Wir möchten hier grundsätzliche Schritte zur Durchführung einer quantitativen Forschung in der Sportwissenschaft am Beispiel einer biomechanischen Messung im Bereich Weitsprung vorstellen. Dabei geht es zunächst um den Ablauf der Forschung ausgehend von der Formulierung der Forschungsfrage bis hin zur Beantwortung dieser. Meistens wird im Rahmen eines Forschungsprojektes jedoch nicht nur eine Forschungsfrage untersucht. Die Fragestellungen können sich z.B. auch erst im Verlauf einer Untersuchung ergeben oder ändern. Auch können Fragestellungen möglicherweise nicht oder nicht vollständig beantwortet werden. Daher sollen nicht nur die notwendigen Schritte in Vorbereitung und Revision dieser inneren Forschungsschleife (von Fragestellung bis Beantwortung dieser), sondern auch übergeordnete Aspekte der Forschungsorganisation und des Forschungsmanagements aufgezeigt werden.

Nehmen wir als Beispiel eine Untersuchung zur Charakterisierung der Wirkung von biomechanischen Einflussgrößen (Messparametern) auf die Absprungdynamik und damit auf die Sprungweite im Weitsprung. Hier wird im Anlauf zunächst eine hohe Anlaufgeschwindigkeit v0 angestrebt. Während der letzten Schritte wird der Bewegungsablauf gezielt verändert, um einerseits einen möglichst genauen Aufsatz auf dem Absprungbrett (minimale Verluste, ohne Übertreten) und gleichzeitig eine günstige Anfangsbedingung für den Absprung zu ermöglichen.

Ziel der Untersuchung ist daher, den Zusammenhang von günstigen Anfangsbedingungen während des Anlaufs und Eigenschaften während des Absprungs auf die Sprungweite zu bestimmen.

In der Studie von Hay u.a. (1986) wurden die letzten vier Schritte vor dem Absprung kinematisch analysiert, um so den Einfluss der einzelnen Bewegungsparameter auf die Sprungweite zu analysieren. Dabei haben sie die Sprungweite als eine Summe von Absprung-, Flug- und Landeweite aufgeschlüsselt. Die Beiträge (Korrelationen) der einzelnen kinematische Parameter der letzten vier Schritte auf die Sprungweite wurde durch ein Baumdiagramm zusammengefasst.

<imgcaption image1 | Einfluss von kinematischen Parametern auf die Absprungdynamik des Weitsprungs (aus Hay u.a., 1986). Die Zahlen beschreiben die Korrelationen zwischen den kinematischen Parametern und auf die Sprungweite. > </imgcaption>

Als Ausgangspunkt der Forschung muss zunächst der Bedarf bzw. das Interesse an der Forschung geklärt sein. Die Forschung kann z.B. grundlagen- (engl. bottom up) oder anwendungsorientiert (engl. top down) sein. Im Beispiel des Weitsprungs ist das z.B. aus Sicht des Trainers und des Athleten (Anwender) die Notwendigkeit, aus wenigen relevanten und leicht messbaren Parametern eine möglichst schnelle Aussage auf die Anlauf- und Absprungtechnik beim Weitsprung zu erhalten.

In einem zweiten Schritt werden dann die möglichen Ansätze zur Beschreibung (z.B. Modellierung) und Analyse (Messung) der Bewegung herausgearbeitet. Z.B. könnte das Modell auf Zusammenhänge (Korrelationen) oder Abhängigkeiten (Kausalitäten, Einflussgrößen) abzielen. In der Analyse können verschiedene Messgrößen (z.B. kinematische, kinetische, elektromyographische, spiroergometrische) einbezogen werden. Dabei ist der Gewinn der möglichen Einsichten mit dem damit verbundenen experimentellen und Analyseaufwand abzuwägen.

Nach der Abwägung der möglichen Forschungsansätze und der notwendigen Messgrößen kann nun die Forschungsfrage und zugehörige Hypothesen definiert und das hierfür notwendige Studiendesign ausgewäht werden.

Für die Versuchsdurchführung ist ein Versuchsprotokoll, eine Probandeninformation sowie - bei Untersuchungen am Menschen - ein Ethikantrag vorzubereiten. Dieser Ethikantrag muss vor Beginn der Messung von einer lokalen Ethik-Kommission geprüft und positiv entschieden sein (Weiteres zum Thema Forschungethik kann hier nachgelesen werden). Zur Datenerhebung können verschiedene Beobachtungs- und Befragungsmethoden sowie Tests zur Anwendung kommen (Bös u.a., 2002). In den Bereichen Sportmedizin, Sportpsychologie, Trainings- und Bewegungswissenschaften sowie insbesondere der Sportbiomechanik stehen vielfältige Messsysteme zur Verfügung.

Entscheidend für eine erfolgreiche Versuchsdurchführung ist eine geeignete Definition (Auswahl) der Stichprobe sowie eine Prüfung (sowie ggf. Vermeidung) von möglichen (Mess-)Fehlerquellen bzw. Störgrößen. Z.B. benötigen Messapparaturen oft sehr definierte Umgebungsbedingungen (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Lichteinstrahlung), welche z.B. bei Messungen im Freien nur bedingt kontrolliert oder konstant gehalten werden können (z.B. Videoanalyse mit Gegenlicht). Ebenso treten bei motorischen Diagnosen häufig Lern- und Motivationseffekte auf. Hier müssen spezielle Vorkehrungen getroffen werden (z.B. Randomisierung), um solche ungewünschten Effekte zu eliminieren.

Für die Datenauswertung stehen spezielle Computerprogramme (z.B. Excel, Matlab, SPSS, R) zur Verfügung. Hierzu müssen die Messdaten in ein von diesen Programmen lesbares Format (meist Textformat mit Trennung der Einzeldaten, z.B. über Komma oder Tabulatoren) überführt werden. Heutzutage bieten die meisten Messsysteme ein Export in Text (ASCII-Format) oder Matlab an. Diese konvertierten (d.h. in ein anderes Format umgewandelten) Daten können dann direkt in die entsprechende Software eingelesen werden. Entsprechend dem Versuchsdesign können dann spezielle Algorithmen oder Modelle genutzt werden, um mit den Daten die gewünschten Aussagen (z.B. Korrelation zwischen kinematischen Parametern beim Weitsprung, siehe Abb. 1; Beinsteifigkeit beim Laufen, siehe FMB3 Beinfunktion) zu erhalten.

Häufig werden Ergebnisse grafisch illustriert, z.B. in Form eines Balkendiagramms oder eines Kurvenverlaufs. Hierfür sind Programme wie Matlab und Excel hervorragend geeignet. Mitunter ist es aber auch sinnvoll, Forschungsergebnisse in einem Schema oder einer Grafik zu veranschaulichen. In einigen Bereichen ist es auch üblich, animierte Bilder (Simulationen, Animationen, Videosequenzen) zu verwenden. Ein aktuelles Beispiel aus der AIDS-Forschung findet sich in AADF1 Animationen zum Testen einer Hypothese (5min, auf Englisch).

Der Forschungszyklus wird abgeschlossen mit einer Interpretation und Präsentation der Ergebnisse. Aus dem Vergleich der Ergebnisse mit anderen Studien kann der Beitrag der Studie aufgezeigt werden. Ebenso müssen Grenzen und Defizite der Untersuchung analysiert und eingeordnet werden. Aus dieser Reflexion der Ergebnisse sowie deren Präsentation (z.B. auf einer Konferenz oder einem Vortrag im Forschungsumfeld) können wichtige Impulse für die Weiterführung der Forschung abgeleitet werden.

Bei dem zuvor dargestellten Forschungsablauf handelt es sich um die gradlinige Schrittfolge. Jedoch werden in praktischen Forschungsprozessen häufig Hypothesen / Ergebnisse überarbeitet, neue Verknüpfungen gebildet und andere Methoden verwendet, sodass sich ein interaktiver Prozess ergibt. Eine detailliertere und dynamischere Darstellung des allgemeinen Forschungsablaufs zeigt Abbildung 2.

<imgcaption image2 | Dynamischer Forschungsablauf, University of California. > </imgcaption>

In der Darstellung werden die Beziehungen zwischen den größeren Komplexen „Erforschung und Entdeckung“, „Ideen testen“, „Vorteile und Ergebnisse“ und „Gemeinschaftliche Analyse und Feedback“ dargestellt.

Der Forschungsprozess - ausgehend von der Erarbeitung einer Fragestellung bis hin zur Beantwortung dieser - lässt sich in wichtige Etappen unterteilen, welche für die verschiedenen Teildisziplinen der Sportwissenschaft zunächst sehr ähnlich sind. Größere Unterschiede ergeben sich bei den Methoden der Datenerhebung und den Analyseverfahren. Diese wurden hier nur kurz erwähnt und werden in folgenden Wiki-Modulen ausführlicher vorgestellt.

Dieser Forschungsablauf ist häufig ein integrierter Baustein in einem Forschungsvorhaben. Die Ergebnisse der Untersuchung können z.B. die Grundlage für weiterführende Forschungen sein oder in die Praxis überführt werden. Hier können z.B. neue Diagnostikwerkzeuge oder Routinen für die Bewegungsanalyse abgeleitet werden. Die Ergebnisse können auch genutzt werden, um bestehende Theorien und Modelle zu revidieren oder zu erweitern. Dieses konzeptionelle Wissen könnte dann z.B. in die Technik übertragen werden, z.B. in Form von neuartigen Prothesen- oder Orthesenkonzepten. Häufig bieten Ergebnisse einer Untersuchung auch eine wichtige Grundlage für politische Entscheidungen (z.B. Gesundheitspolitik) oder für den Sport (z.B. Entscheidungen über Bewertung von Ergebnissen, Festlegung von Regeln im Wettkampf).

Beim Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis kommt es aber auch häufig zu Fehlinterpretationen oder zu gewollten Manipulationen. Einen Einblick in dieses hochsensible Gebiet gibt das Video im Modul AADF3 Der Kampf gegen schlechte Wissenschaft (14min). Ein aktuelles Thema ist auch, ob und wie Forschung genutzt werden kann, um moralische Fragen zu bewerten. Mehr dazu im Video AADF2 Kann Wissenschaft moralische Fragen beantworten? (23min).

<spoiler|Aus welchen Bestandteilen besteht der allgemeine Forschungsablauf?>Der Forschungsablauf besteht aus Forschungsbedarf, Problemanalyse, Forschungsfrage und Hypothesenentwicklung, Studiendesign bzw. Versuchsplanung, Versuchsdurchführung, Datenanalyse, Interpretation und Präsentation.</spoiler> <spoiler|Warum kann der Forschungsprozess auch als dynamischer Prozess beschrieben werden?>Hypothesen oder Ergebnisse werden immer wieder überarbeitet, was zu neuen Verknüpfungen oder Verwendung anderer Methoden führen kann. Dadurch wird der Forschungsprozess nicht starr, sondern interaktiv und dynamisch.</spoiler> <spoiler|Vergleiche die einzelnen Schritte der allgemeinen und der dynamischen Darstellung des Forschungsablaufs. Ergeben sich Unterschiede?>Im dynamischen Forschungsablauf werden die Punkte Hypothesenentwicklung, Studiendesign bzw. Versuchsplanung, Versuchsdurchführung, Datenanalyse und Interpretation einem iterativen Prozess unterworfen und ständig weiterentwickelt.</spoiler> <spoiler|Welches Versuchsdesign würde sich für die Hypothese „Die Weite beim Weitsprung hängt von der Anlaufgeschwindigkeit ab“ eignen? Welcher Aspekt darf dabei nicht außer Acht gelassen werden?>Eine Möglichkeit wäre es, die Anlaufgeschwindigkeit des Probanden sowie die Sprungweite zu messen. Anschließend muss der Proband bei verschiedenen Anlaufgeschwindigkeiten gemessen werden. Es muss klar sein, dass nicht nur die Anlaufgeschwindigkeit einen Einfluss auf die Sprungweite hat und alle anderen Parameter vernachlässigt werden.</spoiler> <spoiler|Was ist der wesentliche Unterschied von Top-down und Bottom-up Forschung?>Die Top-down Forschung ist anwenderorientiert und versucht ein diskretes Problem - zum Beispiel die Verbesserung der Sprungweite eines konkreten Athleten - zu lösen. Die Bottom-up Forschung hingegen ist grundlagenorientiert und versucht allgemeine Fragen zu beantworten.</spoiler>

• Bös, K., Hänsel, F., & Schott, N. (2000). Empirische Untersuchungen in der Sportwissenschaft. Hamburg: Czwalina.
• Hay, J. G., Miller, J. A., & Canterna, R. W. (1986). The techniques of elite male long jumpers. Journal of biomechanics, 19(10), 855-866. Artikel
• University of California Museum of Paleontology(2015). Understanding Science. Letzter Zugriff 14.07.2015, http://undsci.berkeley.edu/lessons/pdfs/complex_flow_handout_ge.pdf

• Singer, R. & Willimczik, K. (2002). Sportwissenschaftliche Forschungsmethoden in der Sportwissenschaft. Hamburg: Czwalina.
• Online-Kurs „How Science works“ University of California, Museum of Paleontology http://undsci.berkeley.edu/index.php

Grundlagen zur Datenerhebung in den Bereichen der Sportwissenschaft (u.a. Biomechanik):

• Bortz, J. & Döring, N. (2002). Forschungsmethoden und Evaluation für Sozialwissenschaften. Berlin: Springer.

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