A kontrollváltozók megértése a kísérletekben

Egy kutató élete tele van kihívásokkal. Amint belép a kutatási programba vagy csatlakozik bármely intézményhez, a kutató célja, hogy hasonlóságokat, különbségeket, trendeket keressen, és statisztikai szignifikanciát találjon a kapott kísérleti adatokban. Egy kutató minden nap megpróbál a maga módján megfejteni egy rejtélyes univerzumot. Lehet, hogy a COVID-dal kapcsolatos immunológiai kérdésekre keresi a választ, vagy a fizika alapvető elméletét kérdőjelezi meg. A kutatási területtől függetlenül a kutató élete a következő kérdés > kísérlet > elemzés > ismétlés!

Képzeljünk el egy forgatókönyvet: egy szép reggelen eljön az a nap, amikor a mikrobiológiai kísérleted 15 napos inkubációját követően megfigyeled az eredményeket, és biztos vagy benne, hogy ez lesz az! Ez a megoldás a világ élelmiszerválságára! Rendkívüli lelkesedéssel lép be a laboratóriumába, és a reggeli finom kávé után az inkubátorához sétál. Jegyzőkönyvvel a kezedben és a nyakadban lógó fényképezőgép pántjával közelítesz az inkubátorhoz, és megdöbbensz!!! Az inkubátor hőmérséklete az Ön által előírtról 45 Celsius-fokra változott! A szíved hevesen kalapál, és nem tudod, mit kezdj a kezedben tartott szárított lemezekkel!

Nyugodj meg, ez csak egy képzelgés volt, de ha a történetre koncentrálsz, tudni fogod, hogy ami a legjobban érdekelt, az az inkubátor hőmérséklete volt. Az a változó, amit az összes lemezen állandónak tartottál, miközben néhány tápanyagot megváltoztattál az összes médium összetételében. Igen! Ez az a változó, amiről ma beszélni fogunk, A kontrollváltozó. A kontrollváltozó meghatározása az a paraméter, amelyet a kísérlet során állandó értéken tartunk. Egy kísérletben egynél több kontrollváltozó is lehet. Vizsgáljuk meg a kontrollváltozó jellemzőit, és azt, hogy hogyan lehet a legtöbbet kihozni belőle bármilyen kísérleti beállítás mellett.

Meghatározás és cél

A kontrollváltozó, más néven ellenőrzött változó olyan elem, amely a kísérlet során nem változik. Célja annak biztosítása, hogy a független változó hatása a függő változóra pontosan mérhető legyen más változók zavarása nélkül. A kontrollváltozókat állandó értéken tartják, hogy megakadályozzák, hogy befolyásolják az eredményt, és így lehetővé teszik a független és a függő változók közötti kapcsolat egyértelmű értékelését.

Tekintsünk egy egyszerű kísérletet annak meghatározására, hogy a napfény mennyisége hogyan befolyásolja a növények növekedését. Itt a független változó a napfény mennyisége, a függő változó pedig a növények növekedése. A lehetséges kontrollváltozók a következők lehetnek:

A növény típusa: Győződjön meg arról, hogy minden felhasznált növény ugyanabból a fajból származik.
Vízmennyiség: Minden növényt ugyanannyi vízzel öntözzön.
Talajtípus: Minden növény számára ugyanazt a talajtípust használja.
Edényméret: Győződjön meg róla, hogy minden növény azonos méretű edényben van.
Hőmérséklet: Tartsa a növényeket azonos hőmérsékleti körülmények között.

Ezen változók ellenőrzésével a növények növekedése közötti különbségeket nagyobb biztonsággal lehet a kapott napfény mennyiségének tulajdonítani, nem pedig a víz, a talaj vagy más tényezők különbségeinek. Ismerje meg a különböző változótípusokat itt.

Ellenőrző változók azonosítása

A kontrollváltozók azonosítása a kísérleti tervezés első lépése. A kontrollváltozók technikailag közvetett mutatói annak, hogy mik lesznek a kísérleti változóink. Minden olyan változó, amelynek hatását ellenőrizni akarjuk, a kísérlet során különböző tartományokban változna, míg a kontrollváltozó állandó maradna.

A kísérlet céljának meghatározása

A kontrollváltozók meghatározásának első lépése a kísérlet céljának egyértelmű meghatározása. Az ember a kísérlet célját úgy fejti ki, hogy egy állítást vagy egy kutatási kérdést tesz a kísérletről, amelyet el akar végezni. A kutatási kérdés egy kérdőíves kijelentés arról, hogy mit fog vizsgálni, és miért érdekes/jelentőségteljes. Ha például valamilyen tényező hatását vizsgálja valamilyen kimenetelre, akkor meg kell adnia, hogy mi az a tényező, amelyet ellenőriz vagy manipulál, és hogy pontosan mit is mér az eredmény megállapítása érdekében. E két dolog meghatározása az alapja a teljes kísérleti terv felépítésének. Ez segít a kísérlet olyan módon történő felépítésében, hogy az eredmények valóban a vizsgált változóknak és nem más tényezőknek tulajdoníthatók.

A lehetséges befolyásoló tényezők felsorolása

Miután meghatározta a kísérlet célját, azonosítsa az összes potenciálisan releváns tényezőt, amely befolyásolhatja a függő változót, amely nem a független változó. Ezek olyan változók, amelyek hatással lehetnek a kimenetre, és ezért az eredményeket torzítottá vagy nagy ingadozásúvá tehetik. A befolyásoló tényezők azonosítása megköveteli a vizsgálati terület és a kísérlet beállításának világos ismeretét. Lehetséges befolyásoló tényezők lehetnek például a környezeti feltételek, az anyagtulajdonságok, a résztvevők jellemzői és az eljárási részletek. Mindezen paraméterek felsorolása nagyon megkönnyíti annak meghatározását, hogy melyikkel kell foglalkozni annak érdekében, hogy a megfogalmazott kísérleti eredmények érvényesnek és elfogadhatónak tekinthetők legyenek.

Válassza ki a vezérlendő változókat

Miután azonosítottuk a potenciális paramétereket, amelyek a szabályozandó tényezőként szolgálnak, valamint a folyamat során tényezőként való működésük lehetőségét, a másik lépés a szabályozandó változók kiválasztása. Létfontosságú, hogy ebben a lépésben az ellenőrizendő változókat a függő változóra gyakorolt hatásuk mértéke, valamint az ilyen paraméterek ellenőrzésével járó könnyebbség vagy költség mértéke alapján kell meghatározni. Ennek oka az, hogy csak a független változónak kell hatást gyakorolnia a függő változóra. Ez azt a funkciót szolgálja, hogy egyensúlyt teremtsen annak a veszélyeztetett igénynek a kiegyensúlyozására, hogy a kísérletben annyi változót kell ellenőrizni, hogy biztosak legyünk a független és a függő változók közötti valamilyen megállapított kapcsolatban, szemben azzal az egyszerű kívánsággal, hogy a kísérletet ne tegyük túl bonyolulttá.

Racionalizálja az ellenőrzés szükségességét

Az utolsó lépés annak racionalizálása, hogy miért kell az azonosított változókat ellenőrizni. Ez magában foglalja annak magyarázatát, hogy az így azonosított változókban bekövetkező változások hogyan vonhatnak maguk után bizonyos változásokat a függő változóban, és így magyarázatot adnak számos olyan észlelésre, amelyek végül hibaként végződnek. Annak indoklása, hogy miért szerepelnek az egyes kontrollváltozók, lehetővé teszi, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a tervezete jó, így a megállapításokat a független változók manipulációjának és nem a külső változóknak tulajdonítja. Ez igazolja a rugalmas kísérletet, amelyben a külső változók befolyása csökken, így az eredmények pontosabbak és megbízhatóbbak lesznek. Segít továbbá leírni a kísérleti tervet másoknak, és biztosítja a kutatás átláthatóságát és reprodukálhatóságát.

Példák az ellenőrző változókra

Sr.	Általánosan használt ellenőrző változó	Cél és leírás
1	Hőmérséklet	Egyenletes hőmérséklet biztosítása minden kísérleti csoport számára, hogy a hőmérséklet-ingadozás ne befolyásolja az eredményeket.
2	Páratartalom	Az állandó páratartalom fenntartása a nedvességnek az eredményre gyakorolt hatásának ellenőrzésére.
3	Fényintenzitás	A fényviszonyok változatlanul tartása, hogy a fényváltozások ne befolyásolják a kísérleti eredményeket.
4	Napszak	A kísérletek elvégzése azonos napszakban, hogy ellenőrizni lehessen a napszakos ingadozásokat, amelyek befolyásolhatják az eredményt.
5	Berendezés típusa	Ugyanazon berendezések vagy műszerek használata minden csoportban a mérések következetességének biztosítása érdekében.
6	Anyagforrás	Az anyagok beszerzése ugyanattól a beszállítótól vagy tételtől, hogy elkerülhető legyen az anyagtulajdonságok eltéréseiből adódó változékonyság.
7	Minta mérete	A statisztikai erő és az egyensúly fenntartása érdekében a csoportok egyenlő mintanagyságának biztosítása.
8	A résztvevők demográfiai adatai	Az életkor, a nem, a társadalmi-gazdasági státusz és más demográfiai tényezők ellenőrzése az emberi résztvevők közötti változékonyság csökkentése érdekében.
9	Étrendi bevitel	Az élelmiszer- vagy tápanyagbevitel standardizálása fiziológiai vagy biokémiai eredmények vizsgálatakor.
10	Pihenési és aktivitási szintek	A pihenési és aktivitási szokások szabályozása a fizikai megterhelés hatásainak ellenőrzése érdekében.
11	Képzés és utasítások	Egységes képzés és utasítások biztosítása minden résztvevő számára az egységes megértés és teljesítmény biztosítása érdekében.
12	Az expozíció időtartama	A független változónak való expozíciós idő minden csoportban következetes.
13	Környezeti feltételek	A környezeti tényezők, például a zaj, a levegőminőség és egyéb környezeti feltételek szabványosítása.
14	Kezelés és gondozás	Annak biztosítása, hogy minden alany vagy minta kezelése és gondozása azonos módon történjen a kísérlet során.
15	Mérési technikák	A mérések következetességének biztosítása érdekében azonos módszerek és eszközök használata az adatgyűjtéshez.
16	Kísérlet előtti feltételek	A körülmények szabványosítása a kísérlet megkezdése előtt, például az állatok vagy növények akklimatizációs időszaka.
17	Kísérlet utáni elemzés	Következetes elemzési módszerek alkalmazása a különböző kísérleti csoportok adatainak összehasonlíthatósága érdekében.
18	Randomizálás	Az alanyok véletlenszerű hozzárendelése a kísérleti és a kontrollcsoportokhoz a szelekciós torzítás kiküszöbölése érdekében.
19	Vakító	Egy- vagy kettős vak eljárások végrehajtása a megfigyelő vagy a résztvevő elfogultságának ellenőrzésére.
20	Földrajzi elhelyezkedés	A kísérletek ugyanazon a helyen történő elvégzése, hogy a földrajzi eltérések ne befolyásolják az eredményeket.

A kontrollváltozók szerepe egy kísérletben

A kontrollváltozók szerepe mélyebben megérthető az érvényességhez való hozzájárulásuk és az alternatív magyarázatok kizárásában betöltött szerepük révén.

Érvényesség biztosítása

Az érvényesség arra utal, hogy a kísérlet eredményei mennyire tükrözik pontosan a vizsgált jelenséget. Az érvényességnek több típusa van, beleértve a belső érvényességet (az a mérték, amelyben a kísérlet pontosan kimutatja az oksági kapcsolatot) és a külső érvényességet (az a mérték, amelyben az eredmények általánosíthatók más környezetekre).

Alternatív magyarázatok kiküszöbölése

A kontrollváltozók egyik elsődleges célja a megfigyelt eredmények alternatív magyarázatainak kizárása. Bármely kísérletben több tényező is befolyásolhatja a függő változót. E tényezők kontrollálása nélkül nehéz lenne megállapítani, hogy a megfigyelt hatások a független változónak vagy valamilyen más változónak köszönhetőek-e.

A kontrollváltozók segítenek csökkenteni a különböző típusú torzításokat, amelyek egyébként torzíthatják az eredményeket. Például a szelekciós torzítás minimalizálható a demográfiai változók, például az életkor és a nemek ellenőrzésével. Hasonlóképpen, az eljárási torzítások csökkenthetők az eljárások standardizálásával a különböző kísérleti csoportokban. Ezen változók ellenőrzésével a kutatók minimalizálhatják az olyan torzítások hatását, amelyek egyébként alternatív magyarázatot adhatnának az eredményekre.

A kontrollváltozók megkülönböztetése más változóktól

Független és függő változók

Az Indeed karrier útmutató meghatározása szerint a független változó a következő: "Egy változó, amely önmagában áll, és nem változtatják meg más mért változók vagy tényezők", míg a függő változó a következő: "Egy változó, amely más mért tényezőkre támaszkodik és azok által megváltoztatható" bővebben itt.

Ellenőrző változók ellenőrzése és beállítása

Rendszeres ellenőrzés

Az ellenőrző változók folyamatos figyelemmel kísérése a megfelelő eszközök és módszerek alkalmazásával. Használjon például diétanaplókat, mozgáskövetőket és rendszeres egészségügyi ellenőrzéseket annak biztosítására, hogy a résztvevők betartsák a vizsgálati protokollt.

Randomizálás végrehajtása

Véletlenszerűen ossza be az alanyokat vagy mintákat a kísérleti és kontrollcsoportokba a szelekciós torzítás minimalizálása és a kontrollváltozók egyenletes eloszlásának biztosítása érdekében.

Vakító

Ha lehetséges, alkalmazzon egyszerű vagy kettős vak eljárásokat, ahol a résztvevők és/vagy a kutatók nem ismerik a csoportbeosztást. Ez segít csökkenteni az elfogultságot a kezelésben és a mérésben.

Kihívások az ellenőrző változók kezelésében

Rejtett változók azonosítása

Képzeljünk el egy tanulmányt, amelynek célja egy új tanítási módszer hatékonyságának értékelése a tanulók matematikai teljesítményére. A kutatók két tanulócsoportot hasonlítanak össze: az egyiket a hagyományos módszerrel (kontrollcsoport), a másikat az új módszerrel (kísérleti csoport) tanítják. A siker elsődleges mércéje a diákok pontszámai egy szabványosított matematikai teszten.

Rejtett változó: A diákok társadalmi-gazdasági státusza olyan rejtett változó, amely jelentősen befolyásolhatja tanulmányi teljesítményüket. A SES befolyásolhatja az olyan erőforrásokhoz való hozzáférést, mint a magántanár, a könyvek, a szülői támogatás és a kedvező otthoni tanulási környezet.

Stratégiák a következetesség biztosítására

Szabványos működési eljárások (SOP): A kísérlet minden aspektusára vonatkozó részletes SOP-ok bevezetése segíthet biztosítani, hogy a kontrollváltozókat következetesen kezeljék. Az SOP-oknak mindent le kell fedniük a minták begyűjtésétől és feldolgozásától kezdve a mérések elvégzésének és rögzítésének módjáig.
A berendezések kalibrálása és karbantartása: A berendezések rendszeres kalibrálása és karbantartása elengedhetetlen ahhoz, hogy a mérések idővel konzisztensek maradjanak. Ha minden kísérleti csoportban ugyanazt a berendezést használjuk, az segíthet minimalizálni a műszerek okozta változékonyságot.
Képzés és felügyelet: A következetesség fenntartásához hozzájárulhat annak biztosítása, hogy a kísérletben részt vevő valamennyi munkatárs alapos képzésben részesüljön. A rendszeres ellenőrzés és az időszakos átképzés biztosíthatja, hogy az eljárásokat a vizsgálat teljes időtartama alatt helyesen kövessék.
Környezeti ellenőrzések: A környezeti feltételekre érzékeny kísérletek esetében az olyan ellenőrzött környezetek, mint a légkondicionált helyiségek vagy a növekedési kamrák segíthetnek az egyenletes feltételek fenntartásában. A környezeti változók folyamatos nyomon követése segíthet az eltérések azonnali azonosításában és kijavításában.
Vakítás: A vakítási technikák alkalmazása, amikor a kísérletet végző személy nem tudja, hogy melyik csoport a kontroll- és melyik a kísérleti csoport, segíthet csökkenteni a torzítást, és biztosíthatja, hogy a kontrollváltozókat egységesen alkalmazzák.

E stratégiák ellenére a kontrollváltozók következetességének fenntartása munkaigényes lehet, és aprólékos figyelmet igényel a részletekre. Az eltérések, még ha kisebbek is, jelentős hatással lehetnek az eredményekre, különösen olyan kísérleteknél, ahol a függő változó nagyon érzékeny a kontrollváltozók változásaira.

Mind the Graph: Platformunk lesz az Ön vezérlő változója

Az eredmények hatékony kommunikációja a kísérletezés befejezése, illetve a hipotézis tesztelése után következik. Közölje eredményeit egyszerű, világos, magával ragadó és vizuális módon, hogy kutatásának eredményei eljussanak az emberekhez, és rezonáljanak rájuk. Megbízható partnerként segítünk Önnek a kutatás e fontos részében.

Akár posztert készít egy tudományos konferenciára, akár kutatási tanulmányt ír, vagy grafikus kivonatot készít tanulmánya összefoglalására, mi olyan eszközöket és szolgáltatásokat kínálunk, amelyek támogatják az illusztrációkat. A oldalon Mind the Graph, van egy nagyszerű eszközünk az Ön számára, amellyel elérheti ezeket a célokat. Platformunkon egy nagy ingyenes illusztrációs galéria található, amelynek témái a tudományos tanulmányok bemutatását célozzák meg, így megtalálhatja a megfelelő grafikákat az eredményei illusztrálására. Ezekkel az illusztrációkkal kellemes grafikákat lehet kialakítani azzal a céllal, hogy a kutatás releváns pontjait kontextusba helyezzük.

A tervezők személyre szabott támogatást is nyújtanak, hogy vizuális anyagai ne csak tudományos szempontból legyenek pontosak, hanem szakmailag is csiszoltak legyenek. A csapatunkkal való együttműködés azt jelenti, hogy nagyobb vizuális hatást érhet el kutatásával, lehetővé téve a közönség számára, hogy könnyen megértse a munka összetettségét és értékét.

Arra bátorítjuk a kutatókat, hogy fedezzék fel az Mind the Graph által ingyenesen kínált forrásokat és a szakértői tervezés elérhetőségét; bármelyik kutatónak, legyen az kezdő vagy tapasztaltabb, segíthetünk a kutatási eredmények jobb kommunikálásában.