การวางแผนการทดลอง - maejo university...ข อม ลแบบจ...

การวางแผนการทดลอง

วิธีการทําวิจัย (Research Methodology)

What is Sciences ?สาขาหนึ่งของการศึกษาที่เกี่ยวของกับการสังเกต

การจัดจําแนกแยกแยะความเปนจริง อาจจะตองเกี่ยวของกับการสรางกฎหรือทฤษฎีที่สามารถพิสูจนความจริง

หนาที่ของนักวิทยาศาสตร♦ จะตองทํางานเกี่ยวของกับงานที่สามารถวัดปริมาณไดและพิสูจน

ความถูกตองได♦ ใชวิธีการทางวิทยาศาสตร

– คําถามหรือปญหา การสังเกต– รวบรวมความเปนจริง (gather facts) การตรวจเอกสาร– เสนอที่จะหาคําอธิบายหรือตั้งสมมุติฐาน (Propose

explanation or hypothesis)– ทดสอบสมมุติฐาน มักจะทําโดยการทําการทดลอง– ทําการทดลองซ้ําเพื่อใหเหตุผลที่พิสูจนได– นําเสนอหรือตีพิมพผลที่ได

สิ่งสําคัญสําหรับการเปนนักวิจัย♦ การเขียนโครงการ♦ การทํางานวิจัยที่ดีและมีคุณภาพ♦ การนําเสนอผลงาน

– Poster presentation– Oral presentation

♦ การตีพิมพ (Publishing paper)

What is research ?♦ การคนหาความจริงใหม ๆ หรือการตรวจสอบอยางระมัดระวัง

(studious inquiry) ในกรณีผลการคนพบไมแนนอน หรอืการตรวจสอบสมมุติฐาน ซึ่งจะตองมีเปาหมายและจุดประสงคที่แนนอน เพื่อใหไดมาซึ่งความเปนจริง และนําผลที่ไดคนพบไปใชในการแกปญหา

♦What is NOT research ?– ความคิดเห็น– การสอน การสงเสริม– การไปเขารวมประชุมสัมมนา– การทําการทดลองซ้ําของคนอื่น

ประเภทของงานวิจัย♦การวิจัยบริสุทธิ์ (pure research) เปนการวิจัยที่ไดผล

เปนความรูทางวิทยาศาสตรบริสุทธิ์หรือความรูขั้นพื้นฐานหรือเปนการวิจัยอันเกี่ยวกับทฤษฎีหรือคําอธิบายปรากฏการณธรรมชาติ เชน การศึกษาอายุปลาหมอจากจํานวนวงปบนเกล็ด หรือ การศึกษาชนิดของปลาในอางเก็บน้ําเขื่อนแมงัดสมบูรณชล ผลที่ไดจากการวิจัยเปนความรูพื้นฐานทางชีววิทยา ไมสามารถนํามาใชแกปญหาทางประมงโดยตรง แตจะเปนความรูที่นํามาใชประกอบกับ ขอเท็จจริงอื่น ๆ เพื่อเปนแนวทางในการวิจัยในขั้นที่ใชแกปญหาการประมงตอไป

ประเภทของงานวิจัย

♦การวิจัยประยุกต (applied research) เปนการวิจัยในขั้นที่นําผลการวิจัยบริสุทธิ์หรือความรูทางวิทยาศาสตรมาแกไขปญหาโดยตรง ตัวอยางเชน การเพิ่มผลผลิตปลาในแหลงน้ําธรรมชาติโดยการปลอยปลาบางชนิด โครงการนี้จะตองอาศัยผลการวิจัยบริสุทธิ์วาในแหลงน้ําขาดแคลนปลาชนิดใดและอาหารธรรมชาติของปลาชนิดนั้นสมบูรณหรือไม ตลอดจนขอมูลเกี่ยวกับศัตรูปลา สภาวะแวดลอมที่เกี่ยวกับแหลงที่อยูอาศัยและการวางไข

ความจาํเปนของงานวจิัยทางวิทยาศาสตร

♦ ความเขาใจที่มากขึ้น พัฒนาเครื่องมือประมง เครื่องมือตรวจสอบ♦ เพื่อบริหารทรัพยากรที่มีอยูอยางจํากัด การใชประโยชนทรัพยากร

ประมงอยางเต็มที่♦ เพิ่มศักยภาพการผลิตทั้งในแงคุณภาพและปริมาณ การเพิ่มผลผลิต

สัตวน้ํา♦ เพื่อแกปญหาตั้งแตระดับรากหญาถึงระดับโลก

(local to global scale)

องคประกอบที่จําเปนของการวิจัย♦ มีแผนยุทธศาสตร♦ มีผูปฏิบัติที่เชี่ยวชาญในสาขานั้น ๆ♦ มีการจัดงบประมาณใหสอดคลองกับแผนยุทธศาสตร♦ มีผูดูแลหรือคณะผูดูแลงานวิจัยชิ้นนั้น ๆ♦ มีระบบการติดตามและตรวจสอบที่มีประสิทธิภาพ

หลักการวางแผนการทดลอง♦ การทดลอง คือ การทํางานภายใตสภาวะที่มีการควบคุม

– การทดลองเลี้ยงปลาดวยอาหารทีม่ีระดับโปรตีนตางกัน– การศึกษาอิทธิพลของอุณหภูมิตอการพัฒนาระบบสืบพันธุปลานิลแดง

♦ ตองมีการวางแผนการทดลองและการวิเคราะหผลไปพรอมกัน♦ การทดลองที่ดี

– ใหผลตามเปาหมายหรือวัตถุประสงคที่ตั้งไว– ใหผลภายในระยะเวลาและงบประมาณที่กําหนด

การวางแผนการทดลองมุงลดความคลาดเคลื่อนในการทดลอง

♦ ความผันแปรที่เกิดจากปจจัยอื่น ๆ ที่นอกเหนือจากสิ่งทดลอง (treatment) จะตองมีนอยที่สุด

♦ ขนาดของหนวยทดลอง คาเบี่ยงเบนมาตรฐานจะลดลงเมื่อจํานวนสัตวทดลองเพิ่มขึ้น

♦ จํานวนซ้ําควรมีมากกวาสองซ้ํา♦ ในการทดลองตองมีชุดควบคุม เพื่อเปนกลุมมาตรฐานในการ

เปรียบเทียบกับชุดการทดลอง

สิ่งที่ศึกษา ปจจัย วิธีการเก็บขอมูล ขอมูล การวิเคราะหขอมูล

ธรรมชาติธรรมชาติ ควบคุมไมไดควบคุมไมได

ควบคุมได

สังเกต ตัวอักษร

ตัวเลข

แจกแจงความถี่

คากลาง

การกระจายขอมูล

พรรณนา/อธิบาย

ความแปรปรวน

กราฟ

ตัวอักษรตัวเลข คากลาง

พรรณนา/อธิบาย

การถดถอย&สหสัมพันธ

T-test, Z-test

ตัวอักษรตัวเลข

การกระจายขอมูล

พรรณนา/อธิบายคากลาง F-test

สํารวจ

ออกแบบ การทดลอง

มนุษยสรางขึ้น/การจําลอง

กราฟ

กราฟ

การวิเคราะหขอมูลตามวิธีการเก็บขอมูล

การถดถอย&สหสัมพันธ

การทดลองขั้นพื้นฐานโดยการสงัเกต/สํารวจ

วิเคราะหขอมูลวิเคราะหขอมูล คาเฉลี่ย คามัธยฐาน คาเบี่ยงเบนมาตรฐาน การแจกแจงความถี่

จํานวนเห็บระฆังที่พบบริเวณเหงือกลูกปลานิล 30 ตัว50 35 80 40 20 75 23 55 20 2689 50 23 24 80 30 22 22 98 2154 34 36 32 29 20 37 25 75 35

ขั้นตอนการแจกแจงความถี่ขั้นตอนการแจกแจงความถี่

๑. หาคาขอมลูทีต่่ําสุดและสูงสุดขอมูลแบบไมจัดกลุม/ชวง

๒. เรียงขอมลูจากนอยไปหามากหรือมากไปหานอย๓. จํานวนซ้ําของขอมลู๔. ผลรวมของความถี่

ขอมูลแบบจัดกลุม/ชวง๑. คาพิสัย = คาสูงสุด - คาต่ําสุด๒. กําหนดจํานวนชั้นขอมูล

k = 1+ 3.3 log N (N= จํานวนขอมูลทั้งหมด )๓. คาความกวางของชั้น(Class Interval; i ) = พิสัย/จํานวนชั้น หรือ = R/k ๔. จํากัดขีดของชั้น (Class Limit) เริ่มจากคานอยไปมากหรือมากไปนอย๕. ใสของมูลลงตามความกวางของแตละชั้น จะไดความถี่

ตารางแจกแจงความถี่ตารางแจกแจงความถี่

การวิเคราะหขอมูลการวิเคราะหขอมูลดวยสถิติเบื้องตนดวยสถิติเบื้องตน

มีจํานวนขอมูลนอยมีจํานวนขอมูลนอย ไมเปนชวงไมเปนชวง มีจํานวนขอมูลมากมีจํานวนขอมูลมาก เปนชวงเปนชวง

625622578288น้ําหนักปลาเมื่อสิ้นสุดการทดลอง

400350300250ระดับโปรตีนในอาหาร(g protein/kg)

ใชอธิบายความสัมพันธระหวางขอมูล 2 ชุดที่มีอิทธิพลตอกัน (regression) และขอมูล 2 ชุดที่มีความเกี่ยวพันกัน (correlation)

ใช สมการ y = ax + b

โดย y = เสนการถดถอย คํานวณไดจากทุกคาของ x ที่กําหนดให a = ความชันบนเสนกราฟb = จุดตัดบนแกน y

ตัวอยางขอมูลตัวอยางขอมูล ความตองการโปรตีนของปลาดุกลูกผสม

x = ตัวแปรอิสระy = ตัวแปรตาม

การวิเคราะหการถดถอยการวิเคราะหการถดถอย และคาสหสัมพันธและคาสหสัมพันธ

rxy ทดสอบความสัมพันธระหวางคุณลักษณะของขอมูลที่เปนระดับชวงหรือสัดสวน โดยคาที่ไดจะบอกไดวาปจจยัที่นํามาเปรยีบเทียบกันนั้น มีการเปลี่ยนแปลงไปดวยกันหรือไม มทีิศทางเดียวกันหรือตรงกันขาม

คาสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ (rxy)

.01.01.03.04.04.01.01.02.01.02.02.04Moina121917151841383149388.89.9Euglena

r = 0.17แสดงวา Euglena ที่สํารวจมีความสมัพันธกับ Moina นอยมาก และมีทิศทางเดียวกัน

การศึกษาหาระดับโปรตีนที่เหมาะสม

กราฟแสดงคาสหสัมพันธ (correlation)

3. การทดลองขั้นสูงโดยการวางแผนการทดลองเก็บขอมูลตามแผนการทดลอง1. Complete Randomize Design (CRD)2. Randomize Complete Block Design (RBD)3. Latin Square (LS)

1) สิ่งทดลอง (Treatments)2) ซ้ํา (Replication)3) Degree of freedom (df) ตั้งแต 12 ขึ้นไป

ขอกําหนด

วิเคราะหความแปรปรวนขอมูลดวย F - test

การวิเคราะหความแปรปรวน(Analysis of Variance : ANOVA)

ANOVA♦ การทดสอบความแตกตางระหวางคาเฉลี่ยประชากรตั้งแต 3

ประชากรขึ้นไป♦ สมมุติฐานในการทดสอบ

– H0 : µ1 = µ2 = µ3

♦ การปฏิเสธ H0 ไมสามารถสรุปไดวา คาเฉลี่ยของประชากรใดบางที่ตางกัน

♦ การวิเคราะหความแปรปรวนแบบทางเดียว (one-way ANOVA)– คาดวามีเพียงปจจัยเดียวทีท่ําใหขอมูลแตกตางกัน

เงื่อนไขของการวิเคราะหความแปรปรวน♦ การสุมตัวอยางแตละชุดจะตองสุมอยางเปนอิสระกัน♦ สุมตัวอยางจากประชากรที่มีการแจกแจงปกติ♦ คาความแปรปรวนของแตละประชากรตองเทากัน

♦การจัดขอมูลขอมูลลงตารางของการทดลอง ♦คํานวณหาคาเฉลี่ย (mean)♦คํานวณหาคาความปรวนแปร โดยใชสถิติ F – test♦ถายอมรับวาคาเฉลี่ยมีความแตกตาง จะตองทดสอบคาความแตกตางของคาเฉลี่ย

♦คํานวณคาสัมประสิทธิ์ของความผันแปร (%CV)♦หากตองการหาวาปจจัยที่ทดลองมีความเกี่ยวพันหรือไม ก็นําคาขอมูลที่เก็บพรอมๆ กัน ไปวิเคราะหการถดถอย (regression) และคาสหสัมพันธ (correlation)

การวิเคราะหสถิติในการวางแผนการทดลอง

การวางแผนการทดลองแบบสุมตลอด

♦ เปนวิธีที่งายที่สุดในการวางแผนการทดลอง♦ แผนการทดลองนี้เหมาะสําหรับกรณีที่สัตวทดลองมีความสม่ําเสมอ

มาก ♦ การจัดสัตวทดลองลงในชุดการทดลอง จะใชวิธีสุมตลอด อาจใชวิธี

จับฉลาก หรือตาราง

Complete Randomize Design (CRD)

ตัวอยางขอมูลของการการทดลองแบบ CRD

ชุดการทดลอง (Treatments) = 4

จํานวนซ้ํา (Replication) = 3

T1 = โปรตีน 25%T2 = โปรตีน 30%T3 = โปรตีน 35%T4 = โปรตีน 40%

ทดลองหาระดับโปรตีนทีเ่หมาะสมในการเลี้ยงกบบลูฟล็อค

ตัวอยางการจัดขอมูลขอมูลลงตารางในการทดลองแบบ CRD

น้ําหนักกบหลังจากการเลี้ยง 50 วัน (กรัม)

ชุดทดลอง รวม

46.6754.4359.0962.67

T1T2T3T4

เฉลี่ย

46.0954.7752.9854.45

44.1153.0757.8759.33

45.2152.1256.5760.28

ทดลองหาระดับโปรตีนทีเ่หมาะสมในการเลี้ยงกบบลูฟล็อค

T1 = โปรตีน 25%T2 = โปรตีน 30%T3 = โปรตีน 35%T4 = โปรตีน 40%

ตารางการวิเคราะหความแปรปรวนแบบตารางการวิเคราะหความแปรปรวนแบบ CRDCRD

∑x2 - CFtr-1Total

Treat SSt(r-1)

Total SS –Treat SS

t(r-1)Error

Treat MSError MS

Treat SSt-1

∑T2 - CFr

t-1TreatmentFMSSSdfSource of variance

การใชโปรแกรม SPSS เพื่อวิเคราะหความแปรปรวน

♦ สรางตัวแปรเพื่อเก็บขอมูลจํานวน 2 ตัวแปร คือ ตัวแปรเพื่อเก็บรหัสที่ระบุระดับโปรตีน (treatment หรือ protein level) และตัวแปรเพื่อเก็บขอมูลตัวแปรตาม คือ น้ําหนักกบ โดยตัวแปรทั้งสองเปนชนิด Numeric

♦ เลือกที่เมนู ตามลําดับดังนี้ Analyze Compare Means One-way ANOVA

♦ เนื่องจากการทดลองแบบจําแนกทางเดียวจําเปนตองทดสอบวา คาความแปรปรวนของแตละกลุมทดลองมีความแตกตางอยางมีนัยสําคัญหรือไม ดังนั้น ตองกดปุม options เพื่อทดสอบ Homogeneity of variance

3.2 การวางแผนแบบสุมในบล็อค Randomize Complete Block Design (RBD)

♦ แบงแยกสัตวทดลองออกเปนกลุม ๆ อยางมีเหตุผล ใหภายในกลุมมีความสม่ําเสมอมากที่สุด

♦ แยกเพศสัตว ขนาดสัตว หรือพันธุสัตวน้ํา♦ ในแตละบล็อคจะตองมีชุดการทดลองอยูทุกกลุม

3.2 Randomize Complete Block Design (RBD)

T3T1T2

T1T2T3

T2T1T3

T3T2T1R1

R2

R3

R4

จํานวนซ้ํา (Replication) = 4สิ่งทดลอง (Treatments) = 3T x R = 12

แปรปรวน 1 ทาง

ตัวอยางขอมูลของการทดลองแบบ RBD

T3309

T1271

T2398

T1288

T2428

T3264

T2356

T1267

T3299

T3221

T2412

T1205

R1

R2

R3

R4

จํานวนซ้ํา (Replication) = 4สิ่งทดลอง (Treatments) = 3T x R = 12

แปรปรวน 1 ทาง

ตัวอยางการจัดขอมูลขอมูลลงตารางในการทดลองแบบ RBD

จํานวนซ้ํา (Replication) = 4สิ่งทดลอง (Treatment) = 3

T1 = ปลานิลมีชีวิต T2 = ปลาเปด T3 = อาหารเม็ดสําเร็จรูป

ทดลองเลี้ยงปลากะรัง ดวยอาหารตางกัน 3 ชนิด คือ

929.53718978980922883ผลรวมแตละซ้ํา

ปลากะรัง 3 ขนาด(เล็ก กลาง ใหญ)

สิ่งทดลอง

273.31093309264299221T3398.51594398428356412T2

1031

รวม

271R4

T1

เฉลี่ย

R3R2R1257.8288267205

ตารางการวิเคราะหความแปรปรวนแบบ RBD

Rep MSError MS

Rep. SSr-1

∑R2 - CFr

r-1Replication

∑x2 - CFtr-1Total

Error SS(t-1)(r-1)

Total SS –Treat SS

(t-1)(r-1)Error

Treat MSError MS

Treat SSt-1

∑T2 - CFr

t-1Treatment

FMSSSdfSource of variance

การใชโปรแกรม SPSS เพื่อวิเคราะหความแปรปรวน

♦ สรางตัวแปรเพื่อเก็บขอมูลจํานวน 3 ตัวแปร คือ ตัวแปรเก็บรหัสที่ระบุถึงชนิดของอาหารที่ให ตัวแปรเพื่อเก็บรหัสของขนาดปลาและตัวแปรเพื่อเก็บขอมูลน้ําหนักของปลา

♦ เลือกเมนู Analyze General Linear Model Univariate

♦ จอภาพจะปรากฏชองใหเติมตัวแปรตาม (dependent variable) ในที่นี้คือน้ําหนกัปลา สวนตัวแปรตนอยูใน Fixed factors ในที่นี้คือ ตัวแปรทรีตเมนต (อาหาร) และตัวแปรบล็อก (ขนาดปลา)

♦ กําหนดคา Model ของคาที่สังเกตไดจากการทดลอง โดยการกดที่ปุม Model โดยคาที่สังเกตที่วัดไดนี้อยูในโมเดลที่ประกอบดวยผลกระทบจากทรีตเมนต (อาหาร) และบล็อก (ขนาด)

♦ โมเดลนี้ไมมีการปฏิสัมพัทธระหวางทรีตเมนตและบล็อก♦ เมื่อกําหนดโมเดลเรียบรอยแลว ใหกดปุม continue และปุม

OK ตามลําดับ

♦ เหมาะสําหรับการพิจารณาผลระหวางการใชทรีตเมนตตาง ๆ เมื่อการทดลองมีแหลงที่สามารถกอใหเกิดความแปรปรวนตอการทดลองได 2 แหลง

♦ อยางไรก็ตาม เมื่อจํานวนปจจัยที่กอใหเกิดความแปรปรวนมีมากเทาใดจะสงผลใหการทดลองมีความผิดพลาดเพิ่มขึ้นตามมาเปนลําดับ ซึ่งทําใหการพิจารณาผลของทรีตเมนตเปนไปไดยาก

3.3 การทดลองแบบลาตินสแควรLatin Square (LS)

3.3 Latin Square (LS)

T3T2T1T4

T2T1T4T3

T1T4T3T2

T4T3T2T1R1

R2

R3

R4

C1 C2 C3 C4

R0W

จํานวนซ้ํา (Replication) = 4 สิ่งทดลอง (Treatments) = 4T x R = 16

แปรปรวน 2 ทาง Column

R1

R2

R3

R4

C1 C2 C3 C4

Row

Column

T359

T254

T146

T451

T254

T146

T450

T358

T144

T449

T357

T252

T450

T357

T253

T145

ตัวอยางขอมูลของการการทดลองแบบ LSจํานวนซ้ํา (Replication) = 4สิ่งทดลอง (Treatments) = 4

T1 = อาหารชุดควบคุมT2 = อาหารผสมหัวกุงT3 = อาหารผสมกากถั่วเหลืองT4 = อาหารผสมกากเนื้อปาลม

ทดสอบความสามารถในการยอยอาหารของปลากะรังหงส โดยใชวัตถุดิบตางกัน 4 ชนิด คือ

แตละชุดการทดลองจะมีการสุมเก็บตัวอยางสี่ครั้ง โดยอาหารแตละชุดการทดลองจะสุมเปลี่ยนใหปลาในแตละถัง

ตารางการวิเคราะหความแปรปรวนแบบ LS

Columns MSError MS

Treat SSt-1

∑C2 - CFr

t-1columns

Rep MSError MS

Rep. SSr-1

∑R2 - CFr

r-1Replication

∑x2 - CFtr-1Total

Error SS(t-1)(r-1)

Total SS –RowSS -Columns SS -Treat SS

(t-1) (r-1)

Error

Treat MSError MS

Treat SSt-1

∑T2 - CFr

t-1Treatment

FMSSSdfSource of variance

CF = CF = ((∑∑x)x)22

trtr%CV = 100

MeanErrorMS x

คาที่ไดจากตารางวิเคราะหความปรวนแปร♦♦ คาคา FF ถาคา F จากการคํานวณสูงกวา F ตาราง แสดงวายอมรับวาขอมูลมีความ

แตกตางที่ระดับนัยสําคัญ .01 หรือ .05 จากนั้นจึงทดสอบคาความแตกตางของคาเฉลี่ย♦♦ การทดสอบคาความแตกตางของคาเฉลี่ยการทดสอบคาความแตกตางของคาเฉลี่ย

1) ใชวิธี LSD เมื่อมีสิ่งทดลองมากกวา 5 ขึ้นไปLSD = (tα) [ ]

2) ใชวิธี Duncan’s new multiple-range test - คํานวณ Standard Error (SŸ)- คํานวณหาคา LSR = (SSRα,p)((SŸ)

กรณีมีหลายๆ สิ่งทดลอง หากแตกตางในระดับ .01 ตองทดสอบที่ระดับ .05 ดวย♦♦ การคํานวณหาคาสัมประสิทธิ์ของความผันแปรการคํานวณหาคาสัมประสิทธิ์ของความผันแปร ( (Coefficient of Variation)Coefficient of Variation)

nErrorMS2

%CV = 100Mean

ErrorMS x

3.4 การทดลองแบบแฟคทอเรียล♦ เปนการทดลองที่มุงศึกษาอิทธิพลของปจจัยตั้งแตสองปจจัยขึ้นไป♦ ศึกษาถึงอิทธิพลรวมของปจจัยเหลานั้นดวย♦ เชน การศึกษาผลของอาหารและอุณหภูมิตอการเจริญเติบโตของ

ปลาดุก

ตัวอยางขอมูลของการทดลองแบบแฟลกทอเรียลสิ่งทดลอง (Treatments) = 2 X 4

ทดลองอนุบาลลูกปลาดวยอาหารผสมวิตามินซีและอี นาน 2 สัปดาห

3.1±0.23.0±0.33.1±0.22.8±0.240

3.2±0.32.5±0.13.0±0.32.7±0.20วิตามินอี

2001005025

วิตามินซี (มิลลิกรัม/กิโลกรัม)

การใชโปรแกรม SPSS เพื่อวิเคราะหความแปรปรวนสําหรับการทดลองแฟกทอเรียล♦ กําหนดตัวแปรโดยพิจารณาวา หากการทดลองมี 2 ปจจัย ให

กําหนดตัวแปรทั้งสิ้น 3 ตัวแปร คือ ตัวแปรที่เก็บรหัสแตละปจจัยและตัวแปรที่เก็บขอมูลที่ไดจากการทดลองหรือตัวแปรตาม

♦ จากตัวอยางขางตน การทดลองมีทั้งหมด 2 ปจจัย คือ วิตามินซีและวิตามินอี ตัวแปรตามคือน้ําหนักลกูปลาที่เพิ่มขึ้น

♦ เลือกเมนูเพื่อการวิเคราะหความแปรปรวนในลักษณะเดียวกับการวิเคราะหความแปรปรวนแบบบล็อก

♦Analyze General Linear Model univariate เลือกตัวแปรทั้งหมดอยูใน Fixed Factors ไมตองกําหนด Model