، ففكر في إجراء تجربة قائمة على الملاحظة بدلًا من ذلك. يقلل هذا من مجموعة متنوعة من التحيزات البحثية، لا سيّما التحيز في أخذ العينات، وأنواع أخرى من التحيز مع مرور الوقت.

الخطوة 1: تحديد المتغيرات الخاصة بك

ابدأ بصياغة سؤال بحث واضح ومحدد. سنستخدم مثالين لأسئلة البحث، أحدهما من مجال العلوم الصحية والآخر من علم البيئة:

مثال السؤال 1: استخدام الهاتف أثناء النوم

أنت مهتم بمعرفة كيفية تأثير استخدام الهاتف قبل النوم مباشرة على أنماط النوم. أنت تسأل على وجه التحديد كيف يؤثر الوقت الذي يقضيه الشخص على هاتفه قبل النوم على عدد ساعات نومه.

مثال السؤال 2: درجة الحرارة وتنفس التربة

أنت مهتم بمعرفة كيف تؤثر درجة الحرارة على تنفس التربة. أنت تسأل على وجه التحديد عن كيفية تأثير ارتفاع درجات حرارة الهواء بالقرب من سطح التربة على كمية ثاني أكسيد الكربون (CO2) التي تتنفس من التربة.

يجب عليك تحديد المتغيرات الرئيسية وعمل تنبؤات حول كيفية الارتباط فيما بينها؛ من أجل تحويل سؤال البحث الخاص بك إلى فرضية تجريبية.

ابدأ ببساطة بإدراج المتغيرات المستقلة والتابعة.

ثم عليك التفكير في المتغيرات الخارجية المحتملة وكيفية التحكم بها في تجربتك.

أخيرًا، يمكنك وضع هذه المتغيرات معًا في رسم تخطيطي. استخدم الأسهم لإظهار العلاقات المحتملة بين المتغيرات وتضمين علامات لإظهار الاتجاه المتوقع للعلاقات.

نتوقع هنا أن كمية استخدام الهاتف سيكون لها تأثير سلبي على ساعات النوم، ونتوقع تأثيرًا غير معروف للتغير الطبيعي على ساعات النوم. نتوقع هنا أن زيادة درجة الحرارة ستزيد من تنفس التربة وتقلل من رطوبة التربة، بينما يؤدي تقليل رطوبة التربة إلى انخفاض تنفس التربة.

الخطوة 2: اكتب فرضيتك

يجب أن تكون الآن قادرًا على صياغة فرضية دقيقة ومحددة قابلة للاختبار تجيب على سؤال البحث الخاص بك الآن، بعد أن أصبح لديك معرفة مفاهيمية جيدة للمشكلة البحثية التي ترغب في معالجتها.

ستوضح الخطوات التالية كيفية تصميم تجربة يمكن التحكم بها. أثناء القيام بتصميم تجربة مضبوطة، يجب أن تكون قادرًا على:

·         معالجة المتغير (المتغيرات) المستقلة بطريقة منهجية ودقيقة.

·         القيام بقياس المتغير (المتغيرات) التابعة بشكل دقيق وواضح.

·         التحكم في أي متغيرات خارجية محتملة يمكن أن تسبب الارتباك.

يمكنك استخدام أنواع مختلفة من البحث لمعالجة سؤال البحث الخاص بك؛ إذا كان تصميم الدراسة الخاص بك لا يفي بهذه المتطلبات.

الخطوة 3: تصميم الاختبارات التجريبية

يمكن أن تتأثر الدرجة التي يمكن بها توسيع النتائج واستخدامها في بيئة أكبر بكيفية التحكم في المتغير المستقل في التجربة.

أولًا: قد تحتاج إلى اختيار نطاق تنوع المتغير المستقل.

تجربة تدفئة التربة

يمكنك اختيار زيادة درجة حرارة الهواء:

·         أعلى قليلًا مما هو معتاد في مجال البحث.

·         على نطاق درجة حرارة أكبر لمحاكاة الاحترار المستقبلي.

·         يتجاوز أي اختلاف طبيعي محتمل على نطاق أقصى.

ثانيًا: قد تحتاج أيضًا إلى تحديد مدى دقة تغيير المتغير المستقل. قد يتخذ تصميمك التجريبي هذا الاختيار من حين لآخر، ولكن في أغلب الأحيان، سيتعين عليك اتخاذ القرار، مما سيؤثر على مقدار ما يمكنك استنتاجه من بياناتك.

تجربة استخدام الهاتف

يمكنك أن تقرر تصنيف استخدام الهاتف على النحو التالي:

* متغير فئوي: إما ثنائي (نعم / لا) أو كمجموعة من العوامل (لا يوجد استخدام للهاتف، استخدام منخفض للهاتف، استخدام مرتفع للهاتف).\

* متغير مستمر: (يتم تسجيل دقائق استخدام الهاتف كل ليلة وقياسها).

ضع موضوعاتك في مجموعات علاجية في الخطوة التي تليها.

الخطوة 4: تعيين موضوعات المجموعات التجريبية

من أجل الحصول على نتائج دقيقة وجديرة بالثقة، يجب أن تكون حريصًا على كيفية إدارة مجموعاتك التجريبية لموضوعات الاختبار.

يجب أن تفكر أولًا في حجم الدراسة: كم عدد الأفراد الذين سيتم إخضاعهم إلى التجربة؟ بشكل عام، غالبًا ما تزداد القوة الإحصائية لتجربتك، والتي تؤثر على مقدار الثقة التي يمكنك الحصول عليها في نتائجك، عند إضافة المزيد من الأشخاص أو الموضوعات.

والخطوة التالية هي تحديد موضوعاتك للمجموعات التجريبية بشكل عشوائي. يتم تقديم مستويات مختلفة من الاختبارات التجريبية لكل مجموعة (على سبيل المثال، عدم استخدام الهاتف، وانخفاض استخدام الهاتف، وزيادة استخدام الهاتف).

قم بتضمين مجموعة تحكم أيضًا، والتي لا تتعرض إلى إجراء الاختبار. تكشف المجموعة الضابطة عما كان سيحدث للأشخاص الخاضعين للاختبار، إذا لم يكن هناك تدخل تجريبي.

هناك خياران أساسيان يجب عليك الاختيار منهما عند تعيين الموضوعات للمجموعات التجريبية:

·         تصميم عشوائي تمامًا مقابل تصميم الكتلة العشوائية.

·         تصميم بين الموضوعات مقابل تصميم داخل الموضوعات.

العشوائية

يمكن أن تكون التجربة عشوائية بالكامل أو عشوائية داخل كتل "تُعرف أيضًا بالطبقات".

·         في تصميم عشوائي تمامًا، يتم تعيين كل موضوع لمجموعة معالجة بشكل عشوائي.

·         في تصميم الكتلة العشوائية "يُعرف أيضًا بالتصميم العشوائي الطبقي"، يتم تجميع الأشخاص أولًا وفقًا للخاصية التي يتشاركونها، ثم يتم تعيينهم عشوائيًا للعلاجات داخل تلك المجموعات.

 

هناك خياران أساسيان يجب عليك الاختيار منهما عند تعيين الموضوعات للمجموعات التجريبية:

في بعض الأحيان، لا يكون التوزيع العشوائي أمرًا عمليًا أو أخلاقيًا، لذلك يقوم الباحثون بإنشاء تصميمات عشوائية جزئيًا او حتى غير عشوائية. يسمى التصميم التجريبي الذي لا يتم فيه تعيين الاختبارات بشكل عشوائي بالتصميم شبه التجريبي.

بين الموضوعات مقابل داخل الموضوعات

في التصميم بين الموضوعات "المعروف أيضًا باسم تصميم المقاييس المستقلة أو تصميم ANOVA النموذجي"، يتلقى الأفراد مستوى واحدًا فقط من المستويات الممكنة للعلاج التجريبي.

يمكنك أيضًا استخدام أزواج متطابقة في التصميم بين الموضوعات في البحث الطبي أو الاجتماعي، للتأكد من أن كل مجموعة اختبار تحتوي على نفس مجموعة موضوعات الاختبار بنفس النسب.

في التصميم الداخلي للموضوعات "المعروف أيضًا باسم تصميم المقاييس المتكررة"، يتلقى كل فرد كل من العلاجات التجريبية على التوالي، ويتم قياس استجاباتهم لكل علاج.

يمكن أن تشير الموضوعات الداخلية أو المقاييس المتكررة أيضًا إلى التصميم التجريبي، حيث يظهر التأثير بمرور الوقت، ويتم قياس الاستجابات الفردية بمرور الوقت لقياس هذا التأثير عند ظهوره.

إن الموازنة "التوزيع العشوائي أو عكس ترتيب العلاجات بين الموضوعات" غالبًا ما تستخدم في التصميمات داخل الموضوعات، للتأكد من أن ترتيب تطبيق العلاج لا يؤثر على نتائج التجربة.

الخطوة 5: قياس المتغير التابع

إن الخطوة الأخيرة هي اختيار منهجية جمع البيانات عن نتائج المتغير التابع. يجب أن تسعى جاهدًا للحصول على قياسات دقيقة وموثوقة، تقلل من التحيز أو الخطـأ في البحث.

يمكن استخدام الأدوات العلمية لقياس بعض المتغيرات بشكل موضوعي، على سبيل المثال درجة الحرارة. قد يحتاج البعض الآخر إلى التفعيل لتحويلها إلى ملاحظات قابلة للقياس.

تجربة استخدام الهاتف

يمكنك قياس المتغير التابع في تجربتك عن استخدام الهاتف والنوم بإحدى طريقتين:

·         اطلب من المشاركين الاحتفاظ بسجل يومي لأوقات نومهم واستيقاظهم.

·         اطلب من المشاركين استخدام أجهزة تتبع النوم.

تعتمد أنواع التحليل الإحصائي التي يمكنك إجراؤها على بياناتك على مدى دقة قياسك للمتغير التابع.

من أجل إنشاء بيانات موثوقة وذات صلة بسؤال البحث الخاصة بك، سيأخذ التصميم التجريبي الجيد في الاعتبار جميع العوامل المحددة، التي يتكون منها تصميم الدراسة الخاص بك، كما تعتمد التجارب دائمًا على السياق.