f. Thu mẫu kết hợp (composit sampling)
4.2.5 Các nguyên tắc thiết kế thí nghiệm
Mục tiêu của thiết kế thí nghiệm là tối ưu hoá hiệu lực thống kê (statistical power hoặc power of
test), tức là khả năng phát hiện khác biệt giữa các nghiệm thức. Hiệu lực thống kê phụ thuộc vào:
• mức độ ảnh hưởng (effective size) của yếu tố nghiên cứu,
• mức độ sai khác tự nhiên giữa các đơn vị thí nghiệm (random variation) và • số lần lặp lạị
Nếu ta thử nghiệm ñưa Mazzal vào bể ương và kiểm tra sự khác biệt về chất lượng nước (ví dụ qua hàm lượng NH3-N) thì sự khác biệt về hàm lượng NH3-N giữa nghiệm thức có sử dụng và không sử dụng Mazzal chính là mức độ ảnh hưởng. Yếu tố ảnh hưởng càng mạnh thì khác biệt này càng lớn, vì thế càng dễ phát hiện và ngược lạị Nếu khác biệt tự nhiện giữa các đơn vị thí nghiệm lớn thì khả năng phát hiện khác biệt giữa các nghiệm thức càng nhỏ. Số lần lặp lớn sẽ hạn chế ñược khác biệt tự nhiên và nhờ đó gia tăng xác suất phát hiện ñược ảnh hưởng của yếu tố nghiên cứụ Như vậy hiệu lực thống kê phụ thuộc một phần vào bản chất của ñối tượng nghiên cứu và yếu tố ảnh hưởng, và một phần vào cách thức làm thí nghiệm (số lần lặp, thiết kế thí nghiệm). Người làm nghiên cứu khơng thể thay đổi được tự nhiên nhưng có thể thay đổi được thiết kế thí nghiệm. Vì thế cần phải có phỏng đốn tốt về 2 yếu tố ban đầu để có thể thiết kế thí nghiệm phù hợp.
Thiết kế thí nghiệm cần tuân thủ nghiêm ngặt 5 ngun tắc, đó là: lặp lại, có đối chứng, ngẫu nhiên, ñộc lập và hạn chế các sai khác khơng giải thích được giữa các nghiệm thức. ðể áp dụng các nguyên tắc này một cách có hiệu quả, người nghiên cứu cần có hiểu biết nhất ñịnh về ñối tượng nghiên cứụ ðối tượng nghiên cứu và câu hỏi nghiên cứu khơng giống nhau giữa các thí nghiệm. Vì thế thiết kế thí nghiệm này có thể khác hồn tồn so với thiết kế thí nghiệm kia nhưng 5 nguyên tắc trên phải được bảo đảm.
• Lặp lại (replication): khi nghiên cứu về một tổng thể, phép ño ñạc nếu chỉ thực hiện một lần
sẽ khơng đại diện được cho giá trị trung bình của tổng thể vì các đơn vị cấu thành lên tổng thể không giống nhaụ Người làm nghiên cứu hạn chế sai số này bằng cách thực hiện phép ño ñạc nhiều lần, mỗi lần trên một hoặc một nhóm đơn vị cấu thành lên tổng thể. Nếu là thí nghiệm dạng mơ tả thì tiến hành mơ tả đối tượng nghiên cứu dựa trên nhiều quan sát. Nếu là
thí nghiệm dạng điều khiển thì điều kiện thí nghiệm được lặp lại nhiều lần ñể ño lường phản ứng của ñối tượng nghiên cứụ
Về nguyên tắc, số lần lặp lại càng nhiều, kết quả càng chính xác. Tuy nhiên, lặp lại nhiều lần sẽ tốn thời gian, kinh phí và vật liệu dùng làm thí nghiệm. Câu hỏi mà mọi người nghiên cứu ñều quan tâm là “bao nhiều lần lặp là đủ để có thể ñưa ra ñược kết luận chính
xác?”. Việc quyết ñịnh số lần lặp lại phụ thuộc vào kinh nghiệm nghiên cứu trên đối tượng
và nếu có đủ thơng tin về đối tượng ta có thể ước tính được. Thơng thường khi làm thí nghiệm, mỗi nghiệm thức phải ñược lặp lại tối thiểu là 3 lần.
• Có đối chứng (concurent controls): so sánh nếu khơng có đối chứng thì sẽ khập khiễng. Ví
dụ: nếu so sánh kết quả học tập môn Kỹ thuật Ni Hải sản của sinh viên khố K35 được dạy bằng phương pháp mới với kết quả học tập của sinh viên K34 là không hợp lý. Khả năng tiếp thu của hai nhóm sinh viên khác nhau, điều kiện học tập không giống nhau khiến cho phép so sánh không thuyết phục. ðối chứng tốt nhất là một nửa sinh viên K35 học theo phương pháp cũ. Giữa ñối chứng và nghiệm thức chỉ khác biệt về yếu tố nghiên cứụ Ví dụ nếu ta tiêm cá với hóc mơn, thì đối chứng dù khơng tiêm hóc mơn cũng sẽ phải tiêm nước cất. Nếu tỉ lệ sống không phải là yếu tố quan tâm nghiên cứu (ví dụ sức sinh sản) thì tơm cắt mắt và khơng cắt mắt cũng sẽ phải chịu tác ñộng của người làm nghiên cứu như nhaụ
Có 2 kiểu đối chứng: âm và dương. ðối chứng âm so sánh việc can thiệp với khơng can thiệp để biết can thiệp vào hệ thống có đem lại hiệu quả gì khơng. ðối chứng dương so sánh các biện pháp mới với biện pháp ñang sử dụng. Tức là ñều tác ñộng ñể biết cái nào tốt hơn. Xét về thời gian có 2 kiểu đối chứng: lịch sử (historical) và ñồng thời (concurrent). ðối chứng theo kiểu lịch sử là so sánh với số liệu đã cơng bố. ðối chứng ñồng thời là so với số liệu thu ñược cùng một lúc. Chọn ñối chứng theo kiểu lịch sử sẽ khiến thí nghiệm đơn giản hơn. Tuy nhiên kết luận lại thiếu tính thuyết phục vì sự khác biệt về điều kiện thí nghiệm và các yếu tố ảnh hưởng khác mà ta khơng biết được. ðối chứng kiểu đồng thời tốt hơn nhiều vì nó đảm bảo điều kiện thí nghiệm tương đồng ngoại trừ yếu tố nghiên cứụ
• Ngẫu nhiên hóa (randomization): có nghĩa là thu mẫu một cách ngẫu nhiên, phân bổ
nghiệm thức vào các đơn vị thí nghiệm một cách ngẫu nhiên. Tại sao phải vậỷ Giả sử ta so sánh tốc ñộ tăng trưởng của cá chọn giống và cá tự nhiên. Mỗi nhóm 400 con ni trong 8 bể, mật ñộ là 50 con/bể. Cho 8 bể vào trong nhà. Nếu sắp xếp khơng khéo thì có thể có bể sẽ chịu tác động của một yếu tố khác (cường ñộ chiếu sáng) và như thế sẽ ảnh hưởng ñến kết quả nghiên cứụ Cá thả vào từng bể nếu ta thả theo thứ thự của nghiệm thức thì có thể sẽ gặp trường hợp con khoẻ vào hết một nghiệm thức. Nhắm mắt bắt cá không phải là ngẫu nhiên, con khoẻ chạy mất, con to dễ bắt hơn. Lựa chọn vơ tình cũng là một vấn đề nữa, ñặc biệt cho các ñề tài ñiều trạ Ví dụ xem trình độ học vấn của người NTTS, phát ra 300 phiếu, thu về 180. Trong số 180 phiếu này có 150 phiếu của người tốt nghiệp trung học trở lên. Kết luận 83,3% người ni tơm có trình độ học vấn trên trung học? Chưa chắc, 120 người khơng trả lời có thể họ khơng biết chữ, có thể họ khơng có đủ trình ñộ ñể trả lời các câu hỏi khác trong phiếu ñiều trạ Hay ñiều tra trên mạng internet tự nó đã sàng lọc ñối tượng tham dự ñiều tra rồị
• Các đơn vị thí nghiệm phải độc lập (independence): có nghĩa là giá trị đo được trên đơn vị
thí nghiệm này khơng ảnh hưởng hoặc bị ảnh hưởng bởi giá trị ño ñược trên các ñơn vị thí nghiệm khác. Ví dụ để xác định tỉ lệ ñực cái của tơm Sú nói chung, nghiên cứu viên A bắt 5.000 con tôm từ một ao nuôi, kiểm tra giới tính để biết số lượng con đực và con cáị Thiết kế này sẽ sai nếu 5.000 con tơm này đều từ một con tơm mẹ vì các đơn vị thí nghiệm (cá thể tơm) có quan hệ huyết thống với nhaụ Tỉ lệ ñực cái thường là 1:1 cho toàn bộ tổng thể
nhưng cho một gia đình tơm duy nhất thì khơng nhất thiết phải là như vậỵ Lấy một ví dụ khác: nghiên cứu viên B có 12 con cá Bớp mẹ và muốn nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường ñến khả năng thành thục của chúng trong bể nị Người này tiến hành 3 thí nghiệm. Lần 1 xem xét ảnh hưởng của nhiệt ñộ, lần 2 xem xét ảnh hưởng của ñộ mặn và lần 3 xem ảnh hưởng của chu kỳ quang. Mỗi lần thí nghiệm ñều lặp lại 12 lần, sử dụng 12 con cá, mỗi con nuôi trong một bể. Số liệu thu ñược khơng độc lập bởi vì cá sử dụng cho thí nghiệm sau ñã chịu ảnh hưởng khác nhau của thí nghiệm trước. Khi thí nghiệm tác dụng của kháng sinh ta khơng thể lấy khuẩn lạp (trên cùng một ñĩa cấy) làm ñơn vị thí nghiệm lặp lại ñược (ñĩa này ngồi kháng sinh ra cịn có thể có những yếu tố khác ảnh hưởng ñến sự phát triển của vi khuẩn mà chúng ta khơng biết). ðơn vị thí nghiệm phải là đĩa petri có cấy vi khuẩn theo cùng một phương pháp, sử dụng cùng mơi trường và điều kiện cấy ủ.
ðể đảm bảo nguyên tắc này, người làm nghiên cứu nên chọn ñơn vị thí nghiệm là ñơn vị chịu tác ñộng trực tiếp của yếu tố nghiên cứụ Ví dụ nếu ta thay đổi nhiệt độ nước trong bể ương thì đơn vị thí nghiệm phải là bể (trong đó có nhiều ấu trùng). Nhưng nếu ta tiêm hóc mơn cho cá ñã thành thục ñể dục đẻ thì có thể dùng cá thể làm ñơn vị thí nghiệm. Tuy nhiên, phải đảm bảo rằng hoạt động đẻ trứng của con này khơng ảnh hưởng ñến những con khác và ngược lạị Trong NTTS, chọn đơn vị thí nghiệm là bể hoặc một nhóm sinh vật bao giờ cũng an toàn hơn và giúp hạn chế các rủi ro như vật thí nghiệm chết (nếu đơn vị thí nghiệm là cá thể thì sẽ mất số liệu này) hoặc khác biệt tự nhiên giữa các cá thể q lớn. • Hạn chế tối đa các sai khác khơng giải thích được (unexplained variance): khi thiết kế thí
nghiệm, người làm nghiên cứu phải đảm bảo loại trừ khả năng các yếu tố không thuộc quan tâm của nghiên cứu có thể làm sai lệch kết quả. Chẳng hạn nếu thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thì các yếu tố khác phải ñược chuẩn hoá giữa các nghiệm thức. Nếu nghiên cứu là ñể ñánh giá hiệu quả của một số loại thức ăn cơng nghiệp thì thức ăn tự nhiên hoặc phải ñược loại bỏ ra khỏi hệ thống nuôi hoặc bằng cách nào đó đồng nhất giữa các nghiệm thức. Trong nghiên cứu về NTTS, cần chú ý nhiều ñến nguồn gốc của sinh vật sử dụng làm thí nghiệm. Khơng dùng một nhóm sinh vật cho một nghiệm thức và một nhóm khác biệt về nguồn gốc cho các nghiệm thức còn lạị Như thế ảnh hưởng của yếu tố nghiên cứu sẽ bị pha trộn với ảnh hưởng của yếu tố gây nhiễu là di truyền hoặc ñiều kiện sống của sinh vật trước khi ñưa vào thí nghiệm.
Khơng có thiết kế thí nghiệm nào là hồn hảo một cách tuyệt ñốị Nếu khơng thể tránh được một số hạn chế, ta cứ làm thí nghiệm. Vấn đề quan trọng là ở chỗ phải hết sức cẩn thận khi ñưa ra kết luận. Khi so sánh 2 lồi thì chỉ kết luận cho 2 lồi, đừng mở rộng kết luận ra cho tất cả các loàị Tránh các kết luận phiến diện, ví dụ như “hầu sống ở vùng ven biển chậm lớn hơn ở vùng của sông
do ảnh hưởng của ñộ mặn”. Nên nhớ ngồi độ mặn ra cịn có nhiều yếu tố ảnh hưởng khác như nhiệt độ, dịng chảy, lượng và chủng loại thức ăn. Kết luận ñúng phải là “ñộ mặn ảnh hưởng ñến tốc ñộ tăng trưởng của hầu”.