Experimente in Medizin, Psychologie und Informatik im Stilvergleich

Präsentation zum Thema: "Experimente in Medizin, Psychologie und Informatik im Stilvergleich"—  Präsentation transkript:

1 Experimente in Medizin, Psychologie und Informatik im Stilvergleich
Ziel des Vortrags: 1) Definieren, was ein Experiment ausmacht und wozu es dienlich ist. 2) Darstellen, dass sich Experimente in verschiedenen Disziplinen unterscheiden. Schwierigkeit: Ein wirklich individueller Stil in den Disziplinen ist nicht zu erkennen. Die untersuchten Artikel waren ähnlich aufgebaut. Die Unterschiede liegen daher in den (natürlich unterschiedlichen) Hypothesen. Zwar ist Informatik gefragt, meist jedoch Beschränkung auf Software-Engineering, da durch technische Informatik, Simulation, etc. auch rein physikalische Experimente hinzukämen. Dies würde die Unterschiede „verwässern“. Wolfram Twelker 14. Dezember 2005

2 Begriffsklärung Experimentablauf Gegenüberstellung Zusammenfassung
Gliederung Begriffsklärung Experimentablauf Gegenüberstellung Zusammenfassung Experiment und Stilvergleich beschreiben Experiment-Framework beschreiben Disziplinen in bestimmten Attributen vergleichen Ergebnisse zusammenfassen

3 Experiment - eine Frage an die Natur
methodisch kontrolliert (variabel) quantifizierbar (verwertbar) reproduzierbar randomisiert Definition aus Sicht eines Software Engineers: „Experimentation provides a systematic, disciplined, quantifiable and controlled way of evaluating human-based activities.“ - Wohlin Wenn man etwas vergleichen will, muss man es erstmal kennen. Hier also die Eigenschaften, die ein Experiment haben muss. Erst durch sie wird „Herumprobieren“ zu einer wissenschaftlichen Methodik. Methodisch: Das Vorgehen bei einem Experiment erfolgt mit Methode. Dies sichert einen gewissen Standard. Kontrolliert: Es wird versucht, so viel Kontrolle wie möglich über das Experiment zu haben. Nur so lassen sich die interessierenden Variablen abgrenzen und unabhängig verändern. Quantifizierbar: Wichtig für eine statistische Aufbereitung. Reproduzierbar: Das Experiment muss in gleicher Art erneut durchgeführt werden können und möglichst das gleiche Ergebnis liefern (dies eher bei Naturwissenschaften, als in Geisteswissenschaften). Dies sichert vor falschen Ergebnissen und macht die Erweiterung der Probandenbasis durch erneute Ausführung möglich. Randomisiert: Um Störvariablen zu minimieren sollten die Teilnehmergruppen zufällig zustande kommen. Dies sichert stochastisch, dass sich etwaige verfälschende Eigenschaften von Personen gleichmäßig auf beide Gruppen verteilen. Hinweis: Rudnickis Vortrag (Aufbau und Design) Hinweis: Selkes Vortrag (Statistik, Auswertung)

4 Warum experimentieren?
Experimente beweisen nichts Sie stützen Theorien Sie schaffen Erkenntnisse Sie schaffen synthetische Erfahrungen „We have to learn again that science without contact with experiments is an enterprise which is likely to go completely astray into imaginary conjecture.“ – Hannes Alfven, Physiker Wann wird das Experiment als Methode zur Wissenserlangung, -bestätigung gewählt? Warum? Experimente sind die Stütze der Theorie. Experimente können interessante Themen aufdecken, in denen sich Forschung lohnt. Experimente beweisen nicht, die meisten Untersuchungsgegenstände sind jedoch auch kaum zu beweisen. Synthetische Erfahrungen sind Erfahrungen und damit sehr wertvoll für die „Erfahrenden“. Astray into imaginary conjecture = verirren in unwirklichen Vermutungen Hinweis: Soltanis Vortrag (Interessante Themen)

5 Warum experimentieren?
Theorie Ursache Wirkung Anregung (Faktor) Ergebnis (abhängige Variable) Die Theorie über eine Kausalität (Ursache Wirkung) wird in einem Experiment kontrolliert beobachtet und bestätigt, wenn das Experiment (und damit die Ergebnisse) gültig ist und eine entsprechende Aussage ableitbar macht. Bis auf die anzuregenden unabhängigen Variablen (Faktoren) sind diese möglichst konstant zu halten. Störvariablen kommen im Experiment eventuell hinzu (Gegenmaßnahme z.B. Randomisierung) und haben damit vielleicht Einfluss auf das Ergebnis. Das Ergebnis besteht aus einer (oder mehreren) abhängigen Variabel(n). Experiment (Störvariablen) Beobachtung

6 Stil bedeutet: die Art der Ausführung
Stilvergleich Stil bedeutet: die Art der Ausführung Klassifizierung nach der Zielsetzung: Prüfexperiment Erkundungsexperiment Demonstrationsexperiment Klassifizierung nach dem Ort: Laborexperiment Feldexperiment Was bedeutet Stilvergleich? Was bedeutet Stil? Es bedeutet nicht, dass einfach in die genannten Klassen eingeordnet wird, diese Stellen nur eine grobe Anfangsunterscheidung von Experimenten dar. Der Stilvergleich betrachtet unterschiedliche Vorgehensweisen bei Experimenten (auch innerhalb der Klassen)

7 Beispiele - „Clean Spirit“
Düfte als unterbewusste Beeinflussung Beobachtung 1 Wörtererkennung Beobachtung 2 5 Aktivitäten Beobachtung 3 Keks essen Zitrusduft Der Mensch hat fünf Sinne. Welchen Einfluss hat der Geruchssinn auf Gedanken und Verhalten? Unabhängige Variablen: Raum, Auswertung, Vorbereitung/Behandlung der Teilnehmer, Zeit Faktor: DUFT Abhängige Variablen: Worterkennung, Klassifizierung der Aktivitäten, Verhalten beim Keksessen

8 Ablauf eines Experiments
Definition des Experiments Idee Ablauf eines Experiments Planung des Experiments Durchführung des Experiments Analyse und Interpretation Idee: Der Mensch hat fünf Sinne. Welchen Einfluss hat der Geruchssinn auf Verhalten und Gedanken? Definition: Klare (nicht unbedingt formale) Formulierung der Hypothese. Zielsetzung. Siehe Rahmenwerk (GQM). Planung: Kontext wird festgelegt, Variablen inkl. Definitionsbereich identifiziert, Teilnehmer, Ablauf, Durchführung und Ergebniserhebung werden bestimmt. Gültigkeit wird geprüft. Durchführung: Vorbereitung, Durchführung (nach Plan, inkl. Datenerhebung), Datenvalidierung. Analyse: Rohdaten werden analysiert, evtl. reduziert und statistisch aufbereitet. Danach Interpretation. Hypothese bestätigt? Präsentation: Dokumentation, Bereitstellung zur Weiterverwertung. Aus Sicht der Wissenschaftler, im Kontext eines Laborexperiments, Analyse des Verhaltens der Teilnehmer, um, abhängig vom Zitrusduft, Muster im Ergebnis zu erkennen Präsentation und Zusammenfassung Schluss- folgerungen

9 Experiment also gleich Experiment?
Dieses Prozessgerüst ist unabhängig gültig Eigenschaften der Disziplinen machen den Unterschied Bisher gilt das Vorgehen für sämtliche Disziplinen, es stellt nur einen Rahmen dar. Diese Folie ist die Schnittstelle zum Vergleich.

10 Die Disziplinen Medizin Psychologie Informatik Naturwissenschaft
Fachübergreifend Informatik Grundlage unter anderem in der Mathematik Medizin: Ableitung aus vielen Naturwissenschaften Psychologie: Wissenschaft vom Erleben, Verhalten und Bewusstsein des Menschen, dadurch in vielen Wissenschaften von Gewicht (überall dort, wo Menschen teil der Wissenschaft sind (Medizin, Geisteswissenschaft, Sozialwissenschaft und eben auch Informatik) Wissenschaft vom Verhalten des Menschen (s. Wohlins Definition, „human-based activities“) Informatik: Informationsverarbeitung; speziell SE: SW-Entwicklungsprozess, keine Gesetze, eher Psychologie

11 Medizin – seit dem 17. Jahrhundert
Medikamente und Behandlungen In Vitro Experimente Tierexperimente Humanexperimente In Vitro bedeutet: außerhalb des lebenden Organismus Die drei Experimente bilden eine von der Ethik gesteuerte Hierarchie. Wo immer möglich, sollte man eine Stufe höher experimentieren (z.B. am Tier statt am Menschen)

12 Psychologie – seit Ende 19. Jahrhundert
Gehirn und Psyche als Objekt Feldexperimente Laborexperimente Atomare Experimente Somit steht das menschliche Verhalten, Bewusstsein und Wahrnehmungsvermögen auf dem Experimentierstand.

13 Informatik – seit Mitte der 80er Jahre
Werkzeuge, Methoden Prüfexperimente Laborexperimente Simulation Schwerer stand bei Theoretikern Fragestellungen betreffen oft Vergleich von Methoden, Tools etc. Experimente werden somit zur Prozessverbesserung eingesetzt (dies ist recht allgemein, man will immer irgendeinen Prozess verbessern) Ansonsten: E-Technik, Simulation

14 Gefahr für Teilnehmer durch
Ethik und Experimente Gefahr für Teilnehmer durch Schädigung Manipulation Täuschung Verletzen der Privatsphäre Ethikkommissionen Antragsverfahren Richtlinien In allen drei Disziplinen gibt es ethische Fragestellungen, am gewichtigsten natürlich in der Medizin (Gentechnik, Humanexperimente,…)

15 Anzahl an Experimenten
Unmengen Überschaubar Sehr geringer Informationsgehalt. Vermittelt aber Form der folgenden Folien und gering heißt nicht unwichtig.

16 Vergleichspunkte Hypothesen Probanden Durchführung Umgebung Auswertung Verwertung

17 Vergleich der Hypothesen
Atomar und zahlreich Mikroskopisch, sehr detailliert Schwer zugänglich Makroskopisch Meist vergleichend

18 Vergleich der Probanden
Oft muss auf Modell ausgewichen werden Passiv Große Auswahl Aktiv Kleine Auswahl und Anzahl Oft vom Fach M: Ausweichen immer dann, wenn es möglich ist, Humanexperimente sind zu vermeiden (Schwein, Ratte, Reagenzglas) I: Vom Fach = Durch Ausbildung qualifiziert. Qualifikationen sind teilweise auch für die anderen Disziplinen wichtig, in denen man sich z.B. durch eine Krankheit (M) oder einen Beruf (P) qualifiziert.

19 Vergleich der Durchführung (1)
Störvariablen: Meist wenig einflussreich Messverfahren jede Fassette der menschlichen Psyche im Feldexperiment stark vorhanden Erfahrung der Teilnehmer Ungültige Simulationsmodelle Medizin: Teilweise automatisiert Lösungen: Randomisierung (P, M, I) „Einfache Verblindung“ (P, M) „Doppelte Verblindung“ (P,M) Kontrollgruppen (M, P, I)

20 Vergleich der Durchführung (2)
Datenerhebung: Mikroskopische Untersuchung Diagnostik Fragebögen Audio- / Videoaufzeichnung Interview

21 Vergleich der Umgebung
Streng reguliert und kontrolliert Im Labor Feldexperimente, wo durchführbar „Vernebeln“ Universität Am Schreibtisch oder Computer

22 Vergleich der Auswertungsverfahren
Sehr detaillierte Beschreibungen der Variablen Objektive Ergebnisse Gesetzmäßigkeiten Einfache Statistik zur Aufbereitung Nicht unbedingt objektive Ergebnisse Weniger Daten Objektiv = wertvoller

23 Vergleich der Verwertungsverfahren
Behandlungsverbesserung Vereinigung unterschiedlicher Experimente in Untersuchungen Populär Vereinigung gleicher Experimente in Untersuchungen Prozessverbesserung Vereinigung unterschiedlicher = Module Vereinigung gleicher = wenn konventionentreu, dann gute und billige Erweiterung der Basis

24 Rahmenprozess eines Experiments Präsentation der Ergebnisse
Gemeinsamkeiten Rahmenprozess eines Experiments Präsentation der Ergebnisse Tabellen Diagramme Qualifiziert durch: Krankheit (P, M), Fachwissen (SE), „Normalität“ (P, M, SE), Bevölkerungsquerschnitt

25 Informatik (SE) stellt eigene Fragen
Zusammenfassung Informatik (SE) stellt eigene Fragen Informatik braucht eigenen Experimentierstil Stilvergleich schwierig, da a) kein spezieller Stil für die einzelnen Disziplinen und b) kein allgemeiner Stil innerhalb der Disziplinen erkennbar. Medizinische Experiment dazu als Laie nicht verständlich, was die Stilfindung beträchtlich erschwert. Aus den Eigenschaften, den Objekten und den Themen der Disziplinen ergeben sich unterschiedliche Kontexte.