Experiment – Definition, Durchführung und Arten

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Experiment-Definition

Wenn du in deiner Abschlussarbeit aus der Theorie hergeleitete Hypothesen überprüfen und dafür Daten erheben möchtest, kannst du dich auch der Methodik des wissenschaftlichen Experiments bedienen.  Das Experiment kann im Rahmen von verschiedenen Disziplinen und Fachrichtungen genutzt und auch mit anderen methodischen Instrumenten (zum Beispiel Fragebögen) kombiniert werden.1

Das Experiment «einfach erklärt»

Das Experiment ist ein wissenschaftlicher Versuch und dient zur Beobachtung und Analyse von Daten die unter künstlich erzeugten Bedingungen erhoben wurden.

Definition: Experiment

Bei einem Experiment handelt es sich um eine wissenschaftlichen Regeln folgende Untersuchungsanordnung, durch die unter künstlich erzeugten Bedingungen Versuchsergebnisse generiert werden. Es zielt entweder darauf, neuartige Erkenntnisse zu gewinnen und diese dann genauer zu analysieren, oder aber dient der Bestätigung beziehungsweise Falsifizierung (Widerlegung) einer bereits bekannten Hypothese.2

Bei einer experimentellen Versuchsanordnung steht also die Überprüfung von Kausalzusammenhängen im Mittelpunkt. Konkret geht es um die Untersuchung des Einflusses einer bestimmten unabhängigen (UV) auf eine bestimmte abhängige Variable (AV). Um sicherzustellen, dass gemessene Veränderungen der AV tatsächlich auf die UV zurückgehen und nicht auf andere Einflussfaktoren, müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden: Hierfür kannst du einerseits auf mehrere Gruppen von Versuchspersonen zurückgreifen, andererseits etwaige Störfaktoren gezielt eliminieren oder kontrollieren. Das eigentlich interessierende Phänomen erzeugst beziehungsweise beeinflusst du als Untersuchungsleiter selbst, etwa durch die Beigabe eines Stimulus.3

Experimente können sowohl im natur- als auch im geisteswissenschaftlichen Bereich durchgeführt werden, wobei sich die genaue Versuchsanordnung davon abhängig unterscheiden kann. Die Methode wird beispielsweise in den Fächern Ingenieurwissenschaft, Medizin, Psychologie, Linguistik sowie Soziologie gerne genutzt.4 1

Man unterscheidet üblicherweise zwischen folgenden Arten von Experimenten:

Das Laborexperiment findet in einem künstlich geschaffenen Kontext («Labor», häufig einfach ein geeigneter Raum) statt, in dem sich alle denkbaren Einflussfaktoren verlässlich konstant halten und Störfaktoren ausschließen lassen. Zu den Vorteilen zählen die beliebige Wiederholbarkeit und die hohe interne Validität. Als Nachteile sind die beschränkte Übertragbarkeit auf den Alltag (externe Validität) und die mangelnde Eignung zur Erzeugung realitätsnaher sozialer Situationen zu nennen.6

Anwendungsbeispiel eines Laborexperiments: Tierversuche zur Konditionierung

Beim Feldexperiment verbleiben beide Gruppen (Versuchs- und Kontrollgruppe) in ihrer angestammten sozialen Umgebung, was zu einer hohen externen Validität und entsprechender praktischer Relevanz solcher Versuche führt. Zu den Problemen zählen unter anderem das Auftreten von unbekannten Störfaktoren sowie die Schwierigkeit des Zusammenstellens einer Kontrollgruppe und eine verringerte interne Validität.⁶

Anwendungsbeispiel eines Feldexperiments: Studenten mit verschiedenen Leveln an Schlafentzug besuchen zur Untersuchung ihrer Leistungsfähigkeit eine für sie gewöhnliche Vorlesung.⁸

Das «echte» Experiment bezeichnet die idealen Rahmenbedingungen eines Experimentes, die aber in der Praxis nie vollständig erreicht werden können. Das Laborexperiment stellt die bestmögliche Annäherung dar, das Quasi-Experiment wird häufig als Alternative gewählt. Das «echte» Experiment zeichnet sich durch die bestmögliche Beschreibbarkeit der Versuchsbedingungen, Wiederholbarkeit, beliebige Variation der unabhängigen Variablen sowie Kontrolle von Störfaktoren aus. Allerdings lassen sich diese Idealkriterien mit einer praxisnahen Umsetzung nur schwer vereinbaren.⁹

Anwendungsbeispiel eines «echten» Experiments: Untersuchung des Einflusses von der Menge an Schlaf auf das Stresslevel bei Studenten mit zufälliger Gruppenzuweisung. ¹⁰

Quasi-experimentelle Forschungsdesigns sind zwar Laborexperimenten nachempfunden, erfüllen deren Standards aber nur zum Teil. Insbesondere ist bei der Aufteilung der Parallelgruppen keine Randomisierung (Zufallsaufteilung) möglich, wodurch Störvariablen durch den Versuchsleiter nicht gänzlich eliminiert werden können. Es können dafür aber auch die Auswirkungen von gesamtgesellschaftlichen (politischen, rechtlichen, wirtschaftlichen) Maßnahmen untersucht werden, ohne dass dies mit einer allzu großen Künstlichkeit einhergeht.⁹ ¹⁰

Anwendungsbeispiel eines Quasi-Experiments: Untersuchung des Einflusses von der Menge an Schlaf auf das Stresslevel bei Studenten ohne zufällige Zuweisung zu den jeweiligen Parallelgruppen.

Die Komponenten eines Experiments

Folgende Komponenten müssen bei jeder Art von Untersuchung vorhanden sein, damit sie sich als Experiment qualifizieren lässt:5

  • das Untersuchungsobjekt beziehungsweise -subjekt
  • der Beobachter
  • der Versuchsaufbau (Methoden der Untersuchung)
  • der Untersuchungsvorgang selbst

Experiment: Beispiel

Das Prinzip des Experiments wollen wir dir an einem Beispiel verdeutlichen:5

Möchte man beispielsweise den Zusammenhang zwischen Stresslevel und Schlaf untersuchen, können zwei Gruppen von Studenten aus demselben Kurs untersucht werden. Eine als Versuchsgruppe welche deutlich weniger als die empfohlenen Stunden Schlaf am Tag bekommt und eine Kontrollgruppe, welche die empfohlene Menge an Schlaf bekommt. Beide Gruppen durchlaufen dann denselben Tagesablauf und werden auf das Level ihrer Stresshormone untersucht. Die Hypothese hier könnte sein, dass die Studenten mit weniger Schlaf höhere Stresslevel aufweisen. Störvariablen in diesem Experiment sind beispielsweise Faktoren wie Koffeinkonsum.

Durchführung eines Experiments

Bei der Durchführung von Experimenten lässt sich grundsätzlich zwischen drei Phasen unterscheiden (Planung, Durchführung, Auswertung). Diese beinhalten die folgenden Abläufe:4

Planungsphase:
Im ersten Schritt geht es um die Formulierung einer präzisen Forschungsfrage sowie die darauf bezogenen Ziele des Experiments. Daran schließt sich das Aufstellen einer oder mehrerer Hypothesen nach den gängigen Kriterien (Aussageform, keine Negationen, Widerspruchsfreiheit). Die in der Hypothese genannten Begriffe müssen sodann messbar gemacht werden (Operationalisierung). Des Weiteren bedarf es der Festlegung von abhängigen und unabhängigen Variablen (wobei zweitere bewusst variiert werden sollen) sowie zu kontrollierenden Störvariablen. Ebenfalls zur Planungsphase zählen das Ziehen der Stichprobe (inklusive einer unbehandelten Kontrollgruppe!) sowie die Konzeption der Versuchssituation.

Durchführungsphase:
Im zweiten Schritt stehen organisatorische Erfordernisse im Vordergrund, wie etwa die Auswahl von Versuchsleiter(n), Versuchspersonen und Räumlichkeiten. Die Durchführung erfolgt anhand eines Versuchsplanes und wird in einem Protokoll dokumentiert. Das Protokoll dient etwa dem Festhalten von Umgebungsveränderungen.1

Auswertungsphase:
Im dritten und letzten Schritt gilt es zu beachten, dass streng nach dem Auswertungsplan vorgegangen wird. Im Vorfeld der Auswertung sollte auf das Vermeiden von im Ergebnis verzerrenden Fehlern geachtet werden (Beispiel: Instruktionsfehler durch mangelnde Vorbereitung der Versuchspersonen). Bei der Auswertung solltest du auch sichergehen, dass du die Ergebnisse nicht zu stark verallgemeinerst (Übergeneralisierung).

Die Gütekriterien eines Experiments

Damit die Ergebnisse deiner Abschlussarbeit überhaupt Aussagekraft beanspruchen können, muss dein Experiment einige Gütekriterien erfüllen. Hierbei lassen sich verschiedene Hauptkriterien (siehe unten) und Nebenkriterien (beispielsweise Nützlichkeit oder Vergleichbarkeit) unterscheiden.5

An dieser Stelle beschränken wir uns auf die drei wichtigsten Grundsätze:

  • Validität: Wurde tatsächlich gemessen, was gemessen werden sollte?
  • Reliabilität: Ist die Messmethode zuverlässig und ergeben neuerliche Messungen dieselben Werte?
  • Objektivität: Kommen die Ergebnisse unabhängig von der Person des Versuchsleiters zustande?

Experiment: Vor- und Nachteile

Die experimentelle Methode für deine Abschlussarbeit anzuwenden, birgt Vor- und Nachteile. Einige der wichtigsten davon haben wir in Tabellenform kompakt für dich dargestellt.

Vorteile Nachteile
exakte Messung von Variablen möglich nur begrenzt generalisierbar
viele Variablen kontrollierbar bestimmte Variablen (etwa Alter) lassen sich nicht nach Belieben variieren
hohe Replizierbarkeit¹¹ Begrenzung der Anwendungsmöglichkeiten durch ethische Vorbehalte ¹²

Häufig gestellte Fragen

Das Experiment ist ein wissenschaftlicher Versuch, der Sachverhalte bestätigen, entdecken oder veranschaulichen kann. 13

Traditionell wurde die Methode des Experiments vor allem in den Naturwissenschaften praktiziert. Heute verwendet man es aber auch in der Sozialwissenschaft, etwa im Hinblick auf die Erforschung von Verhaltensmustern.14

Auch im (naturwissenschaftlichen) Schulunterricht werden Experimente gerne eingesetzt, etwa zu Demonstrationszwecken oder als didaktischer Anreiz zur eigenständigen Ergründung bestimmter Sachverhalte durch die Lernenden. Das wissenschaftliche Experiment hingegen erfordert eine fortgeschrittene Kompetenz des Versuchsleiters sowie vertiefte Methodenkenntnis zur Gewährleistung einer korrekten Versuchsanordnung.14

Experimente heben sich von anderen Erhebungsmethoden (zum Beispiel einer Befragung) vor allem dadurch ab, dass einzelne Variablen verändert und andere Faktoren konstant gehalten beziehungsweise ausgeschaltet (Störvariablen) werden. Aus diesen annähernden «Laborbedingungen» ergibt sich eine besondere Eignung der Methode zur Überprüfung von isolierten Ursache-Wirkung-Zusammenhängen. 2

Neben dem «echten» Experiment unterscheidet man unter anderem zwischen Laborexperiment, Feldexperiment und Quasi-Experiment.9 15

Quellen

¹ Uni Leipzig: Experimente, in: Methodenportal der Uni Leipzig, 2020, [online] https://home.uni-leipzig.de/methodenportal/experimente/ (abgerufen am 27.09.2022)

² Immanuel Kant: Kritik der reinen Vernunft, Vorrede zur 2. Auflage (1787), B xiii, in: Wilhelm Weischedel: Werkausgabe, Band 3, 4. Aufl. Frankfurt 1982.

³ Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt: Definitionen und Inhalt: Was ist ein Experiment?, in: Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt – Methoden, 2022, [online]  https://eo-vmw-jwpa.ku.de/journalistik/methoden/methoden-der-empirischen-sozialforschung/experiment/definitionen-und-inhalt-was-ist-ein-experiment/ (abgerufen am 27.09.2022)

⁴ Uni Köln: Experiment Darstellung, in: Universität Köln Methodenpool – Darstellung, 2020, [online] http://methodenpool.uni-koeln.de/experiment/experiment_darstellung.html (abgerufen am 27.09.2022)

⁵ e-teaching.org: Was ist ein Experiment?, in: e-teaching.org. – Didaktisches Design, 27.01.2016, [online] https://www.e-teaching.org/didaktik/qualitaet/experiment (abgerufen am 27.09.2022)

⁶ Uni Augsburg: Typen von Experimenten, in: Onlinekurslabor – i-literacy, 2022, [online] https://onlinekurslabor.phil.uni-augsburg.de/course/text/2723/3158 (abgerufen am 27.09.2022)

⁷ Stangl, W.: Laborexperiment, in: Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik, 2022, [online] https://lexikon.stangl.eu/6961/laborexperiment (abgerufen am 27.09.2022)

⁸ A. Falk, J. Heckman: Feldexperimente in der Ökonomik, in: Max-Planck-Gesellschaft, 2009, [online] https://www.mpg.de/466294/forschungsSchwerpunkt (abgerufen am 27.09.2022)

⁹ Wirtschaftspsychologische Gesellschaft: Das Experiment in der Psychologie: Definition, Merkmale, Arten, in: WPGS Forschungsdesigns, 2022, [online] https://wpgs.de/fachtexte/forschungsdesigns/experiment-psychologie-definition/#Quasi-Experiment_vs_echtes_Experiment (abgerufen am 27.09.2022)

¹⁰ Antony S. R. Manstead und Andrew G. Livingstone: Forschungsmethoden in der Sozialpsychologie, in: Lehrbuch Psychologie Springer, 2022, [online] https://lehrbuch-psychologie.springer.com/sites/default/files/atoms/files/jonas_probekapitel2.pdf (abgerufen am 27.09.2022)

¹¹ Kobylka F.: Forschungsmethoden, in: Johannes Gutenberg Universität Mainz, 2018/2019, [online] https://methodenlehre.uni-mainz.de/files/2019/05/FoMeSS19_5_DesignSP.pdf (abgerufen am 27.09.2022)

¹² Methoden Psychologie: Experiment, in: Methoden der Entwicklungspsychologie – Datenerhebung und Datenauswertung, o. D., [online] http://www.methoden-psychologie.de/bewertung_exp_2.html (abgerufen am 27.09.2022)

¹³ Der Duden; Ex­pe­ri­ment, das, in: Duden Rechtschreibung, o. D., [online] https://www.duden.de/rechtschreibung/Experiment (abgerufen am 27.09.2022)

¹⁴ Reich, K.: Experiment, in: Methodenpool Uni Köln, 2008, [online] http://methodenpool.uni-koeln.de/download/experiment.pdf (abgerufen a 27.09.2022)

¹⁵ Uni Augsburg: Typen von Experimenten, In: Onlinekurslabor – i-literacy, o. D., [online] https://onlinekurslabor.phil.uni-augsburg.de/course/text/2723/3158. (abgerufen am 27.09.2022)