Forståelse av kontrollvariabler i eksperimenter

Livet som forsker er fullt av utfordringer. Så snart du begynner på et forskningsprogram eller blir ansatt ved en institusjon, er forskerens mål å lete etter likheter, forskjeller, trender og finne statistisk signifikans i de eksperimentelle dataene som innhentes. Hver dag prøver en forsker å løse et mystisk univers på sin egen måte. Du kan finne svar på immunologiske spørsmål knyttet til covid-19, eller du kan stille spørsmål ved den grunnleggende teorien i fysikken. Uavhengig av forskningsfelt lever en forsker et liv preget av stille spørsmål > eksperimentere > analysere > gjenta!

Forestill deg et scenario: En vakker morgen skal du observere resultatene etter 15 dagers inkubasjon av det mikrobiologiske eksperimentet ditt, og du er sikker på at dette er løsningen! Dette er løsningen på verdens matvarekrise! Du går inn i laboratoriet ditt med ekstrem entusiasme, og etter en god morgenkaffe går du mot inkubatoren din. Med en rekordbok i hånden og en kamerarem rundt halsen nærmer du deg inkubatoren, og du får sjokk! Temperaturen i kuvøsen er endret fra den temperaturen du hadde krav på, til 45 grader Celsius! Hjertet ditt hamrer, og du vet ikke hva du skal gjøre med de tørkede platene du holder i hånden!

Ro deg ned, dette var bare fantasi, men hvis du fokuserer på historien, vil du vite at det du brydde deg mest om, var temperaturen i inkubatoren. Den variabelen som du holdt konstant for alle platene mens du endret noen næringsstoffer i alle mediesammensetningene. Ja! Det er den variabelen vi skal snakke om i dag, kontrollvariabelen. En kontrollvariabel er den parameteren som holdes konstant under forsøket. Det kan være mer enn én kontrollvariabel i ett eksperiment. La oss se nærmere på hva som kjennetegner kontrollvariabelen, og hvordan vi kan få mest mulig ut av den under ethvert eksperimentelt oppsett.

Definisjon og formål

En kontrollvariabel, også kjent som en kontrollert variabel, er et element som ikke endres gjennom et eksperiment. Formålet er å sikre at effekten av den uavhengige variabelen på den avhengige variabelen kan måles nøyaktig uten forstyrrelser fra andre variabler. Kontrollvariablene holdes konstante for å hindre at de påvirker utfallet, slik at det blir mulig å foreta en klar vurdering av forholdet mellom den uavhengige og den avhengige variabelen.

Tenk deg et enkelt eksperiment for å finne ut hvordan mengden sollys påvirker planteveksten. Her er den uavhengige variabelen mengden sollys, og den avhengige variabelen er plantenes vekst. Mulige kontrollvariabler kan være

Type plante: Sørg for at alle planter som brukes er av samme art.
Mengde vann: Vann hver plante med samme mengde vann.
Jordsmonnstype: Bruk samme type jord til alle plantene.
Pottestørrelse: Sørg for at alle plantene står i potter av samme størrelse.
Temperatur: Hold plantene i samme temperaturforhold.

Ved å kontrollere disse variablene kan du med større sikkerhet tilskrive forskjeller i plantevekst til mengden sollys de har fått, i stedet for til forskjeller i vann, jord eller andre faktorer. Lær mer om ulike variabeltyper her.

Identifisere kontrollvariabler

Identifisering av kontrollvariabler er det første trinnet i forsøksdesignet. Kontrollvariablene er teknisk sett indirekte indikatorer på hva som vil være våre eksperimentelle variabler. Alle variablene som vi ønsker å sjekke effekten av, vil variere i ulike intervaller i løpet av eksperimentet, mens kontrollvariabelen vil forbli konstant.

Definer hensikten med eksperimentet

Det første trinnet i arbeidet med å bestemme hva kontrollvariablene skal være, er å definere formålet med eksperimentet. Man utdyper formålet med eksperimentet ved å komme med en uttalelse eller et forskningsspørsmål om eksperimentet man ønsker å gjennomføre. Et forskningsspørsmål er et spørrende utsagn om hva du skal undersøke, og hvorfor det er interessant/viktig. Hvis du for eksempel skal teste effekten av en faktor på et utfall, må du oppgi hvilken faktor du kontrollerer eller manipulerer, og hva det er du måler for å fastslå utfallet. Fastsettelsen av disse to tingene er grunnlaget for konstruksjonen av det totale forsøksdesignet. Det hjelper til med å strukturere eksperimentet på en slik måte at resultatene virkelig kan tilskrives variablene som testes, og ikke andre faktorer.

Liste over potensielle påvirkningsfaktorer

Etter å ha definert formålet med eksperimentet, identifiserer du alle potensielt relevante faktorer som kan påvirke den avhengige variabelen som ikke er den uavhengige variabelen. Dette er variabler som kan påvirke resultatet og dermed gjøre resultatene skjeve eller med store svingninger. Denne identifiseringen av påvirkningsfaktorer forutsetter at man har god kjennskap til undersøkelsesområdet og omgivelsene for eksperimentet. Potensielle påvirkningsfaktorer kan for eksempel være miljøforhold, materialegenskaper, deltakernes egenskaper og prosedyredetaljer. Ved å liste opp alle disse parameterne blir det svært enkelt å avgjøre hvilke faktorer som må tas hensyn til for å sikre at de eksperimentelle resultatene er gyldige og akseptable.

Velg variabler som skal kontrolleres

Etter å ha identifisert de potensielle parameterne som skal fungere som de kontrollerte faktorene, og deres potensial til å fungere som faktorer i prosessen, er det andre trinnet å velge de variablene som skal kontrolleres. Det er viktig å merke seg at variablene som skal kontrolleres, må velges ut fra hvor stor innvirkning de vil ha på den avhengige variabelen, og hvor lett eller kostbart det vil være å kontrollere disse parameterne. Grunnen til dette er at bare den uavhengige variabelen skal ha en effekt på den avhengige variabelen. Dette er en avveining mellom behovet for å kontrollere så mange variabler i eksperimentet at man er sikker på at det er en sammenheng mellom de uavhengige og de avhengige variablene, og et ønske om ikke å gjøre eksperimentet for komplisert.

Rasjonaliser behovet for kontroll

Det siste trinnet er å rasjonalisere hvorfor de identifiserte variablene må kontrolleres. Det innebærer en forklaring på hvordan endringene i de identifiserte variablene kan føre til endringer i den avhengige variabelen og dermed forklare flere oppfatninger som ender opp som feil. Ved å begrunne hvorfor hver enkelt kontrollvariabel er inkludert, kan du forsikre deg om at designet ditt er godt, slik at funnene kan tilskrives manipulering av uavhengige variabler og ikke uvedkommende variabler. Dette vil rettferdiggjøre et robust eksperiment der påvirkningen fra uvedkommende variabler reduseres, slik at resultatene blir mer presise og pålitelige. Det gjør det også lettere å beskrive forsøksdesignet for andre og sikrer gjennomsiktighet og reproduserbarhet i forskningen.

Eksempler på kontrollvariabler

Sr. nr.	Vanlig brukte kontrollvariabler	Formål og beskrivelse
1	Temperatur	Sørg for en jevn temperatur for alle forsøksgruppene for å unngå at temperatursvingninger påvirker resultatene.
2	Luftfuktighet	Opprettholde en jevn luftfuktighet for å kontrollere eventuell innvirkning av fuktighet på resultatet.
3	Lysintensitet	Hold lysforholdene de samme for å unngå at variasjoner i lyset påvirker forsøksresultatene.
4	Tid på dagen	Gjennomføre eksperimenter på samme tid på døgnet for å kontrollere for eventuelle døgnvariasjoner som kan påvirke resultatet.
5	Type utstyr	Bruk av samme utstyr eller instrumentering for alle gruppene for å sikre konsistens i målingene.
6	Materiell kilde	Innkjøp av materialer fra samme leverandør eller parti for å unngå variasjon på grunn av forskjeller i materialegenskaper.
7	Utvalgsstørrelse	Sikre lik utvalgsstørrelse på tvers av gruppene for å opprettholde statistisk styrke og balanse.
8	Demografiske opplysninger om deltakerne	Kontroll for alder, kjønn, sosioøkonomisk status og andre demografiske faktorer for å redusere variasjonen blant deltakerne.
9	Inntak gjennom kostholdet	Standardisering av mat- eller næringsinntak ved studier av fysiologiske eller biokjemiske resultater.
10	Hvile- og aktivitetsnivå	Regulering av hvile- og aktivitetsmønstre for å kontrollere for effekten av fysisk anstrengelse.
11	Opplæring og instruksjoner	Gi konsekvent opplæring og instruksjoner til alle deltakerne for å sikre ensartet forståelse og utførelse.
12	Varighet av eksponeringen	Hold eksponeringstiden for den uavhengige variabelen konsistent på tvers av alle gruppene.
13	Miljømessige forhold	Standardisering av miljøfaktorer som støy, luftkvalitet og andre omgivelsesforhold.
14	Håndtering og stell	Sikre at alle forsøkspersoner eller prøver håndteres og behandles på samme måte under hele forsøket.
15	Måleteknikker	Bruk av de samme metodene og instrumentene for datainnsamling for å sikre konsistens i målingene.
16	Forhold før eksperimentet	Standardisering av forholdene før forsøket starter, for eksempel akklimatiseringsperioder for dyr eller planter.
17	Analyse etter eksperimentet	Bruk av konsistente analysemetoder for å sikre sammenlignbare data på tvers av ulike forsøksgrupper.
18	Randomisering	Tilfeldig fordeling av forsøkspersoner til eksperiment- og kontrollgrupper for å kontrollere for seleksjonsskjevhet.
19	Blinding	Implementering av enkelt- eller dobbeltblindede prosedyrer for å kontrollere for observatør- eller deltakerbias.
20	Geografisk plassering	Gjennomføre eksperimenter på samme sted for å unngå at geografiske variasjoner påvirker resultatene.

Kontrollvariablenes rolle i et eksperiment

Kontrollvariablenes rolle kan forstås dypere gjennom deres bidrag til validitet og deres funksjon når det gjelder å eliminere alternative forklaringer.

Sikre gyldighet

Validitet refererer til i hvilken grad resultatene av et eksperiment gjenspeiler fenomenet som studeres, på en nøyaktig måte. Det finnes flere typer validitet, blant annet intern validitet (i hvilken grad eksperimentet viser en nøyaktig årsakssammenheng) og ekstern validitet (i hvilken grad resultatene kan generaliseres til andre situasjoner).

Eliminering av alternative forklaringer

Et av hovedformålene med kontrollvariabler er å eliminere alternative forklaringer på de observerte resultatene. I ethvert eksperiment kan flere faktorer påvirke den avhengige variabelen. Uten å kontrollere for disse faktorene vil det være vanskelig å fastslå om de observerte effektene skyldes den uavhengige variabelen eller en annen variabel.

Kontrollvariabler bidrar til å redusere ulike typer skjevheter som ellers kan påvirke resultatene. Seleksjonsskjevhet kan for eksempel minimeres ved å kontrollere demografiske variabler som alder og kjønn. På samme måte kan skjevheter i prosedyrer reduseres ved å standardisere prosedyrene på tvers av ulike forsøksgrupper. Ved å kontrollere disse variablene kan forskerne minimere innflytelsen fra skjevheter som ellers kan gi alternative forklaringer på resultatene.

Skille kontrollvariabler fra andre variabler

Uavhengige og avhengige variabler

Som definert i karriereveiledningen til Indeed er en uavhengig variabel: "En variabel som står alene og ikke endres av andre variabler eller faktorer som måles", mens den avhengige variabelen er: "En variabel som er avhengig av og kan endres av andre faktorer som måles." Les mer her.

Overvåking og justering av kontrollvariabler

Regelmessig overvåking

Overvåk kontrollvariablene kontinuerlig ved hjelp av egnede verktøy og metoder. Bruk for eksempel kostholdslogger, treningsmålere og regelmessige helsekontroller for å sikre at deltakerne følger studieprotokollen.

Implementere randomisering

Fordel forsøkspersoner eller prøver tilfeldig til eksperiment- og kontrollgrupper for å minimere skjevheter i utvelgelsen og sikre at kontrollvariablene er jevnt fordelt.

Blinding

Hvis det er mulig, bør du gjennomføre enkelt- eller dobbeltblindede prosedyrer der deltakerne og/eller forskerne ikke kjenner til gruppeinndelingen. Dette bidrar til å redusere skjevheter i håndtering og måling.

Utfordringer med å håndtere kontrollvariabler

Identifisere skjulte variabler

Tenk deg en studie som tar sikte på å evaluere effekten av en ny undervisningsmetode på elevenes prestasjoner i matematikk. Forskerne sammenligner to elevgrupper: én som undervises etter den tradisjonelle metoden (kontrollgruppe), og én som undervises etter den nye metoden (eksperimentgruppe). Det primære målet på suksess er elevenes resultater på en standardisert mattetest.

Skjult variabel: Elevenes sosioøkonomiske status er en skjult variabel som kan ha stor betydning for deres akademiske prestasjoner. SES kan påvirke tilgangen til ressurser som privatundervisning, bøker, foreldrestøtte og et godt læringsmiljø hjemme.

Strategier for å sikre konsistens

Standard operasjonsprosedyrer (SOP-er): Ved å implementere detaljerte SOP-er for alle aspekter av forsøket kan man sikre at kontrollvariablene håndteres på en konsekvent måte. Standardprosedyrene bør dekke alt fra hvordan prøvene samles inn og behandles til hvordan målingene tas og registreres.
Kalibrering og vedlikehold av utstyr: Regelmessig kalibrering og vedlikehold av utstyret er avgjørende for å sikre at målingene forblir konsistente over tid. Ved å bruke det samme utstyret for alle forsøksgruppene kan man minimere variasjoner som skyldes instrumentering.
Opplæring og overvåking: Ved å sørge for at alt personell som er involvert i forsøket, har fått grundig opplæring, kan man bidra til å opprettholde ensartethet. Regelmessig overvåking og periodisk omskolering kan sikre at prosedyrene følges korrekt gjennom hele studien.
Miljøkontroll: For eksperimenter som er følsomme for miljøforhold, kan kontrollerte miljøer som klimakontrollerte rom eller vekstkamre bidra til å opprettholde konsistente forhold. Kontinuerlig overvåking av miljøvariabler kan bidra til å identifisere og korrigere eventuelle avvik raskt.
Blinding: Bruk av blindingsteknikker, der den som utfører eksperimentet ikke vet hvilken gruppe som er kontrollgruppe og hvilken som er forsøksgruppe, kan bidra til å redusere skjevheter og sikre at kontrollvariablene brukes på en ensartet måte.

Til tross for disse strategiene kan det være arbeidskrevende å opprettholde konsistens i kontrollvariablene, og det krever at man er nøye med detaljene. Selv små variasjoner kan ha betydelig innvirkning på resultatene, spesielt i eksperimenter der den avhengige variabelen er svært følsom for endringer i kontrollvariablene.

Mind the Graph: Vår plattform vil være din kontrollvariabel

Effektiv kommunikasjon av resultatene følger etter at eksperimentet er avsluttet og hypotesen er testet. Kommuniser resultatene dine på en enkel, tydelig, engasjerende og visuell måte for å sikre at forskningen din når frem og gir gjenklang hos folk. Vi kan hjelpe deg med denne viktige delen av forskningen din, og vi er en pålitelig partner.

Enten du skal lage en plakat til en akademisk konferanse, skrive en forskningsartikkel eller lage et grafisk sammendrag for å oppsummere studien din, tilbyr vi verktøy og tjenester som støtter illustrasjonene dine. På Mind the Graph, har vi et flott verktøy for å nå disse målene. Vi har et stort gratis illustrasjonsgalleri på plattformen vår med temaer rettet mot presentasjoner av vitenskapelige studier, slik at du kan finne akkurat den rette grafikken for å illustrere funnene dine. Med disse illustrasjonene kan man utvikle hyggelig grafikk med mål om å kontekstualisere relevante punkter i forskningen.

Designerne er også der for å gi deg personlig støtte, slik at grafikken din ikke bare er vitenskapelig korrekt, men også profesjonelt polert. Ved å samarbeide med teamet vårt kan du få større visuell gjennomslagskraft med forskningen din, slik at publikum enkelt kan forstå kompleksiteten og verdien av arbeidet.

Vi oppfordrer forskere til å utforske ressursene som Mind the Graph tilbyr gratis, og til å benytte seg av ekspertdesign. Vi kan hjelpe alle forskere, enten de er nybegynnere eller mer erfarne, med å kommunisere forskningsresultater på en bedre måte.