AP Statistics
block

Khối (block) là nhóm đơn vị thực nghiệm tương đồng về một đặc điểm nền ảnh hưởng đến biến phản hồi, nhằm tách biến thiên này khỏi so sánh.
Trong thiết kế thực nghiệm, nhà nghiên cứu thường gặp tình huống mà một số đặc điểm của đơn vị thực nghiệm — chẳng hạn giới tính, độ tuổi, hay điều kiện môi trường — có thể tác động đến kết quả đo lường ngay cả trước khi bất kỳ nghiệm thức nào được áp dụng. Để kiểm soát nguồn biến thiên này, các đơn vị thực nghiệm được sắp xếp thành từng khối sao cho các đơn vị trong cùng một khối có đặc điểm nền tương tự nhau. Nhờ đó, khi so sánh kết quả giữa các nghiệm thức, sự khác biệt do đặc điểm nền đã được tách ra và không làm nhiễu phép so sánh đó.
Sau khi hình thành các khối, các nghiệm thức được phân ngẫu nhiên cho các đơn vị thực nghiệm trong từng khối riêng biệt, chứ không phân ngẫu nhiên trên toàn bộ mẫu như trong thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên (completely randomized design). Thiết kế này được gọi là thiết kế khối ngẫu nhiên (randomized block design). Tuy vẫn có tính ngẫu nhiên, song phép ngẫu nhiên hóa ở đây chỉ diễn ra bên trong mỗi khối; vì vậy, khối không phải là nghiệm thức và cũng không phải là nhóm nghiệm thức.
Một trường hợp đặc biệt và thường gặp trong đề thi là thiết kế cặp ghép (matched pairs design), trong đó mỗi khối chỉ gồm hai đơn vị hoặc thậm chí một đơn vị chịu cả hai nghiệm thức theo thứ tự ngẫu nhiên. Thiết kế cặp ghép cho phép so sánh trực tiếp phản ứng của cùng một đối tượng với hai điều kiện khác nhau, do đó loại bỏ được toàn bộ biến thiên giữa các cá thể. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc sử dụng khối giúp kiểm soát biến gây nhiễu (confounding variable) có thể đo được và dự đoán được trước khi thực nghiệm bắt đầu; nó không thể thay thế cho việc ngẫu nhiên hóa trong việc kiểm soát những yếu tố không lường trước được.
Trực giác: Hãy hình dung một cuộc thi nấu ăn mà ban tổ chức chia thí sinh theo vùng miền trước rồi mới bốc thăm thực đơn trong từng nhóm — như vậy kết quả chấm điểm không bị lẫn lộn bởi khẩu vị vùng miền, mà chỉ phản ánh thực đơn.
đầu thế kỷ 20Ronald A. Fisher
Khi làm thí nghiệm, người nghiên cứu luôn gặp một trở ngại quen thuộc: các đơn vị thí nghiệm (experimental units) không bao giờ giống hệt nhau, nên chênh lệch giữa các nhóm có thể đến từ chính sự khác biệt sẵn có chứ không phải từ cách xử lý. Công trình của Fisher về phân tích phương sai đã đặt nền móng cho lời giải: gom những đơn vị tương tự nhau thành từng nhóm dựa trên một hay vài biến đã biết, rồi mới so sánh trong nội bộ mỗi nhóm. Nhờ đó phần biến thiên do các yếu tố gây nhiễu (nuisance factors) bị chặn lại thay vì trộn lẫn vào kết quả. Về sau, ý tưởng này được chuẩn hóa thành thiết kế khối ngẫu nhiên (randomized block design) và thiết kế hình vuông Latinh (Latin square design), và đến nay vẫn giữ vai trò then chốt trong thiết kế thí nghiệm.
Chia khối xong vẫn phải bốc thăm gán xử lý bên trong từng khối.
Nhiều bài làm dừng lại ở chỗ tách các đơn vị thí nghiệm thành từng nhóm giống nhau rồi cho luôn nhóm này dùng thuốc A, nhóm kia dùng thuốc B. Làm như vậy là biến đặc điểm dùng để chia khối thành một yếu tố gây nhiễu mới, vì khi kết quả khác nhau ta không biết do xử lý hay do đặc điểm đó. Thiết kế khối ngẫu nhiên hóa (randomized block design) đòi hỏi rằng trong mỗi khối, các đơn vị được gán ngẫu nhiên vào đủ cả hai xử lý, và việc bốc thăm ấy được thực hiện riêng biệt ở từng khối. Nói cách khác, chia khối chỉ sắp xếp lại sân chơi; ngẫu nhiên hóa mới là thứ cho phép kết luận nhân quả.
Khối phải đồng nhất bên trong và khác biệt giữa các khối, chứ không ngược lại.
Một số học sinh chọn cách nhét vào mỗi khối đủ mọi kiểu người cho "cân bằng", tưởng rằng như thế mới công bằng. Thực ra mục đích của việc chia khối là tách phần biến thiên tự nhiên do đặc điểm đã biết ra khỏi phần so sánh giữa các xử lý, nên các đơn vị trong cùng một khối càng giống nhau càng tốt, còn giữa các khối thì càng khác nhau càng tốt. Vì vậy khi đề hỏi điều gì nên định hướng việc lập khối, câu trả lời luôn là một đặc điểm được cho là ảnh hưởng tới biến phản hồi (response variable) — loại da với thí nghiệm kem chống nắng, giới tính với bài kiểm tra nhân, loại chấn thương với thuốc giảm đau. Đặc điểm không liên quan gì đến kết quả thì chia khối theo nó chỉ tốn công mà không giảm được nhiễu.
Chia khối làm giảm biến thiên, không làm giảm thiên lệch.
Đây là chỗ dễ mất điểm trong câu tự luận vì hai khái niệm nghe na ná nhau. Thiên lệch phát sinh từ cách lấy mẫu hoặc cách gán xử lý và chỉ được xử lý bằng ngẫu nhiên hóa; còn chia khối giữ cho một nguồn biến thiên đã biết không lẫn vào so sánh, nhờ đó khác biệt thật giữa các xử lý dễ lộ ra hơn. Kết quả là kiểm định trở nên nhạy hơn: cùng một hiệu ứng, thiết kế có khối dễ cho kết quả có ý nghĩa thống kê hơn thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên. Hãy viết "giảm biến thiên do ... và giúp phát hiện khác biệt giữa các xử lý rõ hơn", đừng viết "để tránh thiên lệch".
Khối trong thí nghiệm khác với tầng trong lấy mẫu.
Hai kỹ thuật này cùng dựa trên ý tưởng nhóm các đối tượng giống nhau lại, nên rất hay bị gọi nhầm tên. Lấy mẫu phân tầng (stratified random sampling) thuộc về khâu chọn ai vào nghiên cứu và nhằm giúp mẫu đại diện tốt hơn cho tổng thể, trong khi chia khối thuộc về khâu thiết kế thí nghiệm và nhằm so sánh các xử lý chính xác hơn trên những đơn vị đã có sẵn. Trường hợp cực đoan của chia khối là mỗi khối chỉ gồm hai đơn vị rất giống nhau, hoặc cùng một người đo hai lần, khi đó ta có thiết kế cặp đôi tương ứng (matched pairs). Dùng sai tên trong bài tự luận thường bị trừ điểm dù ý tưởng mô tả đúng.
Quiz câu thật từ ngân hàng đề
Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .
Vì sao mang đúng cái tên này? Tên gọi phản ánh đúng thao tác của phương pháp. Trong tiếng Anh, "block" chỉ một mảng, một khối liền gồm những phần tử được gom lại với nhau; ở đây nó là tập hợp các đơn vị thí nghiệm giống nhau ở một hoặc vài đặc điểm đã chọn trước, được xếp chung thành một nhóm trước khi phân phương pháp xử lý. Tiếng Việt dịch thẳng thành "khối", giữ nguyên hình ảnh gom-thành-mảng đó. Cách hiểu này giải thích luôn vì sao động từ "blocking" được dịch là "chia khối": việc cần làm là chia tổng thể các đơn vị thành những khối đồng nhất, chứ không phải chặn hay khóa điều gì như nghĩa thông thường của từ có thể gợi ra.
Bốc thăm trong từng khối — nhìn hai loại da chia đều về hai nhóm kem
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Mô tả thiết kế khối phải nêu đủ ba việc: chia khối, ngẫu nhiên hóa trong mỗi khối, so sánh.
Giám khảo tìm đúng cụm "within each block" trong bài của thí sinh; thiếu cụm này thì phần ngẫu nhiên hóa coi như chưa có. Một câu trả lời đầy đủ thường có dạng: chia 80 bệnh nhân thành ba khối theo loại chấn thương, trong mỗi khối bốc thăm để một nửa dùng thuốc thảo dược và một nửa dùng thuốc chuẩn, sau đó so sánh mức giảm đau trung bình giữa hai xử lý trong từng khối rồi tổng hợp lại. Nêu cả cơ chế bốc thăm cụ thể — rút thăm, dùng bảng số ngẫu nhiên, đánh số rồi chọn — sẽ chắc điểm hơn là chỉ nói "gán ngẫu nhiên".
Khi được hỏi lợi ích của việc chia khối, phải gắn câu trả lời vào biến phản hồi cụ thể của đề.
Câu "chia khối giúp giảm biến thiên" nói chung chung thường không đủ điểm; phải viết rõ biến nào và ảnh hưởng tới cái gì, chẳng hạn "vì mức độ hồi phục khác nhau rõ rệt giữa chấn thương gối, tay và chân, chia khối theo loại chấn thương tách được phần khác biệt đó ra khỏi so sánh giữa hai loại thuốc". Ngoài ra, khi đề nói người tham gia là tình nguyện viên, hãy nhớ tách hai kết luận: nhờ gán ngẫu nhiên ta vẫn được phép nói về quan hệ nhân quả, nhưng vì không lấy mẫu ngẫu nhiên từ tổng thể nên không được tổng quát hóa kết quả ra ngoài nhóm tham gia.
Đừng đề xuất chia khối theo đặc điểm không ảnh hưởng đến kết quả, dù nghe có vẻ khoa học.
Trong câu trắc nghiệm về việc lập khối, các phương án gây nhiễu thường là những đặc điểm vô can hoặc những cách nhóm ngược logic, ví dụ tạo các khối đa dạng nhất có thể. Hãy tự hỏi: nếu tất cả mọi người đều dùng cùng một xử lý, đặc điểm này có làm kết quả khác nhau nhiều không? Nếu có thì nó xứng đáng làm biến chia khối; nếu không thì chọn phương án khác.
Các khối nên được lập theo mức độ nhạy cảm của da với ánh nắng, vì đây là đặc điểm ảnh hưởng mạnh nhất đến khả năng bị cháy nắng: ba khối gồm 24, 20 và 16 người. Trong mỗi khối, người tham gia được gán ngẫu nhiên vào hai loại kem theo tỉ lệ một nửa — một nửa, tức 12–12, 10–10 và 8–8, cho tổng cộng 30 người mỗi loại kem. So với việc gán ngẫu nhiên cả 60 người một lượt, thiết kế này bảo đảm mỗi loại kem đều được thử trên đủ ba dạng da, loại bỏ khả năng một loại kem tình cờ nhận nhiều người da ít nhạy cảm hơn, và làm giảm biến thiên trong nội bộ phép so sánh nên kết luận về sự khác biệt giữa hai loại kem trở nên đáng tin cậy hơn.
Nhà nghiên cứu nên lập ba khối theo vị trí chấn thương vì mức đau tự đánh giá gắn chặt với chỗ bị thương, và nếu không kiểm soát thì đặc điểm này sẽ trộn lẫn với tác dụng của thuốc. Trong mỗi khối, bệnh nhân được gán ngẫu nhiên vào hai loại thuốc theo tỉ lệ đều nhau: 20–20 ở khối đầu gối, 8–8 ở khối cánh tay và 12–12 ở khối bàn chân, tổng cộng 40 người mỗi loại thuốc. Việc so sánh hiệu quả giảm đau phải được thực hiện bên trong từng khối trước rồi mới gộp lại, vì chỉ khi đó kết luận về loại thuốc thảo dược mới không bị vị trí chấn thương làm sai lệch.