Koe

  1. Koeasetelman tutkimuskohde
  2. Ärsyke
  3. Reaktio
  In English   En Español   Sisällystauluun

Koe (engl. experiment) soveltuu tutkimushankkeisiin, joissa on asetettu kausaalinen hypoteesi. Siinä tutkija rakentaa koeasetelman (experimental design) eli hypoteesinsa mukaisen empiirisen tilanteen. Koetta toteutettaessa sitten hypoteesi joko toteutuu tai osoittautuu vääräksi.

Seuraavissa kaavakuvissa on hypoteesina y=f(x), eli hypoteesissa on yksi selittäjä (x) ja yksi selitettävä (y). Useimmissa tutkimushankkeissa tosin kumpiakin on enemmän.

Koeasetelma Jotta koe nyt voisi antaa todistusaineistoa hypoteesin puolesta tai sitä vastaan, koe on järjestettävä niin, että hypoteesin kaikki osatekijät ovat siinä mukana ja mitattavissa. Tämä yleensä järjestetään kuvan (oikealla) mukaisena koeasetelmana, joka toteutetaan useita kertoja erilaisilla selittäjän arvoilla.

Kokeessa on olennaista, että selittävä muuttuja saa eri arvoja, jotta nähtäisiin, miten se vaikuttaa selitettävään. Koeasetelmaa on tätä varten toistettava. Kaksi koetta saattaa riittää, jos muuttujilla on vain kaksi mahdollista arvoa, mutta jos muuttujia on monta ja niillä on useita arvoja, luku nousee helposti tuhansiin, etenkin jos vielä satunnaisvaihtelua joudutaan poistamaan keskiarvomenettelyn kautta.

Useimmiten on edullisinta järjestää vain yksi koeasetelma, jossa koetta toistetaan selittäjää varioiden. Se usein myös antaa tuloksiin vähemmän hajontaa kuin useiden rinnakkaisten koeasetelmien järjestäminen, sillä rinnakkaisia asetelmia voi olla mahdotonta saada tarkoin samanlaisiksi.

Häiriö koeasetelmassaTavallisesti tutkimuskohteeseen vaikuttaa muitakin ympäristötekijöitä kuin ne, joista tutkija on kiinnostunut ja jotka hän on ottanut hypoteesinsa selittäjiksi. Tutkimushankkeen kannalta nämä tekijät ovat haitallisia häiriöitä, kuva vasemmalla, sillä ne voivat peittää alleen hypoteesissa mainitun selittäjän vaikutuksen.

Yksi tapa vähentää häiriöiden vaikutusta on se, että suoritetaan useita kokeita samoilla selittäjän arvoilla, ja saaduista selitettävän arvoista lasketaan keskiarvo.

Suojaaminen Toinen tapa on luoda koeasetelma sillä tavalla, että estetään häiritsevien tekijöiden vaikutus koekohteeseen. Tämä toteutetaan suojaamalla kohde. Tällöin koejärjestely muodostuu kuvan (oik.) mukaiseksi. Käytännössä suojaaminen usein tarkoittaa koeasetelman rakentamista laboratorion eristettyyn tilaan.

Eräs suojaamisen menetelmä on myös se, että koehenkilöille ei kerrota kokeen tarkoitusta. Huvittava esimerkki tästä koettiin Western Electric Companyn Hawthornen tehtaassa (Nevadassa) 1927. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää työtiloissa tarvittavan valaistuksen voimakkuus. Tätä varten tutkijat järjestivät koetilanteita, jossa selittäjänä oli tarkoitus olla valaistuksen määrä ja selitettävänä muuttujana työteho eli tuotannon määrä. Kokeiden kuluessa työntekijät saivat kuitenkin selville, että tutkimuksella pyrittiin työskentelyolosuhteiden parantamiseen, ja tämä osoitus työnantajan hyvästä tahdosta motivoi heitä työskentelemään yhä ahkerammin. Työn tuottavuus nousi jatkuvasti riippumatta siitä, parannettiinko vai huononnettiinko valaistusta ja muita työhuoneen olosuhteita. Kokeessa ei siis saatukaan selville, mikä valaistustaso turvaisi parhaan työtehon. Ensin tutkijat olivat tästä "Hawthorne-efektistä" pahoillaan, ja heistä tuntui, että tutkimus menetti objektiivisuutensa ja meni pilalle. Vasta myöhemmin tutkijat tulivat ajatelleeksi, että hankkeen lopullinen tarkoitus, työntekijäin viihtyvyyden ja tuotannon lisääminen, kuitenkin onnistui erinomaisesti, joskin aivan eri tavalla kuin tutkijat olivat suunnitelleet. Tuotanto nousi, ei valaistuksen johdosta vaan siksi, että työntekijät huomasivat olevansa tehtaan johdolle tärkeitä.

Jos kokeen tarkoituksen salaaminen ei ole mahdollista, tai jos salaamista ei haluta eettisistä syistä, voidaan tarpeettomat vaikutustekijät karsia sillä tavalla, että koehenkilöt pidetään kokeen aikana tietämättöminä siitä, mihin ryhmään he kuuluvat. Esimerkiksi lääkkeiden vaikutuksia tutkittaessa järjestetään sokkotutkimus siten että kaikki koelääkkeet ovat saman näköisiä, mutta yhden koeryhmän saamat lääkkeet ovat todellisuudessa tehottomia lumelääkkeitä (engl. placebo). Jos lisäksi myös koetta toteuttava tutkimusapulainen pidetään tietämättömänä siitä, mitkä annetut koelääkkeet kuuluvat mihinkin ryhmään, on kysymyksessä kaksoissokkotutkimus.

Koekohteen suojaamisesta saadaan se hyöty, että tullaan toimeen pienemmällä määrällä kokeita, jolloin aikaa ja kustannuksia säästyy. Haittana taas on se, että suojaamisen poistaessa kohteeseen luonnossa liittyviä ympäristötekijöitä siinä väkisinkin huononee koeasetelman luonnonmukaisuus ja samalla tulosten validiteetti. Kun täten laboratorion koetilanteessa tutkitaan ihmisen käyttäytymistä, outo ympäristö ja ihmisen elämäntilanteen normaalien kytkentöjen poistaminen saattaa muuttaa koehenkilön reaktioita varsin paljon. Tällöin herää epäilys, ettei saatuja tuloksia ehkä voidakaan yleistää laboratorion ulkopuolelle.
Sen sijaan fyysisten ilmiöiden tutkimuksessa suojaaminen useinkaan ei vaikuta kohteen reaktioihin mitään, jolloin se voidaan haitatta toteuttaa. -- Jos on epätietoisuutta siitä, vaikuttaako suojaaminen jotakin vai ei, varmin joskin aikaaviepä tapa on tehdä ensin asiasta erillinen koe.

Koeasetelman tutkimuskohde

Kokeen tutkimuskohdetta valitessaan tutkijan on ensiksi päätettävä, mikä on se perusjoukko, jonka yksilöiden tai tapausten käyttäytymistä koetilanteessa halutaan selvittää. Tämä on usein samalla se tapausten joukko, johon tutkimuksen tuloksia aikanaan tullaan soveltamaan. Tästä joukosta on sitten valittava koeasetelman kohteeksi yksi tai useampi tapaus tai yksilö, parhaiten otoksena perusjoukosta (ks. Otantatutkimus).

Koska olisi toivottavaa, ettei eri koeasetelmien välille tule muita eroja kuin selittävän muuttujan erilaiset arvot, parasta olisi jos kaikissa koetilanteissa tutkimuskohde olisi aina yksi ja sama. Tämä ei aina ole mahdollista: joissakin tapauksissa koekohde esimerkiksi rikkoutuu kokeessa.
Vaikka näin ei kävisikään, tutkijan pitää joka tapauksessa kysyä itseltään, onko mahdollista, että kokeessa syntyy kohteeseen jokin sellainen pysyvä muutos, joka voi jotenkin vaikuttaa seuraavassa kokeessa syntyvään reaktioon? Jos esimerkiksi koekohteena on ihminen, tässä tapahtuu se erittäin tärkeä muutos, että koehenkilö muistaa edellisen kokeen ja reagoi seuraavissa kokeissa samaankin ärsykkeeseen eri tavalla kuin alussa.
Monessa tapauksessa ainoa mahdollinen ratkaisu on se, että jokaisessa kokeessa kohde vaihdetaan uuteen; siis koekohteita tarvitaan useita.

Miten monta koekohdetta sitten tarvitaan? Kuten edellä jo todettiin, pienin mahdollinen koeasetelmien määrä on kaksi, mutta jos häiriöt pääsevät lisäämään tulosten satunnaista hajontaa, kokeiden määrää joudutaan kasvattamaan. Lisäksi tulosten haitallinen hajonta voi kasvaa sen johdosta, että perusjoukosta poimitut yksilöt eivät olekaan samanlaisia. Näin on asia ainakin silloin, kun ihmiset ovat tutkimuskohteena: yksilöiden välinen vaihtelu on lähes aina niin suuri, että se peittää näkyvistä sen asian, joka tutkijaa kiinnostaa eli selittävän muuttujan vaikutuksen.

Tutkijoiden varhaisia yrityksiä edistää koekohteiden samankaltaisuutta oli se, että koehenkilöiksi pyrittiin saamaan identtisiä kaksosia tai ainakin koehenkilöt järjestettiin tutkimuspareiksi (matched subjects design) siten, että parin molemmat jäsenet olivat mahdollisimman samanlaiset.

Nykyisin tavallisin menettely koekohteiden erilaisuuden kompensoimiseksi on se, että kukin rinnakkainen koeasetelma toistetaan, tarvittaessa jopa satoja kertoja, ja rinnakkaisten asetelmien tulokset yhdistetään tilastollisesti, esimerkiksi laskemalla niiden keskiarvot. Toisin sanoen tarvitaan ei vain koekohteiden pareja, vaan niiden ryhmiä. Jos ryhmiä on kaksi, näistä usein käytetään seuraavia nimityksiä:

Nämä nimitykset, etenkin englanninkieliset, ovat hiukan harhaanjohtavat, sillä molemmat ryhmät ovat kokeessa täsmälleen yhtä olennaiset, ja "control group" saa osakseen aivan saman kontrollin kuin toinenkin ryhmä. Selvempää olisikin käyttää nimiä koeryhmä 1, koeryhmä 2 jne.

Rinnakkaisten koeryhmien pitäisi olla mahdollisimman samanlaiset, jotta niiden reaktioihin ei tulisi muita eroja kuin mikä aiheutuu ärsykkeiden erilaisuudesta. Sitä ei voida välttää, että eri koeyksilöt satunnaisesti vaihtelevat jonkin verran, mutta ainakin tutkijan pitää varoa itse aiheuttamasta systemaattista eroa koeryhmiin. Tämän tavoitteen edistämiseksi yksilöt voidaan esimerkiksi arpoa ryhmiin.

Aitoa tutkimuskohdetta ei aina saada kokeessa käytettäväksi. Näin käy silloin, kun tutkimuskohteeksi pitäisi saada tuote, jota vasta suunnitellaan: sitähän ei vielä ole olemassa tutkimusta tehtäessä. Joskus kohdetta voidaan simuloida panemalla sen tilalle aidon kohteen malli, mikäli se ennestään tiedetään luotettavaksi kohteen korvikkeeksi.

Toinen syy, joka voi hankaloittaa tai estääkin kokeiden järjestämistä, on eettinen. Jos kokeen kohteena on elävä olento, kokeen järjestely ei saa aiheuttaa tälle haittaa tai kärsimystä, ainakaan liiallisessa määrässä. Tämän välttämiseksi tutkijan on noudatettava alalle annettuja eettisiä normeja, joita selostetaan luvussa Tutkimuksen etiikka.

On myös paljon sellaisia ilmiöitä, joita sattuu todellisuudessa mutta joita ei ollenkaan ole mahdollista järjestää koeasetelmaksi. Tällaisia ovat ihmisen elämän suuret ratkaisut, kuten koulun, ammatin tai asuinpaikan valinta, sekä lisäksi vahingolliset tapahtumat kuten luonnonmullistukset, onnettomuudet ja rikokset. Jos kuitenkin tällaisista tapahtumista on sopivasti saatavissa tilastotietoja, niiden pohjalta saattaa olla mahdollista muodostaa eräänlainen koeasetelma ns. ex post facto -menetelmällä, katso lukua Tiedon hakeminen teksteistä.

Ärsyke

Koeasetelmassa tutkija kääntää teoreettisen hypoteesinsa empiirisen maailman tapahtumien muotoon. Ärsykkeen tehtävänä siinä on esittää selittävän muuttujan vaihtelu. Yksinkertaisimmillaan koeasetelma koostuu vain kahdesta kokeesta, joissa kummassakin ärsykkeellä on erilainen arvo (tai se kokonaan puuttuu toisesta kokeesta). Tarkoituksena on nähdä, mitä se vaikuttaa kohteen reaktioihin.

Miten ärsyke olisi muodostettava ja miten realistinen sen tulisi olla? Tutkija joutuu tässä usein punnitsemaan ristiriitaisia vaatimuksia:

Vaatimusten ristiriitaisuuden johdosta tutkija useinkin joutuu valitsemaan kulloinkin vähiten huonon menetelmän monesta mahdollisesta.

Ajatellaanpa esimerkiksi hypoteesia, että ihmiset arvostavat taideteoksissa ns. kultaisen leikkauksen proportiota (1:1,6). Tämän hypoteesin testaamiseksi on ainakin seuraavat tavat ärsykkeen esittämiseen, alkaen realistisimmasta ja päätyen abstrakteimpaan:

  1. Koeärsykkeenä ovat todelliset taideteokset niiden oikeissa ympäristöissä. Joissakin niistä on sovellettu kultaista leikkausta, toisissa ei. Tässä tapauksessa siis ärsykkeisiin tulee lukuisia eroja: taulut ovat eri paikoissa ja niiden asiasisältö on aivan erilainen. (Kaikki seuraavat järjestelyt voidaan sen sijaan toteuttaa vakioidussa ympäristössä:)
  2. Koeärsykkeenä ovat yllämainittujen todellisten taideteosten valokuvat, joissa mahdollisesti on vähennetty teosten välistä tarpeetonta vaihtelua, esimerkiksi siten että värit on jätetty pois.
  3. Koeärsykkeenä ovat tutkijan valmistamat muunnelmat yhdestä ainoasta taideteoksesta. Näiden muunnelmien proportioita on muutettu esimerkiksi rajaamalla kuva uudelleen tai siirtämällä sen osia uusiin paikkoihin. Tutkija siis yrittää saada eri versiot poikkeamaan toisistaan ainoastaan sen muuttujan osalta, jonka vaikutusta halutaan tutkia.
  4. Koeärsykkeenä on ainoastaan eri mittasuhteissa piirrettyjä nelikulmioita. Yksi näistä noudattaa kultaista leikkausta.Tällöin siis ärsyke ei sisällä muuta kuin mitä välttämättä tarvitaan tutkittavan muuttujan vaihtelun esittämiseksi.

Vaatteen variaatioitaAbstraktisuustasot 2 ja 3 (yllä) ovat tavallisia sellaisissa tutkimuksissa, joiden tarkoituksena on ohjata artefaktien suunnittelua. Esimerkki tasolta 3 on Riitta Brusilan tutkimus värien vaikutusta sanomalehdessä. Hän teki samasta lehdestä koemielessä kaksi painosta, joista toinen oli värillinen ja toinen mustavalkoinen. -- Samantapaisia esimerkkejä ovat Minna Uotilan (Arki & image, 1992) koehenkilöilleen esittämät pukujen kuvat (oikealla), joissa ainoana muuttujana oli varioitu kankaan kuviointia. Tarkoituksena oli selvittää kuvioinnin vaikutusta puvun antamaan kokonaisvaikutelmaan.

Eräitä ärsykkeitä tutkija ei voi täysin säädellä. Tällaisia ovat luonnossa vaikuttavat muuttujat: auringon suunta, ulkolämpötila tms. Silloin tutkijan on tyydyttävä mukautumaan ärsykkeen luonnollisen vaihtelun rytmiin.

Joskus olisi tarpeen tutkia ihmisten reaktioita esineeseen, rakennukseen tai ympäristöön, joka vasta on suunnitteilla. Tällöin aidon ärsykkeen esittäminen on mahdotonta, ja sen sijasta on käytettävä korviketta, esimerkiksi piirrosta, pahvimallia tai muuta laboratorioon taikka aitoon ympäristöön viritettyä rakennelmaa. Korvikeärsykkeen esitystapa tulisi valita niin havainnolliseksi, että kohde reagoi siihen samalla tavoin kuin se tekisi aitoon ärsykkeeseen. Mahdollisia esitystapoja selostetaan luvun Teollisen tuotteen kehittäminen kohdassa Suunnitelman esittäminen ja prototyyppi.

Kun laboratoriossa tutkitaan ihmisten käyttäytymistä sosiaalisissa tilanteissa, kokeen validiteetti usein jää huonoksi, sillä laboratoriossa ihmiset harvoin käyttäytyvät kovinkaan luonnonmukaisesti. Asian korjaamiseksi olisi harkittava kokeen järjestämistä systemaattisen havainnoinnin keinoin luonnollisessa ympäristössä, joskin tässä taas epäkohdaksi voi tulla häiriöiden paljous.

Ihmisten käyttäytymistä tutkittaessa ärsyke usein järjestetään siten, että kokeen avustaja näyttelee etukäteen sovitun roolin. "Esitys" valmistellaan eri koeryhmissä hieman erilaiseksi, jolloin reaktioista voidaan mitata eron vaikutus. Ei ole harvinaista, että koehenkilöitä tässä "näytelmässä" vedetään perin pohjin nenästä, tarkoituksella saada heidät reagoimaan aidosti. Tähän tosin liittyy eettisiä ongelmia.

Reaktio

Koekohteen reaktioista rekisteröidään vain ne, jotka liittyvät tutkittavaan hypoteesiin. Kun reaktio yleensä on jonkinlaista toimintaa, voidaan monesti käyttää menetelmiä, joita selostetaan sivulla Havainnoivat tutkimustavat, kohdassa Systemaattinen havainnointi. Jos taas halutaan koehenkilöiden sanallisia reaktioita, metodeja saadaan luvusta Kyselevät tutkimustavat. Molempia voidaan myös yhdistää: voidaan pyytää koehenkilöä "ajattelemaan ääneen" samalla kuin hän suorittaa tehtävää; tässä kylläkin voi olla vaarana se, että koehenkilön toimintatapa silloin muuttuu.

Jos koe tehdään laboratoriossa, on helppoa tarvittaessa järjestää monimutkaisiakin mittauksia. Jokaisen laboratorion varustukseen kuuluu valikoima mittauslaitteita; monesti nämä ovat kytkettävissä laitoksen tietokoneeseen tulosten automaattista rekisteröimistä varten. Koehenkilöiden fyysisistä reaktioista voidaan mitata esimerkiksi pulssia taikka heidän silmiensä liikkeitä sen selvittämiseksi, mitkä kohdat erilaisissa tuotteissa tai niiden mainoksissa herättävät kiinnostusta.

Toisinaan koejärjestelyä hankaloittaa se, että tutkittava reaktio on luonnostaan kovin heikko tai hidas. Tällöin voidaan joskus turvautua sellaiseen menettelyyn, että ärsykettä voimistetaan sen luonnollista tasoa vahvemmaksi. Materiaalien vanhenemista on täten tutkittu siten, että nostetaan lämpötilaa, kosteutta tai haitallisten aineiden tai organismien (lahottajaitiöiden) määrää. Menettelyn luotettavuus on kuitenkin varsin epävarma, ja se pitäisi oikeastaan ensin testata erillisessä tutkimuksessa.

Ohjaava kokeileminen. Yllä on selostettu kokeen käyttöä toteavassa tutkimuksessa. Tätä ei pidä sekoittaa ohjaavassa tutkimuksessa ja kehittämisessä käytettyyn kokeiluun eli ehdotuksen testaamiseen, esimerkiksi tuotekehitysprojektissa kehitetyn prototyypin testaamiseen käytännössä tulevien asiakkaiden kanssa. Sen metodiikka on varsin erilainen, etenkin siinä, että kokeilun (testing) aikana tutkija ja koehenkilöt usein yhteistuumin parantelevat ehdotusta, kun taas kokeessa (experiment) koetetaan päinvastoin välttää kohteen muuttumista ja vain ärsykettä varioidaan.

  In English   En Español   Sisällystauluun

3.8.2007.
Kommentit kirjoittajalle:

Alkuperäinen sijainti: http://www2.uiah.fi/projects/metodi