Înțelegerea variabilelor de control în experimente

Viața unui cercetător este plină de provocări. De îndată ce intrați în programul de cercetare sau vă alăturați oricărei instituții, obiectivul cercetătorului este să caute asemănări, diferențe, tendințe și să găsească semnificație statistică în datele experimentale obținute. În fiecare zi, un cercetător încearcă să rezolve, în felul său, un univers misterios. Ați putea găsi răspunsuri la întrebări imunologice legate de COVID sau ați putea pune la îndoială teoria fundamentală a fizicii. Indiferent de domeniul de cercetare, un cercetător trăiește o viață de întrebare > experiment > analiză > repetare!

Imaginați-vă un scenariu: într-o dimineață frumoasă, este ziua în care trebuie să observați rezultatele după 15 zile de incubare a experimentului dvs. microbiologic și sunteți sigur că acesta ar fi rezultatul! Aceasta este soluția la criza alimentară mondială! Intrați în laborator cu un entuziasm extrem și, după o cafea bună de dimineață, vă îndreptați spre incubator. Cu o carte de înregistrări în mână și cu o curea de cameră foto la gât, te apropii de incubator și rămâi șocat!!! Temperatura incubatorului a fost schimbată de la cea cerută de tine la 45 de grade Celsius! Inima îți bate cu putere și nu știi ce să faci cu acele plăci uscate din mâna ta!

Calmați-vă, a fost doar o imaginație, dar dacă vă concentrați asupra poveștii, veți ști că ceea ce v-a interesat cel mai mult a fost temperatura incubatorului. Acea variabilă pe care ai păstrat-o constantă pentru toate plăcile în timp ce ai schimbat unele substanțe nutritive din compoziția mediului. Da! Aceasta este variabila despre care vom vorbi astăzi, variabila de control. Pentru a defini o variabilă de control, aceasta este parametrul care este menținut constant pentru experiment. Pot exista mai multe variabile de control în cadrul unui experiment. Haideți să explorăm caracteristicile variabilei de control și cum să obținem maximum din aceasta în orice configurație experimentală.

Definiție și scop

O variabilă de control, cunoscută și ca variabilă controlată, este un element care nu se modifică pe parcursul unui experiment. Scopul său este de a se asigura că efectul variabilei independente asupra variabilei dependente poate fi măsurat cu exactitate fără interferența altor variabile. Variabilele de control sunt menținute constante pentru a le împiedica să influențeze rezultatul, permițând astfel o evaluare clară a relației dintre variabilele independente și cele dependente.

Luați în considerare un experiment simplu pentru a determina modul în care cantitatea de lumină solară afectează creșterea plantelor. Aici, variabila independentă este cantitatea de lumină solară, iar variabila dependentă este creșterea plantelor. Variabilele de control posibile ar putea include:

Tip de plantă: Asigurați-vă că toate plantele utilizate sunt din aceeași specie.
Cantitatea de apă: Udați fiecare plantă cu aceeași cantitate de apă.
Tipul de sol: Folosiți același tip de sol pentru toate plantele.
Dimensiunea ghiveciului: Asigurați-vă că toate plantele sunt în ghivece de aceeași mărime.
Temperatura: Păstrați plantele în aceleași condiții de temperatură.

Prin controlul acestor variabile, puteți atribui cu mai multă încredere diferențele în creșterea plantelor la cantitatea de lumină solară primită, mai degrabă decât la diferențele de apă, sol sau alți factori. Aflați mai multe despre diferitele tipuri de variabile aici.

Identificarea variabilelor de control

Identificarea variabilelor de control este primul pas în proiectarea experimentală. Variabilele de control sunt, din punct de vedere tehnic, indicatori indirecți a ceea ce vor fi variabilele noastre experimentale. Toate variabilele pentru care dorim să verificăm impactul vor varia în diferite intervale în timpul experimentului, în timp ce variabila de control va rămâne constantă.

Definirea scopului experimentului

Primul pas în determinarea variabilelor de control este definirea clară a scopului experimentului. Scopul experimentului este expus prin formularea unei afirmații sau a unei întrebări de cercetare cu privire la experimentul pe care dorește să îl realizeze. O întrebare de cercetare este o afirmație interogativă cu privire la ceea ce veți investiga și de ce este de interes/importanță. De exemplu, dacă testați efectul unui anumit factor asupra unui anumit rezultat, trebuie să precizați care este acel factor pe care îl controlați sau manipulați și ce anume măsurați pentru a stabili rezultatul. Determinarea acestor două lucruri este baza construirii întregului plan experimental. Aceasta ajută la structurarea experimentului în așa fel încât rezultatele să poată fi atribuite cu adevărat variabilelor testate și nu altor factori.

Lista factorilor potențiali de influență

După definirea scopului experimentului, identificarea tuturor factorilor potențial relevanți care ar putea influența variabila dependentă care nu este variabila independentă. Acestea sunt variabile care ar putea acționa asupra rezultatului și, prin urmare, ar putea face ca rezultatele să fie distorsionate sau să prezinte o fluctuație ridicată. Această identificare a factorilor de influență impune o cunoaștere clară a domeniului de explorare și a cadrului experimentului. De exemplu, factorii potențiali de influență ar putea fi condițiile de mediu, proprietățile materialelor, caracteristicile participanților și detaliile procedurale. Listarea tuturor acestor parametri facilitează foarte mult determinarea celor care trebuie abordați pentru a se asigura că rezultatele experimentale formulate sunt considerate valide și acceptabile.

Selectați variabilele pentru control

După identificarea parametrilor potențiali care vor servi drept factori controlați și a potențialului acestora de a acționa ca factori în cadrul procesului, cealaltă etapă este selectarea variabilelor care urmează să fie controlate. Este esențial să se observe că, în această etapă, variabilele care urmează să fie controlate trebuie să fie denumite în funcție de nivelul impactului pe care fiecare îl va avea asupra variabilei dependente și de nivelul de ușurință sau cost care va fi resimțit în încercarea de a controla acești parametri. Motivul este că numai variabila independentă ar trebui să producă un efect asupra variabilei dependente. Acest lucru are rolul de a echilibra nevoia compromisă de a controla atât de multe variabile în cadrul experimentului pentru a fi siguri de existența unei relații declarate între variabilele independente și cele dependente, față de o simplă dorință de a nu complica prea mult experimentul.

Raționalizați nevoia de control

Ultima etapă constă în raționalizarea motivelor pentru care variabilele identificate trebuie controlate. Aceasta implică o explicație a modului în care modificările variabilelor astfel identificate ar putea atrage după sine unele modificări ale variabilei dependente și ar putea explica astfel mai multe percepții care ajung să fie erori. Justificarea motivului pentru care este inclusă fiecare variabilă de control vă va permite să vă asigurați că proiectul dumneavoastră este bun, atribuind astfel constatările manipulării variabilelor independente și nu variabilelor străine. Acest lucru va justifica un experiment rezilient în care influența variabilelor străine este redusă, astfel încât rezultatele vor fi mai precise și mai fiabile. De asemenea, ajută la descrierea designului experimental altor persoane și asigură transparența și reproductibilitatea în cercetare.

Exemple de variabile de control

Nr. Sr.	Variabilă de control frecvent utilizată	Scop și descriere
1	Temperatura	Asigurarea unei temperaturi constante pentru toate grupurile experimentale pentru a preveni ca fluctuațiile de temperatură să afecteze rezultatele.
2	Umiditate	Menținerea unor niveluri constante de umiditate pentru a controla orice impact al umidității asupra rezultatului.
3	Intensitatea luminii	Menținerea acelorași condiții de iluminare pentru a evita ca variațiile de lumină să afecteze rezultatele experimentale.
4	Ora din zi	Efectuarea experimentelor în același moment al zilei pentru a controla orice variații diurne care ar putea influența rezultatul.
5	Tipul de echipament	Utilizarea aceluiași echipament sau instrumentar pentru toate grupurile pentru a asigura coerența măsurătorilor.
6	Sursa materialului	Procurarea materialelor de la același furnizor sau lot pentru a preveni variabilitatea datorată diferențelor în proprietățile materialelor.
7	Dimensiunea eșantionului	Asigurarea unor eșantioane egale între grupuri pentru a menține puterea statistică și echilibrul.
8	Datele demografice ale participanților	Controlul vârstei, sexului, statutului socioeconomic și al altor factori demografici pentru a reduce variabilitatea între participanții umani.
9	Aportul alimentar	Standardizarea aportului de alimente sau nutrienți atunci când se studiază rezultatele fiziologice sau biochimice.
10	Nivelurile de odihnă și de activitate	Reglarea tiparelor de odihnă și activitate pentru a controla efectele efortului fizic.
11	Formare și instrucțiuni	Furnizarea de instruire și instrucțiuni coerente tuturor participanților pentru a asigura o înțelegere și o performanță uniforme.
12	Durata expunerii	Menținerea timpului de expunere la variabila independentă la același nivel în toate grupurile.
13	Condiții de mediu	Standardizarea factorilor de mediu, cum ar fi zgomotul, calitatea aerului și alte condiții ambientale.
14	Manipulare și îngrijire	Asigurarea că toți subiecții sau probele sunt manipulate și îngrijite în același mod pe parcursul experimentului.
15	Tehnici de măsurare	Utilizarea acelorași metode și instrumente de colectare a datelor pentru a asigura coerența măsurătorilor.
16	Condiții pre-experiment	Standardizarea condițiilor înainte de începerea experimentului, cum ar fi perioadele de aclimatizare pentru animale sau plante.
17	Analiza post-experiment	Utilizarea unor metode de analiză coerente pentru a asigura comparabilitatea datelor între diferitele grupuri experimentale.
18	Randomizare	repartizarea aleatorie a subiecților în grupurile experimentale și de control pentru a controla prejudecățile de selecție.
19	Orbire	Punerea în aplicare a procedurilor simple sau dublu-orb pentru a controla prejudecățile observatorului sau ale participantului.
20	Locație geografică	Efectuarea experimentelor în aceeași locație pentru a evita ca variațiile geografice să afecteze rezultatele.

Rolul variabilelor de control într-un experiment

Rolul variabilelor de control poate fi înțeles mai profund prin contribuțiile lor la validitate și prin funcția lor în eliminarea explicațiilor alternative.

Asigurarea validității

Validitatea se referă la măsura în care rezultatele unui experiment reflectă cu acuratețe fenomenul studiat. Există mai multe tipuri de validitate, inclusiv validitatea internă (măsura în care experimentul demonstrează cu exactitate o relație cauzală) și validitatea externă (măsura în care rezultatele pot fi generalizate la alte medii).

Eliminarea explicațiilor alternative

Unul dintre scopurile principale ale variabilelor de control este de a elimina explicațiile alternative pentru rezultatele observate. În orice experiment, mai mulți factori pot influența variabila dependentă. Fără controlul acestor factori, ar fi dificil de stabilit dacă efectele observate se datorează variabilei independente sau unei alte variabile.

Variabilele de control ajută la reducerea diferitelor tipuri de prejudecăți care ar putea distorsiona rezultatele. De exemplu, prejudecățile de selecție pot fi minimizate prin controlul variabilelor demografice precum vârsta și sexul. În mod similar, prejudecățile procedurale pot fi reduse prin standardizarea procedurilor între diferitele grupuri experimentale. Prin controlul acestor variabile, cercetătorii pot minimiza influența prejudecăților care ar putea oferi altfel explicații alternative pentru rezultate.

Distincția variabilelor de control de alte variabile

Variabile independente și dependente

Conform definiției din ghidul de carieră Indeed, o variabilă independentă este: "O variabilă care este independentă și nu este modificată de alte variabile sau factori care sunt măsurați", în timp ce variabila dependentă este: "O variabilă care se bazează pe și poate fi modificată de alți factori care sunt măsurați" citeste mai mult aici.

Monitorizarea și ajustarea variabilelor de control

Monitorizare periodică

Monitorizați continuu variabilele de control utilizând instrumente și metode adecvate. De exemplu, utilizați jurnale de dietă, dispozitive de urmărire a exercițiilor fizice și verificări periodice ale stării de sănătate pentru a vă asigura că participanții aderă la protocolul de studiu.

Implementarea randomizării

Repartizați în mod aleatoriu subiecții sau eșantioanele în grupurile experimentale și de control pentru a minimiza părtinirea selecției și pentru a vă asigura că variabilele de control sunt distribuite în mod egal.

Orbire

Dacă este posibil, implementați proceduri simple sau dublu-orb în care participanții și/sau cercetătorii nu cunosc repartizarea pe grupuri. Acest lucru contribuie la reducerea prejudecăților în manipulare și măsurare.

Provocări în gestionarea variabilelor de control

Identificarea variabilelor ascunse

Imaginați-vă un studiu menit să evalueze eficacitatea unei noi metode de predare asupra performanțelor elevilor la matematică. Cercetătorii au comparat două grupuri de elevi: unul instruit prin metoda tradițională (grupul de control) și celălalt instruit prin noua metodă (grupul experimental). Principala măsură a succesului este scorul elevilor la un test standardizat de matematică.

Variabilă ascunsă: Statutul socioeconomic al elevilor este o variabilă ascunsă care ar putea influența semnificativ performanța lor academică. SES poate afecta accesul la resurse precum meditații private, cărți, sprijin parental și un mediu propice învățării acasă.

Strategii pentru asigurarea consecvenței

Proceduri standard de operare (PSO): Implementarea unor PSO detaliate pentru fiecare aspect al experimentului poate contribui la asigurarea gestionării consecvente a variabilelor de control. PSO ar trebui să acopere totul, de la modul în care sunt colectate și prelucrate probele până la modul în care sunt efectuate și înregistrate măsurătorile.
Calibrarea și întreținerea echipamentelor: Calibrarea și întreținerea periodică a echipamentelor sunt esențiale pentru a garanta că măsurătorile rămân constante în timp. Utilizarea aceluiași echipament pentru toate grupurile experimentale poate contribui la minimizarea variabilității datorate instrumentarului.
Formare și monitorizare: Asigurarea că tot personalul implicat în experiment este instruit temeinic poate contribui la menținerea consecvenței. Monitorizarea regulată și recalificarea periodică pot asigura respectarea corectă a procedurilor pe întreaga durată a studiului.
Controlul mediului: Pentru experimentele sensibile la condițiile de mediu, utilizarea unor medii controlate, cum ar fi camerele cu climă controlată sau camerele de creștere, poate ajuta la menținerea unor condiții constante. Monitorizarea continuă a variabilelor de mediu poate ajuta la identificarea și corectarea promptă a oricăror abateri.
Orbire: Implementarea tehnicilor de orbire, prin care persoana care efectuează experimentul nu știe care este grupul de control și care este grupul experimental, poate contribui la reducerea părtinirilor și la asigurarea aplicării uniforme a variabilelor de control.

În ciuda acestor strategii, menținerea coerenței variabilelor de control poate necesita multă muncă și o atenție meticuloasă la detalii. Variațiile, chiar dacă sunt minore, pot avea un impact semnificativ asupra rezultatelor, în special în experimentele în care variabila dependentă este foarte sensibilă la modificările variabilelor de control.

Mind the Graph: Platforma noastră va fi variabila dvs. de control

Comunicarea eficientă a rezultatelor urmează după încheierea experimentării și, respectiv, după testarea ipotezei. Comunicați-vă rezultatele într-un mod ușor, clar, atrăgător și vizual pentru a vă asigura că cercetarea dvs. se transmite și rezonează cu oamenii. Fiind partenerul dumneavoastră de încredere, vă putem ajuta în această parte importantă a cercetării dumneavoastră.

Fie că pregătiți un poster pentru o conferință academică, scrieți o lucrare de cercetare sau creați un rezumat grafic pentru a vă rezuma studiul, oferim instrumente și servicii care vă sprijină ilustrațiile. La Mind the Graph, avem un instrument excelent pentru a vă atinge aceste scopuri. Avem pe platforma noastră o galerie mare de ilustrații gratuite cu teme care vizează prezentările de studii științifice, permițându-vă să găsiți grafica potrivită pentru a ilustra concluziile dvs. Cu ajutorul acestor ilustrații, se pot dezvolta grafice plăcute cu obiectivul de a contextualiza punctele relevante ale acestei cercetări.

Designerii sunt, de asemenea, acolo pentru a oferi sprijin personalizat, astfel încât imaginile dvs. să nu fie doar exacte din punct de vedere științific, ci și lustruite profesional. Angajarea cu echipa noastră înseamnă că puteți obține un impact vizual mai mare cu cercetarea dvs., permițând publicului dvs. să înțeleagă cu ușurință complexitatea și valoarea lucrării.

Încurajăm cercetătorii să exploreze resursele pe care Mind the Graph le oferă gratuit și disponibilitatea designului expert; putem ajuta orice cercetător, fie că este începător sau mai experimentat, să comunice mai bine rezultatele cercetării.