thiết kế khối

Trong bất kỳ thực nghiệm nào, nhà nghiên cứu đều phải đối mặt với nguy cơ rằng sự khác biệt giữa các đơn vị thực nghiệm — chứ không phải sự khác biệt giữa các nghiệm thức — mới là nguyên nhân thực sự tạo ra kết quả quan sát được. Thiết kế khối ra đời để kiểm soát nguồn biến thiên này: trước khi phân công nghiệm thức, người nghiên cứu gom các đơn vị có đặc điểm tương đồng lại thành từng khối, rồi mới thực hiện phân công ngẫu nhiên bên trong mỗi khối. Nhờ đó, mỗi nghiệm thức đều được thử nghiệm trong điều kiện gần như tương đương nhau về mặt đặc điểm của đơn vị thực nghiệm.

Cơ chế hoạt động của thiết kế khối dựa trên nguyên tắc kiểm soát biến nhiễu bằng cách đưa nó vào cấu trúc của thực nghiệm thay vì bỏ qua nó. Chẳng hạn, nếu giới tính của đối tượng có thể ảnh hưởng đến kết quả, người nghiên cứu sẽ tạo một khối gồm toàn nam và một khối gồm toàn nữ, rồi phân công nghiệm thức ngẫu nhiên trong từng khối. Khi đó, bất kỳ sự khác biệt nào quan sát được giữa các nghiệm thức đều không thể giải thích bằng sự chênh lệch về giới tính. Ngược lại, nếu người nghiên cứu không chia khối mà gộp tất cả vào thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên (completely randomized design), sự biến thiên do giới tính sẽ hòa lẫn vào sai số thực nghiệm và làm giảm khả năng phát hiện hiệu ứng thực sự của nghiệm thức.

Một trường hợp đặc biệt phổ biến của thiết kế khối là thiết kế cặp ghép (matched pairs design), trong đó mỗi khối chỉ gồm hai đơn vị — hoặc thậm chí là một cá nhân duy nhất được thử cả hai nghiệm thức theo thứ tự ngẫu nhiên. Thiết kế cặp ghép có hiệu quả cao vì nó loại bỏ toàn bộ sự biến thiên giữa các cá nhân. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng việc chia khối không thay thế cho việc chọn mẫu ngẫu nhiên từ tổng thể; do đó, khả năng suy rộng kết quả vẫn phụ thuộc vào cách thu thập các đơn vị thực nghiệm ban đầu.