Post on 05-Apr-2015
TU Chemnitz
Institut für Sportwissenschaft
Prof. Dr. Siegfried Nagel
Forschungsmethoden der Sportwissenschaft
3. Grundlagen der Datenerhebung – Auswahlverfahren –
Untersuchungspläne/-designs
SS 2008
2© Nagel 2008
Der Forschungsprozess bei empirisch-analytischen Untersuchungen (1)
nach Rogge (1995)
Theorie
Erhebungsmethoden
Untersuchungsplan
Operationalisierung
Hypothesen
Modelle Wissenschafts-theorie
Messtheorie
Testtheorie
Anregung Alltags-wissen
Literatur und Experten
3© Nagel 2008
Wissenschaftliche Hypothesen
Unter einer Hypothese versteht man eine theoretische Vermutung bzw. Annahme über die Zusammenhänge von interessierenden Sachverhalten.
Kriterien für eine wissenschaftlichen Hypothese (WH):
• WH ist eine allgemeingültige, über den Einzelfall oder ein singuläres Ereignis hinausgehende Behauptung über einen realen Sachverhalt (Allsatz).
• Einer WH muss zumindest implizit die Formalstruktur eines sinnvollen Konditionalsatzes („Wenn-dann-Satz“, „Je-desto-Satz“) zu Grunde liegen.
• Der Konditionalsatz muss potentiell falsifizierbar sein. D. h., es müssen Ereignisse denkbar sein, die dem Konditionalsatz widersprechen.
4© Nagel 2008
Der Forschungsprozess bei empirisch-analytischen Untersuchungen (2)
Durchführung der Untersuchung
Ergebnisse
StatistischeHypothesen
Interpretation
Statistische Operationen
Datenaufbereitung und erste Ergebnisse
Grundzüge der Statistik
Dokumen-tation und Publikation
5© Nagel 2008
Grundlagen der Datenerhebung/ Auswahlverfahren
- Überblick -
- Variablenbegriff und Variablenarten
- Messtheoretische Probleme
- Skalentypen
- Grundgesamtheit vs. Stichprobe, Stichprobenerhebungstechniken
6© Nagel 2008
– Ein einführendes Beispiel –
Problem:
–Anfrage Dekanat: Wirksamkeit von Tutorien (zu Vorlesungen) für den Lernerfolg im Studium
–Anlass: Einführung neuer Studiengänge (BA, MA)
–Frage: Macht es Sinn, begleitende Tutorien/Übungen als Pflichtbestandteile des Studiums aufzunehmen?
–Hintergrund: Knappheit der personellen und finanziellen Mittel
7© Nagel 2008
Konzeptspezifikation / Operationalisierung
Die (eindeutige) Konkretisierung theoretischer Begriffe auf der empirischen Ebene nennt man Operationalisierung.
Die Klärung der Begriffe (= hypothetische Konstrukte) auf der theoretischen Ebene bezeichnet man als Konzeptspezifikation.
Begriff 1 Begriff 2
Messwert 1 Messwert 2
Theoretische Ebene:
Empirische Ebene
Ope
rationalisierung
Ope
rationalisierung
8© Nagel 2008
Variablenbegriff und Variablenarten
Unter einer Variable versteht man ein Merkmal, ...
das an Untersuchungseinheiten beobachtet, erfragt oder gemessen wird.
das (im Gegensatz zu einer Konstanten) in mindes-tens zwei Abstufungen vorkommen kann.
Variablenarten
– Qualitative vs. quantitative Variablen
– Abhängige vs. unabhängige Variablen
– Diskrete vs. stetige Variablen
9© Nagel 2008
Messtheoretische Probleme (1)
Eine Messung ist eine Abbildung (im mathematischen Sinne), die den Eigenschaften der Untersuchungseinhei-ten (empirisches Relativ) entsprechende Zahlwerte (numerisches Relativ) zuordnet (ER NR).
10© Nagel 2008
Messtheoretische Probleme (2)
• Beispiel: Augenfarbe
zu untersuchende Zahlenwert:Eigenschaft der UE:
blau 1grün 2braun 3Sonstige 4
empirisches Relativ numerisches Relativ
11© Nagel 2008
Messtheoretische Probleme (3)
• Messung in den Naturwissenschaften
Bestimmung eines Messwertes als Vielfaches oder Teil einer Maßeinheit (z.B. cm, kg, sec)
Messung im engen Sinne
• Messung in den Sozialwissenschaften
Zuordnung von Zahlen (Zeichen) zu Objekten oder Ereignissen gemäß Regeln (z.B. Erfassung des Geschlechts und Zuordnung der Zahlenwerte w=1 und m=2)
Messung im weiten Sinne, Skalierung
12© Nagel 2008
Skalentypen (1)
Es lassen sich folgende Skalentypen unterscheiden:
– Nominalskala (Kategorialskala)
– Ordinalskala
– Intervallskala
– Verhältnisskala (Rationalskala)Kardinalskala
13© Nagel 2008
Skalentypen (2)
• Nominalskala
– Wenn man bei Merkmalsausprägungen nur Gleichheit und Verschiedenheit betrachten kann ( =, ), handelt es sich um ein nominalskaliertes Merkmal.
– Beispiel: Studienfächer, Augenfarbe, Geschlecht
• Ordinalskala
– Wenn man die Merkmalsausprägungen zusätzlich in einer sinnvolle Reihenfolge anordnen kann ( >, < ), handelt es sich um ein ordinalskaliertes Merkmal.
– Beispiel: Tabellenplätze im Fußball
14© Nagel 2008
Skalentypen (3)
• Intervallskala
– Wenn man zusätzlich aus gleichen Abständen im numerischen Relativ auf gleiche Abstände im empirischen Relativ schließen kann, handelt es sich um ein intervallskaliertes Merkmal.
– Beispiel: Grad Celsius
• Verhältnisskala
– Wenn zusätzlich der Nullpunkt im numerischen Relativ mit dem Nullpunkt im empirischen Relativ überein-stimmt, man also Verhältnisse bilden kann, handelt es sich um ein verhältnisskaliertes Merkmal.
– Beispiel: Körpergröße
15© Nagel 2008
Skalentypen (4)
=, =
16© Nagel 2008
Grundgesamtheit und Stichprobe (1)
Unter der Grundgesamtheit (Population) versteht man alle Untersuchungseinheiten, die ein oder mehrere gemeinsame Merkmale aufweisen
Eine Stichprobe stellt eine Teilmenge aller Unter-suchungseinheiten dar, die die untersuchungsrelevan-ten Eigenschaften der Grundgesamtheit möglichst genau abbilden soll („Miniaturbild“ der Grundgesamtheit).
17© Nagel 2008
Grundgesamtheit und Stichprobe (2)
Je genauer die Stichprobe die Grundgesamtheit repräsentiert, desto präziser sind die (inferenzstatistischen) Aussagen über die Population.
Die Qualität der Stichprobe wird durch die Art des Auswahlver-fahrens beeinflusst.
Bei der Auswahl der Untersuchungsstichprobe sind folgende Aspekte zu beachten:
– Werden alle Elemente der Grundgesamtheit untersucht?
– Werden die Elemente nach festen Regeln ausgewählt?
– Basieren die Regeln auf einem Zufallsprozess?
– Wird die Grundgesamtheit vor der Ziehung (Zufallsauswahl) in homogene Gruppen eingeteilt?
18© Nagel 2008
Auswahlverfahren (1)
Teilerhebung
probabilistischeStichproben
Nicht-probabilistische Stich-proben
Mehrstufige Aus-wahlverfahren
Einstufige Aus-wahlverfahren
Ad-hoc-Stichproben
Theoretische Stichproben
• typische Fälle
• extreme Fälle
• Konzentrationsprinzip
• Schneeballverfahren
• Quotenauswahl
nicht-geschichtete Auswahlverfahren
• einfache Zufallsstichprobe
• Klumpenstichprobe
geschichtete Auswahlverfahren
• proportional geschichtete Stichprobe
• disproportional geschichtete Stichprobe
Grundgesamtheit / Population
Totalerhebung
19© Nagel 2008
Auswahlverfahren (2) – Kriterien
• Werden alle Elemente der Grundgesamtheit untersucht?– ja Vollerhebung– nein Teilerhebung (Stichprobenauswahl)
• Falls nein, basiert die Auswahl auf einem Zufallsprozess?– nein bewusste Auswahl (z.B. typischer/extremer Fälle)
Die Ad-hoc-Stichprobe ist ein wissenschaftlich unzulässiges Verfahren, das sehr häufig aus ökonomischen Gründen statt einer Zufallsauswahl verwendet wird.
– ja Wahrscheinlichkeitsauswahl (Zufallsstichprobe/ probabilistische Stichprobe)
20© Nagel 2008
Auswahlverfahren (3) – Kriterien
• Falls ja, werden mehrere Auswahlverfahren aneinandergekoppelt? – ja mehrstufige Auswahlverfahren
– nein einstufiges Auswahlverfahren
• Falls nein, wird die Grundgesamtheit vor der Ziehung (Zufallsauswahl) in homogene Gruppen eingeteilt?– nein nicht geschichtetes Auswahlverfahren
– ja geschichtetes Auswahlverfahren
Untersuchungsdesigns- Überblick -
– Untersuchungspläne zur Überprüfung von Hypothesen
– Experiment
– Arten von Variablen bei hypothesenprüfenden Untersuchungen
– Max-Kon-Min-Prinzip
– Diskussion von Störvariablen
– Untersuchungsdesigns bei Fragestellungen zur Entwicklung und Sozialisation
22© Nagel 2008
Klassifikationsschema empirischer Untersuchungen
Empirische Untersuchungen in den Sozialwissenschaften
beschreibende Untersuchungen
(Populationsbeschreibung, Hypothesenerkundung)
hypothesenprüfende Untersuchungen
Korrelationsstudie Quasi-experimentell
Experimentell
Ex-post-facto-Anordnung
Feldstudien Experimentelle Designs
23© Nagel 2008
Definition des Begriffs „Experiment“
Untersuchungsanordnungen (Designs, U.pläne, U.formen), die der Überprüfung von Hypothesen dienen, nennt man Experiment.
Eine Versuchsanordnung wird dann als (echtes Experiment) bezeichnet, wenn- durch die (willkürliche) Setzung des Treatments (unabhängige
Variable) unterschiedliche Situationen zwischen Kontroll- und Versuchsgruppe hergestellt werden,- diese Versuchsbedingungen mit Hilfe der Techniken der Elimination, der Konstanthaltung, der Parallelisierung und der Randomisierung kontrolliert werden.
Ziel eines Experiments: Nachweis, dass Veränderungen der abhängigen Variable (AV) möglichst eindeutig auf Veränderungen der unabhängigen Variable (UV) zurückzuführen sind.
24© Nagel 2008
Arten von Variablen bei Untersuchungen zur Klärung von Wenn-Dann-Beziehungen
• abhängige Variable (Resultante) (AV)Variablen, deren Abhängigkeit von der unabhängigen Variablen Gegenstand der Untersuchung ist.
• unabhängige Variable (Determinante, Treatment=T) (UV)Ihr Einfluss auf die abhängige Variable soll untersucht werden; sie werden vom Versuchsleiter (mehr oder weniger) planmäßig variiert.
• Störvariablen (S)Alle Variablen, die sonst noch einen Einfluss auf die abhängige Variable haben.
25© Nagel 2008
Experimentelle Untersuchungsdesigns(vgl. Bös et al. 2000)
1. Einmalige Messung einer Gruppe
2. Vergleich Versuchs- und Kontrollgruppe
3. Vorher-Nachher-Messung einer Gruppe(„naturwissenschaftliche“ Versuchsanordnung)
Problem: Störvariablen, die ebenfalls einen Einfluss auf die AV haben Beeinträchtigung der Aussagekraft
(AV)M t2t1
UVT
(AV)M :KG
(AV)M :VG
t2t
t2t
1
1
UVT
(AV)M (AV)M t2t1 UVT
26© Nagel 2008
Störvariablen bei experimentellen Designs
• Zeiteinflüsse (zwischen Pre- und Post-Test)
• Reifungs- und Lernprozesse
• Testeffekte
• Veränderung der Messinstrumente und Hilfsmittel
• Ausfälle
• Reaktive Effekte der experimentellen Situation
• Statistische Regression
27© Nagel 2008
Kontrolle der Störvariablen
„klassische“ Kontrollgruppen-Anordnung:
(AV)M2 (AV)M2 :KG
(AV)M1 (AV)M1 :VG
t2
t1
t2t1
UVT
• Eliminierung
• Konstanthaltung
• Randomisierung
• Parallelisierung
• Umwandlung: Störvariable in unabhängige Variable
Falls keine Randomisierung möglich: Quasi-Experiment
28© Nagel 2008
Modifizierte Kontrollgruppenanordnung
(AV)M4 (AV)M4 :KG
(AV)M3 (AV)M3 :KG
(AV)M2 (AV)M2 :VG
(AV)M1 (AV)M1 :VG
t2
t12
t2
t11
t2t12
t2t11
UVT
UVT
Zwei Versuchs- und zwei Kontrollgruppen:
(vgl. Singer & Willimczik, 2002).
29© Nagel 2008
Max- Kon- Min- Prinzip der Versuchsplanung (vgl. Bös et al. 2000)
MAXimiere die Primärvarianz KONtrolliere die Sekundärvarianz MINimiere die Fehlervarianz
Gesamtvarianz der AV
Erwünschte Varianz
Unerwünschte Varianz
Primär-varianz
Sekundär-varianz
Fehler-varianz
UV Störvariablen Meßfehler etc.
MAX MINKON
= +
30© Nagel 2008
Überblick Untersuchungspläne (vgl. Bös et al. 2000)
Untersuchungspläne
Kriterien
BeispieleSystemati-sche Be-obachtung
Manipula-tion der UV
Kontrolle der Bedin-gungen
Experimentelle + + +• Randomisierungspläne
• Blockpläne
Quasi-experimentelle
+ + ?
• Vorgegebene Gruppen mit Vorher- Messung
• Zeitreihen
Ex-post-facto + - -• Ex-post-facto-Anordnung
• Korrelativer Plan
31© Nagel 2008
Zum Gültigkeitsanspruch der Untersuchungsbefunde
experimentell quasi-experimentell
Feld hohe externe Validität
hohe interne Validität
hohe externe Validität
geringe interne Validität
Labor geringe externe Validität
hohe interne Validität
geringe externe Validität
geringe interne Validität
Interne Validität: Variation der abhängigen Variablen kann eindeutig auf die (manipulative) Variation der unabhängigen Variablen zurückgeführt werden.
Externe Validität: Maß, in welchem die experimentellen Resultate auf andere Stichproben von Versuchspersonen, andere situative und örtliche Gegebenheiten und Randbedingungen generalisiert werden können.
32© Nagel 2008
Untersuchungsdesigns in der Entwicklungs- psychologie und Sozialisationsforschung
Ziel: Messung von Veränderungen einer AV über mehrjährigen Zeitraum (UV in der Regel nicht manipulierbar; Ex-post-facto-Design)
(1) Querschnittsplan: Messung von Gruppen unterschiedlichen Alters ( Vergleich von Altersgruppen)Problem: keine Messung individueller Veränderungen
(2) Längsschnittplan: mehrfache Messung der gleichen GruppeProblem: - Länge des Untersuchungszeitraums
- Stichprobenausfälle- Konfundierung Alterns- und Testzeiteffekte
Panel (prospektiver Längsschnittplan): festgelegte, gleichbleibende Menge von Erhebungseinheiten, bei denen über einen längeren Zeitraum wiederholt die gleichen Merkmale erhoben werden.
33© Nagel 2008
Kohortenanalytischer, retrospektiver Längsschnitt (1)
Kohorte: Menge von Individuen, die zu einer bestimmten Zeit (z.B. Kalenderjahr) ein bestimmtes Ereignis erfahren haben.
Kalenderjahr
Jahrgang/Kohorte
1948 30 35 40
1943 30 35 40 45
1938 30 35 40 45 50
1933 30 35 40 45 50 55
1928 30 35 40 45 50 55 60
Querschnitt
Retrospektiver Längsschnittschnitt
(vgl. Conzelmann 1997)
34© Nagel 2008
Kohortenanalytischer, retrospektiver Längsschnitt (2)
Problem retrospekiver Analyse:• Mangelndes Erinnerungsvermögen
Vorteil Kohortendesign:Gleichzeitige Erfassung von(1) Alterseffekten(2) Kohorteneffekten(3) Periodeneffekten
35© Nagel 2008
Evaluationsforschung
Evaluationsforschung: systematische Anwendung empirischer Forschungsmethoden zur Bewertung eines Konzeptes, Untersuchungsplanes, der Implementierung und der Wirksamkeit sozialer Interventionsprogramme.
Das Erkenntnisinteresse der Evaluationsforschung ist insoweit begrenzt, als lediglich der Erfolg oder Miss-erfolg einer Maßnahme interessiert.
36© Nagel 2008
Übungsaufgaben und LiteraturGrundlagen der Datenerhebung – Auswahlverfahren
(1) Die Beliebtheit des Hochschulsports an der TU Chemnitz soll ermittelt werden. Dazu sollen 1000 Studierende befragt werden. Wie wäre die Stichprobenziehung für(a) eine einfache Zufallsstichprobe(b) eine Klumpenstichprobe(c) ein geschichtetes Auswahlverfahren(d) ein mehrstufiges Auswahlverfahren zu gestalten?(e) Wann würde man von einer Ad-hoc-Stichprobe sprechen?(f) Welches Verfahren würden Sie empfehlen? Benennen Sie Vor- und Nachteile des von Ihnen genannten Verfahrens.
(2) Ordnen Sie den folgenden Variablen (Messungen) das höchstmögliche Skalenniveau zu, und begründen Sie Ihre Zuordnung: Bootsklasse im Rudern, Tabellenplatz in der Handball-Bundesliga, Marathonlaufzeit, Durchschnittsgeschwindigkeit beim Marathonlauf, Spielposition beim Volleyball, Laktatkonzentration beim Stufentest auf dem Laufbandergometer.
Haag, G. (1999). Deskriptive Statistik. In B. Strauß, H. Haag, & M. Kolb (Hrsg.), Datenanalyse in der Sportwissenschaft. Hermeneutische und statistische Verfahren (S. 157-211). Schorndorf: Hofmann.
Singer, R. (2002). Verfahren zur Festlegung von Stichproben. In R. Singer & K. Willimczik (Hrsg.), Sozialwissenschaftliche Forschungsmethoden in der Sportwissenschaft (S. 55-66). Hamburg: Czwalina.
37© Nagel 2008
Übungsaufgaben und LiteraturUntersuchungsdesigns
1. Sie möchten die Hypothese „Kohlenhydratreiche Ernährung erhöht die Ausdauerleistungsfähigkeit“ prüfen. Nennen Sie AV und UV. Welche Störvariablen sind bei der Untersuchungsplanung zu beachten?
2. Eine Sportlehrerin möchte überprüfen, inwieweit unterschiedliche Lernmethoden (Lehrweg 1: ganzheitlich, Lernen am Modell, Verlaufsbeschreibung; Lehrweg 2: Teilmethode, Übungsreihe) bei verschiedenen Altersgruppen (Schulkinder, Jugendliche) zu unterschiedlichen Erfolgen beim Erlernen des Jonglierens führen. Beschreiben Sie einen geeigneten Untersuchungsplan zur Beantwortung dieser Fragestellung.
3. Wie kann bei dem in Frage 2 entworfenen Untersuchungsplan die interne bzw. die externe Validität erhöht werden (Begründung)?
4. Entwerfen Sie ein Untersuchungsdesign zur Analyse der Entwicklung motorischer Fähigkeiten von Kindern im Alter zwischen 6 und 12 Jahren.
Ergänzende Literatur:
Singer, R. & Willimczik, K. (2002). Versuchsplanung. In R. Singer & K. Willimczik (Hrsg.), Sozialwissenschaftliche Forschungsmethoden in der Sportwissenschaft (S. 29-54). Hamburg: Czwalina.