什么是控制变量？示例以及如何编写控制变量

控制变量是你在实验中保持不变的某个因素，这样它就不会影响实验结果。假设你想测试光照如何影响植物生长。你给每株植物相同的水、土壤和花盆大小，这些就是你控制的因素。

让这些条件保持相同可以使你的测试更加公平。如果植物的生长情况不同，你就可以比较有把握地认为是光照造成了这种差异，而不是其他因素。想更全面地比较观察性研究和实验性研究设计，可以查看我们的指南。

用简单的话来说，它是什么意思？

想象一场赛跑。每位跑者都使用相同的跑道并跑相同的距离，因此唯一被比较的就是速度。

在科学中，这些保持固定的因素被称为常量或控制变量。它们可以保护科学家所说的内部效度，简单来说，就是让你更有信心认为结果是由你改变的那个因素造成的，而不是其他因素。

实验中的三种变量

实验是主要的研究方法类型之一，每个实验都有三种变量。你改变一个，测量一个，并让其余因素保持不变。

不同学科中的示例

下面是五个简单的实验，以及每个实验中保持不变的因素。

最后一个是经典的物理实验。保持温度稳定，可以让你观察压缩气体如何使其压力升高。

如何在实验中控制变量

1. 列出所有可能影响结果的因素，例如时间、温度、工具和材料。

2. 选择最可能产生影响的因素。你不可能控制所有因素。

3. 明确决定你将如何让每个因素保持稳定。“相同的水”还不够具体。“每天早上使用50毫升自来水”才足够明确。

4. 每次试验都使用相同的工具和步骤。

5. 如果你无法控制某个因素，就将人员或物品随机分组。这样可以让隐藏的差异更加均匀地分布。

6. 记录所有你无法控制的因素，并将其作为局限性说明出来。

如何在实验报告中写控制变量

老师通常希望你针对每个控制变量说明三件事：它是什么、为什么重要，以及你是如何让它保持不变的。使用表格可以让这些内容更加清楚。

每一项都应该是可以测量的。如果你无法说明自己是如何让它保持稳定的，老师就无法判断你是否真的做到了。我们的操作性定义示例指南介绍了如何把模糊的概念变成可以测量的内容。

控制变量、对照组与混杂变量的区别

这三个术语听起来很相似，但它们的含义并不相同。

简而言之，控制变量是一个因素。对照组是一组人、植物或样本。混杂变量则是通过保持其他因素不变所要避免的问题。

在统计学中控制变量

有时你无法让所有因素保持不变。在观察性研究中，你只能观察和测量已经发生的情况。因此，研究人员会在统计分析中对额外因素进行“控制”。

例如，假设看起来喝咖啡的人患心脏病更多。但喝咖啡的人也可能更常吸烟。把吸烟因素加入分析中，有助于把咖啡的影响与吸烟的影响区分开来。如果你不确定自己正在阅读的是哪一种研究，可以查看观察性研究与实验性研究的区别。

这种控制方法也有局限。2016年发表在《公共科学图书馆·综合》上的一项研究表明，当一个额外因素测量得不准确时，它的一部分影响仍然会进入研究结果中。样本越大，这个问题反而可能越明显。

Cinelli、Forney 和 Pearl 在2024年发表的一篇论文还警告说，有些因素在被控制后反而会让结果变得更糟。一个例子是位于原因和结果之间的因素。因此，设计良好的实验通常比单独依靠统计控制提供更有力的证据。

在工程学中的含义

在工程学中，受控变量是机器试图保持在某个目标值上的量，这个目标值被称为设定值。美国国家标准与技术研究院就是这样定义它的。

想象一下家里的暖气系统。室温是被控制的变量，21°C是设定值，恒温器会开启或关闭暖气，使温度保持在这个水平。在科学课堂上，你需要自己让某些因素保持稳定；在工程中，则是由机器替你完成。

需要避免的常见错误

结论

让其他因素保持不变，是使实验公平的关键。改变一个因素，测量一个因素，并让其他所有因素保持稳定。然后准确记录你是如何做到这一点的。在设计实验之前，我们关于什么是研究问题的指南可以帮助你形成一个清晰、可测试的问题。

常见问题

控制变量在实验过程中可以发生变化吗？

不应该。如果它意外发生变化，例如室温升高，就把这个情况记录下来，并将其作为实验的一个局限性说明。

我应该让多少个因素保持不变？

没有固定数量。任何真正可能影响实验结果的因素都应该加以控制。大多数学校实验通常会列出三到五个控制变量。

这个概念也适用于心理学吗？

是的。研究人员会让每位参与者接受相同的指示、测试材料和房间条件，从而确保只有正在研究的因素有所不同。

Canyam可以帮助我了解真实研究是如何控制变量的吗？

可以。Canyam允许你搜索超过6500万篇研究论文，并阅读有关其主要研究结果和研究方法的简短人工智能摘要，这样你就可以快速了解其他研究人员是如何设计实验的。

控制变量需要放在图表上吗？

通常不需要。图表通常会把自变量放在横轴上，把因变量放在纵轴上。控制变量通常列在研究方法部分，或者写在图表下方。