Förståelse av kontrollvariabler i experiment

En forskares liv är fullt av utmaningar. Så snart du börjar på ett forskningsprogram eller på en institution är forskarens mål att leta efter likheter, skillnader, trender och hitta statistisk signifikans i de experimentella data som erhålls. Varje dag försöker en forskare lösa ett mystiskt universum på sitt eget sätt. Det kan handla om att hitta svar på immunologiska frågor i samband med covid-19 eller att ifrågasätta fysikens grundläggande teorier. Oavsett forskningsområde lever en forskare ett liv som präglas av fråga > experimentera > analysera > upprepa!

Föreställ dig ett scenario: en vacker morgon är det dags att observera resultaten efter 15 dagars inkubation av ditt mikrobiologiska experiment och du är säker på att det här är lösningen! Det här är lösningen på världens matkris! Du går in i ditt labb med extrem entusiasm och efter ett gott morgonkaffe går du mot din inkubator. Med en rekordbok i handen och en kamerarem runt halsen närmar du dig inkubatorn, och du blir chockad!!! Inkubatorns temperatur har ändrats från den önskade till 45 grader Celsius! Ditt hjärta bultar och du vet inte vad du ska göra med de torkade plattorna i din hand!

Lugna ner dig, det var bara en fantasi, men om du fokuserar på historien kommer du att veta att det du brydde dig mest om var temperaturen i inkubatorn. Den variabel som du höll konstant för alla plattor medan du ändrade vissa näringsämnen i alla mediasammansättningar. Ja! Det är den variabeln som vi ska prata om idag, kontrollvariabeln. Enligt definitionen är en kontrollvariabel den parameter som hålls konstant under experimentet. Det kan finnas mer än en kontrollvariabel i ett experiment. Låt oss utforska kontrollvariabelns egenskaper och hur vi kan få ut det mesta av den under alla experimentella uppställningar.

Definition och syfte

En kontrollvariabel, även känd som en kontrollerad variabel, är ett element som inte ändras under ett experiment. Syftet är att säkerställa att effekten av den oberoende variabeln på den beroende variabeln kan mätas exakt utan inblandning av andra variabler. Kontrollvariablerna hålls konstanta för att förhindra att de påverkar resultatet, vilket möjliggör en tydlig bedömning av förhållandet mellan den oberoende och den beroende variabeln.

Tänk dig ett enkelt experiment för att avgöra hur mängden solljus påverkar växternas tillväxt. Här är den oberoende variabeln mängden solljus, och den beroende variabeln är växternas tillväxt. Möjliga kontrollvariabler kan vara t.ex:

Typ av anläggning: Se till att alla växter som används är av samma art.
Mängd vatten: Vattna varje planta med samma mängd vatten.
Typ av jordmån: Använd samma typ av jord för alla växter.
Storlek på kruka: Se till att alla växter är i krukor av samma storlek.
Temperatur: Håll växterna i samma temperaturförhållanden.

Genom att kontrollera dessa variabler kan du med större säkerhet hänföra skillnader i växternas tillväxt till hur mycket solljus de har fått, snarare än till skillnader i vatten, jord eller andra faktorer. Lär dig mer om olika variabeltyper här.

Identifiera kontrollvariabler

Identifiering av kontrollvariabler är det första steget i den experimentella utformningen. Kontrollvariablerna är tekniskt sett indirekta indikatorer på vad som kommer att vara våra experimentella variabler. Alla variabler som vi vill kontrollera effekten av kommer att variera i olika intervall under experimentet, medan kontrollvariabeln kommer att förbli konstant.

Definiera syftet med experimentet

Det första steget för att bestämma vilka kontrollvariablerna ska vara är att tydligt definiera syftet med experimentet. Man förklarar syftet med experimentet genom att göra ett uttalande eller en forskningsfråga om det experiment man vill genomföra. En forskningsfråga är ett frågande uttalande om vad du ska undersöka och varför det är av intresse/betydelse. Om man t.ex. ska testa effekten av en viss faktor på ett visst resultat, måste man ange vilken faktor man kontrollerar eller manipulerar och vad man mäter för att fastställa resultatet. Fastställandet av dessa två saker är grunden för konstruktionen av den totala experimentella designen. Det hjälper till att strukturera experimentet på ett sådant sätt att resultaten verkligen kan hänföras till de variabler som testas och inte till andra faktorer.

Lista potentiella påverkande faktorer

Efter att ha definierat syftet med experimentet identifierar man alla potentiellt relevanta faktorer som kan påverka den beroende variabeln och som inte är den oberoende variabeln. Det handlar om variabler som kan påverka resultatet och därför göra det partiskt eller med stora fluktuationer. För att kunna identifiera påverkande faktorer krävs en tydlig kunskap om det område som ska undersökas och den miljö där experimentet ska genomföras. Potentiella påverkansfaktorer kan t.ex. vara miljöförhållanden, materialegenskaper, deltagarnas egenskaper och procedurdetaljer. Genom att lista alla dessa parametrar blir det mycket lätt att avgöra vilka som behöver åtgärdas för att säkerställa att de experimentella resultat som formuleras anses vara giltiga och acceptabla.

Välj variabler att kontrollera

Efter att ha identifierat de potentiella parametrar som ska fungera som de faktorer som ska kontrolleras och deras potential att fungera som faktorer i processen, är det andra steget att välja de variabler som ska kontrolleras. Det är viktigt att observera att de variabler som ska kontrolleras i detta steg måste benämnas utifrån hur stor inverkan var och en kommer att ha på den beroende variabeln och hur lätt eller kostsamt det kommer att vara att försöka kontrollera sådana parametrar. Anledningen är att endast den oberoende variabeln ska ha en effekt på den beroende variabeln. Detta är en avvägning mellan behovet av att kontrollera så många variabler i experimentet för att vara säker på att det finns ett samband mellan de oberoende och beroende variablerna och en enkel önskan att inte göra experimentet alltför komplicerat.

Rationalisera behovet av kontroll

Det sista steget är att rationalisera varför de identifierade variablerna måste kontrolleras. Det innebär en förklaring av hur förändringarna i de variabler som identifierats på detta sätt kan medföra vissa förändringar i den beroende variabeln och därmed förklara flera uppfattningar som i slutändan blir fel. Genom att motivera varför varje kontrollvariabel ingår kan du se till att din design är bra och därmed tillskriva resultaten manipuleringen av oberoende variabler och inte främmande variabler. Detta motiverar ett motståndskraftigt experiment där påverkan av ovidkommande variabler minskas, så att resultaten blir mer exakta och tillförlitliga. Det gör det också lättare att beskriva försöksupplägget för andra och säkerställer transparens och reproducerbarhet i forskningen.

Exempel på kontrollvariabler

Sr. nr.	Vanligt förekommande kontrollvariabel	Syfte och beskrivning
1	Temperatur	Säkerställ en jämn temperatur för alla försöksgrupper för att förhindra att temperaturfluktuationer påverkar resultaten.
2	Luftfuktighet	Upprätthålla konsekventa luftfuktighetsnivåer för att kontrollera eventuell påverkan av fukt på resultatet.
3	Ljusintensitet	Hålla samma ljusförhållanden för att undvika att variationer i ljuset påverkar experimentresultaten.
4	Tid på dygnet	Genomföra experiment vid samma tid på dygnet för att kontrollera för eventuella dygnsvariationer som kan påverka resultatet.
5	Typ av utrustning	Använda samma utrustning eller instrument för alla grupper för att säkerställa enhetliga mätningar.
6	Materialkälla	Material från samma leverantör eller parti för att förhindra variabilitet på grund av skillnader i materialegenskaper.
7	Storlek på stickprov	Säkerställa att urvalet är lika stort i alla grupper för att upprätthålla statistisk styrka och balans.
8	Demografiska uppgifter om deltagarna	Kontroll av ålder, kön, socioekonomisk status och andra demografiska faktorer för att minska variabiliteten bland de mänskliga deltagarna.
9	Dietärt intag	Standardisering av intag av livsmedel eller näringsämnen vid studier av fysiologiska eller biokemiska resultat.
10	Vila och aktivitetsnivåer	Reglering av vilo- och aktivitetsmönster för att kontrollera effekterna av fysisk ansträngning.
11	Utbildning och instruktioner	Tillhandahålla konsekvent utbildning och instruktioner till alla deltagare för att säkerställa enhetlig förståelse och utförande.
12	Exponeringens varaktighet	Att exponeringstiden för den oberoende variabeln är densamma för alla grupper.
13	Miljöförhållanden	Standardisering av miljöfaktorer som buller, luftkvalitet och andra omgivande förhållanden.
14	Hantering och skötsel	Säkerställa att alla försökspersoner eller prover hanteras och tas om hand på samma sätt under hela experimentet.
15	Mätteknik	Använda samma metoder och instrument för datainsamling för att säkerställa att mätningarna är konsekventa.
16	Förutsättningar före experimentet	Standardisering av förhållanden innan experimentet startar, t.ex. acklimatiseringsperioder för djur eller växter.
17	Analys efter experimentet	Använda konsekventa analysmetoder för att säkerställa jämförbarhet av data mellan olika försöksgrupper.
18	Randomisering	Slumpmässig fördelning av försökspersoner till experiment- och kontrollgrupper för att kontrollera för urvalsbias.
19	Bländning	Genomföra enkel- eller dubbelblinda förfaranden för att kontrollera observatörens eller deltagarens partiskhet.
20	Geografiskt läge	Genomföra experiment på samma plats för att förhindra att geografiska variationer påverkar resultaten.

Kontrollvariablernas roll i ett experiment

Kontrollvariablernas roll kan förstås djupare genom deras bidrag till validiteten och deras funktion när det gäller att eliminera alternativa förklaringar.

Säkerställande av validitet

Validitet avser i vilken utsträckning resultaten av ett experiment korrekt återspeglar det fenomen som studeras. Det finns flera typer av validitet, bland annat intern validitet (i vilken utsträckning experimentet på ett korrekt sätt visar ett orsakssamband) och extern validitet (i vilken utsträckning resultaten kan generaliseras till andra miljöer).

Eliminering av alternativa förklaringar

Ett av de främsta syftena med kontrollvariabler är att eliminera alternativa förklaringar till de observerade utfallen. I varje experiment kan flera faktorer påverka den beroende variabeln. Utan att kontrollera för dessa faktorer skulle det vara svårt att fastställa om de observerade effekterna beror på den oberoende variabeln eller någon annan variabel.

Kontrollvariabler hjälper till att minska olika typer av skevheter som annars skulle kunna snedvrida resultaten. Exempelvis kan urvalsbias minimeras genom att kontrollera demografiska variabler som ålder och kön. På samma sätt kan procedurfel minskas genom att standardisera procedurerna mellan olika experimentgrupper. Genom att kontrollera dessa variabler kan forskarna minimera påverkan av fördomar som annars skulle kunna ge alternativa förklaringar till resultaten.

Att skilja kontrollvariabler från andra variabler

Oberoende och beroende variabler

Enligt definitionen i Indeed karriärguide är en oberoende variabel "en variabel som står för sig själv och inte förändras av andra variabler eller faktorer som mäts" medan en beroende variabel är "en variabel som är beroende av och kan förändras av andra faktorer som mäts" Läs mer här.

Övervakning och justering av styrvariabler

Regelbunden övervakning

Övervaka kontinuerligt kontrollvariablerna med hjälp av lämpliga verktyg och metoder. Använd t.ex. kostloggar, träningsregistreringar och regelbundna hälsokontroller för att säkerställa att deltagarna följer studieprotokollet.

Implementera randomisering

Slumpa försökspersoner eller prover till experiment- och kontrollgrupper för att minimera snedvridning av urvalet och säkerställa att kontrollvariablerna fördelas jämnt.

Bländning

Om möjligt, använd enkel- eller dubbelblindprocedurer där deltagare och/eller forskare inte känner till gruppindelningen. Detta bidrar till att minska partiskhet i hantering och mätning.

Utmaningar i hanteringen av kontrollvariabler

Identifiera dolda variabler

Föreställ dig en studie som syftar till att utvärdera hur effektiv en ny undervisningsmetod är på elevernas prestationer i matematik. Forskarna jämför två grupper av elever: en som undervisas med den traditionella metoden (kontrollgrupp) och en som undervisas med den nya metoden (experimentgrupp). Det primära måttet på framgång är elevernas resultat på ett standardiserat matematiktest.

Dold variabel: Elevernas socioekonomiska status är en dold variabel som kan ha en betydande inverkan på deras studieresultat. SES kan påverka tillgången till resurser som privatundervisning, böcker, föräldrastöd och en gynnsam inlärningsmiljö i hemmet.

Strategier för att säkerställa enhetlighet

Standardiserade arbetsrutiner (SOP): Genom att implementera detaljerade SOP:er för varje aspekt av experimentet kan man säkerställa att kontrollvariablerna hanteras på ett konsekvent sätt. SOP:erna bör omfatta allt från hur prover samlas in och bearbetas till hur mätningar görs och registreras.
Kalibrering och underhåll av utrustning: Regelbunden kalibrering och underhåll av utrustningen är avgörande för att säkerställa att mätningarna förblir konsekventa över tiden. Genom att använda samma utrustning för alla försöksgrupper kan man minimera variationer som beror på instrumentering.
Utbildning och övervakning: Genom att se till att all personal som deltar i försöket får en grundlig utbildning kan man bidra till att upprätthålla enhetlighet. Regelbunden övervakning och periodisk omskolning kan säkerställa att procedurerna följs korrekt under hela studien.
Miljökontroller: För experiment som är känsliga för miljöförhållanden kan kontrollerade miljöer som klimatkontrollerade rum eller tillväxtkammare hjälpa till att upprätthålla konsekventa förhållanden. Kontinuerlig övervakning av miljövariabler kan bidra till att identifiera och korrigera eventuella avvikelser omedelbart.
Blindning: Genom att använda blindningstekniker, där den person som genomför experimentet inte vet vilken grupp som är kontrollgrupp och vilken som är experimentgrupp, kan man minska partiskheten och säkerställa att kontrollvariablerna tillämpas på ett enhetligt sätt.

Trots dessa strategier kan det vara arbetsintensivt att hålla kontrollvariablerna konsekventa, och det krävs att man är noggrann med detaljerna. Variationer, även om de är små, kan ha betydande inverkan på resultaten, särskilt i experiment där den beroende variabeln är mycket känslig för förändringar i kontrollvariablerna.

Mind the Graph: Vår plattform kommer att vara din kontrollvariabel

Effektiv kommunikation av resultat följer efter att experimentet är avslutat och hypotesen är testad. Kommunicera dina resultat på ett enkelt, tydligt, engagerande och visuellt sätt för att säkerställa att din forskning når fram och väcker genklang hos människor. Vi är din pålitliga partner och kan hjälpa dig med denna viktiga del av din forskning.

Oavsett om du förbereder en poster för en akademisk konferens, skriver en forskningsartikel eller skapar ett grafiskt abstract för att sammanfatta din studie, erbjuder vi verktyg och tjänster som stöder dina illustrationer. På Mind the Graph, har vi ett bra verktyg för dig för att nå dessa syften. Vi har ett stort gratis illustrationsgalleri på vår plattform med teman som riktar sig till presentationer av vetenskapliga studier, så att du kan hitta precis rätt grafik för att illustrera dina resultat. Med dessa illustrationer kan man utveckla trevlig grafik med målet att kontextualisera relevanta punkter i denna forskning.

Formgivarna finns också där för att ge personligt stöd så att dina bilder inte bara är korrekta ur en vetenskaplig synvinkel utan också professionellt polerade. Genom att samarbeta med vårt team kan du få en större visuell effekt av din forskning, vilket gör det lättare för din publik att förstå komplexiteten och värdet av arbetet.

Vi uppmuntrar forskare att utforska de resurser som Mind the Graph erbjuder kostnadsfritt och tillgången till expertdesign; vi kan hjälpa alla forskare, oavsett om de är nybörjare eller mer erfarna, att bättre kommunicera forskningsresultat.