При проведении научных исследований мы постоянно сталкиваемся с различными переменными, которые обладают разными характеристиками. Чтобы сделать хорошую работу, нужно понимать с какими из них мы имеем дело.
В этой статье мы рассмотрим основные виды переменных, их роль в эксперименте и влияние на результаты.
1. Что такое переменные?
Показатели, которые измеряются в ходе эксперимента, такие как рост, возраст, температура или результаты тестов, называются переменными. Они могут принимать различные значения.
Переменные используются для того, чтобы понять, как те или иные факторы влияют на другие показатели или процессы.
Казалось бы, все просто. Если мы хотим узнать, кто из группы детей быстрее бегает, нужно оценить время, за которое каждый пробегает определенную дистанцию. Однако, для того чтобы соревнования были честными, нужно учесть много факторов:
- Одинаков ли возраст детей или младшие школьники соревнуются с подростками?
- Они бегают на одном стадионе или кто-то бежит по асфальту, а кто-то по песку?
- Все одеты в спортивную форму или есть бегуны в деловых костюмах?
- Кто-то бежит босиком?
Очевидно, для того чтобы получить объективный результат, нужно поставить всех участников в равные условия.
Кроме того, для правильной оценки результата мы должны использовать одинаковые инструменты с одной и той же погрешностью измерения. Наши соревнования не будут честными, если результаты одних участников фиксируют с помощью видеорегистратора, а других — ручного секундомера.
Все эти соображения лежат в основе понятия о переменных.
2. Основные виды переменных.
Экспериментатор обычно имеет дело с тремя видами переменных: независимые, зависимые и контролируемые. В качестве примера рассмотрим простой эксперимент: выясним, влияет ли температура воды на скорость растворения сахара.
Независимая переменная — условие, которое ученый изменяет в ходе научного эксперимента. Существует только одна независимая переменная. Ее также называют переменной-предиктором, объяснительной или правосторонней переменной, так как она находится в правой части уравнения регрессии. В нашем примере это температура воды, которая задается и изменяется исследователем.
Зависимая переменная — показатель, который изменяется при манипуляциях с независимой переменной. Она же может называться переменной отклика, результата или левосторонней переменной, так как она находится в левой части уравнения регрессии. В данном случае это время, необходимое для исчезновения/растворения всего сахара. В эксперименте мы фиксируем, как этот показатель изменяется при перемене температуры.
Контрольные переменные — это элементы, которые остаются неизменными во время научного эксперимента. Их может быть несколько. Они дают нам уверенность в том, что изменение зависимой переменной связано именно со значением независимой переменной, а не с влиянием других факторов. Любое изменение контрольных переменных делает результаты недействительными, поэтому очень важно, чтобы они оставались постоянными. В рассматриваемом эксперименте это объем воды в стаканах, размер стакана, количество сахара, количество перемешиваний, тип используемого сахара.
Важно! В случаях исследований на людях многие контрольные переменные в принципе не подлежат стандартизации. Поэтому для того, чтобы на результаты исследования можно было опираться, изучают большие выборки со случайным распределением участников между группами (рандомизация). В таком случае можно рассчитывать на то, что индивидуальные различия будут усредняться внутри группы.
Существует простой способ установить роль переменных в эксперименте. Независимая переменная — это то, что вы контролируете, вы можете думать о ней как о причине. Зависимая переменная — то, что изменяется в результате перемены значения независимой переменной, о ней можно думать, как о следствии.
Идентификация переменных необходима чтобы правильно спланировать эксперимент и адекватно регистрировать результаты. Таким образом, мы должны определить переменные до начала эксперимента.
Важно! В корреляционных исследованиях термины независимая и зависимая переменная обычно не используются, так как в них не стоит задача выявления причинно-следственных связей.
3. Типы независимых переменных.
Существует два основных типа независимых переменных:
- Экспериментальные переменные — это те показатели, которые можно произвольно регулировать. В примере с исследованием скорости растворения сахара мы сами устанавливаем температуру воды в каждом стакане.
- Предметные или субъектные переменные исследователь не может произвольно регулировать, так как эти характеристики являются свойствами объектов, например пол и возраст, расовая и этническая принадлежность, доход и образование участников эксперимента.
Проблема с субъектными переменными состоит в том, что они могут быть связаны с другими характеристиками личности испытуемого системным образом. В таком случае, мы не можем исключить влияние этих характеристик на результаты эксперимента. Возникает проблема смешения субъектных переменных, приводящая к ошибочным результатам.
Например, опираясь на результаты тестов по математике среди мальчиков и девочек, можно сделать вывод о лучших способностях к предмету у мальчиков, если не принимать во внимание, что они, как правило, получают больше заданий, их чаще вызывают к доске, родители и учителя активно стимулируют их глубже изучать предмет с целью получения технического образования.
4. Как определить вид переменной?
В сложных исследованиях бывает непросто определить, является ли переменная зависимой или независимой. Более того, в разных по дизайну исследованиях одна и та же переменная может выступать в разных качествах.
Для того чтобы признать переменную независимой, ответьте на следующие вопросы:
- Исследователь определяет ее значение с помощью приборов, назначает ее величину произвольно или использует ее в качестве критерия группировки объектов?
- Какая из переменных появляется раньше по времени?
- Влияет ли эта переменная на другую и каким образом?
Чтобы идентифицировать зависимую переменную, ответьте на вопросы:
- Изменяется ли эта переменная в процессе исследования?
- Зависит ли ее величина от другой переменной?
- Ее значение меняется только после изменения другой переменной?
Например, в исследовании, изучающем влияние интервального голодания на уровень сахара в крови, независимой переменной является наличие или отсутствие периодического голодания, а зависимой — концентрация глюкозы в крови.
5. Количественные и категориальные переменные?
Количественные переменные представлены числами, например, уровень давления или концентрация вещества. Они бывают дискретными и непрерывными:
- Дискретные переменные описывают количество элементов или значений: количество учеников в классе, растений на грядке, респондентов с определенным социальным статусом и уровнем дохода. Такие переменные представлены целыми числами.
- Непрерывные переменные могут иметь дробные значения: расстояние, объем, скорость.
Категориальные переменные представляют группы, например мужчины и женщины, испытуемые определенного возраста, профессора и студенты. Такие переменные делятся на три группы: бинарные, номинальные и порядковые:
- Бинарные переменные предполагают, что возможно только два состояния: победа или поражение, орел или решка, пациент жив или пациент умер.
- Номинальные переменные — это группы без промежуточных состояний: биологические виды, цвета, бренды.
- Порядковые переменные — группы, ранжированные по определенной системе: сумма баллов по опроснику, место в соревнованиях с множеством участников.
Категориальные переменные тоже могут быть представлены числом, но такое число показывает принадлежность к определенной категории и обычно выражается абстрактными единицами.
Иногда одна переменная может относиться к разным типам. Например, рейтинг оценки продукта или услуги в виде количества звезд по шкале от одной до пяти является порядковым. При этом средний показатель рейтинга может выражаться дробным числом и является количественным.
В одном и том же исследовании используются разные переменные. В примере с изучением влияния интервального голодания на уровень сахара: группы участников в зависимости от пола и возраста являются номинальными, наличие или отсутствие периодических голоданий — бинарными, оценка самочувствия по шкале от одного до десяти — порядковыми переменными.
Чтобы выбрать адекватный дизайн и методы статистической обработки данных, мы должны определить независимые и зависимые переменные, а также понять, являются они количественными или категориальными.
6. Другие виды переменных?
Существуют другие способы описания переменных, которые помогают интерпретировать результаты исследования. Среди них следует упомянуть:
- Искажающие или сбивающие переменные. К ним относятся факторы, которые, будучи неучтенными, тем не менее влияют на результат.
В уже упомянутом исследовании влияния интервального голодания на уровень сахара никак не учитывается физическая активность испытуемых, хотя этот показатель может влиять на зависимую переменную (уровень глюкозы крови) даже в большей степени, чем независимая переменная (наличие или отсутствие периодического голодания).
В условиях лабораторного эксперимента влияние искажающих переменных можно устранить, поставив всех участников в одинаковые условия.
В нашем примере, если все испытуемые находятся в стационаре, получают одинаковое питание, лечебную физкультуру, подчиняются установленному режиму, влияние искажающих факторов будет существенно меньше. Хотя даже в такой ситуации никто не может запретить пациентам ходить в магазин и покупать сладости.
Если же испытуемые находятся на домашнем режиме, то искажающие переменные (нарушение диеты в периоды между голоданиями, физическая активность, стрессы, рабочая нагрузка) могут приводить к совершенно неверной интерпретации результатов.
- Скрытые переменные — те, которые нельзя измерить напрямую. Например, не существует прибора, измеряющего устойчивость к стрессу. Но ее можно оценить на основании других показателей (уровень глюкокортикоидных гормонов, функция сердечно-сосудистой системы, субъективная оценка сна, самочувствия, настроения и т.п.)
- Составные или комплексные переменные получают в процессе анализа данных путем объединения нескольких переменных, измеренных непосредственно. К таким показателям относится, например, физическое развитие (учитываем вес, рост, объемы тела) или группа здоровья (принимаем во внимание физическое и нервно-психическое развитие, частоту острых респираторных заболеваний, наличие хронической патологии).
Разные отрасли науки оперируют разным набором переменных, но для того, чтобы правильно планировать эксперимент и интерпретировать результаты, нужно понимать, с какими переменными мы имеем дело.
Заключение
Чтобы правильно спланировать эксперимент, сделать верные выводы и избежать ошибок, нужно начать с идентификации переменных.
Если целью исследования является установление причинно-следственных связей, прежде всего нужно определиться с независимой и зависимой переменной, которые описывают причины и следствия.
Контрольные переменные — это факторы, которые нужно учесть, чтобы все участники эксперимента были в равных условиях. Тогда их результаты можно будет сравнивать.
Неучтенная контрольная переменная превращается в искажающую, так как ее влияние на результат делает выводы неверными.
Независимыми переменными манипулирует экспериментатор, например он определяет, какие дозы лекарственного препарата получают разные группы испытуемых. Однако, если независимая переменная является свойством субъекта (возраст, пол, расовая принадлежность), задача ученого — сформировать максимально однородные по этому признаку группы, чтобы влияние независимой переменной внутри них было сопоставимым.
Идентификация переменных — важный этап в планировании исследования, следующий за формулировкой исследовательского вопроса или гипотезы. Достоверность результатов и релевантность полученных выводов в значительной степени зависит от правильного определения переменных.
Удачных публикаций!