Definicja i przykłady zmiennych niezależnych i zależnych

Każdy eksperyment naukowy obejmuje zmienne zależne i niezależne. Zmienna niezależna to taka, która jest kontrolowana lub manipulowana przez badacza w celu określenia jej wpływu na badane zjawisko lub system. Zmienna ta nie zależy od wartości żadnej innej zmiennej, a jedynie od charakterystyki projektu eksperymentu i życzeń badacza. Stąd jego nazwa. Natomiast zmienna zależna jest zmienną odpowiedzi. To taki, który zależy od wartości zmiennej niezależnej. Innymi słowy, zmienne niezależne i zależne można rozumieć odpowiednio jako przyczynę i skutek badanego zjawiska.

Należy pamiętać, że przez zmienną rozumie się wszystko, co może ulec zmianie w trakcie eksperymentu. Istnieje kilka rodzajów zmiennych, z których zależne i niezależne to tylko dwa. W zależności od projektu eksperymentu może istnieć kilka zmiennych, zarówno niezależnych, jak i zależnych, ale bez względu na to, co najmniej jedna z nich musi istnieć, aby eksperyment miał sens.

Związek między zmienną zależną i niezależną a hipotezą

Badania naukowe prowadzi się między innymi z zamiarem ustalenia związków przyczynowo-skutkowych pozwalających na lepsze zrozumienie systemu, rozwój nowych technologii czy lepsze przewidywanie skutków różnych działań.

Aby osiągnąć te cele, naukowcy polegają na metodzie naukowej . Jest to zgodne z serią kroków rozpoczynających się od pytania , które badacz zadaje sobie w odniesieniu do zjawiska lub systemu będącego przedmiotem zainteresowania. Po przestudiowaniu tego systemu stawiana jest hipoteza lub przypuszczenie o przyczynach obserwowanego zjawiska , a następnie projektowany jest eksperyment mający na celu zweryfikowanie lub wykluczenie tej hipotezy .

To właśnie podczas stawiania hipotezy i projektowania eksperymentu pojawiają się zmienne zależne i niezależne.

Przykład

Wyobraźmy sobie hipotetyczny przypadek, w którym naukowiec, obserwując sposób ubierania się na renomowanej europejskiej uczelni, zastanawia się: czy to możliwe, że kolor ubioru wpływa na inteligencję ludzi? Po rozważeniu tego pytania i dokonaniu kilku obserwacji, postawiono następującą hipotezę: „noszenie zieleni zwiększa inteligencję”.

Następnie przychodzi czas na zaprojektowanie eksperymentu, który potwierdzi lub wykluczy słuszność hipotezy. Po pierwsze, należy ustalić, które zmienne eksperymentu są zmiennymi, jak je mierzyć i które reprezentują przyczynę, a które skutek. To ostatnie określa, która zmienna jest zależna, a która niezależna.

W tym przykładzie sposób sformułowania hipotezy sugeruje, że badacz uważa, że ​​„ubieranie się na zielono” jest przyczyną, a „bycie mądrzejszym” jest skutkiem. W ten sposób ustalono, że zmienną niezależną byłby kolor ubrania, podczas gdy zmienną zależną byłaby pewna miara inteligencji, na przykład IQ.

Jak widać na tym przykładzie, zmienne zależne i niezależne są ściśle związane z hipotezą eksperymentu. Poniżej przedstawiono dodatkowe przykłady ilustrujące te dwie koncepcje, które są kluczowe dla nauki.

Różnice między zmienną zależną i niezależną

Przykłady zmiennych zależnych i niezależnych

• W eksperymencie mającym na celu ustalenie, czy nowy środek moczopędny zwiększa wydalanie moczu u szczurów laboratoryjnych, dawka diuretyku jest zmienną niezależną, podczas gdy objętość wytwarzanego moczu jest zmienną zależną. Należy zauważyć, że badacz nie może dowolnie ustalać, ile moczu wytwarza szczur, ale może kontrolować dawkę leku podawanego szczurowi.

• Inżynier budowlany chce ustalić, czy nowa domieszka zwiększa szybkość wiązania zbrojonego betonu. Aby to zrobić, projektuje eksperyment, w którym zmienia proporcje nowego dodatku, a następnie mierzy, jak długo trwa wiązanie mieszaniny. W tym przypadku zmienną niezależną jest proporcja dodawanej domieszki , natomiast zmienną zależną jest czas wiązania .

• W eksperymencie biologii molekularnej badacz jest zainteresowany ustaleniem, czy dana substancja chemiczna jest zdolna do regulowania ekspresji genu kodującego białko P. W tym celu mierzy stężenie białka P wytwarzanego przez kolonię bakterii przed i po dodaniu substancji do podłoża. Ich hipoteza jest taka, że ​​związek będzie hamował ekspresję genu, a tym samym produkcję tego białka. W tym przypadku zmienną niezależną jest obecność lub brak związku , podczas gdy produkcja P jest zmienną zależną.

• Firma produkująca insulinę przy użyciu mikroorganizmów chce przetestować nowy szczep wyizolowany przez swój zespół badawczo-rozwojowy. W tym celu przeprowadzają eksperyment mający na celu porównanie produkcji insuliny przez dwa szczepy, nowy i inny używany wcześniej. W tym przypadku odmiana szczepu jest zmienną niezależną, podczas gdy produkcja insuliny jest zmienną zależną.

• W badaniach pożądane jest określenie wpływu natężenia światła na pigmentację liści rośliny. Zmienną niezależną w tym przypadku jest intensywność światła, podczas gdy pigmentacja liści będzie zmienną zależną.

• Szpital chce ustalić, czy liczba nieprzerwanych godzin pracy personelu pielęgniarskiego wpływa na śmiertelność pacjentów trafiających na izbę przyjęć. Tutaj liczba godzin ciągłej obsługi reprezentuje zmienną niezależną, podczas gdy śmiertelność pacjentów trafiających na ostry dyżur jest zmienną odpowiedzi.

Jak odróżnić zmienną zależną od niezależnej?

W większości przypadków łatwo jest określić, która zmienna jest niezależna, a która zależna. Jeśli jednak z jakiegoś powodu pojawi się zamieszanie, najlepiej zacząć od zera i wykonać następujące kroki:

• Krok 1: Zidentyfikuj wszystkie zmienne biorące udział w eksperymencie. Oznacza to zidentyfikowanie wszystkich czynników, które mogą ulec zmianie lub ulec zmianie w trakcie trwania eksperymentu.
• Krok 2: Spośród wszystkich zmiennych zidentyfikuj te, które są bezpośrednio związane z pytaniem badawczym i hipotezą eksperymentu.
• Krok 3: Zapisz zmienne w zdaniu sformułowanym w sposób wskazujący na związek przyczynowo-skutkowy.
• Krok 4: Jeśli poprzednie zdanie nie ma sensu, odwróć zmienne i przepisz zdanie. Drugi powinien mieć sens.
• Krok 5: Kiedy już masz związek przyczynowo-skutkowy, który ma logiczny sens, to zmienna, która została odnotowana jako przyczyna, jest zmienną niezależną, a druga zmienna jest zmienną zależną.

Rozróżnianie między zmienną zależną i niezależną: przykład

Opis doświadczenia: Próbkę bakterii z hodowli inkubuje się przez 48 godzin w temperaturze 37ºC na dwóch różnych podłożach: jednym jest agar odżywczy, który zawiera wszystko, co jest potrzebne organizmowi do wzrostu i rozwoju, a drugim jest minimalny agar, który zawiera tylko najbardziej niezbędnych składników odżywczych do przeżycia. Wzrost kolonii bakterii na pierwszym podłożu wskazuje na zmutowany szczep, ale nie na drugim podłożu. Hipoteza jest taka, że ​​oryginalna kultura zawiera zmutowane szczepy. Jaka jest zmienna zależna i niezależna w tym przypadku?

Aby znaleźć odpowiedź, wykonajmy wskazane kroki:

1. Czas i temperatura są powszechnymi kandydatami na zmienne niezależne, ale w tym przypadku żaden z tych dwóch czynników nie zmienia się w trakcie eksperymentu, więc nie są zmiennymi. Jedynymi zmiennymi są pożywka hodowlana, w której bakterie są inkubowane oraz wzrost (lub brak wzrostu) kolonii po inkubacji.
2. Ten krok nie jest konieczny, ponieważ istnieją tylko dwie zmienne.
3. Załóżmy, że piszemy „brak wzrostu kolonii wpływa na pożywkę hodowlaną”. To zdanie nie ma logicznego sensu, ponieważ to badacz decydował o składzie pożywki hodowlanej, która nie była spowodowana wzrostem lub brakiem wzrostu kolonii bakteryjnych.
4. Następnie jest napisane od tyłu: Pożywka hodowlana wpływa na wzrost kolonii bakteryjnych. Ten związek przyczynowo-skutkowy ma logiczny sens.
5. Ponieważ przyczyną w kroku 4 była pożywka hodowlana, jest to zmienna niezależna, podczas gdy wzrost kolonii jest zmienną zależną.

Odpowiedź: Zmienną niezależną jest pożywka hodowlana, a zmienną zależną wzrost kolonii bakteryjnych.

Graficzne przedstawienie zmiennych zależnych i niezależnych

Istnieje standardowa metoda graficznej reprezentacji zmiennej niezależnej i zależnej. Akronim SUCHA MIESZANKA może być użyty, aby pomóc zapamiętać, jak wykreślić zmienne:

SUCHA MIESZANKA

D   = zmienna zależna
R   = zmienna odpowiedzi
Y  = wykres na  osi y lub w pionie

M   = zmienna manipulowana
I  = zmienna niezależna
X   = wykres osi poziomej lub osi x

Jak wspomniano powyżej, zmienna zależna w funkcji jest zwykle reprezentowana przez  i , i jest umieszczona na osi rzędnych. Mówi się, że  zmienna y  jest funkcją zmiennej  x , która jest zmienną niezależną.