Perancangan Percobaan

JURNAL STATISTIK TERAPAN INDUSTRI PERTANIAN
PRINSIP DASAR PERANCANGAN PERCOBAAN

Abstrak
Perancangan percobaan merupakan suatu uji atau sederetan uji untuk menggunakan statistika deskriptif maupun inferensia,untuk untuk mengetahui pengaruh berbagai perlakuan terhadap satuan-satuan percobaan yang dicerminkan oleh respon yang diberikan oleh satuan-satuan percobaan tersebut. Dalam perancangan percobaan perlu diperhatikan beberapa prinsip dasar, yaitu pengacakan, perulangan, local kontrol dan juga pengukuran.Proses ini tidak lepas dari beberapa terminologi statistic yang dapat menjelaskan menginterpretasikan data yang telah kita peroleh stelah dimodelkan dalam matematika dalam hal hipotesisnya.

Pengenalan

Istilah perancangan percobaan bukanlah istilah yang baru muncul saat ini, namun kemunculan dari istilah ini telah lama diperkenalkan oleh para ilmuan dalam melakukan pengamatannya. Pada awalnya metodologi perancangan percobaan banyak dilakukan di bidang pertanian dan biologi, sehingga tak heran jika banyak istilah dalam masalah ini berlatar belakang pertanian dan biologi. Sejumlah ahli telah mulai melakukan penelitian dan percobaan pada tahun 1834,misalnya J.B Boussingault Alsace, L.B Lawer, P Nielson yang kemudian dilanjutkan oleh E.S Beaven dan student (W.R Gosset) pada tahun 1900 yang pada akhirnya menghasilkan distribusi-t tahun 1908. dan masih banyak lagi ilmuan lain yang melakukan perancangan percobaan diawal kemunculan ilmu tersebut.
Sebuah perancangan percobaan pada dasarnya merupakan suatu proses untuk meneliti suatu efek perlakuan tertentu, dimana dalam hal ini,merupakan suatu proses yang berulang-ulang.disini sangat dibutuhkan bantuan ilmu matematika dalam memodelkan bentuk tersebut dan juga dibutuhkan ilmu statistic agar,proses yang dilakukan dapat menjadi efisien.


A. Maksud dari Perancangan Percobaan

Eksperimen menggambarkan sebagai prosedur yang sistematis yang dilaksanakan pada kondisi-kondisi yang dikendalikan untuk menemukan suatu efek lain yang tak diduga, untuk menguji atau menetapkan suatu hipotesis, atau untuk menggambarkan suatu effect dikenal.atau dengan kata lain suatu percobaan dapat dilakukan untuk mendapatkan fakta baru,untuk memperkuat atau menolak fakta terdahulu, hal sangat berperan penting dalam pengambilan keputusan.
Eksperimen sering digunakan untuk mengevaluasi masukan proses yang mempunyai suatu dampak penting pada pada hasil proses, dan apa target yang diharapkan untuk mencapai suatu hasil diinginkan . Eksperimen dapat dirancang melalui banyak cara untuk mengumpulkan informasi ini.
Dalam suatu percobaan ada tiga hal yang perlu diperhatikan yaitu ;
1. Respon yang diberikan oleh objek
2. Keadaan tertentu yang sengaja diciptakan untuk menimbulkan respon dan,
3. Keadaan lingkungan dan keragaman alami objek yang dapat menggangu analisis respon yang terjadi.

B.Tujuan Perancangan percobaan

Tujuan dari sebuah perancangan percobaan adalah untuk mengetahui pengaruh berbagai perlakuan terhadap satuan-satuan percobaan yang dicerminkan oleh respon yang diberika oleh satuan-satuan percobaan tersebut.hal ini dimaksudkan agar pengaruh perlakuan ini dapat terlihat jelas,sehingga keragaman respon yang ditimbulkan oleh keadaan lingkungan serta keadaan bahan percobaan yang digunakan tidak mengacaukan pengaruh perlakuan tersebut, karena itu,keragaman respon yang ditimbulkan oleh hal tersebut,perlu diwadahi agar pengaruhya dapat diminimalisir.
Adapun tujuan secara umumdariperancanagn percobaan adalah :
1. Memilih peubah terkendali X yang paling berpengaruh terhadap respon Y
2. Memilih gugus peubah X yang paling mendekati nilai haran Y.
3. Mamilih gugus peubah X yang menyebabkan keragaman respon paling kecil.
4. Memilih gugus peubah X yang mengakibatkan pengaruh peubah tak terkendali paling kecil.

C. Prinsip Utama Perancangan Percobaan
Prinsip utama perancanagn percobaan pada mulanya digagas oleh R.A Fisher dan F Yates dari stasiun percobaan Rothamsted. Prinsip-prinsip tersebut meliputi :pengacakan, Pengulangan,dan Pengendalian local.hal ini dimaksudkan untuk pendugaan yang sahih (valid) dari galat percobaan dan usaha meminimumkan galat percobaan untuk peningkatan penelitian percobaan.
Ketetapan,kepekaan dan banyaknya keterangan dapat diukur sebagai perbandingan terbalik antara ragam (varians) dan nilai tegah (mean).yang dapat disimbolkan sebagai ;
dimana I melambangkan banyaknya keterangan,sehingga jika meningkat,maka banyakya keterangan akan berkurang, sama halnya jika n meningkat,maka banyaknya keterangan akan bertambah.dengan demikian perbandingan dua nilai tengah menjadi lebih peka dalam mendeteksi beda yang kecil antara dua nilai tengah populasi,bila ukuran contohnya bertambah besar..

v Randomization (pengacakan)
Fungsi dari pengacakan adalah menjamin sahihnya atasdugaan tak bias dari galat percobaan dan nilaitengah perlakuan serta perbedaan di antara keduanya. Pengacakan ini merupakan gagasan daro R.A Fisher.dalam hal ini kita perlu membedakan antara pengacakan random dan sembarang (haphazard),dimana sembarang akan merusak dan melemahkan teknik percobaan sedangkan acak mengandung pengertian memeberikan kesempatan yang sama pada masing-masing satuan percobaan. Melalui pengacakan suatu uji statistic menjadi sahih dimana salah satu asumsi dalamanalisis data bahwa galat bersifat bebasdapat dipenuhi.konseppengacakan juga merupakan salahsatu cara untuk menghilangkan bias.

v Replication (pengulangan )
Apabila suatu perlakuan diberikan lebih dari sekali dalam suatu percobaan,maka perlakuan tersebut dikatakan diulang, atau secara sederhana dapat didefenisikan sebagai pengulangan dariperlakuan dasar. pada umumnya percobaan harus diulangi beberapa kali untuk hasil yang lebih teliti secara statistik. Dengan cara yang sama, misalnya dalam variabilitas biologi, kita harus berhati-hati untuk menyamakan hasil yang kita peroleh untuk menyamakan (memperumum)hasil yang kita peroleh untuk individu lain yang sejenis atau bahkan berbeda jenis . Sebagai contoh, jika hipotesis kita adalah tentang mamalia, tidak mungkin cukup sesederhana untuk menyelesaikan eksperimen kita di laboratorium . sama halnya, berbahaya untuk meramalkan kemungkinan dari para siswa sehat menjadi atlit pilihan. Suatu dugaan galat percobaan dibutuhkan untuk uju-uji yang nyata dan pendugaan selang kepercayaan ,jikapercobaan tersebut mempunyai perlakuan yang hanya muncul sekalimaka dikatakan perulangan tunggal. Jika jumlah ulangan menungkat maka dugaan nilai tengah populasi melaluinilai tengahperlakuan yang diamati menjadi lebih teliti.secar umum fungsi dari perulangan adalah : 1).untuk menghasilkan nilai dugaan bagi galat percobaan. 2).meningkatkan ketepatan percobaan dengan memperkecil simpangan baku nilai-tengah perlakuan.3).memperluas daya caku kesimpulan percobaan melaluipemilihan dan penggunaan yang tepat terhadap satuan percobaan yang lebih bervariasi. 4).mengendalikan ragam galat percobaan.adapun jumlah ulangan dalam dari suatu percobaan ditentukan oleh tingkatketelitian yang diinginkan,tingkat keragaman daribahan percobaan dan sumber-sumber yang tersedia. Adapun rumus yang dapat digunakan adalah

dengan mengetahui jumlah ulangan r,maka banyaknya satuan percobaan yang harus disediakan,yaitu: n dapat ditentukan dengan menggandakan nilai r dengan banyaknya perlakuan yang akan dicoba.

v Pengendalian local (local control)
suatu percobaan yang baik akan berusaha meminimumkan galat percobaan, salah satu cara yang mungkin untuk digunakan adalah menentukan perlakuan-perlakuan pada petak percobaan teknik inilah yang biasa dikenal dengan pengendalian lokal
Eksperimen harus dikendalikan/dikontrol dengan baik. Kita harus menghapus yang mana sesuai dengan kriteria mungkin factor yang lain dalam keseluruhan situasi pengujian menghasilkan efek yang sedang kita mengamati, dibanding faktor yang kita tertarik untuk menelitinya.
Pengendalian local ini dapat dikerjakan melalui perancangan percobaan,penggunaan pengamatan pengiring,dan pemilihan satuan percobaan.
Pada suatu tingkatan yang lebih teknis, kita harus memiliki pedoman pengukuran yaitu yang dapat direproduksi dari hari ke hari, antara operator di dalam laboratorium yang sama, atau antar laboratorium. Sedang kita mungkin yakin sekitar suatu timbangan atau suatu ukuran garis, dapatkah kita sungguh-sungguh mengatakan metoda untuk mengukur haemoglobin? Apakah dua kelompok siswa mengukur contoh yang sama dengan metoda yang sama menghasilkan hasil yang sama? Pengendalian mutu membantu dalam hal ini.


Selain ketiga hal di atas, di beberapa literatur banyak ahli yang juga memasukkan hal lain yang merupakan prinsip dasar sebuah percobaan yaitu pengukuran . Biasanya percobaan yang baik selalu melibatkan suatu pengukuran : katakanlah suatu berat/beban,. Ketika kita membuat pengukuran, yang penting kita mengetahui ketelitian dan ketepatan dari sistem pengukuran kita. Dua terminologi ini tidaklah bersinonim: ' ketelitian' berarti kemampuan dari metoda untuk memberi suatu jawaban tidak bias pada rata-rata, sedangkan ' ketepatan' adalah suatu index menyangkut reproducibilas metoda itu. idealnya suatu metoda kedua-duanya harus akurat ( yaitu., memberi arti yang benar) dan tepat ( yaitu., simpangan baku yang kecil). Kadang-Kadang yang satu lebih penting dibanding lainnya. Sebagai contoh, jika kamu sedang mencari uang receh dengan waktu di (dalam) suatu kwantitas ( seperti suatu haemoglobin konsentrasi atlit), kamu akan memerlukan suatu ukuran tepat tentangnya melainkan lebih dari suatu yang akurat.
ketepatan dan Ketelitian bersama-sama membantu dalam menilai keakuratan dari data . keduanya juga membantu kamu untuk menilai seberapa banyak hal penting yang kamu perlu kutip dari hasil yang diperoleh. Sebagai contoh, jika kamu menggunakan suatu neraca untuk mengukur gram yang paling dekat, kamu perlu memberi hasil gram yang paling dekat dan bukan, kepada yang kesepuluh yang paling dekat untuk suatu gram.
Beberapa eksperimen sangat sulit dilakukan sebab tidaklah jelas apa yang bisa diukur. Ini adalah suatu masalah nyata di dalam perilaku binatang: sebagai contoh, tidak ada unit nyata atau ukuran untuk ' kestabilan emosional'. Hal itu pada umumnya diperlukan untuk mengisolasikan komponen perilaku terukur. Begitu pula kecepatan seekor harimau melangkah bolak-balik dalam sangkar dapat memberi beberapa indikasi menyangkut status internal dari binatang tetapi kita tidak dapat memberi suatu gambaran penuh tentang hal tersebut.
Dalam kaitannya dengan perancangan percobaan,terkadang kita menemukan beberapa permasalahan yang kelihatannya sangat abstrak,dan hal ini membutuhkan ketelitian yang penuh khususnya dalam hal prinsip percobaannya.

Contoh : Apakah tanaman menyemburkan uap air?


Eksperimen:

Empatpuluh kacang ditanam di dalam pot, ditutup pada suatu sore dengan kontainer gelas/kaca dan dibiarkan bermalam laboratorium. Pagi berikutnya, di dalam penutup dari tiap kontainer ditemukan di dalam tutup droplets suatu cairan yang membuktikan udara menjadi air.

Kesimpulan:
Tumbuhan bisa menyemburkan uap air.

Kritik
1. Ketiadaan kendali.
Air bisa berasal dari tumbuhan, lahan, pot, atau ruang di dalam guci tersebut. kendali percobaan harus telah disetting sampai kepada pengujian untuk berbagai kemungkinan .
2. Kesimpulan berisi beberapa poin-poin yang tidaklah sah.
( a) Eksperimen dilakukan bermalam dan hal dapat menceritakan kepada kita, tidak ada sesuatupun perilaku dari tanaman pada jam lain di hari itu; dengan kata lain hal ini tidaklah dibenarkan.
( b) percobaan itu dilaksanakan dengan menanam kacang dengan jumlah yang cukup tetapi lita dapat mengetahui tidak ada sesuatupun jenis kacang yang lain ; dengan kata lain kacang harus berkualitas.
(c) Tidak ada bukti di dalam eksperimen bahwa air disemburkan sebagai uap.

D.BEBERAPA TERMINOLOGI UMUM STATISTIK DALAM PERANCANGAN PERCOBAAN

Misalkan kita sedang mengukur ukuran sel, tinggi pohon, kecenderungan mikroba dalam suatu biomassa, banyaknya telor di dalam suatu sarang, atau yang lain-lain. yang kita ukur ( e.g. ukuran sel, tingginya tumbuhan, dll.) disebut suatu variabel.
Masing-Masing pengukuran yang kita ukur ( e.g. ukuran dari tiap sel) adalah suatu nilai.
Kita memperoleh sejumlah nilai-nilai ( e.g. 100 untuk sel), dan ini adalah sample kita.
Contoh tersebut( e.g. 100 sel) menjadi bagian dari suatu populasi. Dalam hal ini populasi ( di dalam terminologi biologi) adalah semua sel di wilayah ( atau semua orang-orang di dalam suatu ruang, dll.). Secara teoritis, kita bisa mengukur tiap-tiap orang atau sel untuk mendapatkan suatu ukuran tepat menyangkut populasi itu . Tetapi sering kita ingin mampu kata[kan lebih dari ini- sesuatu (yang) arti umum, berdasar pada contoh .
Sebagai contoh, bahwa jika seseorang akan mengukur sel (menyangkut) organisma itu , kemudian mereka akan temukan suatu nilai rata-rata tertentu dan suatu cakupan variasi tertentu. Di sini beberapa hal yang mungkin untuk dijelaskan.
• jumlah maksimum Temperatur untuk pertumbuhan dari bakteri Escherichia coli adalah 37oC, sedangkan jumlah maksimum temperatur untuk Baksil cereus adalah 30oC.
• Rata-Rata tingginya orang dewasa manusia [laki-laki] di inggris adalah 175 cm, sedangkan rata-rata tingginya wanita-wanita is162 cm.kesimpulan umum seperti ini akan selalu didasarkan pada suatu contoh,
Di dalam statistik, kita menggunakan sampel untuk menaksir Parameter suatu populasi.

Prosedur statistik didasarkan pada kaidah matematika sangat kompleks. Tetapi itu tidak perlu terlalu dipersulit, sebab prosedur benar-benar sangat sederhana untuk memberlakukannya. Pada dasarnya, dari sampel kita dapat menghitung :
• Rata-Rata, atau mean. Yang dinotasikan dengan ( yang dilafalkan " X bar").
• Beberapa ukuran varians ( cakupan variasi) tentang data di sekitar varians sampel. kita menggunakan varians ( notasi adalah S2) dan kemudian simpangan baku ( S).

Setelah memperoleh nilai-nilai itu, kita akan menaksir mean populasi i dan varians populasi. Hal Ini sama halnya untuk mean sampel dan variansnya, tetapi meskipun demikian tidak semua orang-orang statistik menyamakan antara kedua hal ini mencirikannya : populasi berarti disimbolkan ( mu) sebagai ganti untuk mean sampel, dan varians populasi disimbolkan dengan (sigma kuadrat) sebagai ganti S2 untuk varians sampel.kebanyakan uji statistikmenggunakan distribusi normal,Tetapi ada jenis lain distribusi. Sebagai contoh, jika kita mengukur tinggi laki-laki dan perempuan sebagai populasi tunggal yang mungkin membentuk suatu distribusi bimodal ,sebab wanita-wanita rata-rata, adalah lebih pendek dibanding laki-laki. Kemudian kita perlu memperlakukan keduanya sebagai dua populasi, bukan sebagai populasi tunggal.

Referensi
Gaspersz,Vincent. 1994.Metode Perancangan Percobaan.Armoco : Bandung
Mattjick, Ahmad Ansori. 2000. Perancangan Percobaan. IPB Pres :Bandung
Robert G.D Steel Dan James H. Tonie.1991.Prinsip Dan Prosedur Statistik.Pt Gramedia Pustaka Utama: Jakart