Tipuri de experimente

Experimentele pot fi clasificate în funcție de o serie de caracteristici, în funcție de normele și standardele profesionale din diferite domenii de studiu. În unele discipline (de exemplu, psihologia sau știința politică), un „experiment adevărat” este o metodă de cercetare socială în care există două tipuri de variabile. Variabila independentă este manipulată de experimentator, iar variabila dependentă este măsurată. Caracteristica semnificativă a unui experiment adevărat este că alocă în mod aleatoriu subiecții pentru neutralizarea prejudecății experimentatorului și asigură, pe un număr mare de iterații ale experimentului, că acesta controlează toți factorii de confuzie.

Experimente controlate

Un experiment controlat compară adesea rezultatele obținute din probele experimentale cu probele martor, care sunt practic identice cu probele experimentale, cu excepția aspectului al cărui efect este testat (variabila independentă). Un bun exemplu ar fi un studiu cu droguri. Eșantionul sau grupul care primește medicamentul ar fi grupul experimental (grupul de tratament); iar cel care a primit placebo sau tratament regulat ar fi cel de control. În multe experimente de laborator, este o bună practică să existe mai multe probe replicate pentru testul efectuat și să aibă atât un control pozitiv, cât și un control negativ. Rezultatele din eșantioane replicate pot fi adesea mediate sau dacă una dintre replicate este evident incompatibilă cu rezultatele celorlalte eșantioane, poate fi aruncată ca fiind rezultatul unei erori experimentale (este posibil ca o etapă a procedurii de testare să fi fost greșit omisă pentru proba respectivă). Cel mai adesea, testele se fac în duplicat sau triplicat. Un control pozitiv este o procedură similară cu testul experimental real, dar se știe din experiența anterioară că dă un rezultat pozitiv. Se știe că un control negativ dă un rezultat negativ. Controlul pozitiv confirmă faptul că condițiile de bază ale experimentului au reușit să producă un rezultat pozitiv, chiar dacă niciunul dintre eșantioanele experimentale efective nu produce un rezultat pozitiv. Controlul negativ demonstrează rezultatul liniei de bază obținut atunci când un test nu produce un rezultat pozitiv măsurabil. Cel mai adesea valoarea controlului negativ este tratată ca o valoare „de fundal” pentru a scădea din rezultatele probei de testare. Uneori, controlul pozitiv ia forma unei curbe standard.

Un exemplu care este adesea utilizat în laboratoarele didactice este testul proteic controlat. Studenții ar putea primi o probă de lichid care conține o cantitate necunoscută (pentru student) de proteine. Sarcina lor este de a efectua corect un experiment controlat în care determină concentrația de proteine ​​din proba lichidă (denumită de obicei „proba necunoscută”). Laboratorul didactic ar fi echipat cu o soluție standard de proteină cu o concentrație cunoscută de proteine. Studenții ar putea face mai multe probe de control pozitiv care conțin diverse diluții ale standardului proteic. Probele de control negative ar conține toți reactivii pentru analiza proteinelor, dar nu și proteine. În acest exemplu, toate eșantioanele sunt efectuate în duplicat. Testul este un test colorimetric în care un spectrofotometru poate măsura cantitatea de proteine ​​din probe prin detectarea unui complex colorat format din interacțiunea moleculelor de proteine ​​și a moleculelor unui colorant adăugat. Rezultatele probelor de test diluate pot fi comparate cu rezultatele curbei standard pentru a estima cantitatea de proteine ​​din eșantionul necunoscut.

Experimentele controlate pot fi efectuate atunci când este dificil să se controleze exact toate condițiile dintr-un experiment. În acest caz, experimentul începe prin crearea a două sau mai multe grupe de eșantioane care sunt probabilistic echivalente, ceea ce înseamnă că măsurătorile caracteristicilor ar trebui să fie similare între grupuri și că grupurile ar trebui să răspundă în același mod dacă li se administrează același tratament. Această echivalență este determinată de metode statistice care iau în considerare cantitatea de variație dintre indivizi și numărul de indivizi din fiecare grup. În domenii precum microbiologia și chimia, unde există foarte puține variații între indivizi și dimensiunea grupului ajunge ușor la milioane, aceste metode statistice sunt adesea ocolite și simpla împărțire a unei soluții în părți egale se presupune că produce grupuri de eșantioane identice.

Odată ce s-au format grupuri echivalente, experimentatorul încearcă să le trateze identic, cu excepția variabilei pe care dorește să o izoleze. Experimentarea umană necesită garanții speciale împotriva variabilelor externe, cum ar fi efectul placebo. Astfel de experimente sunt, în general, dublu orb, ceea ce înseamnă că nici voluntarul, nici cercetătorul nu știu care sunt persoanele din grupul de control sau grupul experimental decât după ce toate datele au fost colectate. Acest lucru asigură că orice efect asupra voluntarului se datorează tratamentului în sine și nu reprezintă un răspuns la cunoașterea faptului că este tratat.

În experimentele umane, cercetătorii pot oferi unui subiect (persoană) un stimul la care subiectul răspunde. Scopul experimentului este de a măsura răspunsul la stimul printr-o metodă de testare.

În proiectarea experimentelor, se aplică două sau mai multe „tratamente” pentru a estima diferența dintre răspunsurile medii pentru tratamente. De exemplu, un experiment privind coacerea pâinii ar putea estima diferența în răspunsurile asociate cu variabilele cantitative, cum ar fi raportul dintre apă și făină și cu variabile calitative, cum ar fi drojdia. Experimentarea este pasul metodei științifice care îi ajută pe oameni să decidă între două sau mai multe explicații sau ipoteze concurente. Aceste ipoteze sugerează motive pentru a explica un fenomen sau pentru a prezice rezultatele unei acțiuni. Un exemplu ar putea fi ipoteza că „dacă eliberez această bilă, aceasta va cădea pe podea”: această sugestie poate fi apoi testată prin efectuarea experimentului de eliberare a bilei și prin observarea rezultatelor. În mod formal, o ipoteză este comparată cu ipoteza sa opusă sau nulă („dacă eliberez această bilă, ea nu va cădea pe podea”). Ipoteza nulă este că nu există nicio explicație sau putere predictivă a fenomenului prin raționamentul care este investigat. Odată definite ipotezele, poate fi efectuat un experiment și rezultatele analizate pentru a confirma, infirma sau defini acuratețea ipotezelor.

Experimentele pot fi, de asemenea, concepute pentru a estima efectele de dispersie asupra unităților din apropiere netratate.

Experimente naturale

Termenul „experiment” implică de obicei un experiment controlat, dar uneori experimentele controlate sunt prohibitive sau dificile. În acest caz, cercetătorii recurg la experimente naturale sau cvasi-experimente. Experimentele naturale se bazează exclusiv pe observațiile variabilelor sistemului studiat, mai degrabă decât pe manipularea doar a uneia sau a câtorva variabile, așa cum se întâmplă în experimentele controlate. În măsura în care este posibil, prin ele se încearcă să colecteze date pentru sistem în așa fel încât să poată fi determinată contribuția tuturor variabilelor și unde efectele variației în anumite variabile rămân aproximativ constante, astfel încât să se poată discerne efectele altor variabile. Gradul în care acest lucru este posibil depinde de corelația observată între variabilele explicative din datele observate. Atunci când aceste variabile nu sunt bine corelate, experimentele naturale pot aborda puterea experimentelor controlate. De obicei, însă, există o oarecare corelație între aceste variabile, ceea ce reduce fiabilitatea experimentelor naturale în raport cu ceea ce s-ar putea concluziona dacă s-ar efectua un experiment controlat. De asemenea, deoarece experimentele naturale au loc de obicei în medii necontrolate, variabilele din surse nedetectate nu sunt nici măsurate, nici menținute constante, iar acestea pot produce corelații iluzorii în variabilele studiate.

Unul dintre cele mai cunoscute experimente naturale timpurii a fost focarul de holeră din 1854 din Broad Street din Londra, Anglia. La 31 august 1854, un focar major de holeră a lovit Soho. În următoarele trei zile, 127 de persoane în apropiere de Broad Street au murit. Până la sfârșitul focarului au murit 616 persoane. Medicul John Snow a identificat sursa focarului ca fiind cea mai apropiată pompă de apă publică, folosind o hartă a deceselor și a bolilor care a dezvăluit un grup de cazuri în jurul pompei. În acest exemplu, Snow a descoperit o asociere puternică între utilizarea apei din pompă și decesele și bolile cauzate de holeră. Snow a descoperit că Southwark și Vauxhall Waterworks Company, care furnizau apă districtelor cu rate ridicate de infecție, obțineau apa din Tamisa în aval de unde canalizarea de apă brută era deversată în râu. În schimb, districtele cărora le-a fost furnizată apă de către Lambeth Waterworks Company, care a obținut apă în amonte de punctele de evacuare a apelor uzate, au avut rate de infecție scăzute. Având în vedere distribuția aproape aleatorie a apei la Londra de la mijlocul secolului al XIX-lea, Snow a privit evoluțiile ca „un experiment … la cea mai mare scară”. Desigur, expunerea la apa poluată nu a fost sub controlul niciunui om de știință. Prin urmare, această expunere a fost recunoscută ca fiind un experiment natural.

(Harta originală de John Snow care arată grupurile de cazuri de holeră în epidemia de la Londra din 1854)

Multe cercetări în mai multe discipline științifice, inclusiv economie, geografie umană, arheologie, sociologie, antropologie culturală, geologie, paleontologie, ecologie, meteorologie și astronomie, se bazează pe cvasi-experimente. De exemplu, în astronomie este în mod clar imposibil, când se testează ipoteza „Stelele sunt nori colapsați de hidrogen”, să se înceapă cu un nor uriaș de hidrogen și apoi să se efectueze experimentul de așteptare de câteva miliarde de ani pentru a forma o stea . Cu toate acestea, observând diferiți nori de hidrogen în diferite stări de colapsare și alte implicații ale ipotezei (de exemplu, prezența diverselor emisii spectrale de la lumina stelelor), putem colecta datele de care avem nevoie pentru a susține ipoteza. Un exemplu timpuriu al acestui tip de experiment a fost prima verificare din secolul al XVII-lea că lumina nu călătorește dintr-un loc în altul instantaneu, ci are o viteză măsurabilă. Observarea apariției lunilor lui Jupiter a fost ușor întârziată când Jupiter era mai departe de Pământ, spre deosebire de când Jupiter era mai aproape de Pământ; iar acest fenomen a fost folosit pentru a demonstra că diferența în momentul apariției lunilor a fost în concordanță cu o viteză măsurabilă.

Experimente pe teren

Experimentele de teren sunt denumite astfel pentru a le distinge de experimentele de laborator, care impun controlul științific testând o ipoteză în cadrul artificial și foarte controlat al unui laborator. Adesea utilizate în științele sociale și în special în analizele economice ale intervențiilor educaționale și de sănătate, experimentele de teren au avantajul că rezultatele sunt observate într-un cadru natural, mai degrabă decât într-un mediu de laborator inventat. Din acest motiv, experimentele pe teren sunt uneori văzute ca având o valabilitate externă mai mare decât experimentele de laborator. Cu toate acestea, la fel ca experimentele naturale, experimentele de teren suferă de posibilitatea contaminării: condițiile experimentale pot fi controlate cu mai multă precizie și certitudine în laborator. Cu toate acestea, unele fenomene (de exemplu, participarea la alegeri) nu pot fi studiate cu ușurință într-un laborator.