Essay

Versuchsplanung

Hans-Peter Musahl und Christian Schwennen

Versuchsplan
Die Wahl einer experimentellen Anordnung (Experiment) beruht auf den Annahmen des Experimentators darüber, inwieweit ein Wirkgefüge mit einer bestimmten Sequenz von unabhängigen (uV) und abhängigen Variablen (aV) gemäß dem aktuellen Forschungsstand gilt. Dabei ist, wie veranschaulicht ( Abb. ), eine definierte Folge von Fragen zu beantworten, die darüber entscheiden, welcher empirische Untersuchungsansatz im konkreten Fall gewählt werden kann, nämlich
– eine korrelative Studie, anhand derer die Struktur der Beziehungen der relevanten Variablen gesucht und quantitativ-systematisch analysiert wird oder
– eine experimentelle Studie, die auf entsprechendem Wissen über die relevanten Variablen aufbaut und die Art der Beziehung zwischen den vermuteten Prädiktoren (uV) und den entsprechenden Kriterien (aV) näher analysieren soll.

Das Ergebnis dieser Überlegungen führt zum Versuchsplan (”design”), dem methodologischen Rationale einer empirischen Untersuchung (Campbell & Stanley, 1966). Dieser stellt die nach Forschungsstand und Untersuchungsziel realisierte Struktur und Abfolge (simultan vs. ”vorher-nachher”) der Einwirkung der Stufen der uV (Faktoren, uni- vs. multifaktoriell) auf die aV (Verhaltensmaße, uni- vs. multivariat) schematisch dar, gibt die Kontrolltechniken an, präzisiert die prüfbaren statistischen Hypothesen und charakterisiert damit den methodologischen und theoretischen Geltungsanspruch des Versuchs.
Um den Versuchsplan eines Experiments kann es sich nur dann handeln, wenn (1) uV und aV voneinander abgrenzbar sind, (2) wenn aV stets uV folgt und wenn (3) Daten von zumindest zwei Gruppen verglichen werden.
1) Korrelationsstudie: Eine Trennung der relevanten Variablen in Wirkvariablen (uV) und davon abhängige Verhaltensdaten (aV) ist typischerweise bei Korrelationsstudien nicht der Fall; sie sollen komplexe multivariate Variablenzusammenhänge aufdecken und strukturieren. Klassische Beispiele hierfür sind die Faktorenanalysen von Persönlichkeits- oder Intelligenzmaßen, mit deren Hilfe ein ”mehrdimensionales” mathematisches Modell der Persönlichkeit oder von Intelligenz-”Faktoren” entwickelt wird. Kausalaussagen sind aufgrund korrelativer Zusammenhänge unzulässig, Kausalität ist eine hinreichende, aber keineswegs notwendige Bedingung für Korrelationen.
2) Ex-post-facto-Studien: Fehlen Kenntnisse über die Sequenz von uV und aV, dann sind wiederum nur korrelative Analysen möglich. Bei vielen sozialwissenschaftlichen und medizinisch-biologischen Problemstellungen gibt es jedoch ”unsichere” Annahmen: Es liegt ein kritisches Datum einer aV vor, dessen Verursachungsbedingungen jedoch unbekannt sind. Die klassischen Studien zur jugendlichen Delinquenz oder epidemiologische Studien in der Medizin (Lungenkrebs, Aids), der Biologie (BSE) oder in ökologischer Forschung (”Waldsterben”) sind Beispiele solcher Untersuchungspläne. Sie werden als ”ex-post-facto-Studien” bezeichnet: Aus den vorgefundenen Fakten wird im nachhinein (ex post facto) auf deren Verursachungsbedingungen geschlossen. Methodologisch wird hierbei das relative Wissen um die zeitliche Abfolge der miteinander korrelierenden Variablen in sog. Pfadanalysen zur Begründung von Kausalitätsannahmen herangezogen – auch die als ”sozialwissenschaftliches Experiment” bezeichnete ex-post-facto-Anordnung beruht somit auf einem korrelativen Versuchsplan. Ein kausaltheoretischer Anspruch kann daher nach der Logik dieser Methode nicht begründet werden, er beruht ausschließlich auf der theoretischen Stringenz der angenommenen Korrelationspfade zwischen den hypothetischen Wirkvariablen.
3) Vorexperimentelle Versuchsanordnung: Die einmalige Behandlung einer Gruppe und deren ”Effekt”-Messung bezeichnet man als ”vorexperimentelle Versuchsanordnung” (sog. ”one-shot-case-study”). Sie ist eine alltägliche, für den Laien plausible (”Mami, er hat überhaupt nicht gebohrt!” heißt es in der Zahnpastawerbung), allerdings wissenschaftlich wertlose Form empirischer Argumentation: Präexperimentelle Ausprägungen der aV und weitere Einflußgrößen (uV) bleiben unkontrolliert, Alternativerklärungen können nicht ausgeschlossen werden.

Kennzeichen des Experiments: Randomisierung
Für ein strenges Experiment ist von R.A. Fisher entwickelte Prinzip der “Randomisierung” als Konsequenz der “ceteris paribus-Klausel” kennzeichnend: Die experimentellen Behandlungsbedingungen werden den Versuchsgruppen zugeordnet, diesen die Probanden nach dem Zufall (Randomisierung) zugewiesen. Dadurch werden Scheinerklärungen ausgeschlossen, nach denen z.B. ein Verhalten als Effekt der experimentellen Behandlung bezeichnet wird, das tatsächlich bereits präexperimentell bestanden hat – nicht die neue Unterrichtsmethode hat zu den besseren Ergebnissen geführt, die Probanden dieser Versuchsgruppe hatten schon vor der Untersuchung einen Lernvorsprung. Der Grad, in dem tatsächlich randomisiert wird, ist ein Merkmal zur Unterscheidung der Typen des Experiments. Diese Beschränkung ist insbesondere bei Experimenten in der Klinischen, Pädagogischen, Arbeits- oder Organisationspsychologie von Belang: Häufig ist eine vollständige Randomisierung nicht möglich, da Klienten-, Schüler- oder Mitarbeiter-Gruppen aus organisatorischen Gründen vorgegeben sind.
4) Feldstudie: In einer “Feldstudie” ist es dem Experimentator zwar möglich, mehrere hinsichtlich definierter Ausprägungen einer uV unterschiedliche Gruppen zu untersuchen, er kann aber weder die Bedingungen den Gruppen noch diesen die Probanden nach dem Zufall zuordnen; er findet beides vor – wie z.B. im “natürlichen Experiment”, in dem er als Beobachter lediglich registriert, was in der Realität ohne seinen Eingriff stattfindet oder stattgefunden hat. Der kausaltheoretische Wert ist sehr begrenzt, die Feldstudie liefert im günstigen Fall empirische Evidenz für eine im Experiment zu prüfende Kausalhypothese.
5) Kann der Experimentator die Behandlungsbedingungen nach dem Zufall zuweisen, muß jedoch den Umstand hinnehmen, daß die Klienten-, Schüler- oder Mitarbeitergruppen vorgegeben sind, dann handelt es sich um ein “Quasi-Experiment”. Bei diesem Experiment-Typ kann ein Grad der Bedingungskontrolle gelingen, welcher dem “Labor” schon recht nahe kommt; aber: Mögliche präexperimentelle Gruppenunterschiede verletzen die “ceteris-paribus-Klausel”, der kausaltheoretische Anspruch auch dieses Versuchsplans ist daher begrenzt.

Sekundärvarianz
Die experimentalpsychologische Entsprechung der Baconschen ”vexationes artis” sind die Techniken zur Kontrolle von Sekundärvarianz im Sinne des sog. Max-Kon-Min-Prinzips (Maximieren der mit den uV und uV bewirkten Primärvarianz, Kontrollieren der die aV beeinflussenden Sekundärvarianz, Minimieren der Fehlervarianz; Kerlinger, 1979): Durch Eliminieren, Konstanthalten, Parallelisieren, Wiederholungsmessung, Blockbildung oder Mischformen dieser Techniken soll der Einfluß von ”Störvariablen”, die nicht zu den uV gehören, aber gleichwohl systematisch auf die aV einwirken, ”kontrolliert”werden, indem sie in ihrer Wirkung neutralisiert oder, in eine uV umgewandelt, expliziert werden.
6) Feld-Experiment: Im ”Feld-Experiment” werden alle verfügbaren Kontrolltechniken angewendet; aus der Tatsache der experimentellen Untersuchung im ”Feld” ergeben sich jedoch Einflußmöglichkeiten auf den Ablauf des Experiments, die der Versuchsleiter nicht abwehren kann oder gerade – z.B. im Fall der Übertragung eines im Labor erprobten Sachverhalts auf die ”natürlichen Bedingungen” – studieren will. Insbesondere sozialpsychologische Aspekte des Experiments wirken im Feldexperiment, die zwar den kausaltheoretischen Anspruch schmälern, die ökologische Validität des experimentellen Befunds hingegen erhöhen können.
7) Labor-Experiment: Das höchste Maß interner Validität des experimentellen Befunds ist durch das ”Labor”-Experiment gewährleistet: Strenge Variablenisolation und weitgehende Kontrolle von Sekundärvarianz verursachenden Quellen gestatten die grundlagenwissenschaftliche Suche nach Kausalbeziehungen zwischen isolierten Reizbedingungen und Verhaltensparametern; die darin zumeist implizierte ceteris-paribus-Annahme ist nur unter Laborbedingungen zu realisieren. Dem Laborexperiment kommt damit der relativ höchste kausaltheoretische Anspruch zu, allerdings auch die schärfste Gegnerschaft aufgrund des Vorwurfs, im Labor werde der Zugewinn an interner Validität durch dessen Künstlichkeit und den Verlust an externer oder ökologischer Validität (Validität) erkauft.Diese Kritik ist immer dann berechtigt, wenn die Untersuchung eines dynamischen Prozesses oder ”offenen Systems”, in dem naturgemäß nicht ”alle übrigen Bedingungen gleich” sind, nicht – wie angezeigt – unter ”natürlichen” Bedingungen, sondern im Labor erfolgt. Dahinter steht gelegentlich aber auch die erkenntnistheoretisch zweifelhafte Erwartung, der Experimentator könne mit Hilfe sog. repräsentativer Versuchsanlagen und besonderer, z.B. ”qualitativer” statt quantitativer Untersuchungsmethoden den ”wahren” Datenverhältnissen näher kommen (Experiment, Experimentelle Psychologie).

Literatur
Campbell, D.T. & Stanley, J.C. (1966). Experimental and quasi-experimental designs for research. Chicago: Rand McNally.
Hager, W. (1987). Grundlagen einer Versuchsplanung zur Prüfung empirischer Hypothesen der Psychologie. In G. Lüer (Hrsg.), Allgemeine Experimentelle Psychologie (43-253). Stuttgart: Gustav Fischer Verlag.
Kerlinger, F.N. (1979). Foundations of behavioral research (2^nd ed.). London: Holt, Rinehart & Winston.

Abb. Versuchsplanung. Klassifikation verschiedener Typen von Experimenten (innerhalb des markierten Feldes) und deren Bezug zu anderen Formen empirischer Untersuchungen. Um ein Experiment handelt es sich nur dann, wenn 1) eine Unterscheidung von unabhängigen (uV) und abhängigen Variablen (aV) möglich ist, 2) die uV der aV stets vorausgeht und 3) die Daten von wenigstens zwei Probandengruppen verglichen werden. (modifiziert nach Hager, 1987, S. 73).