Porozumění kontrolním proměnným v experimentech

Život výzkumného pracovníka je plný výzev. Jakmile vstoupíte do výzkumného programu nebo nastoupíte do jakékoli instituce, cílem výzkumníka je hledat podobnosti, rozdíly, trendy a nalézt statistickou významnost v získaných experimentálních datech. Každý den se výzkumný pracovník snaží svým způsobem vyřešit záhadný vesmír. Můžete hledat odpovědi na imunologické otázky související s COVID nebo můžete zpochybňovat základní teorii fyziky. Bez ohledu na oblast výzkumu žije výzkumný pracovník životem. otázka > experiment > analýza > opakování!

Představte si scénář: Jednoho krásného rána máte po 15 dnech inkubace svého mikrobiologického experimentu pozorovat výsledky a jste si jisti, že to bude ono! Tohle je řešení světové potravinové krize! Do laboratoře vstupujete s mimořádným nadšením a po dobré ranní kávě kráčíte ke svému inkubátoru. S knihou záznamů v ruce a s popruhem od fotoaparátu, který vám leží na krku, se blížíte k inkubátoru a jste v šoku!!! Teplota v inkubátoru byla změněna z vámi požadované na 45 stupňů Celsia! Srdce vám buší a nevíte, co si počít s těmi vysušenými destičkami v ruce!

Uklidněte se, byla to jen představa, ale pokud se soustředíte na příběh, zjistíte, že to, co vás zajímalo nejvíc, byla teplota inkubátoru. Ta proměnná, kterou jste udržovali konstantní pro všechny destičky, zatímco jste měnili některé živiny ve složení všech médií. Ano! To je ta proměnná, o které budeme dnes mluvit, Kontrolní proměnná. Pro definici kontrolní proměnné se jedná o parametr, který je při experimentu udržován konstantní. V jednom experimentu může být více než jedna kontrolní proměnná. Prozkoumejme vlastnosti řídicí proměnné a způsob, jak z ní získat co nejvíce při jakémkoli uspořádání experimentu.

Definice a účel

Kontrolní proměnná, známá také jako řízená proměnná, je prvek, který se v průběhu experimentu nemění. Jejím účelem je zajistit, aby vliv nezávislé proměnné na závislou proměnnou mohl být přesně změřen bez rušivých vlivů jiných proměnných. Kontrolní proměnné se udržují konstantní, aby nemohly ovlivnit výsledek, což umožňuje jednoznačné posouzení vztahu mezi nezávislou a závislou proměnnou.

Uvažujte o jednoduchém experimentu, kterým zjistíte, jaký vliv má množství slunečního světla na růst rostlin. Nezávislou proměnnou je zde množství slunečního světla a závislou proměnnou je růst rostlin. Možné kontrolní proměnné mohou zahrnovat:

Typ rostliny: Zajistěte, aby všechny použité rostliny byly stejného druhu.
Množství vody: Každou rostlinu zalévejte stejným množstvím vody.
Typ půdy: Pro všechny rostliny používejte stejný typ půdy.
Velikost hrnce: Zajistěte, aby všechny rostliny byly v květináčích stejné velikosti.
Teplota: Udržujte rostliny ve stejných teplotních podmínkách.

Díky kontrole těchto proměnných můžete s větší jistotou přisuzovat rozdíly v růstu rostlin množství slunečního světla, které dostaly, spíše než rozdílům ve vodě, půdě nebo jiných faktorech. Poznejte různé typy proměnných zde.

Identifikace kontrolních proměnných

Identifikace kontrolních proměnných je prvním krokem v návrhu experimentu. Kontrolní proměnné jsou technicky nepřímými ukazateli toho, co budou naše experimentální proměnné. Všechny proměnné, u nichž chceme ověřit dopad, se budou během experimentu měnit v různých rozmezích, zatímco kontrolní proměnná zůstane konstantní.

Definujte účel experimentu

Prvním krokem při určování kontrolních proměnných je jasné vymezení účelu experimentu. Člověk si účel experimentu vyloží tak, že si stanoví tvrzení nebo výzkumnou otázku týkající se experimentu, který chce provést. Výzkumná otázka je tázací prohlášení o tom, co budete zkoumat a proč je to zajímavé/důležité. Pokud například zkoumáte vliv nějakého faktoru na nějaký výsledek, musíte uvést, co je to za faktor, který kontrolujete nebo s nímž manipulujete, a právě to, co měříte, abyste zjistili výsledek. Určení těchto dvou věcí je základem pro sestavení celkového návrhu experimentu. Pomáhá strukturovat experiment tak, aby výsledky bylo možné skutečně připsat testovaným proměnným, a nikoli jiným faktorům.

Seznam potenciálních ovlivňujících faktorů

Po definování účelu experimentu identifikujte všechny potenciálně relevantní faktory, které by mohly ovlivnit závislou proměnnou, která není nezávislou proměnnou. Jedná se o proměnné, které by mohly působit na výstup a způsobit tak, že výsledky budou zkreslené nebo s velkou fluktuací. Tato identifikace vlivných faktorů předepisuje jasnou znalost oblasti zkoumání a prostředí experimentu. Potenciálními ovlivňujícími faktory mohou být například podmínky prostředí, vlastnosti materiálu, charakteristiky účastníků a podrobnosti postupu. Uvedení všech těchto parametrů umožňuje velmi snadno určit, kterými je třeba se zabývat, aby formulované výsledky experimentu byly považovány za platné a přijatelné.

Vyberte proměnné, které chcete kontrolovat

Po identifikaci potenciálních parametrů, které budou sloužit jako řízené faktory, a jejich potenciálu působit jako faktory v procesu je dalším krokem výběr proměnných, které budou řízeny. Je důležité poznamenat, že v rámci tohoto kroku je třeba označit proměnné, které mají být kontrolovány, na základě úrovně dopadu, který bude mít každá z nich na závislou proměnnou, a úrovně snadnosti nebo nákladů, které se vyskytnou při pokusu o kontrolu těchto parametrů. Důvodem je, že pouze nezávislá proměnná by měla mít vliv na závislou proměnnou. To slouží k vyvážení ohrožené potřeby kontrolovat v experimentu tolik proměnných, aby byla jistota určitého uvedeného vztahu mezi nezávislou a závislou proměnnou, oproti prosté snaze nečinit experiment příliš komplikovaným.

Racionalizace potřeby kontroly

Posledním krokem je zdůvodnění, proč je třeba identifikované proměnné kontrolovat. Zahrnuje vysvětlení, jak změny takto identifikovaných proměnných mohou mít za následek určité změny v závislé proměnné, a tím vysvětlit několik vjemů, které nakonec skončí jako chyby. Zdůvodnění, proč je každá kontrolní proměnná zahrnuta, vám umožní ujistit se, že váš návrh je dobrý, a přisoudit tak zjištění manipulaci s nezávislými proměnnými, a nikoliv cizím proměnným. Tím zdůvodníte odolnost experimentu, v němž je vliv cizích proměnných omezen, takže výsledky budou přesnější a spolehlivější. Pomáhá také popsat experimentální design ostatním a zajišťuje transparentnost a reprodukovatelnost výzkumu.

Příklady kontrolních proměnných

Sr. č.	Běžně používaná řídicí proměnná	Účel a popis
1	Teplota	Zajištění stálé teploty pro všechny pokusné skupiny, aby kolísání teploty neovlivnilo výsledky.
2	Vlhkost	Udržování stálé úrovně vlhkosti pro kontrolu případného vlivu vlhkosti na výsledek.
3	Intenzita světla	Udržování stejných světelných podmínek, aby se předešlo ovlivnění výsledků experimentu kolísáním světla.
4	Denní doba	Provádění pokusů ve stejnou denní dobu, aby se kontrolovaly případné denní výkyvy, které by mohly ovlivnit výsledek.
5	Typ zařízení	Používání stejného vybavení nebo přístrojů pro všechny skupiny, aby byla zajištěna konzistence měření.
6	Zdroj materiálu	Získávání materiálů od stejného dodavatele nebo ze stejné šarže, aby se zabránilo variabilitě způsobené rozdíly ve vlastnostech materiálu.
7	Velikost vzorku	Zajištění stejné velikosti vzorku ve všech skupinách, aby byla zachována statistická síla a vyváženost.
8	Demografické údaje účastníků	Kontrola věku, pohlaví, socioekonomického statusu a dalších demografických faktorů s cílem snížit variabilitu mezi lidskými účastníky.
9	Příjem stravy	Standardizace příjmu potravin nebo živin při studiu fyziologických nebo biochemických výsledků.
10	Úroveň odpočinku a aktivity	Regulace vzorců odpočinku a aktivity pro kontrolu účinků fyzické námahy.
11	Školení a pokyny	Poskytování jednotného školení a pokynů všem účastníkům, aby bylo zajištěno jednotné porozumění a výkon.
12	Délka expozice	Udržování konzistentní doby expozice nezávislé proměnné ve všech skupinách.
13	Podmínky prostředí	Standardizace faktorů prostředí, jako je hluk, kvalita ovzduší a další okolní podmínky.
14	Manipulace a péče	Zajištění, aby se všemi subjekty nebo vzorky bylo v průběhu experimentu zacházeno a bylo o ně pečováno stejným způsobem.
15	Techniky měření	Používání stejných metod a nástrojů pro sběr dat, aby byla zajištěna konzistentnost měření.
16	Podmínky před experimentem	Standardizace podmínek před zahájením experimentu, například období aklimatizace zvířat nebo rostlin.
17	Analýza po ukončení experimentu	Používání konzistentních metod analýzy k zajištění srovnatelnosti údajů v různých experimentálních skupinách.
18	Randomizace	Náhodné zařazení subjektů do experimentální a kontrolní skupiny pro kontrolu výběrového zkreslení.
19	Zaslepení	Zavedení jednoduchých nebo dvojitě zaslepených postupů pro kontrolu zaujatosti pozorovatelů nebo účastníků.
20	Zeměpisná poloha	Provádění pokusů na stejném místě, aby se zabránilo ovlivnění výsledků zeměpisnými rozdíly.

Úloha kontrolních proměnných v experimentu

Úlohu kontrolních proměnných lze hlouběji pochopit prostřednictvím jejich přínosu k validitě a jejich funkce při vylučování alternativních vysvětlení.

Zajištění platnosti

Validita se týká míry, do jaké výsledky experimentu přesně odrážejí zkoumaný jev. Existuje několik typů validity, včetně interní validity (míra, do jaké experiment přesně prokazuje kauzální vztah) a externí validity (míra, do jaké lze výsledky zobecnit na jiná prostředí).

Eliminace alternativních vysvětlení

Jedním z hlavních účelů kontrolních proměnných je vyloučit alternativní vysvětlení pozorovaných výsledků. V každém experimentu může závislou proměnnou ovlivňovat více faktorů. Bez kontroly těchto faktorů by bylo obtížné zjistit, zda jsou pozorované účinky způsobeny nezávislou proměnnou nebo nějakou jinou proměnnou.

Kontrolní proměnné pomáhají omezit různé typy zkreslení, které by jinak mohly zkreslit výsledky. Například výběrové zkreslení lze minimalizovat kontrolou demografických proměnných, jako je věk a pohlaví. Podobně lze procedurální zkreslení snížit standardizací postupů v různých experimentálních skupinách. Kontrolou těchto proměnných mohou výzkumníci minimalizovat vliv zkreslení, která by jinak mohla poskytnout alternativní vysvětlení výsledků.

Rozlišování kontrolních proměnných od ostatních proměnných

Nezávislé a závislé proměnné

Jak je definováno v průvodci Indeed career guide, nezávislá proměnná je: "Proměnná, která stojí sama o sobě a není měněna jinými proměnnými nebo faktory, které jsou měřeny", zatímco závislá proměnná je: "Proměnná, která závisí na jiných měřených faktorech a může být jimi měněna." číst více zde.

Sledování a úprava kontrolních proměnných

Pravidelné sledování

Průběžné sledování kontrolních proměnných pomocí vhodných nástrojů a metod. Používejte například záznamy o stravě, záznamy o cvičení a pravidelné zdravotní prohlídky, abyste zajistili, že účastníci dodržují protokol studie.

Implementace randomizace

Náhodně přiřaďte subjekty nebo vzorky do experimentální a kontrolní skupiny, abyste minimalizovali výběrové zkreslení a zajistili rovnoměrné rozložení kontrolních proměnných.

Zaslepení

Pokud je to možné, provádějte jednoduché nebo dvojitě zaslepené postupy, kdy účastníci a/nebo výzkumníci neznají přiřazení do skupin. To pomáhá snížit zkreslení při manipulaci a měření.

Výzvy při řízení kontrolních proměnných

Identifikace skrytých proměnných

Představte si studii, jejímž cílem je vyhodnotit účinnost nové výukové metody na výsledky žáků v matematice. Výzkumníci porovnávají dvě skupiny studentů: jednu vyučovanou tradiční metodou (kontrolní skupina) a druhou vyučovanou novou metodou (experimentální skupina). Hlavním měřítkem úspěšnosti jsou výsledky žáků ve standardizovaném testu z matematiky.

Skrytá proměnná: Sociálně-ekonomický status studentů je skrytou proměnnou, která může významně ovlivnit jejich studijní výsledky. SES může ovlivnit přístup ke zdrojům, jako je soukromé doučování, knihy, podpora rodičů a příznivé domácí prostředí pro učení.

Strategie pro zajištění konzistence

Standardní operační postupy (SOP): Zavedení podrobných SOP pro každý aspekt experimentu může pomoci zajistit, aby byly kontrolní proměnné řízeny konzistentně. SOP by měly zahrnovat vše od způsobu sběru a zpracování vzorků až po způsob provádění a zaznamenávání měření.
Kalibrace a údržba zařízení: Pravidelná kalibrace a údržba zařízení jsou nezbytné pro zajištění dlouhodobé konzistence měření. Používání stejného vybavení pro všechny experimentální skupiny může pomoci minimalizovat variabilitu způsobenou přístroji.
Školení a monitorování: Zajištění důkladného školení všech pracovníků zapojených do experimentu může pomoci udržet konzistentnost. Pravidelné monitorování a pravidelné proškolování může zajistit, že postupy budou dodržovány správně po celou dobu trvání studie.
Kontrola životního prostředí: U experimentů citlivých na podmínky prostředí může použití kontrolovaného prostředí, jako jsou místnosti s řízeným klimatem nebo růstové komory, pomoci udržet stálé podmínky. Průběžné sledování proměnných prostředí může pomoci rychle identifikovat a napravit jakékoli odchylky.
Zaslepení: Zavedení techniky zaslepení, kdy osoba provádějící experiment neví, která skupina je kontrolní a která experimentální, může pomoci omezit zkreslení a zajistit, aby byly kontrolní proměnné aplikovány rovnoměrně.

Navzdory těmto strategiím může být udržování konzistence kontrolních proměnných pracné a vyžaduje pečlivou pozornost k detailům. Odchylky, i když jsou malé, mohou mít významný dopad na výsledky, zejména v experimentech, kde je závislá proměnná velmi citlivá na změny kontrolních proměnných.

Mind the Graph: Naše platforma bude vaší řídicí proměnnou

Efektivní sdělení výsledků následuje po ukončení vašeho experimentu, respektive po ověření vaší hypotézy. Sdělte výsledky jednoduchým, jasným, poutavým a vizuálním způsobem, abyste zajistili, že se váš výzkum dostane k lidem a vzbudí v nich odezvu. Jako váš důvěryhodný partner vám v této důležité části výzkumu můžeme pomoci.

Ať už připravujete poster na vědeckou konferenci, píšete výzkumnou práci nebo vytváříte grafický abstrakt shrnující vaši studii, nabízíme nástroje a služby, které vám pomohou s ilustracemi. Na adrese Mind the Graph, máme pro vás skvělý nástroj k dosažení těchto cílů. Na naší platformě máme velkou bezplatnou galerii ilustrací s tématy zaměřenými na prezentace vědeckých studií, která vám umožní najít tu správnou grafiku pro ilustraci vašich výsledků. Pomocí těchto ilustrací lze vytvořit příjemnou grafiku s cílem kontextualizovat příslušné body tohoto výzkumu.

Designéři vám také poskytnou individuální podporu, aby vaše vizualizace byly nejen přesné z vědeckého hlediska, ale také profesionálně vybroušené. Spolupráce s naším týmem znamená, že můžete dosáhnout většího vizuálního dopadu svého výzkumu, což vašemu publiku umožní snadno pochopit složitost a hodnotu práce.

Doporučujeme výzkumným pracovníkům, aby prozkoumali zdroje, které Mind the Graph nabízí zdarma, a dostupnost odborného designu; můžeme pomoci každému výzkumnému pracovníkovi, ať už začátečníkovi nebo zkušenějšímu, lépe komunikovat výstupy výzkumu.