Разбиране на контролните променливи в експериментите

Животът на изследователя е изпълнен с предизвикателства. Веднага щом влезете в изследователска програма или се присъедините към някоя институция, целта на изследователя е да търси прилики, разлики, тенденции и да намери статистическа значимост в получените експериментални данни. Всеки ден изследователят се опитва да разгадае по свой начин една загадъчна вселена. Може да намирате отговори на имунологични въпроси, свързани с COVID, или да поставяте под въпрос фундаменталната теория на физиката. Независимо от областта на изследване изследователят води живот на въпрос > експеримент > анализ > повторение!

Представете си следния сценарий: една прекрасна сутрин е денят, в който трябва да наблюдавате резултатите след 15 дни инкубация на вашия микробиологичен експеримент, и сте сигурни, че това ще е той! Това е решението на световната продоволствена криза! Влизате в лабораторията си с изключителен ентусиазъм и след хубавото сутрешно кафе се отправяте към инкубатора. С книга за записи в ръка и каишка за фотоапарат на врата, се приближавате до инкубатора и сте шокирани! Температурата в инкубатора е променена от изискваната от вас на 45 градуса по Целзий! Сърцето ви се разтуптява и не знаете какво да правите с тези изсъхнали пластини в ръката си!

Успокойте се, това беше просто въображение, но ако се съсредоточите върху историята, ще разберете, че това, което ви интересуваше най-много, беше температурата на инкубатора. Тази променлива, която сте запазили постоянна за всички плаки, докато сте променяли някои хранителни вещества в състава на всички среди. Да! Това е променливата, за която ще говорим днес - Контролната променлива. За да определим контролната променлива, тя е параметърът, който се поддържа постоянен за експеримента. В един експеримент може да има повече от една контролна променлива. Нека разгледаме характеристиките на контролната променлива и как да извлечем максимална полза от нея при всяка експериментална постановка.

Определение и цел

Контролната променлива, известна още като контролирана променлива, е елемент, който не се променя по време на експеримента. Нейната цел е да гарантира, че ефектът на независимата променлива върху зависимата променлива може да бъде точно измерен без намесата на други променливи. Контролните променливи се поддържат постоянни, за да се предотврати тяхното влияние върху резултата, като по този начин се дава възможност за ясна оценка на връзката между независимите и зависимите променливи.

Разгледайте един прост експеримент, за да определите как количеството слънчева светлина влияе върху растежа на растенията. Тук независимата променлива е количеството слънчева светлина, а зависимата променлива е растежът на растенията. Възможните контролни променливи могат да включват:

Вид на растението: Уверете се, че всички използвани растения са от един и същи вид.
Количество вода: Полейте всяко растение с еднакво количество вода.
Тип почва: Използвайте един и същ тип почва за всички растения.
Размер на саксията: Уверете се, че всички растения са в саксии с еднакъв размер.
Температура: Поддържайте растенията при еднакви температурни условия.

Контролирайки тези променливи, можете по-сигурно да обясните разликите в растежа на растенията с количеството слънчева светлина, която те получават, а не с разликите във водата, почвата или други фактори. Научете повече за различните типове променливи тук.

Идентифициране на контролни променливи

Идентифицирането на контролните променливи е първата стъпка в планирането на експеримента. Контролните променливи са технически косвени индикатори за това, което ще бъде нашата експериментална променлива. Всички променливи, за които искаме да проверим въздействието, ще варират в различни граници по време на експеримента, докато контролната променлива ще остане постоянна.

Определяне на целта на експеримента

Първата стъпка при определянето на контролните променливи е ясно да се дефинира целта на експеримента. Човек излага целта на експеримента, като прави изявление или изследователски въпрос за експеримента, който иска да проведе. Изследователският въпрос е питане за това какво ще изследвате и защо то представлява интерес/значение. Например, ако проверявате влиянието на някакъв фактор върху някакъв резултат, трябва да посочите какъв е този фактор, който контролирате или манипулирате, и какво точно измервате, за да установите резултата. Определянето на тези две неща е в основата на конструирането на цялостния експериментален проект. Той помага за структурирането на експеримента по такъв начин, че резултатите да могат да бъдат наистина приписани на изпитваните променливи, а не на други фактори.

Изброяване на потенциалните влияещи фактори

След като сте определили целта на експеримента, идентифицирайте всички потенциално значими фактори, които биха могли да повлияят на зависимата променлива, която не е независимата променлива. Това са променливи, които могат да действат върху резултата и следователно да направят резултатите необективни или с големи колебания. Това идентифициране на влияещите фактори налага ясно познаване на областта на изследване и обстановката на експеримента. Например потенциални фактори на влияние могат да бъдат условията на околната среда, свойствата на материалите, характеристиките на участниците и процедурните детайли. Изброяването на всички тези параметри позволява много лесно да се определи на кои от тях трябва да се обърне внимание, за да се гарантира, че формулираните експериментални резултати се считат за валидни и приемливи.

Изберете променливи за контрол

След като се идентифицират потенциалните параметри, които ще служат като контролирани фактори, и техният потенциал да действат като фактори в процеса, другата стъпка е да се изберат променливите, които да бъдат контролирани. Важно е да се отбележи, че в рамките на тази стъпка променливите, които трябва да бъдат контролирани, трябва да бъдат определени въз основа на нивото на въздействие, което всяка от тях ще има върху зависимата променлива, и нивото на лекота или разходи, които ще бъдат изпитани при опитите за контрол на тези параметри. Причината за това е, че само независимата променлива трябва да оказва влияние върху зависимата променлива. Това служи за балансиране на компрометираната необходимост да се контролират толкова много променливи в експеримента, за да сме сигурни в някаква заявена връзка между независимите и зависимите променливи, спрямо простото желание да не се усложнява прекалено експериментът.

Рационализиране на нуждата от контрол

Последната стъпка е да се обоснове защо идентифицираните променливи трябва да бъдат контролирани. Тя включва обяснение на това как промените в така идентифицираните променливи могат да доведат до някои промени в зависимата променлива и по този начин да обяснят няколко възприятия, които се оказват грешки. Обосноваването на причините, поради които е включена всяка контролна променлива, ще ви позволи да се уверите, че вашият проект е добър, като по този начин ще припишете констатациите на манипулирането на независимите променливи, а не на външни променливи. Това ще обоснове устойчив експеримент, в който влиянието на външните променливи е намалено, така че резултатите ще бъдат по-точни и надеждни. Това също така помага да се опише експерименталният дизайн на другите и осигурява прозрачност и възпроизводимост на изследванията.

Примери за контролни променливи

Sr. No.	Често използвана контролна променлива	Цел и описание
1	Температура	Осигуряване на постоянна температура за всички експериментални групи, за да се предотврати влиянието на температурните колебания върху резултатите.
2	Влажност	Поддържане на постоянни нива на влажност, за да се контролира евентуалното въздействие на влагата върху резултата.
3	Интензивност на светлината	Поддържане на едни и същи светлинни условия, за да се избегне влиянието на промените в светлината върху експерименталните резултати.
4	Време на деня	Провеждане на експерименти по едно и също време на деня, за да се контролират всички дневни колебания, които могат да повлияят на резултата.
5	Вид оборудване	Използване на едно и също оборудване или апаратура за всички групи, за да се осигури последователност на измерванията.
6	Източник на материал	снабдяване с материали от един и същ доставчик или партида, за да се предотврати променливостта, дължаща се на разлики в свойствата на материалите.
7	Размер на извадката	Осигуряване на еднакви размери на извадките в групите, за да се поддържа статистическа мощ и баланс.
8	Демографски данни за участниците	Контролиране на възрастта, пола, социално-икономическия статус и други демографски фактори с цел намаляване на променливостта сред участниците.
9	Диетичен прием	Стандартизиране на приема на храна или хранителни вещества при изследване на физиологични или биохимични резултати.
10	Почивка и нива на активност	Регулиране на моделите на почивка и активност за контрол на ефектите от физическото натоварване.
11	Обучение и инструкции	Предоставяне на последователно обучение и инструкции на всички участници, за да се гарантира еднакво разбиране и изпълнение.
12	Продължителност на експозицията	Поддържане на еднакво време на излагане на независимата променлива във всички групи.
13	Условия на околната среда	Стандартизиране на факторите на околната среда, като например шум, качество на въздуха и други условия на околната среда.
14	Обработка и грижи	Гарантиране, че всички участници или проби се обработват и обгрижват по един и същи начин по време на експеримента.
15	Техники за измерване	Използване на едни и същи методи и инструменти за събиране на данни, за да се осигури последователност на измерванията.
16	Условия преди експеримента	Стандартизиране на условията преди началото на експеримента, например периоди на аклиматизация за животни или растения.
17	Анализ след експеримента	Използване на последователни методи за анализ, за да се осигури сравнимост на данните в различните експериментални групи.
18	Рандомизация	Случайно разпределяне на участниците в експерименталната и контролната група, за да се контролира отклонението при избора.
19	Заслепяване	Прилагане на единични или двойно слепи процедури за контрол на пристрастията на наблюдателите или участниците.
20	Географско местоположение	Провеждане на експерименти на едно и също място, за да се предотврати влиянието на географските разлики върху резултатите.

Ролята на контролните променливи в експеримента

Ролята на контролните променливи може да бъде разбрана по-задълбочено чрез техния принос към валидността и функцията им да елиминират алтернативни обяснения.

Осигуряване на валидност

Валидността се отнася до степента, в която резултатите от даден експеримент отразяват точно изследваното явление. Съществуват няколко вида валидност, включително вътрешна валидност (степента, до която експериментът точно показва причинно-следствената връзка) и външна валидност (степента, до която резултатите могат да бъдат обобщени в други условия).

Отстраняване на алтернативни обяснения

Една от основните цели на контролните променливи е да се елиминират алтернативните обяснения за наблюдаваните резултати. При всеки експеримент множество фактори могат да повлияят на зависимата променлива. Без контролиране на тези фактори би било трудно да се установи дали наблюдаваните ефекти се дължат на независимата променлива или на някаква друга променлива.

Контролните променливи помагат да се намалят различни видове отклонения, които иначе биха могли да изкривят резултатите. Например отклонението от подбора може да се сведе до минимум чрез контролиране на демографски променливи като възраст и пол. По подобен начин процедурните отклонения могат да бъдат намалени чрез стандартизиране на процедурите в различните експериментални групи. Като контролират тези променливи, изследователите могат да сведат до минимум влиянието на пристрастията, които иначе биха могли да дадат алтернативни обяснения за резултатите.

Разграничаване на контролните променливи от други променливи

Независими и зависими променливи

Според определението в ръководството за кариерно развитие "Независима променлива" е: "Променлива, която е самостоятелна и не се променя от други променливи или фактори, които се измерват", докато зависимата променлива е: "Променлива, която зависи от други фактори, които се измерват, и може да бъде променена от тях". тук.

Мониторинг и регулиране на контролните променливи

Редовен мониторинг

Непрекъснато следене на контролните променливи с помощта на подходящи инструменти и методи. Например, използвайте дневници за хранене, устройства за проследяване на упражненията и периодични здравни прегледи, за да се уверите, че участниците спазват протокола на изследването.

Прилагане на рандомизация

Разпределете на случаен принцип участниците или извадките в експерименталната и контролната група, за да сведете до минимум отклоненията при избора и да гарантирате, че контролните променливи са равномерно разпределени.

Заслепяване

Ако е възможно, прилагайте единични или двойно слепи процедури, при които участниците и/или изследователите не знаят разпределението на групите. Това спомага за намаляване на пристрастията при работа и измерване.

Предизвикателства при управлението на контролните променливи

Идентифициране на скрити променливи

Представете си проучване, целящо да оцени ефективността на нов метод на преподаване върху резултатите на учениците по математика. Изследователите сравняват две групи ученици: едната се обучава по традиционния метод (контролна група), а другата - по новия метод (експериментална група). Основната мярка за успех са резултатите на учениците от стандартизиран тест по математика.

Скрита променлива: Социално-икономическият статус на учениците е скрита променлива, която може да окаже значително влияние върху академичните им постижения. ЕГН може да повлияе на достъпа до ресурси като частни уроци, книги, родителска подкрепа и благоприятна учебна среда у дома.

Стратегии за осигуряване на последователност

Стандартни оперативни процедури (СОП): Прилагането на подробни СОП за всеки аспект на експеримента може да помогне да се гарантира, че контролните променливи се управляват последователно. СОП трябва да обхващат всичко - от начина на събиране и обработка на пробите до начина на извършване и записване на измерванията.
Калибриране и поддръжка на оборудването: Редовното калибриране и поддръжка на оборудването са от съществено значение, за да се гарантира, че измерванията остават постоянни във времето. Използването на едно и също оборудване за всички експериментални групи може да помогне да се сведе до минимум променливостта, дължаща се на инструментариума.
Обучение и мониторинг: Гарантирането, че целият персонал, участващ в експеримента, е добре обучен, може да помогне за поддържане на последователност. Редовният мониторинг и периодичното преквалифициране могат да гарантират, че процедурите се спазват правилно през целия период на изследването.
Контрол на околната среда: За експерименти, чувствителни към условията на околната среда, използването на контролирана среда, като например стаи с контролиран климат или растежни камери, може да помогне за поддържането на постоянни условия. Непрекъснатият мониторинг на променливите на околната среда може да помогне за бързото идентифициране и коригиране на всякакви отклонения.
Заслепяване: Прилагането на техники за заслепяване, при които лицето, провеждащо експеримента, не знае коя група е контролна и коя - експериментална, може да помогне за намаляване на отклоненията и да гарантира, че контролните променливи се прилагат равномерно.

Въпреки тези стратегии, поддържането на последователност на контролните променливи може да бъде трудоемко и изисква щателно внимание към детайлите. Промените, дори и незначителни, могат да окажат значително влияние върху резултатите, особено при експерименти, при които зависимата променлива е силно чувствителна към промените в контролните променливи.

Mind the Graph: Нашата платформа ще бъде вашата променлива за управление

Ефективното съобщаване на резултатите следва, след като експериментът ви приключи и съответно хипотезата ви бъде проверена. Комуникирайте резултатите си по лесен, ясен, ангажиращ и нагледен начин, за да сте сигурни, че изследването ви ще достигне до хората и ще им допадне. Като ваш надежден партньор, ние можем да ви помогнем в тази важна част от вашето изследване.

Независимо дали подготвяте постер за научна конференция, пишете научна статия или създавате графично резюме, за да обобщите проучването си, ние предлагаме инструменти и услуги, които подпомагат вашите илюстрации. В Mind the Graph, имаме чудесен инструмент, с който да постигнете тези цели. В нашата платформа разполагаме с голяма галерия с безплатни илюстрации с теми, насочени към представянето на научни изследвания, което ви позволява да намерите точните графики, за да илюстрирате резултатите си. С тези илюстрации могат да се разработят приятни графики с цел контекстуализиране на съответните точки от това изследване.

Дизайнерите също така са готови да предоставят персонализирана подкрепа, така че вашите визуализации да бъдат не само точни от научна гледна точка, но и професионално изпипани. Ангажирането с нашия екип означава, че можете да постигнете по-голямо визуално въздействие с вашите изследвания, което ще позволи на аудиторията ви лесно да разбере сложността и стойността на работата.

Насърчаваме изследователите да се запознаят с ресурсите, които Mind the Graph предлага безплатно, както и с наличието на експертен дизайн; можем да помогнем на всеки изследовател, независимо дали е начинаещ или по-опитен, да комуникира по-добре резултатите от научните изследвания.