METODOLOGIA I METODYKA NAUK PRZYRODNICZYCH Lucyna Wojas

Przypomnienie Hipoteza : jednoznaczne stwierdzenie mówiące co jest potencjalnym wyjaśnieniem dla obserwacji [jakiegoś zjawiska]. możliwość jej weryfikacji: ODRZUCENIA lub POTWIERDZENIA

Sztuka eksperymentowania... 1. Odpowiednia grupa kontrolna 2. Randomizacja (lub eliminacja) wszystkich potencjalnych zmiennych zaburzających (confoundig variables)

Plan i specyfika eksperymentu Natura jednostek eksperymentu Liczba i rodzaj zabiegów Właściwości miar odpowiedzi na zabieg

Najprostszy eksperyment zmienna zależna (dependent variable) zmienna niezależna (independent variable)

wpływ zabiegu | treatment effect grupa eksperymentalna | experimental group grupa kontrolna | control group

wpływ zabiegu | treatment effect grupa eksperymentalna | experimental group grupa kontrolna | control group TREAT

wpływ zabiegu | treatment effect grupa eksperymentalna | experimental group grupa kontrolna | control group TREAT

Najprostszy eksperyment osobniki do zabiegów i kontroli powinny zostać przydzielone losowo zmienna niezależna (independent variable)

osobniki do zabiegu/ów i kontroli powinny być przypisane losowo osobniki podlegające zabiegowi i kontroli muszą być traktowane jednakowo (poza zabiegiem)

osobniki do zabiegu/ów i kontroli powinny być przypisane losowo osobniki podlegające zabiegowi i kontroli muszą być traktowane jednakowo (poza zabiegiem)

osobniki do zabiegu/ów i kontroli powinny być przypisane losowo osobniki podlegające zabiegowi i kontroli muszą być traktowane jednakowo (poza zabiegiem)

Blocking – grupowanie Termin od eksperymentów rolniczych Blok – fragment ziemi wybrany tak aby żyzność, czy położenie nie wpływało na zabieg

Blocking – grupowanie Jeśli jedna ze zmiennych może wpływać na wyniki eksperymentu możemy ją „poblokawać” np. młody średni stary Prędkość biegu Prędkość biegu Dieta A Dieta B Dieta A Dieta B

Zabieg eksperymentalny Grupowanie Jeśli testujemy obiekt o różnych porach dnia powinniśmy mieć losową próbę (+/- równą) w każdej z nich zabieg rano południe wieczór Zabieg eksperymentalny Grupa 1 (N=12) Grupa 2 (N=11) Grupa 3 (N=13) Zabieg kontrolny Grupa 4 (N=11) Grupa 5 (N=13) Grupa 6 (N=12)

Completely randomised design - całkowita losowość * Manipulujemy jedną zmienną * Pozostałe zmienne na tym samym poziomie (lub losowe i niewielkie odchylenie) * Możliwe kiedy inne czynniki poza zabiegiem nie są istotne (np.pogoda, płeć) plusy minusy Bezpośrednie porówanie gupy kontrolnej i eksperymentalnej Nie można testować interakcji pomiędzy zmiennymi Łatwy do przeprowadzenia i analizy

Obiekty eksperymentu

Rozkład zabiegów Chwytamy i podajemy testosteron Chwytamy i podajemy flutamide Chwytamy i podajemy placebo

Rozkład zabiegów Chwytamy i podajemy testosteron Chwytamy i podajemy flutamide Chwytamy i podajemy placebo

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Pseudozabiegi: Czas w sezonie Model = Zabieg x Pseudozabieg ŹLE!

Factorial design – zabieg czynnikowy * Umożliwia równoczesne testowanie kilku czynników na obiekt eksperymentu (zabieg, płeć, pora dnia) * Pozwala na testowanie interakcji pomiędzy zmiennymi

Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Rozkład zabiegów Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt

Zmienna dodatkowa: Czas w sezonie Rozkład zabiegów OK! Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt Zmienna dodatkowa: Czas w sezonie Model = Zabieg x Czas

Wyniki z poprawnego eksperymentu

Matched – pairs design eksperyment sparowany Wykorzystywany kiedy spodziewamy się dużych różnic odpowiedzi pomiędzy osobnikami Każdy osobnik testowany jest przynajmniej dwa razy (sam dla siebie jest kontrolą)

Eksperyment sparowany Wykorzystywany kiedy spodziewamy się dużych różnic odpowiedzi pomiędzy osobnikami Każdy osobnik testowany jest przynajmniej dwa razy (sam dla siebie jest kontrolą)

Repeated measures – powtarzane pomiary Wielokrotne powtarzanie pomiarów jednego obiektu Umożliwia analizę nawet w przypadku braku niektórych pomiarów dla poszczególnych obiektów (GEE, GLMM) os. 1 2 3

Rozkład eksperymentów 1. 2. 3. 4. 5. Ustalanie terytoriów Parowanie się Wysiadywanie jaj i klucie piskąt 6. Zmienne dodatkowe: czas w sezonie, kolejność pseudopowtórzeń Model= Zabieg x Czas x Kolejność

4 pytania – Tinbergen 1963 Horyzont czasowy: AKTUALNY Horyzont czasowy: HISTORYCZNY Bezpośredni Proximate Jak to działa? Jak się rozwija? Ostateczny Ultimate Do czego służy? Jak wyewoluował?

Badanie „rozwoju” Horyzont czasowy: AKTUALNY Horyzont czasowy: HISTORYCZNY Bezpośredni Proximate Jak to działa? Jak się rozwija? Ostateczny Ultimate Do czego służy? Jak wyewoluował? Tinbergen 1963

Badanie „rozwoju” Longitudinal measurement – „wzdłużne” os. 1 2 3

Badanie „rozwoju” Cross-sectional experiment - przekrojowe os. 1 2 3

Wzdłużne vs. przekrojowe Badana jest wielkość repertuaru hipotetycznego ptaka Samce dożywają do 5 lat Dla 10 samców odnotowywano wielkość repertuaru (w jednym lub więcej sezonów)

Wzdłużne vs. przekrojowe Badania przekrojowe (każdy z ptaków miał raz oceniony repertuar w wieku 1-5) r=0.58

Wzdłużne vs. przekrojowe Badania wzdłużne (każdy z ptaków miał co roku raz oceniony repertuar w wieku 1-5)

Wzdłużne vs. przekrojowe To nie repertuar wzrasta z wiekiem ale ptaki o różnym repertuarze różnią się przeżywalnością

Błąd systematyczny Selekcjonowanie np. osobników do eksperymentów Np. w badaniach dotyczących wchłaniania witaminy A u człowieka pod uwagę bierzemy tylko niebieskookie kobiety

Błąd systematyczny Selekcjonowanie np. osobników do eksperymentów Np. ślimaki dzielą się na dorodne i niedorodne i tylko te pierwsze należy brać pod uwagę w badaniach

Błąd systematyczny Selekcjonowanie np. osobników do eksperymentów Procedury próbkowania np. ...

Proporcje płci w populacjach nornika w środowiskach o różnej presji drapieżniczej

Proporcje płci w populacjach nornika w środowiskach o różnej presji drapieżniczej

Proporcje płci w populacjach nornika w środowiskach o różnej presji drapieżniczej

prowadzi do błędnych lub niekonkluzywnych wyników Błąd systematyczny Selekcjonowanie np. osobników do eksperymentów Procedury próbkowania prowadzi do błędnych lub niekonkluzywnych wyników

Kiedy osiągniemy sukces Posiadamy odpowiednie możliwości techniczne

Kiedy osiągniemy sukces Posiadamy odpowiednie możliwości techniczne Nie wprowadzamy błędu systematycznego (systematic bias) i minimalizujemy błąd losowy

Kiedy osiągniemy sukces Posiadamy odpowiednie możliwości techniczne Nie wprowadzamy błędu systematycznego (systematic bias) i minimalizujemy błąd losowy Potrafimy określić, czy eksperyment przebiega oraz jest wykonywany prawidłowo!!!

Kiedy osiągniemy sukces Posiadamy odpowiednie możliwości techniczne Nie wprowadzamy błędu systematycznego (systematic bias) i minimalizujemy błąd losowy Potrafimy określić, czy eksperyment przebiega oraz jest wykonywany prawidłowo!!!

Wrony i trąbiki Hipteza Błędy Eksperyment