Laborexperiment Schritt für Schritt planen
Laborexperiment planen: Hypothese, Variablen, Kontrolle, Auswertung
Ein Laborexperiment ist dann geplant, wenn Hypothese, Variablen, Kontrollbedingungen, Stichprobe, Messverfahren und Auswertung vor der ersten Messung festliegen. Dieser Ratgeber beschreibt diese Entscheidungen Schritt für Schritt, von der Fragestellung bis zur Abgrenzung zum Feldexperiment.
Kostenlos herunterladen
Forschungsdesign wählen: Merkzettel für den Aufbau einer Studie
Die Kette von der Forschungslücke bis zur Aussage, neun Designs nebeneinander mit Stärke und Grenze, die Wege der Erhebung, die Operationalisierung in sechs Schritten, die Gütekriterien und ein Raster für das eigene Design.
Fragestellung, Hypothese und Variablen festlegen
Ein Laborexperiment beginnt mit einer Fragestellung, aus der sich eine prüfbare Hypothese und klar benannte Variablen ergeben. Im Experiment wird eine unabhängige Variable gezielt verändert, und es wird erfasst, welche Wirkung diese Veränderung auf eine abhängige Variable hat. Im einfachsten Plan stehen sich dafür eine Experimentalgruppe und eine Kontrollgruppe gegenüber, sodass sich die Bedingung mit Veränderung von der Bedingung ohne Veränderung unterscheiden lässt.
Damit aus einem solchen Vergleich ein kausaler Schluss wird, müssen drei Dinge zusammenkommen: eine erkennbare Kovariation zwischen Ursache und Wirkung, eine zeitliche Vorordnung der Ursache vor der Wirkung und der Ausschluss anderer Erklärungen für den beobachteten Unterschied. Aus diesem Grund wird die Hypothese vor der Datenerhebung als Wenn-dann-Aussage formuliert: Erst wenn feststeht, was im Fall einer bestimmten Veränderung erwartet wird, lässt sich nach der Messung beurteilen, ob diese Erwartung eingetreten ist. Eine Hypothese, die erst nach den Daten entsteht, kann diese Prüfung nicht mehr leisten.
Als erfundenes Beispiel aus der Psychologie: Die Fragestellung könnte lauten, ob Hintergrundlärm die Lesegeschwindigkeit senkt. Die unabhängige Variable wäre die Lärmbedingung mit den Stufen mit Lärm und ohne Lärm, die abhängige Variable die Lesezeit für einen Standardtext. Die Hypothese würde dann gerichtet formuliert, etwa in der Richtung, dass Lärm die Lesezeit verlängert, ohne dass an dieser Stelle Messwerte oder ein Ergebnis genannt werden.
Ein zweites, ebenfalls erfundenes Beispiel aus der Chemie oder Biologie: Die Fragestellung könnte sein, ob die Temperatur die Keimrate von Kressesamen beeinflusst. Die unabhängige Variable wäre die Temperatur in festgelegten Stufen, die abhängige Variable der Anteil gekeimter Samen nach einer festgelegten Zeit, wieder ohne konkrete Messwerte. Für die Grundlagen zur Unterscheidung von abhängiger und unabhängiger Variable und zum Aufbau einer Hypothese lohnt ein Blick auf die jeweils eigenen Seiten dazu, statt diese Grundlagen hier zu wiederholen. Ein eigener Ratgeber zu Experiment Methode vertieft diesen Punkt, und ein eigener Ratgeber zu Hypothesen formulieren vertieft diesen Punkt ebenfalls.
Kontrollbedingungen, Randomisierung und Verblindung planen
Ob ein Laborexperiment eine Ursache zeigen kann, entscheidet sich an der Kontrolle von Störvariablen und an der Zuordnung zu den Bedingungen. Störvariablen können systematisch oder unsystematisch wirken, und sie stammen aus der Person, aus der Situation oder aus der Bedingung selbst. Als Kontrolltechniken werden Eliminieren, Konstanthalten, Ausbalancieren, Randomisieren, Auspartialisieren und Manipulationschecks genannt, ohne dass damit eine feste Reihenfolge oder eine Pflichtabfolge gemeint ist.
Eliminieren bedeutet, eine Störquelle ganz aus der Versuchssituation zu entfernen, etwa einen Nebengeräuschpegel im Raum. Konstanthalten heißt, eine mögliche Störgröße für alle Versuchspersonen gleich zu halten, etwa die Tageszeit der Sitzung. Ausbalancieren verteilt eine Störgröße gleichmäßig über die Bedingungen, Randomisieren ordnet die Versuchspersonen nach dem Zufall den Bedingungen zu, Auspartialisieren rechnet den Einfluss einer Störgröße nachträglich heraus, und ein Manipulationscheck prüft als Planungsfrage, ob eine Bedingung tatsächlich so wahrgenommen wurde, wie sie gedacht war.
Die Kontrollgruppe dient dem Vergleich mit einer Gruppe, die die untersuchte Bedingung nicht erhält oder eine Vergleichsbedingung durchläuft. Beim erfundenen Beispiel zum Lärm liefe die Gruppe ohne Lärm als Kontrollbedingung, beim Beispiel zur Keimrate liefen Ansätze bei einer Standardtemperatur als Vergleich. Randomisierung zählt zu diesen Kontrolltechniken, sie beseitigt aber nicht automatisch jede denkbare Störung.
Zur Verblindung: Der Kodex der Deutschen Forschungsgemeinschaft nennt die Verblindung von Versuchsreihen als eine Methode gegen unbewusste Verzerrungen bei der Interpretation von Befunden, soweit dies möglich ist. Nicht jedes Experiment lässt sich in gleicher Weise verblinden, ein eigener Ratgeber zu Doppelblindstudie vertieft, wie eine solche Verblindung im Versuchsdesign aussehen kann. Ein eigener Ratgeber zu Gütekriterien vertieft diesen Punkt, wenn es um die Qualität der Messung insgesamt geht.
Stichprobe festlegen und Messverfahren planen
Stichprobe und Messung werden vor dem ersten Versuch festgelegt, weil sie bestimmen, was das Experiment überhaupt zeigen kann. Zuerst wird die Grundgesamtheit bestimmt, für die eine Aussage gelten soll, danach wird die Stichprobe als möglichst repräsentative Teilmenge daraus gezogen. Ist eine repräsentative Auswahl nicht machbar, werden die gewählte Auswahlmethode und die damit verbundene Einschränkung der Generalisierbarkeit offen berichtet, statt sie zu verschweigen, damit Leserinnen und Leser die Tragweite der Ergebnisse richtig einschätzen können.
Fällt die Stichprobe zu klein aus, kann das Experiment nur ungenaue Ergebnisse liefern; fällt sie unnötig groß aus, bindet das Ressourcen ohne zusätzlichen Erkenntnisgewinn. Auch konfundierende Variablen und weitere Störvariablen werden dabei erfasst und möglichst kontrolliert, damit sie das Ergebnis nicht verzerren. Je nach Verfahren und Design lässt sich die nötige Stichprobengröße vorab bestimmen, etwa mit einem Programm wie G*Power. Mit wachsender Stichprobe steigt dabei die Teststärke, sodass auch sehr kleine Unterschiede statistisch auffällig werden können; die Effektgröße beurteilt zusätzlich, wie bedeutsam ein Unterschied in der Praxis ist. Ein Signifikanzniveau von 0,05 gilt dabei nur als ein typisches Beispiel für eine solche Schwelle, nicht als feste Vorgabe für jedes Experiment.
Das Messverfahren klärt, wie die abhängige Variable erfasst wird: mit welchem Instrument, zu welchem Zeitpunkt im Ablauf und in welcher Einheit. Beim Beispiel zum Lärm wäre das die Lesezeit in Sekunden, beim Beispiel zur Keimrate der Anteil gekeimter Samen. Wie gut ein solches Verfahren misst, behandelt der eigene Ratgeber zu Gütekriterien, der dafür die passenden Maßstäbe liefert.
Ein Pilotlauf vor der eigentlichen Erhebung lässt sich als Planungsmöglichkeit einplanen, dazu liegt aber keine gesicherte Angabe vor, wie viele Durchläufe sinnvoll wären oder welchen Nutzen ein solcher Lauf im Einzelfall bringt. Wer Stichprobe und Messverfahren insgesamt im Zusammenhang einer Studie einordnen will, findet das im Ratgeber zu Experimentelle Studie verstehen und anwenden, und wer vorab klärt, ob ein Ethikantrag stellen nötig wird, findet dazu einen eigenen Ratgeber.
Protokoll, Auswertungsplan und Präregistrierung
Auswertung und Dokumentation werden geplant, bevor die erste Messung vorliegt. Eine Präregistrierung ist dabei ein Studienplan, der vor Beginn der Datenerhebung hinterlegt wird und der explorative von konfirmatorischen Analysen trennbar macht. Üblicherweise stehen darin Forschungsfragen, Hypothesen, das Design, die Variablen und die Analyseplanung, Vorlagen dafür lassen sich über das Open Science Framework finden.
Als Beispiel einer einzelnen Hochschule: An der Universität des Saarlandes kann bei Abschlussarbeiten unter Umständen eine interne Hinterlegung des Plans bei den Betreuenden genügen, ohne dass dies für jede Hochschule oder als allgemeine Pflicht gilt. Eine Registrierung über das Open Science Framework trägt einen Zeitstempel und kann je nach Wahl für eine gewisse Zeit gesperrt bleiben, bevor sie öffentlich einsehbar wird.
Der Kodex der Deutschen Forschungsgemeinschaft verlangt, alle für das Ergebnis relevanten Informationen so nachvollziehbar zu dokumentieren, wie es das jeweilige Fach erfordert, und das schließt ausdrücklich Einzelergebnisse ein, die eine Hypothese nicht stützen. Eine Auswahl von Ergebnissen oder eine Manipulation der Dokumentation ist damit ausgeschlossen. Für das Versuchsprotokoll oder Laborbuch folgt daraus, dass Abweichungen vom ursprünglichen Plan dort vermerkt werden; ein bestimmtes Format schreibt der Kodex dafür nicht vor, sondern verweist auf die Vorgaben des jeweiligen Fachs.
Ebenso gehört in den Plan, welcher statistische Test verwendet wird, welches Signifikanzniveau gilt und welche Gruppen verglichen werden, damit diese Entscheidungen nicht erst nach Sichtung der Daten getroffen werden. Vollständige Informationen zu Methoden-, Auswertungs- und Analyseschritten bilden zudem die Grundlage dafür, ein Experiment später wiederholen zu können, ohne dass sich daraus eine Aussage über eine bestimmte Replikationsquote ableiten lässt. Wie sich ein Laborexperiment davon unterscheidet, im Feld durchgeführt zu werden, erklärt der Ratgeber zu Feldexperiment vs. Labor.
Ethik und Laborsicherheit in die Planung einbeziehen
Ethik und Sicherheit gehören in die Planung, bevor Versuchspersonen oder Gefahrstoffe ins Spiel kommen. Der Kodex der Deutschen Forschungsgemeinschaft verlangt, sofern erforderlich, Genehmigungen und Ethikvoten einzuholen und vorzulegen, und er verlangt, dass die Folgen eines Vorhabens vorab gründlich abgeschätzt werden.
Als Beispiel einer einzelnen Einrichtung: Die Ethikkommission des Psychologischen Instituts der Universität Mainz nennt als typische Problemfälle eine gefährdete Freiwilligkeit, etwa bei Kindern oder bei Täuschung, umfangreiche Daten, ein belastendes Vorgehen und Kontrollgruppendesigns, in denen einer Gruppe eine wirksamere Maßnahme vorenthalten wird. Ein typisches Laborexperiment mit studentischen Versuchspersonen ohne Täuschung braucht dort kein Votum, das Votum selbst dient aber auch als Nachweis, den etwa Drittmittelgeber verlangen können. Das gilt als Beispiel dieser Einrichtung und nicht als Regel für jede Hochschule. Ein eigener Ratgeber zu Ethikantrag stellen vertieft diesen Punkt.
Bei Laborsicherheit im naturwissenschaftlichen Sinn gilt, als Beispiel der Universität Duisburg-Essen: Die Gefährdungsbeurteilung richtet sich dort nach der Gefahrstoffregel TRGS 400, die Laborrichtlinie DGUV Information 213 bis 850 ist textgleich mit der TRGS 526, und bei biologischen Arbeitsstoffen kommt zusätzlich die TRBA 100 hinzu. Diese Regeln gelten an dieser Fakultät für chemische und biologische Arbeitsstoffe.
Ein Verhaltensexperiment ohne Gefahrstoffe, etwa das erfundene Beispiel zum Hintergrundlärm, berührt diese Gefahrstoffregeln nicht im selben Umfang, und welche Stelle an der eigenen Hochschule für Ethik und Sicherheit zuständig ist, lässt sich am besten bei der eigenen Betreuung erfragen. Der Unterschied zwischen abhängiger und unabhängiger Variable, der für jedes dieser Beispiele wichtig bleibt, wird im Ratgeber zu Abhängige und unabhängige Variable erklärt.
Labor gegen Feld abwägen und Planung abschließen
Ob das Experiment im Labor oder im Feld stattfindet, ist eine Abwägung zwischen interner und externer Validität. Interne Validität bezeichnet, wie sicher ein beobachteter Unterschied tatsächlich auf die untersuchte Veränderung zurückgeht, externe Validität bezeichnet, wie gut sich ein Ergebnis auf Situationen außerhalb des Versuchs übertragen lässt. Nach der RPTU ist die interne Validität im Labor höher und im Feld niedriger, während die externe Validität im Labor unsicherer und im Feld besser gesichert ist.
| Merkmal | Laborexperiment | Feldexperiment |
|---|---|---|
| Interne Validität | höher | niedriger |
| Externe Validität | unsicherer | besser gesichert |
| Kontrolle von Störvariablen | über die genannten Kontrolltechniken (Eliminieren, Konstanthalten, Ausbalancieren, Randomisieren, Auspartialisieren, Manipulationscheck) umsetzbar | über die genannten Kontrolltechniken (Eliminieren, Konstanthalten, Ausbalancieren, Randomisieren, Auspartialisieren, Manipulationscheck) umsetzbar |
| Typisches Beispiel | Lesezeit unter Lärm im Labor | Lesezeit im Klassenzimmer |
Grundlagen zum Feldexperiment selbst und zum Aufbau einer experimentellen Studie insgesamt lassen sich auf den jeweils eigenen Seiten dazu nachlesen, ohne sie an dieser Stelle zu wiederholen.
| Planungspunkt | Was vorab feststehen muss |
|---|---|
| Hypothese | als Wenn-dann-Aussage vor der Datenerhebung formuliert |
| Unabhängige und abhängige Variable | beide benannt und von Störvariablen abgegrenzt |
| Störvariablen und Kontrolltechnik | Eliminieren, Konstanthalten, Ausbalancieren, Randomisieren, Auspartialisieren oder Manipulationscheck zugeordnet |
| Kontrollgruppe | Vergleichsbedingung ohne die untersuchte Veränderung festgelegt |
| Zuordnung und Verblindung | Zufallszuordnung geplant, Verblindung geprüft, soweit möglich |
| Stichprobe und Stichprobengrößenbestimmung | Grundgesamtheit und Auswahlmethode benannt, Größe vorab bedacht |
| Messverfahren | Instrument, Zeitpunkt und Einheit der abhängigen Variable festgelegt |
| Auswertungsplan | Test, Signifikanzniveau und verglichene Gruppen vor den Daten festgelegt |
| Präregistrierung | Plan vor der Datenerhebung hinterlegt, falls vorgesehen |
| Ethik und Sicherheit | Votum und Gefährdungsbeurteilung geprüft, soweit erforderlich |
| Protokoll | Ablauf und Abweichungen vom Plan laufend dokumentiert |
Ein Laborexperiment ist geplant, wenn alle Punkte dieser Checkliste vor der ersten Messung entschieden und dokumentiert sind. Wie sich ein solches Experiment in das gesamte Forschungsdesign einer Arbeit einfügt, zeigt der Ratgeber zum Forschungsdesign der Bachelorarbeit.
Quellen und Stand
- Experiment, Forschungsmethoden-Wiki, Methodenzentrum der RPTU Kaiserslautern-Landau: rptu.de (geprüft am 2026-10-02)
- Stichprobenziehung, Forschungsmethoden-Wiki, Methodenzentrum der RPTU Kaiserslautern-Landau: rptu.de (geprüft am 2026-10-02)
- Inferenzstatistik: wichtige Konzepte, Forschungsmethoden-Wiki, Methodenzentrum der RPTU Kaiserslautern-Landau: rptu.de (geprüft am 2026-10-02)
- Leitlinie 9: Forschungsdesign, DFG-Kodex Leitlinien zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis, Portal Wissenschaftliche Integrität: www.wissenschaftliche-integritaet.de (geprüft am 2026-10-02)
- Leitlinie 12: Dokumentation, DFG-Kodex Leitlinien zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis, Portal Wissenschaftliche Integrität: www.wissenschaftliche-integritaet.de (geprüft am 2026-10-02)
- Leitlinie 10: Rechtliche und ethische Rahmenbedingungen, DFG-Kodex Leitlinien zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis, Portal Wissenschaftliche Integrität: www.wissenschaftliche-integritaet.de (geprüft am 2026-10-02)
- Präregistrierungen, Toolbox der Fakultät HW, Universität des Saarlandes: www.uni-saarland.de (geprüft am 2026-10-02)
- Antragstellung Ethikkommission, Psychologisches Institut der Johannes Gutenberg-Universität Mainz: www.psychologie.uni-mainz.de (geprüft am 2026-10-02)
- Gefährdungsbeurteilung: Sonderfall Laboratorien, Arbeitssicherheit Chemie, Universität Duisburg-Essen: www.uni-due.de (geprüft am 2026-10-02)