Hubungan antara Metode Ilmiah dan Metode Percobaan
Metode Ilmiah adalah suatu pendekatan sistematis yang bertujuan untuk memahami alam semesta berdasarkan pengamatan dan logika. Pendekatan ini menghasilkan pengetahuan melalui bukti empiris yang telah diverifikasi dan diuji keabsahannya.
Metode Percobaan merupakan suatu komponen integral dari metode ilmiah yang melibatkan pengumpulan data empiris melalui pengujian langsung. Ini adalah salah satu dari berbagai metode yang digunakan dalam proses ilmiah untuk memvalidasi hipotesis dan menghasilkan pengetahuan baru. Melalui metode percobaan, teori-teori yang dihasilkan dari metode ilmiah dapat diuji dan diperkuat atau jika perlu, dapat dibantah dan diperbaiki. Dengan demikian, metode percobaan berperan penting dalam pembentukan dan penyempurnaan pengetahuan ilmiah.
Istilah-istilah dalam Perancangan Percobaan
- Percobaan: Sebuah prosedur ilmiah yang dirancang untuk menguji hipotesis dengan memanipulasi dan mengendalikan variabel tertentu dalam kondisi yang ditentukan. Misalnya, dalam percobaan biologi, peneliti mungkin ingin menguji hipotesis bahwa pencahayaan mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Mereka akan menyiapkan beberapa tanaman dalam kondisi pencahayaan yang berbeda dan mengukur pertumbuhan mereka. Dalam konteks pertanian, ini dapat merujuk kepada sebuah percobaan untuk menguji hipotesis seperti "Pupuk X akan meningkatkan hasil panen padi sebanyak 20%". Peneliti akan melakukan percobaan dalam kondisi yang terkontrol, misalnya menggunakan lahan yang sama, varietas padi yang sama, dan kondisi iklim yang sama, namun dengan dan tanpa penggunaan pupuk X.
- Perancangan: Usaha atau seluk beluk pembuatan rancangan. Ini bisa mencakup penentuan variabel mana yang akan dimanipulasi, variabel apa yang akan diukur, dan bagaimana data akan dikumpulkan dan dianalisis. Misalnya, dalam perancangan percobaan tentang efek pencahayaan pada pertumbuhan tanaman, peneliti harus memutuskan berapa banyak tanaman yang akan digunakan, berapa lama percobaan akan berlangsung, dan metode apa yang akan digunakan untuk mengukur pertumbuhan.
- Rancangan: Hasil dari proses perancangan, biasanya berisi skema detail dari percobaan, termasuk variabel yang akan diteliti, metode pengumpulan data, prosedur percobaan, dan alat pengukuran yang akan digunakan.
- Uji Coba: Proses melakukan percobaan dalam kondisi yang dibatasi untuk memeriksa hasil atau efek dari sesuatu. Biasanya digunakan dalam konteks yang periodik atau tidak berkelanjutan.
- Pengujian: Proses memeriksa dan menganalisis sesuatu untuk menentukan kualitas atau kinerjanya. Diarahkan terhadap keberhasilan, bukan untuk menjawab bagaimana keberhasilan itu terjadi. Misalnya, pengujian daya tumbuh benih, di mana benih diuji untuk melihat apakah mereka bisa tumbuh dengan baik dalam kondisi tertentu, tanpa perlu memahami proses biologis yang terjadi di balik pertumbuhan itu.
- Percobaan: Prosedur ilmiah yang melibatkan pengujian hipotesis dengan memanipulasi variabel tertentu dan mengukur hasilnya. Diarahkan untuk memahami masalah melalui struktur uji yang dianalisis secara keseluruhan. Misalnya, dalam percobaan pemupukan, peneliti mungkin mengatur serangkaian percobaan untuk memahami bagaimana jenis dan jumlah pupuk yang berbeda mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Analisis dari percobaan ini akan melibatkan memeriksa data secara keseluruhan untuk memahami bagaimana variabel ini berinteraksi dan mempengaruhi hasilnya.
Hal-hal yg perlu dalam melakukan percobaan:
- Tujuan Percobaan: Ini harus dirumuskan dengan jelas dan biasanya mencakup hipotesis atau pengaruh yang akan diuji. Misalnya, "Untuk membandingkan efek dua jenis pupuk, A dan B, terhadap tingkat pertumbuhan tanaman jagung."
- Perlakuan: Ini merujuk pada variabel yang akan diterapkan atau dimanipulasi dalam percobaan. Perlakuan harus dirinci dan dirancang dengan hati-hati untuk memastikan validitas hasil. Misalnya, dalam percobaan yang melibatkan pupuk, perlakuan dapat berupa "jenis pupuk" (A atau B).
- Metode: Ini merujuk pada prosedur yang digunakan untuk melaksanakan percobaan dan pengumpulan data. Detail prosedur harus disusun dengan hati-hati dan dijelaskan secara rinci. Misalnya, "Tanaman jagung akan ditanam dalam pot berukuran sama dan diberi pupuk A atau B. Tinggi tanaman akan diukur setiap minggu selama 12 minggu."
- Satuan Percobaan dan Pengamatan: Satuan Percobaan merujuk pada unit individual yang diterapkan perlakuan, sedangkan satuan pengamatan adalah unit yang pengukuran diambil darinya. Misalnya, dalam percobaan pupuk, setiap pot dengan tanaman jagung mungkin dianggap sebagai satu satuan percobaan sedangkan yang diukur atau diamati, misalnya, tinggi tanaman jagung yang tumbuh dalam setiap pot adalah satuan pengamatan.
- Pengukuran: Data yang akan dikumpulkan selama percobaan harus ditentukan sebelumnya dan pencatatan data harus dilakukan dengan cermat. Anda harus menentukan apa yang akan diukur sebelum melakukan percobaan. Dalam percobaan pupuk, Anda mungkin mengukur tinggi tanaman jagung, jumlah daun, atau bobot total tanaman pada akhir percobaan.
- Rancangan Percobaan: Ini merujuk pada skema kerja yang digunakan dalam percobaan, yang merinci bagaimana percobaan akan dilakukan. Ini dapat mencakup jumlah unit percobaan, jumlah pengulangan, dan bagaimana perlakuan akan dialokasikan ke unit percobaan, bagaimana data akan dikumpulkan dan dianalisis. Misalnya, Anda mungkin memutuskan untuk memiliki 10 pot untuk setiap jenis pupuk dan memutar lokasi pot setiap minggu untuk mengontrol efek lingkungan.
- Justifikasi untuk rancangan dan Pengulangan: Jumlah pengulangan dalam percobaan harus cukup untuk mendapatkan hasil yang dapat diandalkan tetapi tidak terlalu banyak sehingga menjadi tidak efisien. Misalnya, jika Anda memiliki sumber daya terbatas, Anda mungkin memilih untuk memiliki lima pengulangan dari setiap perlakuan daripada sepuluh.
- Pengacakan: Ini merujuk pada proses penempatan acak subjek atau unit percobaan ke dalam grup perlakuan untuk menghindari bias. Misalnya, jika Anda memutuskan posisi pot secara acak, maka Anda mengurangi kemungkinan bahwa efek lingkungan (seperti cahaya matahari atau suhu) akan mempengaruhi hasil.
- Analisis Statistik yang diusulkan: Ini merujuk pada metode analisis yang akan digunakan setelah data dikumpulkan. Metode ini harus ditentukan sebelumnya untuk memastikan bahwa data yang dikumpulkan sesuai dengan kebutuhan analisis dan harus sesuai dengan tujuan percobaan. Misalnya, jika Anda ingin membandingkan efek dua jenis pupuk, Anda mungkin memilih untuk melakukan tes t (uji beda dua rata-rata) atau ANOVA (analisis varians) jika ada lebih dari dua perlakuan.
Perancangan Percobaan
Perancangan percobaan adalah proses perencanaan suatu percobaan dengan tujuan mendapatkan informasi yang relevan dan berkualitas tinggi yang sejalan dengan tujuan penelitian. Perancangan yang tepat penting untuk memaksimalkan efisiensi dan kualitas data yang dikumpulkan dan untuk memastikan bahwa kesimpulan yang ditarik dari data tersebut valid dan dapat diandalkan.
Mengapa Perlu Dirancang
- Menghilangkan Bias: Merancang percobaan dengan baik dapat membantu meminimalkan atau menghilangkan bias, termasuk kesalahan sistematis yang dapat merusak kevalidan hasil.
- Meningkatkan Presisi: Dengan mengendalikan faktor-faktor yang mungkin mempengaruhi hasil, perancangan percobaan dapat meningkatkan presisi hasil dan memastikan bahwa efek yang diamati berasal dari variabel yang sedang diteliti, bukan faktor lain.
- Generalisasi Hasil: Perancangan percobaan yang baik memungkinkan peneliti untuk menggeneralisasi hasil mereka ke populasi target yang lebih luas. Dengan kata lain, hasil dari percobaan tersebut dapat diterapkan ke situasi dan individu lain di luar yang diteliti.
Tujuan Perancangan Percobaan
- Memilih Variabel yang Berpengaruh: Tujuan perancangan percobaan adalah untuk memilih variabel kontrol (X) yang paling mempengaruhi respons (Y). Dengan memahami variabel mana yang berpengaruh besar, peneliti dapat fokus pada variabel tersebut dalam penelitian lebih lanjut.
- Mendekati Nilai Harapan: Perancangan percobaan dapat membantu peneliti memilih kumpulan variabel kontrol (X) yang menghasilkan nilai respons yang paling mendekati nilai harapan.
- Mengurangi Keragaman Respon: Perancangan percobaan dapat juga membantu dalam memilih kumpulan variabel kontrol yang menghasilkan variansi respons (σ²) yang paling kecil, yang berarti hasil yang lebih konsisten.
- Mengurangi Pengaruh Variabel Tidak Terkendali: Dalam situasi ideal, peneliti akan mampu mengendalikan semua variabel yang mungkin mempengaruhi hasil. Namun, ini sering kali tidak mungkin. Dengan demikian, perancangan percobaan yang baik juga melibatkan pemilihan kumpulan variabel kontrol yang menghasilkan pengaruh minimal dari variabel yang tidak dapat dikendalikan.
Langkah-langkah dalam kegiatan Penelitian (Prosedur Percobaan untuk mencapai Sasaran)
- Memilih Masalah: Langkah ini memerlukan kepekaan dan pemahaman yang baik tentang bidang penelitian. Anda perlu mengidentifikasi dan memahami masalah yang akan diteliti. Misalnya, jika Anda mencoba mengetahui alasan mengapa tanaman jagung petani tidak memberikan hasil yang maksimal, Anda perlu menentukan apakah hal tersebut disebabkan oleh kurangnya kesuburan tanah, metode pertanian yang tidak tepat, atau penggunaan pupuk yang tidak tepat.
- Studi Pendahuluan: Langkah ini melibatkan penelitian eksploratif untuk mencari informasi lebih lanjut tentang topik yang akan diteliti. Anda perlu meninjau literatur terkait dan temuan penelitian sebelumnya untuk membantu menginformasikan percobaan Anda.
- Merumuskan Masalah: Anda perlu merumuskan masalah penelitian Anda dengan jelas dan spesifik. Langkah ini melibatkan identifikasi konsep atau teori yang dapat digunakan untuk memecahkan masalah tersebut. Misalnya, Anda mungkin merumuskan bahwa pemberian pupuk kandang dalam dosis yang tepat dapat meningkatkan kesuburan tanah.
- Merumuskan Hipotesis: Langkah ini melibatkan pembuatan pernyataan hipotesis berdasarkan temuan penelitian sebelumnya dan teori yang ada. Hipotesis ini akan menjadi dasar percobaan Anda.
- Memilih Pendekatan: Anda perlu memilih metode penelitian yang akan digunakan, serta menentukan jenis dan tipe penelitian yang paling sesuai untuk masalah yang telah diidentifikasi. Pemilihan ini akan sangat menentukan variabel, objek, subjek, dan sumber data penelitian Anda.
- Menentukan Variabel dan Sumber Data: Anda harus menentukan variabel penelitian Anda dan dari mana data akan diperoleh. Variabel ini harus sesuai dengan tujuan penelitian dan hipotesis Anda.
- Menentukan dan Menyusun Instrumen: Anda perlu menentukan jenis data yang dibutuhkan dan dari mana data tersebut akan diperoleh. Anda juga perlu memilih metode pengumpulan data yang sesuai, seperti observasi, wawancara, atau kuesioner.
- Mengumpulkan Data: Langkah ini melibatkan pengumpulan data sesuai dengan metode yang telah ditentukan.
- Analisis Data: Data yang telah dikumpulkan perlu dianalisis dengan hati-hati dan pengertian yang mendalam tentang data tersebut. Teknik analisis yang digunakan akan sangat ditentukan oleh jenis data yang dikumpulkan.
- Menarik Kesimpulan: Dengan mempertimbangkan semua data dan hasil analisis, Anda akan menarik kesimpulan dari penelitian. Anda perlu jujur dalam menilai apakah hipotesis Anda terbukti atau tidak.
- Menyusun Laporan: Langkah terakhir melibatkan penulisan dan penyusunan laporan penelitian. Laporan harus ditulis dengan bahasa yang baik dan benar, dan harus mencakup semua aspek penelitian, termasuk metodologi, hasil, dan kesimpulan.
Tujuan & Sasaran Percobaan
- Tujuan Percobaan: Tujuan percobaan adalah alasan fundamental mengapa percobaan dilakukan. Dalam konteks ilmiah, tujuan percobaan biasanya berfokus pada upaya untuk mendapatkan pengetahuan baru atau memahami lebih lanjut tentang suatu fenomena. Tujuan ini bisa juga dikatakan sebagai usaha untuk mencapai sasaran percobaan. Misalnya, tujuan dari percobaan bisa untuk memahami bagaimana suatu objek atau sistem merespon berbagai keadaan atau variabel tertentu. Dalam banyak percobaan, keadaan atau variabel ini secara sengaja diciptakan atau diperkenalkan, misalnya melalui perlakuan tertentu atau pengaturan lingkungan.
- Sasaran Percobaan: Sasaran percobaan merujuk pada hasil yang diharapkan atau dituju dari percobaan tersebut, yang biasanya merupakan manifestasi atau pencapaian dari tujuan percobaan. Dalam kata lain, sasaran adalah hasil yang ingin dicapai dari penelitian atau percobaan tersebut. Misalnya, jika Anda melakukan percobaan untuk memahami adaptasi berbagai varietas kacang kedelai di lahan gambut, sasaran percobaan Anda mungkin adalah untuk menemukan varietas kedelai yang paling adaptif di lahan gambut.
Jadi, dalam penelitian atau percobaan, tujuan adalah alasan mengapa Anda melakukannya, sementara sasaran adalah apa yang Anda harapkan atau coba untuk capai sebagai hasil dari percobaan tersebut.
Komponen/Klasifikasi Perancangan Percobaan
Dalam sebuah percobaan, penelaahan respons terhadap perlakuan dan keadaan lingkungan yang telah ditentukan dapat menghadapi beberapa hambatan. Hambatan tersebut termasuk keragaman alami yang dimiliki oleh setiap objek dan pengaruh dari berbagai faktor luar yang tidak dapat diatur untuk seluruh objek dalam percobaan. Dalam hal ini, statistika dapat menjadi alat peneliti untuk memisahkan dan menginvestigasi sumber keragaman respons, termasuk bagian yang disebabkan oleh perlakuan, lingkungan, dan pengaruh lain yang tidak dapat diidentifikasi secara jelas.
Ada tiga komponen penting yang perlu diperhatikan dalam perancangan percobaan:
- Rancangan Perlakuan: Keadaan tertentu yang sengaja diciptakan untuk menimbulkan respons. Perlakuan dapat diartikan sebagai keadaan tertentu yang diberikan pada satuan percobaan. Ini berkaitan dengan bagaimana perlakuan tersebut dibentuk, seperti melalui faktor tunggal, faktorial, split plot, atau split blok. Perlakuan umumnya dirancang dalam struktur silang (crossed) atau tersarang (nested).
- Perlakuan dirancang dalam struktur silang (crossed) atau pola faktorial apabila setiap level dari salah satu perlakuan tampak pada setiap level perlakuan lainnya. Misalnya: Jika Perlakuan A ada 6 level, dan Perlakuan B ada 3 level, maka rancangan perlakuan silangnya sebagai berikut:
B A 1 2 3 4 5 6 1 x x x x x x 2 x x x x x x 3 x x x x x x Atau dalam bentuk mendatar:
A
1
2
3
4
5
6
B
B
B
B
B
B
123
123
123
123
123
123
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
Apabila Perlakuan A dan Perlakuan B juga crossed terhadap Perlakuan C (misal: 2 level):
C
1
2
A
A
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
123
123
123
123
123
123
123
123
123
123
123
123
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
xxx
Perlakuan B bersarang (nested) dalam Perlakuan A jika level yang berbeda dari perlakuan B muncul datu kali dalam salah satu level Perlakuan A, sebagai contoh:
A
1
2
3
4
B
B
B
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Perlakuan B yang terdiri dari 12 level, tersarang dalam 4 level Perlakuan A. Pada struktur tersarang ini bisa saja rancangannya tidak seimbang, misalnya pada level 3 perlakuan A hanya mempunyai 2 level B, sedangkan yang lainnya mempunyai 3 level B.
A
1
2
3
4
B
B
B
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Pola tersarang tidak mempunyai interaksi!
- Rancangan Percobaan/Lingkungan: Keadaan lingkungan dan keragaman alami objek yang dapat mengaburkan atau mengacaukan penelaahan terhadap respons yang muncul. Rancangan ini berkaitan dengan bagaimana perlakuan ditempatkan pada unit percobaan (misalnya, RAL, RAK, RBSL, Lattice).
- Rancangan Respons: Respons yang diberikan oleh objek percobaan. Ini berkaitan dengan penentuan karakteristik satuan percobaan yang akan digunakan untuk menilai atau mengukur pengaruh perlakuan.
Hal-hal yang perlu diketahui dalam Rancangan Respons :
- Harus mencerminkan pengaruh yang dipelajari. Misalkan anda melakukan percobaan tentang pengaruh pemberian pupuk kandang kotoran sapi terhadap pertumbuhan jagung. Maka anda harus membuat rancangan respons yang seperti apa yang bisa mencerminkan pengaruh pupuk kandang tersebut terhadap pertumbuhan jagung. Misanya tinggi tanaman, jumlah daun, luas daun, dsb.
- Ada skala ukur:
- Kualitatif: nominal dan ordinal (tidak bisa dianalisis ragam). Skala ini bersifat subjektif serta pedoman pelaksanaan pengukurannnya kebanyakan belum baku.
- Kuantitatif: interval/selang dan rasio/nisbah. Skala ini bersifat objektif dan alat ukurnya sudah sering tersedia.
- Ada satuan pengamatan, yaitu satuan terkecil yang dipergunakan dalam pengukuran.
- Ada satuan evaluasi, yaitu satuan terkecil sebagai pewakil satuan percobaan yang dipergunakan dalam analisis data atau satuan evaluasi adalah rata-rata dari satuan pengamatan.
Jenis perlakuan dapat dibagi berdasarkan sifat dan jumlahnya. Berdasarkan sifatnya, perlakuan dapat bersifat kualitatif (misalnya jenis pupuk, varietas, cara pengolahan tanah) atau kuantitatif (misalnya dosis pupuk, volume pestisida). Berdasarkan jumlahnya, perlakuan bisa berupa faktor tunggal (hanya satu faktor yang diteliti) atau faktorial (terdiri dari dua atau lebih perlakuan).
Pada rancangan respons, terdapat hal-hal yang perlu diketahui seperti pemilihan karakteristik yang akan menilai atau mengukur pengaruh perlakuan, adanya skala ukur (kualitatif atau kuantitatif), adanya satuan pengamatan sebagai satuan terkecil dalam pengukuran, dan adanya satuan evaluasi sebagai satuan terkecil yang mewakili satuan percobaan dalam analisis data.
Dengan memahami ketiga komponen ini: rancangan perlakuan, rancangan lingkungan, dan rancangan respons, peneliti dapat merancang dan melakukan percobaan dengan lebih efisien dan efektif, serta meminimalkan potensi bias atau gangguan yang mungkin muncul.
Prinsip-prinsip Dasar dalam Perancangan Percobaan
Rancangan percobaan yang baik harus efektif, terkelola dan efisien serta dapat dipantau, dikendalikan dan dievaluasi. Efektif berkaitan dengan kemampuan mencapai tujuan, sasaran dan kegunaan yang direncanakan atau digariskan. Terkelola berkenaan dengan adanya berbagai keterbatasan atau kendala dalam pelaksanaan percobaan atau dalam menganalisis data. Efisien berarti pengrasionalan dalam penggunaan sumber daya, dana dan waktu dalam memperoleh keterangan dari percobaan.
Rancangan percobaan berkenaan dengan teknik-teknik dalam mengatasi dan mengendalikan keragaman atau peubah-peubah yang mengganggu pengaruh sebenarnya dari perlakuan atau faktor yang diteliti, yang disebut Rancangan Lingkungan (Environmental Design).
Terdapat dua macam sumber keragaman dalam rancangan percobaan :
- Faktor utama yaitu faktor-faktor yang akan diteliti dan sengaja diberikan
- Faktor eksternal: faktor-faktor yang diharapkan pengaruhnya sekecil mungkin. Faktor-faktor ini terdiri dari:
- Faktor yang dapat diidentifikasi dan diperkirakan pengaruhnya sebelum percobaan. Misal dalam kasus ingin diketahuinya perbedaan kedua varietas jagung di atas, jika ternyata kedua varietas tersebut memberikan hasil yang berbeda, maka berbedaan hasil tersebut selain disebabkan oleh perbedaan varietas mungkin juga disebabkan oleh perbedaan kesuburan tanah. Untuk mengatasi hal ini biasanya dilakukan pengelompokan, sehingga keragaman di antara kelompok dapat diukur dan dikeluarkan dari galat percobaan.
- Faktor yang dapat diidentifikasi tetapi pengaruhnya tidak dapat diduga. Misalnya dalam kasus point di atas, Apabila lahan mempunyai arah kesuburan secara bertahap dari kiri ke kanan sehingga hasil akan berkurang dari kiri ke kanan, jika varietas A selalu ditanam di sebelah kanan varietas B, maka dalam hal ini varietas B akan diuntungkan karena secara relatif dia berada pada lahan yang lebih subur daripada varietas A. Jadi dalam hal ini penampilan hasil varietas A dan B akan berbias dan lebih menguntungkan B dan jika kita ingin membandingkan varietas A dan B, berbedaan yang terjadi bukan semata-mata disebabkan oleh perbedaan varietas akan tetapi juga disebabkan oleh perbedaan kesuburan tanah. Untuk mengatasi hal ini dilakukan pengacakan.
- Faktor yang tidak dapat diidentifikasi. Untuk mengatasi hal ini dilakukan pengulangan.
Untuk meminimumkan galat percobaan (experimental error) guna meningkatkan ketelitian percobaan diperlukan adanya pengulangan (replication), pengacakan (randomization), dan pengedalian lingkungan setempat (local control) yang merupakan asas pokok dalam perancangan percobaan. Asas keortogonalan, pemuatan (confounding), dan keefisienan merupakan asas tambahan. Prinsip lainnya adalah keortogonalan, pemuatan (confounding), dan keefisienan.
Pengedalian Lingkungan Setempat (Local Control)
Pengendalian lingkungan setempat berarti mengendalikan kondisi-kondisi lingkungan yang berpotensi mempengaruhi respon dari perlakuan. Hal ini dapat dilakukan dengan:
- Perancangan percobaan. Hal ini biasanya dilakukan dengan mengelompokkan satuan-satuan percobaan dan pada setiap kelompok yang berisi semua perlakuan sehingga keragaman di dalam kelompok dibuat minimum dan keragaman antar kelompok dibuat maksimum.
Gambar 1.1 Contoh pengelompokan petak percobaan
- Penggunaan peubah pengiring. Hal ini dilakukan jika terdapat keragaman di antara satuan-satuan percobaan. Misalnya ingin diketahui perbedaan pengaruh jenis pakan tertentu terhadap pertambahan bobot ayam. Sebelum diberi pakan, ayam-ayam tersebut sudah memiliki bobot yang berbeda, sehingga digunakan peubah pengiring, yaitu bobot ayam sebelum diberi pakan. Analisis dengan menggunakan peubah ini dalam statistika dikenal dengan analisis peragam (analysis of covariance).
- Memperbesar ukuran satuan percobaan. Semakin kecil galat percobaan (
), maka informasi yang diperoleh (atau 
. ) akan semakin besar. Atau dengan kata lain, semakin besar ukuran satuan percobaan (n), maka galat percobaan semakin kecil dan informasi semakin besar.
), maka informasi yang diperoleh (atau 
. ) akan semakin besar. Atau dengan kata lain, semakin besar ukuran satuan percobaan (n), maka galat percobaan semakin kecil dan informasi semakin besar. Pengacakan.
Pengacakan dilakukan dengan memberikan kesempatan yang sama pada tiap satuan percobaan untuk dikenakan perlakuan. Pengacakan juga digunakan untuk menghilangkan bias. Misalnya, dalam percobaan dua varietas jagung, lahan mempunyai arah kesuburan secara bertahap dari kiri ke kanan sehingga hasil akan berkurang dari kiri ke kanan. Untuk menghindari bias ini, varietas-varietas ditempatkan secara acak pada petak percobaan.
Gambar 1.2 Contoh penempatan petak secara sistematik /tidak acak
Penempatan petak yang tidak acak tersebut tidak memberikan penduga galat percobaan yang sah dan akan memberikan hasil yang berbias. Pada contoh diatas, lahan mempunyai arah kesuburan secara bertahap dari kiri ke kanan sehingga hasil akan berkurang dari kiri ke kanan. Jika varietas A selalu ditanam di sebelah kiri varietas B, maka dalam hal ini varietas A akan diuntungkan karena secara relatif perlakuan A berada pada lahan yang lebih subur dibandingkan dengan varietas B. Jadi dalam hal ini penampilan hasil varietas A dan B akan berbias dan lebih menguntungkan A dan jika kita ingin membandingkan varietas A dan B, perbedaan yang terjadi bukan semata-mata disebabkan oleh perbedaan varietas akan tetapi juga disebabkan oleh perbedaan kesuburan tanah. Untuk menghindari hal tersebut petakan harus ditempatkan sedemikian rupa sehingga tidak ada varietas yang diuntungkan atau dirugikan. Hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan varietas-varietas secara acak pada petak percobaan.
Pengulangan.
Ulangan dilakukan dengan memberikan perlakuan yang sama pada satuan percobaan lebih dari satu kali. Fungsi dari ulangan adalah:
- Pendugaan galat. Jika suatu percobaan tidak mengandung ulangan, maka galat percobaan tidak dapat diduga. Kita tidak dapat menjelaskan secara tepat apakah perbedaan yang timbul disebabkan oleh perbedaan diantara perlakuan atau perbedaan di antara satuan-satuan percobaan
- Meningkatkan ketelitian percobaan. Pengguaan teknik-teknik yang kurang teliti atau pegnggunaan satuan percobaan yang kurang homogen dapat diatasi dengan menambah jumlah ulangan. Dengan bertambahnya ulangan, dugaan mean populasi akan semakin teliti.
- Memperluas cakupan kesimpulan. Hal ini dilakukan melalui pemilihan satuan percobaan yang lebih bervariasi, misalnya ulangan yang dilakukan dalam waktu yang berbeda.
- Mengendalikan ragam galat. Dengan membuat kelompok sebagai ulangan, maka satuan percobaan di dalam kelompok mempunyai keragaman minimum dan satuan percobaan antar kelompok mempunyai keragaman maksimum, sehingga usaha untuk melihat perbedaan perlakuan di dalam kelompok akan lebih teliti. Dengan cara ini keragaman galat dapat dikendalikan.
Dalam menentukan jumlah ulangan, beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain keragaman alat, bahan, media, dan lingkungan percobaan, serta biaya dan tenaga yang tersedia.
Setiap prinsip dalam perancangan percobaan ini memiliki peran pentingnya masing-masing dalam memastikan validitas dan reliabilitas hasil percobaan. Dengan prinsip-prinsip ini, kita dapat memastikan bahwa hasil percobaan kita adalah akurat dan dapat dipercaya, serta meminimalisir pengaruh faktor-faktor yang tidak kita inginkan.
Model Tetap dan Model Acak
Klasifikasi faktor menjadi model tetap atau model acak sangat penting dalam penelitian, dan ini tergantung dari pemahaman peneliti terhadap bidang ilmu yang diteliti. Klasifikasi ini membantu peneliti mendapatkan keseragaman definisi dan persepsi.
1. Model Tetap.
Model tetap merujuk kepada percobaan dimana perlakuan atau taraf faktor ditentukan oleh peneliti sebelum penelitian dimulai. Peneliti memiliki alasan, biasanya berdasarkan pengetahuan dalam bidang ilmunya, untuk menentukan bahwa faktor-faktor tersebut memiliki karakteristik tertentu yang membedakannya dari faktor lain. Setiap taraf dapat mewakili populasi yang dihipotesiskan atau dibayangkan ada oleh peneliti.
Misalnya, dalam penelitian pengaruh pejantan sapi Bali terhadap berat lahir anak dari induk yang dikawini. Jika digunakan empat pejantan yang masing-masing dikawinkan dengan lima sapi betina yang seragam, faktor pejantan bisa berupa model tetap atau model acak.
Pejantan sapi Bali dikatakan model tetap, jika setiap pejantan dapat diidentifikasi memiliki ciri-ciri tertentu yang ditentukan oleh peneliti sebelum penelitian. Misalnya, pejantan pertama berumur 2 tahun, pejantan kedua berumur 2,5 tahun, pejantan ketiga berumur 3 tahun, dan pejantan keempat berumur 3,5 tahun. Dalam hal ini, setiap pejantan dapat mewakili himpunan populasi yang dihipotesiskan atau dibayangkan oleh peneliti.
Contoh lainnya misalkan seorang peneliti ingin mempelajari pengaruh variasi jenis pupuk (faktor) terhadap produksi tanaman padi. Peneliti tersebut memutuskan untuk menggunakan tiga jenis pupuk yang berbeda: Pupuk A, Pupuk B, dan Pupuk C, yang telah dipilih berdasarkan karakteristik-karakteristik tertentu. Dalam konteks ini, jenis pupuk merupakan model tetap, karena peneliti telah menetapkan jenis-jenis pupuk yang akan diteliti sebelum percobaan dimulai.
2. Model Acak.
Sebaliknya, jika peneliti melakukan penelitian tentang pengaruh varietas tanaman terhadap hasil panen, tetapi varietas tanaman yang digunakan diambil secara acak dari puluhan atau ratusan varietas yang tersedia, maka ini menjadi contoh dari model acak. Peneliti mungkin memilih lima varietas secara acak dari populasi yang besar dan menanam mereka di bawah kondisi yang sama untuk melihat bagaimana mereka tumbuh. Dalam hal ini, varietas tanaman mewakili model acak, karena peneliti tidak menentukan varietas apa yang akan digunakan sebelum penelitian dimulai.
Dalam model tetap, peneliti telah mendefinisikan populasi inferensinya. Misalkan αi (i=1,2,3,...,t) melambangkan pengaruh tetap taraf ke-I faktor A. Karena αi dianggap konstan, maka E(αi)= αi, yaitu rataan sebenarnya αi.
Faktor termasuk dalam model acak, jika peneliti mengambil t taraf dari suatu faktor (t < T) secara acak dari populasi faktor. Dalam hal ini, pengulangan untuk memperoleh t taraf faktor A mengandung unsur ketakpastian. Misalkan Ai (i=1, 2, 3,...,t) melambangkan pengaruh acak taraf ke-I faktor A, rataan sebenarnya Ai=E(Ai)=0, untuk semua i, karena Ai dianggap sebagai variabel acak. Keragaman dalam model acak timbul bukan hanya karena keragaman nilai-nilai Ai, tetapi juga oleh keragaman contoh-contoh berukuran t berdasarkan penarikan dengan pemilihan.
3. Model Campuran.
Model campuran mungkin terjadi jika peneliti melakukan penelitian terhadap pengaruh pupuk dan varietas tanaman terhadap hasil panen. Misalkan peneliti telah memilih tiga jenis pupuk (Pupuk A, Pupuk B, dan Pupuk C) dan memilih lima varietas padi secara acak dari populasi yang besar. Dalam kasus ini, jenis pupuk mewakili model tetap (karena peneliti menetapkan jenis-jenis pupuk sebelum percobaan dimulai), sedangkan varietas tanaman mewakili model acak (karena peneliti memilih varietas secara acak). Ini adalah contoh dari model campuran, di mana beberapa faktor dipilih dengan cara yang tetap, sementara yang lain dipilih secara acak.
Pemilihan antara model tetap, model acak, atau model campuran memiliki konsekuensi signifikan pada pendekatan analisis yang digunakan dalam penelitian. Berikut ini beberapa konsekuensinya:
- Model Tetap: Dalam model tetap, peneliti biasanya tertarik untuk memahami pengaruh langsung dari level atau kategori tertentu dari variabel independen (faktor) terhadap variabel dependen. Dalam hal ini, analisis varians (ANOVA) sering digunakan untuk menilai perbedaan rata-rata antara kelompok. Tujuan utama adalah untuk menentukan apakah perbedaan yang diamati antara kelompok berbeda secara signifikan dari apa yang mungkin diharapkan berdasarkan variasi acak saja. Konsekuensinya, jika peneliti ingin membuat inferensi atau generalisasi ke level faktor lain di luar yang dipilih dalam penelitian, ini mungkin tidak tepat karena level faktor ditetapkan secara spesifik oleh peneliti.
- Model Acak: Dalam model acak, peneliti biasanya tertarik pada variabilitas antar level atau kategori dari variabel independen. Analisis yang sesuai di sini bisa melibatkan ANOVA, tetapi dengan pemahaman bahwa kesimpulan yang ditarik seharusnya mengenai variabilitas dalam populasi yang lebih luas, bukan tentang level atau kategori spesifik yang dipilih untuk penelitian. Konsekuensinya, hasil dari analisis model acak biasanya tidak bisa langsung diaplikasikan untuk level atau kategori spesifik dari faktor, tapi lebih kepada keseluruhan populasi.
- Model Campuran: Dalam model campuran, ada campuran antara kepentingan pada efek spesifik level atau kategori (dari model tetap) dan kepentingan pada variabilitas (dari model acak). Analisis yang tepat bisa melibatkan teknik seperti analisis varians campuran atau model linier campuran. Konsekuensinya, penelitian bisa menjadi lebih kompleks dan mungkin memerlukan pemahaman yang lebih mendalam tentang statistika dan pemodelan.
Dalam konteks desain eksperimen, pemilihan model tetap, acak, atau campuran akan sangat mempengaruhi bagaimana data dianalisis dan bagaimana hasilnya diinterpretasikan. Oleh karena itu, penting untuk peneliti mempertimbangkan tujuan penelitian, populasi yang diinginkan, dan jenis inferensi yang diinginkan sebelum memutuskan model yang tepat untuk digunakan.
Perhitungan dengan Aplikasi Pengolah Data
SmartstatXL (Excel Add-In)
Perhitungan Analisis Ragam untuk berbagai Rancangan Percobaan dan Uji Lanjut (LSD, Tukey’s HSD, Scheffé’s test, Duncan, SNK, Dunnet, REGWQ, Scott Knott) dengan menggunakan SmartstatXL bisa dipelajari pada tautan berikut: Dokumentasi SmartstatXL Add-In