Forståelse af kontrolvariabler i eksperimenter

En forskers liv er fuld af udfordringer. Så snart du går ind i et forskningsprogram eller bliver ansat på en institution, er forskerens mål at lede efter ligheder, forskelle, tendenser og finde statistisk signifikans i de eksperimentelle data, der opnås. Hver dag forsøger en forsker at løse et mystisk univers på sin egen måde. Du kan finde svar på immunologiske spørgsmål i forbindelse med COVID, eller du kan sætte spørgsmålstegn ved fysikkens grundlæggende teori. Uanset forskningsområde lever en forsker et liv med stille spørgsmål > eksperimentere > analysere > gentage!

Forestil dig et scenarie: En skønne morgen er det din dag, hvor du skal se resultaterne efter 15 dages inkubation af dit mikrobiologiske eksperiment, og du er sikker på, at det er nu, det sker! Dette er løsningen på verdens fødevarekrise! Du går ind i dit laboratorium med ekstrem entusiasme, og efter en god morgenkaffe går du hen til din inkubator. Med en rekordbog i hånden og en kamerarem om halsen nærmer du dig inkubatoren, og du får et chok! Inkubatorens temperatur er ændret fra den ønskede til 45 grader Celsius! Dit hjerte hamrer, og du ved ikke, hvad du skal gøre med de tørrede plader i din hånd!

Rolig nu, det var bare fantasi, men hvis du fokuserer på historien, vil du vide, at det, du gik mest op i, var temperaturen i inkubatoren. Den variabel, som du holdt konstant på alle pladerne, mens du ændrede nogle næringsstoffer i alle mediesammensætningerne. Ja, sådan! Det er den variabel, vi skal tale om i dag, kontrolvariablen. En kontrolvariabel er den parameter, der holdes konstant under forsøget. Der kan være mere end én kontrolvariabel i et eksperiment. Lad os udforske kontrolvariablens egenskaber, og hvordan vi får mest muligt ud af den under enhver forsøgsopstilling.

Definition og formål

En kontrolvariabel, også kendt som en kontrolleret variabel, er et element, der ikke ændres i løbet af et eksperiment. Dens formål er at sikre, at effekten af den uafhængige variabel på den afhængige variabel kan måles nøjagtigt uden indblanding fra andre variabler. Kontrolvariabler holdes konstante for at forhindre, at de påvirker resultatet, hvilket giver mulighed for en klar vurdering af forholdet mellem de uafhængige og afhængige variabler.

Overvej et simpelt eksperiment for at afgøre, hvordan mængden af sollys påvirker planternes vækst. Her er den uafhængige variabel mængden af sollys, og den afhængige variabel er planternes vækst. Mulige kontrolvariabler kan omfatte:

Type af plante: Sørg for, at alle anvendte planter er af samme art.
Mængde af vand: Vand hver plante med samme mængde vand.
Jordbundstype: Brug den samme type jord til alle planter.
Pottestørrelse: Sørg for, at alle planter er i potter af samme størrelse.
Temperatur: Hold planterne under samme temperaturforhold.

Ved at kontrollere disse variabler kan du med større sikkerhed tilskrive forskelle i plantevækst til mængden af sollys, de har modtaget, snarere end til forskelle i vand, jord eller andre faktorer. Lær om forskellige variabeltyper her.

Identificering af kontrolvariabler

Identifikation af kontrolvariabler er det første skridt i forsøgsdesignet. Kontrolvariablerne er teknisk set indirekte indikatorer for, hvad der vil være vores eksperimentelle variabler. Alle de variabler, som vi ønsker at kontrollere effekten af, vil variere i forskellige intervaller i løbet af eksperimentet, mens kontrolvariablen forbliver konstant.

Definer formålet med eksperimentet

Det første skridt til at bestemme, hvad kontrolvariablerne skal være, er klart at definere formålet med eksperimentet. Man uddyber formålet med eksperimentet ved at komme med et udsagn eller et forskningsspørgsmål om det eksperiment, man vil udføre. Et forskningsspørgsmål er en spørgende erklæring om, hvad du vil undersøge, og hvorfor det er interessant/vigtigt. Hvis du f.eks. tester effekten af en faktor på et resultat, skal du angive, hvad det er for en faktor, du kontrollerer eller manipulerer, og hvad det er, du måler for at fastslå resultatet. Fastlæggelsen af disse to ting er grundlaget for konstruktionen af det samlede forsøgsdesign. Det hjælper med at strukturere eksperimentet på en sådan måde, at resultaterne virkelig kan tilskrives de variabler, der testes, og ikke andre faktorer.

Liste over potentielle indflydelsesrige faktorer

Når du har defineret formålet med eksperimentet, skal du identificere alle de potentielt relevante faktorer, der kan påvirke den afhængige variabel, som ikke er den uafhængige variabel. Det er variabler, der kan påvirke resultatet og derfor gøre det skævt eller med store udsving. Denne identifikation af indflydelsesrige faktorer kræver et klart kendskab til det område, der skal udforskes, og til rammerne for eksperimentet. Potentielle påvirkningsfaktorer kan f.eks. være miljøforhold, materialeegenskaber, deltageregenskaber og proceduremæssige detaljer. En liste over alle disse parametre gør det meget nemt at afgøre, hvad der skal gøres for at sikre, at de formulerede forsøgsresultater anses for at være gyldige og acceptable.

Vælg de variabler, der skal kontrolleres

Efter at have identificeret de potentielle parametre, der skal fungere som de faktorer, der skal kontrolleres, og deres potentiale til at fungere som faktorer i processen, er det andet trin at vælge de variabler, der skal kontrolleres. Det er vigtigt at bemærke, at i dette trin skal de variabler, der skal kontrolleres, udpeges ud fra, hvor stor indflydelse de hver især vil have på den afhængige variabel, og hvor let eller dyrt det vil være at forsøge at kontrollere sådanne parametre. Årsagen er, at kun den uafhængige variabel bør have en effekt på den afhængige variabel. Dette tjener til at afbalancere det kompromitterede behov for at kontrollere så mange variabler i eksperimentet for at være sikker på et bestemt forhold mellem de uafhængige og afhængige variabler i forhold til et simpelt ønske om ikke at gøre eksperimentet for kompliceret.

Rationaliser behovet for kontrol

Det sidste trin er at opnå en rationalisering af, hvorfor de identificerede variabler skal kontrolleres. Det indebærer en forklaring på, hvordan ændringer i de således identificerede variabler kan medføre ændringer i den afhængige variabel og dermed forklare flere opfattelser, der ender som fejl. Ved at begrunde, hvorfor hver enkelt kontrolvariabel er inkluderet, kan du sikre dig, at dit design er godt, så resultaterne kan tilskrives manipulation af uafhængige variabler og ikke uvedkommende variabler. Dette vil retfærdiggøre et modstandsdygtigt eksperiment, hvor indflydelsen fra uvedkommende variabler reduceres, så resultaterne bliver mere præcise og pålidelige. Det hjælper også med at beskrive forsøgsdesignet for andre og sikrer gennemsigtighed og reproducerbarhed i forskningen.

Eksempler på kontrolvariabler

Nr.	Almindeligt anvendt kontrolvariabel	Formål og beskrivelse
1	Temperatur	Sørg for en ensartet temperatur for alle forsøgsgrupper for at forhindre, at temperatursvingninger påvirker resultaterne.
2	Fugtighed	Opretholdelse af ensartede fugtighedsniveauer for at kontrollere enhver indvirkning af fugt på resultatet.
3	Lysets intensitet	Hold lysforholdene ens for at undgå, at variationer i lyset påvirker forsøgsresultaterne.
4	Tidspunkt på dagen	Udfør eksperimenter på samme tidspunkt af dagen for at kontrollere for eventuelle døgnvariationer, der kan påvirke resultatet.
5	Type af udstyr	Brug det samme udstyr eller de samme instrumenter til alle grupper for at sikre ensartethed i målingerne.
6	Materialekilde	Indkøb af materialer fra samme leverandør eller parti for at forhindre variationer på grund af forskelle i materialeegenskaber.
7	Prøvens størrelse	Sikre lige store stikprøver på tværs af grupper for at opretholde statistisk styrke og balance.
8	Demografiske oplysninger om deltagerne	Kontrol af alder, køn, socioøkonomisk status og andre demografiske faktorer for at reducere variationen blandt de menneskelige deltagere.
9	Indtag gennem kosten	Standardisering af føde- eller næringsstofindtag ved undersøgelse af fysiologiske eller biokemiske resultater.
10	Hvile- og aktivitetsniveauer	Regulering af hvile- og aktivitetsmønstre for at kontrollere effekten af fysisk anstrengelse.
11	Træning og instruktioner	Sørg for konsekvent træning og instruktioner til alle deltagere for at sikre ensartet forståelse og udførelse.
12	Varighed af eksponering	At holde eksponeringstiden for den uafhængige variabel ensartet på tværs af alle grupper.
13	Miljømæssige forhold	Standardisering af miljøfaktorer som støj, luftkvalitet og andre omgivende forhold.
14	Håndtering og pleje	Sikre, at alle forsøgspersoner eller prøver håndteres og plejes på samme måde under hele forsøget.
15	Teknikker til måling	Brug af de samme metoder og instrumenter til dataindsamling for at sikre ensartethed i målingerne.
16	Betingelser før eksperimentet	Standardisering af forholdene, før forsøget starter, f.eks. akklimatiseringsperioder for dyr eller planter.
17	Analyse efter eksperimentet	Brug af ensartede analysemetoder for at sikre sammenlignelighed af data på tværs af forskellige forsøgsgrupper.
18	Randomisering	Tilfældig fordeling af forsøgspersoner til forsøgs- og kontrolgrupper for at kontrollere for skævheder i udvælgelsen.
19	Blænding	Implementering af enkelt- eller dobbeltblindede procedurer for at kontrollere for observatør- eller deltagerbias.
20	Geografisk placering	At udføre eksperimenter på samme sted for at forhindre, at geografiske variationer påvirker resultaterne.

Kontrolvariablers rolle i et eksperiment

Kontrolvariablernes rolle kan forstås dybere gennem deres bidrag til validitet og deres funktion med at eliminere alternative forklaringer.

Sikring af gyldighed

Validitet henviser til, i hvilket omfang resultaterne af et eksperiment nøjagtigt afspejler det fænomen, der studeres. Der er flere typer validitet, herunder intern validitet (i hvor høj grad eksperimentet nøjagtigt viser en årsagssammenhæng) og ekstern validitet (i hvor høj grad resultaterne kan generaliseres til andre omgivelser).

Eliminering af alternative forklaringer

Et af de primære formål med kontrolvariabler er at eliminere alternative forklaringer på de observerede resultater. I ethvert eksperiment kan flere faktorer påvirke den afhængige variabel. Uden at kontrollere for disse faktorer ville det være vanskeligt at fastslå, om de observerede effekter skyldes den uafhængige variabel eller en anden variabel.

Kontrolvariabler hjælper med at reducere forskellige typer bias, som ellers kunne skævvride resultaterne. Udvælgelsesbias kan f.eks. minimeres ved at kontrollere demografiske variabler som alder og køn. På samme måde kan proceduremæssige skævheder reduceres ved at standardisere procedurerne på tværs af forskellige forsøgsgrupper. Ved at kontrollere disse variabler kan forskere minimere indflydelsen fra skævheder, der ellers kunne give alternative forklaringer på resultaterne.

At skelne kontrolvariabler fra andre variabler

Uafhængige og afhængige variabler

Som defineret i Indeed career guide er en uafhængig variabel: "En variabel, der står alene og ikke ændres af andre variabler eller faktorer, der måles", mens den afhængige variabel er: "En variabel, der er afhængig af og kan ændres af andre faktorer, der måles" læs mere her.

Overvågning og justering af kontrolvariabler

Regelmæssig overvågning

Overvåg løbende kontrolvariabler ved hjælp af passende værktøjer og metoder. Brug f.eks. kostlogbøger, motionsmålere og regelmæssige sundhedstjek for at sikre, at deltagerne overholder forsøgsprotokollen.

Gennemfør randomisering

Tildel forsøgspersoner eller prøver tilfældigt til forsøgs- og kontrolgrupper for at minimere skævheder i udvælgelsen og sikre, at kontrolvariablerne er jævnt fordelt.

Blænding

Hvis det er muligt, skal du implementere enkelt- eller dobbeltblindede procedurer, hvor deltagere og/eller forskere ikke kender gruppeinddelingen. Det hjælper med at reducere bias i håndtering og måling.

Udfordringer ved håndtering af kontrolvariabler

Identificering af skjulte variabler

Forestil dig en undersøgelse, der har til formål at evaluere effektiviteten af en ny undervisningsmetode på elevernes præstationer i matematik. Forskerne sammenligner to grupper af elever: en, der undervises efter den traditionelle metode (kontrolgruppe), og en anden, der undervises efter den nye metode (forsøgsgruppe). Det primære mål for succes er elevernes resultater i en standardiseret matematiktest.

Skjult variabel: Elevernes socioøkonomiske status er en skjult variabel, som kan have stor indflydelse på deres akademiske præstationer. SES kan påvirke adgangen til ressourcer som privatundervisning, bøger, forældrestøtte og et gunstigt læringsmiljø i hjemmet.

Strategier til at sikre ensartethed

Standard driftsprocedurer (SOP'er): Implementering af detaljerede SOP'er for alle aspekter af forsøget kan hjælpe med at sikre, at kontrolvariablerne håndteres konsekvent. SOP'er bør dække alt fra, hvordan prøver indsamles og behandles, til hvordan målinger foretages og registreres.
Kalibrering og vedligeholdelse af udstyr: Regelmæssig kalibrering og vedligeholdelse af udstyr er afgørende for at sikre, at målingerne forbliver ensartede over tid. Brug af det samme udstyr til alle forsøgsgrupper kan hjælpe med at minimere variabilitet på grund af instrumentering.
Uddannelse og overvågning: At sikre, at alt personale, der er involveret i forsøget, er grundigt uddannet, kan hjælpe med at opretholde ensartethed. Regelmæssig overvågning og periodisk omskoling kan sikre, at procedurerne følges korrekt i hele forsøgets varighed.
Miljømæssig kontrol: Til eksperimenter, der er følsomme over for miljøforhold, kan kontrollerede miljøer som klimakontrollerede rum eller vækstkamre hjælpe med at opretholde ensartede forhold. Kontinuerlig overvågning af miljøvariabler kan hjælpe med at identificere og korrigere eventuelle afvigelser med det samme.
Blinding: Implementering af blindingsteknikker, hvor den person, der udfører eksperimentet, ikke ved, hvilken gruppe der er kontrolgruppe, og hvilken der er forsøgsgruppe, kan hjælpe med at reducere bias og sikre, at kontrolvariabler anvendes ensartet.

På trods af disse strategier kan det være arbejdskrævende at opretholde konsistens i kontrolvariablerne, og det kræver omhyggelig opmærksomhed på detaljerne. Variationer, selv om de er små, kan have stor indflydelse på resultaterne, især i eksperimenter, hvor den afhængige variabel er meget følsom over for ændringer i kontrolvariablerne.

Mind the Graph: Vores platform bliver din kontrolvariabel

Den effektive kommunikation af resultater følger efter, at dit eksperiment er afsluttet, og din hypotese er testet. Kommuniker dine resultater på en nem, klar, engagerende og visuel måde for at sikre, at din forskning når ud til folk og vækker genklang. Som din pålidelige partner kan vi hjælpe dig med denne vigtige del af din forskning.

Uanset om du forbereder en plakat til en akademisk konference, skriver en forskningsartikel eller laver et grafisk abstrakt til at opsummere dit studie, tilbyder vi værktøjer og tjenester, der understøtter dine illustrationer. På Mind the Graph, har vi et godt værktøj til dig, så du kan nå disse formål. Vi har et stort gratis illustrationsgalleri på vores platform med temaer, der er målrettet præsentationer af videnskabelige undersøgelser, så du kan finde den helt rigtige grafik til at illustrere dine resultater. Med disse illustrationer kan man udvikle behagelig grafik med det formål at kontekstualisere relevante punkter i denne forskning.

Designerne er der også for at give personlig støtte, så dine billeder ikke bare er nøjagtige ud fra et videnskabeligt synspunkt, men også professionelt polerede. At samarbejde med vores team betyder, at du kan få en større visuel effekt af din forskning, så dit publikum nemt kan forstå kompleksiteten og værdien af arbejdet.

Vi opfordrer forskere til at udforske de ressourcer, som Mind the Graph tilbyder gratis, og tilgængeligheden af ekspertdesign; vi kan hjælpe enhver forsker, uanset om han er nybegynder eller mere erfaren, med at kommunikere forskningsresultater bedre.