Kontrollmuutujate mõistmine eksperimentides

Teadlase elu on täis väljakutseid. Niipea, kui astute teadusprogrammi või liitute mõne asutusega, on teadlase eesmärk otsida sarnasusi, erinevusi, suundumusi ja leida saadud katseandmetest statistilist olulisust. Iga päev püüab teadlane omal moel lahendada mõistatuslikku universumit. Te võite leida vastuseid COVIDiga seotud immunoloogilistele küsimustele või seada kahtluse alla füüsika põhiteooria. Sõltumata uurimisvaldkonnast elab teadlane elu küsimus > eksperiment > analüüs > kordamine!

Kujutage ette stsenaarium: ühel ilusal hommikul on teie mikrobioloogilise eksperimendi 15 päeva kestnud inkubatsiooni järel tulemuste vaatlemise päev ja te olete kindel, et see oleks see! See on lahendus maailma toidukriisile! Sa sisened oma laborisse äärmise entusiasmiga ja pärast head hommikukohvi kõnnite oma inkubaatori poole. Märkmikeraamat käes ja kaelas lebav kaamerarihm, lähete inkubaatorile ja olete šokeeritud!!! Inkubaatori temperatuur oli muutunud teie nõutud temperatuurist 45 kraadini! Teie süda peksab ja te ei tea, mida teha nende kuivanud plaatidega teie käes!

Rahune maha, see oli lihtsalt kujutlusvõime, aga kui sa keskendud loole, siis tead, et see, mis sind kõige rohkem huvitas, oli inkubaatori temperatuur. See muutuja, mida sa hoidsid kõikide plaatide puhul konstantsena, samal ajal kui sa muutsid mõned toitained kõigis meediumide koostises. Jah! See ongi see muutuja, millest me täna räägime, kontrollmuutuja. Kontrollimuutuja määratlemiseks on parameeter, mida hoitakse katses konstantsena. Ühes eksperimendis võib olla rohkem kui üks kontrollmuutuja. Uurime kontrollmuutuja omadusi ja seda, kuidas saada sellest kõige rohkem kasu mis tahes katse ülesehituse korral.

Määratlus ja eesmärk

Kontrollmuutuja, mida nimetatakse ka kontrollitud muutujaks, on element, mida katse jooksul ei muudeta. Selle eesmärk on tagada, et sõltumatu muutuja mõju sõltuvale muutujale oleks võimalik täpselt mõõta, ilma et teised muutujad häiriksid. Kontrollmuutujaid hoitakse konstantsetena, et vältida nende mõju tulemusele, võimaldades seeläbi sõltumatute ja sõltuvate muutujate vahelise seose selget hindamist.

Mõelge lihtsale eksperimendile, kuidas päikesevalguse hulk mõjutab taimede kasvu. Sõltumatu muutuja on päikesevalguse hulk ja sõltuv muutuja on taimede kasv. Võimalikud kontrollmuutujad võivad olla järgmised:

Taime tüüp: Veenduge, et kõik kasutatavad taimed on samast liigist.
Vee kogus: Kastke iga taime sama palju vett.
Mulla tüüp: Kasutage kõikide taimede jaoks sama tüüpi mulda.
Poti suurus: Veenduge, et kõik taimed on ühesuguse suurusega pottides.
Temperatuur: Hoidke taimi samades temperatuuritingimustes.

Neid muutujaid kontrollides saate suurema kindlusega seostada erinevusi taimede kasvus pigem päikesevalguse kogusega kui vee, mulla või muude tegurite erinevustega. Tutvuge erinevate muutujate tüüpidega siin.

Kontrollmuutujate kindlaksmääramine

Kontrollmuutujate kindlaksmääramine on esimene samm katsekujunduses. Kontrollmuutujad on tehniliselt kaudsed näitajad selle kohta, mis on meie katsemuutujad. Kõik muutujad, mille mõju me tahame kontrollida, varieeruvad katse ajal eri vahemikes, samas kui kontrollmuutuja jääb püsima.

Määratlege katse eesmärk

Esimene samm kontrollmuutujate kindlaksmääramisel on eksperimendi eesmärgi selge määratlemine. Eksperimendi eesmärki selgitatakse, tehes avalduse või uurimisküsimuse selle eksperimendi kohta, mida ta tahab läbi viia. Uurimisküsimus on küsitav väide selle kohta, mida te kavatsete uurida ja miks see on huvitav/oluline. Näiteks kui te katsetate mõne teguri mõju mõnele tulemusele, peate te ütlema, mis on see tegur, mida te kontrollib või millega te manipuleerite, ja mida te just selle tulemuse kindlakstegemiseks mõõdate. Nende kahe asja kindlaksmääramine on kogu katsekorralduse koostamise alus. See aitab eksperimenti struktureerida nii, et tulemusi saab tõepoolest seostada testitavate muutujate ja mitte muude teguritega.

Loetelu võimalikest mõjutavatest teguritest

Olles määratlenud eksperimendi eesmärgi, määratleda kõik potentsiaalselt olulised tegurid, mis võivad mõjutada sõltuvat muutujat, mis ei ole sõltumatu muutuja. Need on muutujad, mis võivad mõjutada väljundit ja seega muuta tulemused kallutatuks või suure kõikumisega. Mõjutavate tegurite kindlakstegemine eeldab selgeid teadmisi uurimisvaldkonnast ja eksperimendi asetusest. Näiteks võivad potentsiaalsed mõjutegurid olla keskkonnatingimused, materjali omadused, osalejate omadused ja menetluslikud üksikasjad. Kõigi nende parameetrite loetlemine teeb väga lihtsaks määrata kindlaks, milliseid tuleb käsitleda, et tagada, et sõnastatud katsetulemusi peetakse valiidseks ja vastuvõetavaks.

Valige kontrollitavad muutujad

Pärast kontrollitavate teguritena kasutatavate võimalike parameetrite ja nende potentsiaalsete tegurite kindlakstegemist on teine samm kontrollitavate muutujate valimine. Oluline on märkida, et selle sammu raames tuleb kontrollitavad muutujad määrata vastavalt sellele, kui suur on nende mõju sõltuvale muutujale ja kui lihtne või kulukas on nende parameetrite kontrollimine. Põhjus on selles, et ainult sõltumatu muutuja peaks mõjutama sõltuvat muutujat. See on tasakaalustav funktsioon, et tasakaalustada ohustatud vajadust kontrollida nii paljusid muutujaid eksperimendis, et olla kindel, et sõltumatute ja sõltuvate muutujate vahel on mingi kindel seos, võrreldes lihtsa sooviga mitte teha eksperimenti liiga keeruliseks.

Ratsionaliseerida kontrollivajadust

Viimane samm on saavutada ratsionaliseerimine, miks tuvastatud muutujaid tuleb kontrollida. See hõlmab selgitust selle kohta, kuidas sel viisil tuvastatud muutujate muutused võivad kaasa tuua mõningaid muutusi sõltuvas muutujas ja seletada seega mitmeid arusaamu, mis lõppevad vigadena. Põhjendamine, miks iga kontrollmuutuja on kaasatud, võimaldab teil veenduda, et teie disain on hea, omistades seega tulemused sõltumatute muutujate ja mitte kõrvaliste muutujate manipuleerimisele. See õigustab vastupidavat eksperimenti, kus kõrvaliste muutujate mõju on vähendatud, nii et tulemused on täpsemad ja usaldusväärsemad. Samuti aitab see kirjeldada katse ülesehitust teistele ning tagab läbipaistvuse ja reprodutseeritavuse teadusuuringutes.

Kontrollmuutujate näited

Sr. nr.	Tavaliselt kasutatav kontrollmuutuja	Eesmärk ja kirjeldus
1	Temperatuur	Tagada kõikide katserühmade jaoks ühtlane temperatuur, et vältida temperatuuri kõikumise mõju tulemustele.
2	Niiskus	Niiskuse püsiva taseme säilitamine, et kontrollida niiskuse mõju tulemusele.
3	Valguse intensiivsus	hoida valgustingimused samad, et vältida katsetulemusi mõjutavaid valguse erinevusi.
4	Kellaaeg	Katsete läbiviimine samal kellaajal, et kontrollida päevaseid erinevusi, mis võivad tulemust mõjutada.
5	Seadme tüüp	Kasutades kõikides rühmades samu seadmeid või mõõteriistu, et tagada mõõtmiste järjepidevus.
6	Materjali allikas	Materjalide hankimine samalt tarnijalt või samast partiist, et vältida materjali omaduste erinevustest tulenevat varieeruvust.
7	Valimi suurus	Võrdse valimi suuruse tagamine kõigis rühmades, et säilitada statistiline võimsus ja tasakaal.
8	Osalejate demograafilised andmed	vanuse, soo, sotsiaalmajandusliku staatuse ja muude demograafiliste tegurite kontrollimine, et vähendada inimeste vahelist varieeruvust.
9	Toitumine	Toidu või toitainete tarbimise standardimine füsioloogiliste või biokeemiliste tulemuste uurimisel.
10	Puhkuse ja aktiivsuse tase	Puhke- ja aktiivsusrežiimi reguleerimine füüsilise koormuse mõju kontrollimiseks.
11	Koolitus ja juhised	Kõigile osalejatele järjepideva koolituse ja juhiste andmine, et tagada ühtne arusaamine ja täitmine.
12	Kokkupuute kestus	Sõltumatu muutujaga kokkupuute aja hoidmine kõigis rühmades ühtlasena.
13	Keskkonnatingimused	Keskkonnategurite, nagu müra, õhu kvaliteet ja muud keskkonnatingimused, standardiseerimine.
14	Käsitsemine ja hooldus	Tagada, et kõiki katsealuseid või proove käideldakse ja hooldatakse kogu katse jooksul ühtemoodi.
15	Mõõtmistehnika	Andmete kogumiseks kasutatakse samu meetodeid ja vahendeid, et tagada mõõtmiste järjepidevus.
16	Katse-eelsed tingimused	Tingimuste standardiseerimine enne katse alustamist, näiteks loomade või taimede aklimatiseerimisperioodid.
17	Katsejärgne analüüs	Ühtsete analüüsimeetodite kasutamine, et tagada andmete võrreldavus eri katserühmade vahel.
18	Randomization	Katses osalejate juhuslik määramine katse- ja kontrollrühmadesse, et kontrollida valiku erapoolikust.
19	Pimestamine	ühe- või topeltpimedate menetluste rakendamine, et kontrollida vaatleja või osaleja erapoolikust.
20	Geograafiline asukoht	Katsete läbiviimine samas kohas, et vältida geograafiliste erinevuste mõju tulemustele.

Kontrollmuutujate roll eksperimendis

Kontrollimuutujate rolli saab sügavamalt mõista nende panuse kaudu valiidsusesse ja nende funktsiooni kaudu alternatiivsete seletuste kõrvaldamisel.

Kehtivuse tagamine

Kehtivus tähendab seda, mil määral eksperimendi tulemused peegeldavad täpselt uuritavat nähtust. On olemas mitut liiki valiidsust, sealhulgas sisemine valiidsus (mil määral katse näitab täpselt põhjuslikku seost) ja väline valiidsus (mil määral saab tulemusi üldistada muudes olukordades).

Alternatiivsete selgituste kõrvaldamine

Kontrollmuutujate üks peamisi eesmärke on välistada alternatiivsed seletused vaadeldavatele tulemustele. Igas eksperimendis võivad sõltuvat muutujat mõjutada mitmed tegurid. Ilma nende tegurite kontrollimiseta oleks raske kindlaks teha, kas täheldatud mõju on tingitud sõltumatust muutujast või mõnest muust muutujast.

Kontrollimuutujad aitavad vähendada mitmesuguseid eelarvamusi, mis võiksid muidu tulemusi moonutada. Näiteks saab valikulisi erisusi vähendada demograafiliste muutujate, nagu vanus ja sugu, kontrollimisega. Samamoodi saab menetluslikke eelarvamusi vähendada menetluste standardiseerimisega erinevates katserühmades. Nende muutujate kontrollimisega saavad teadlased minimeerida selliste eelarvamuste mõju, mis muidu võiksid anda alternatiivseid selgitusi tulemustele.

Kontrollmuutujate eristamine teistest muutujatest

Sõltumatud ja sõltuvad muutujad

Nagu on määratletud Indeed karjäärijuhendis, on sõltumatu muutuja: "Muutuja, mis seisab üksi ja mida ei muuda teised mõõdetud muutujad või tegurid", samas kui sõltuv muutuja on: "Muutuja, mis sõltub teistest mõõdetud teguritest ja mida saab muuta" Loe edasi siin.

Kontrollmuutujate jälgimine ja reguleerimine

Regulaarne järelevalve

Jälgige pidevalt kontrollmuutujaid, kasutades asjakohaseid vahendeid ja meetodeid. Kasutage näiteks toitumispäevikuid, treeningute jälgimisseadmeid ja perioodilisi tervisekontrolle, et tagada osalejate kinnipidamine uuringuprotokollist.

Rakendada juhuslikkust

Määrake katsealused või proovid juhuslikult katse- ja kontrollrühmadesse, et vähendada valiku kallutatust ja tagada kontrollmuutujate ühtlane jaotumine.

Pimestamine

Võimaluse korral rakendage ühe- või topeltpimedat menetlust, mille puhul osalejad ja/või uurijad ei tea rühmade jaotust. See aitab vähendada eelarvamusi käitlemisel ja mõõtmisel.

Kontrollmuutujate haldamise väljakutsed

Varjatud muutujate tuvastamine

Kujutage ette uuringut, mille eesmärk on hinnata uue õpetamismeetodi tõhusust õpilaste matemaatikatulemustele. Uurijad võrdlesid kahte õpilasrühma: ühte õpetati traditsioonilise meetodi järgi (kontrollrühm) ja teist õpetati uue meetodi järgi (katserühm). Esmane mõõdupuu on õpilaste tulemused standardiseeritud matemaatikatestis.

Varjatud muutuja: Õpilaste sotsiaalmajanduslik staatus on varjatud muutuja, mis võib oluliselt mõjutada nende akadeemilisi tulemusi. SES võib mõjutada juurdepääsu sellistele ressurssidele nagu eraõpe, raamatud, vanemate toetus ja soodne õpikeskkond kodus.

Strateegiad järjepidevuse tagamiseks

Standardne töökord (Standard Operating Procedures, SOP): Üksikasjalike standardsete töökordade rakendamine eksperimendi iga aspekti kohta aitab tagada, et kontrollmuutujaid hallatakse järjepidevalt. SOPid peaksid hõlmama kõike alates proovide kogumisest ja töötlemisest kuni mõõtmiste tegemise ja registreerimiseni.
Seadmete kalibreerimine ja hooldus: Seadmete korrapärane kalibreerimine ja hooldus on oluline, et tagada mõõtmiste järjepidevus. Samade seadmete kasutamine kõigis katserühmades aitab vähendada mõõteriistadest tulenevat varieeruvust.
Koolitus ja järelevalve: Tagada, et kõik eksperimendis osalevad töötajad on põhjalikult koolitatud, aitab säilitada järjepidevust. Regulaarne järelevalve ja perioodiline ümberõpe võivad tagada, et menetlusi järgitakse korrektselt kogu uuringu kestuse jooksul.
Keskkonnakontroll: Kontrollitud keskkondade, näiteks kliimakontrollitud ruumide või kasvukambrite kasutamine keskkonnatingimuste suhtes tundlike katsete puhul aitab säilitada püsivaid tingimusi. Keskkonna muutujate pidev jälgimine aitab tuvastada ja korrigeerida kõik kõrvalekalded kiiresti.
Pimestamine: See aitab vähendada eelarvamusi ja tagada, et kontrollmuutujaid kohaldatakse ühtlaselt.

Vaatamata nendele strateegiatele võib kontrollmuutujate järjepidevuse säilitamine olla töömahukas ja nõuab hoolikat tähelepanu üksikasjadele. Isegi väikesed erinevused võivad avaldada olulist mõju tulemustele, eriti katsetes, kus sõltuv muutuja on väga tundlik kontrollmuutujate muutuste suhtes.

Mind the Graph: Meie platvorm on teie kontrollmuutuja

Tulemuste tõhus edastamine järgneb pärast seda, kui teie eksperiment on lõpetatud ja vastavalt teie hüpotees on testitud. Teavitage oma tulemusi lihtsalt, selgelt, kaasahaaravalt ja visuaalselt, et teie uurimus jõuaks inimesteni ja leiaks vastukaja. Teie usaldusväärse partnerina saame teid selles olulises uurimuse osas aidata.

Olenemata sellest, kas te valmistate ette plakatit akadeemilisele konverentsile, kirjutate uurimistööd või koostate graafilise kokkuvõtte oma uuringu kokkuvõtmiseks, me pakume vahendeid ja teenuseid, mis toetavad teie illustratsioone. Veebilehel Mind the Graph, meil on teile suurepärane vahend nende eesmärkide saavutamiseks. Meie platvormil on suur tasuta illustratsioonigalerii, mille teemad on suunatud teaduslike uuringute esitlustele, mis võimaldab teil leida just õige graafika oma tulemuste illustreerimiseks. Nende illustratsioonide abil saab arendada meeldivat graafikat, mille eesmärk on kontekstualiseerida selle uuringu asjakohaseid punkte.

Disainerid pakuvad ka personaalset tuge, et teie visuaalid ei oleks mitte ainult teaduslikust seisukohast täpsed, vaid ka professionaalselt viimistletud. Meie meeskonna kaasamine tähendab, et saate oma uurimistööga suuremat visuaalset mõju, mis võimaldab publikul hõlpsasti mõista töö keerukust ja väärtust.

Soovitame teadlastel uurida ressursse, mida Mind the Graph pakub tasuta, ja eksperdikujunduse kättesaadavust; me saame aidata iga teadlast, olgu ta siis algaja või kogenud, teadustulemuste paremaks edastamiseks.