Cum de a efectua un experiment științific: 13 pași (cu imagini)

Experimentarea este metoda prin care oamenii de știință testează fenomenele naturale în speranța de a câștiga noi cunoștințe.. Experimente bune urmează un design logic pentru a izola și a testa variabile specifice, definite precis. Prin învățarea principiilor fundamentale din spatele designului experimental, veți putea aplica aceste principii în propriile experimente. Indiferent de domeniul lor de aplicare, toate experimentele bune operează în conformitate cu principiile logice, deductive ale metodei științifice, de la proiectele echitabile de tip Callofe Clasa a cincea la Curt-Edge Higgs Boson Research.

Pași

Partea 1 din 2:

Proiectarea unui experiment de sunet științific

1. Alegeți un subiect specific. Experimente ale căror rezultate cauzează schimbări științifice științifice sunt foarte, foarte rare. Marea majoritate a experimentelor răspund la întrebări mici, specifice. Cunoștințele științifice sunt construite la acumularea de date din nenumărate experimente. Alegeți un subiect sau o întrebare fără răspuns cu un domeniu mic, testabil. Pentru a obține idei, căutați lacune în literatura științifică actuală.

De exemplu, dacă doriți să faceți un experiment asupra îngrășămintelor agricole, nu căutați să răspundeți la întrebare, "Ce fel de îngrășământ este cel mai bun pentru cultivarea plantelor?" Există multe tipuri diferite de îngrășământ și multe tipuri diferite de plante din lume - un experiment nu va putea să atragă nici o concluzie universală despre nici. O întrebare mult mai bună de a proiecta un experiment în jurul valorii de ar fi "Ce concentrație de azot în îngrășământ produce cele mai mari culturi de porumb?"
Cunoștințele științifice moderne sunt foarte, foarte vast. Dacă intenționați să faceți o cercetare științifică serioasă, cercetați-vă pe scară largă subiectul înainte de a începe să vă planificați experimentul. Au experimentele trecute au răspuns la întrebarea pe care doriți să o studiați experimentul dvs? Dacă da, există o modalitate de a vă ajusta subiectul astfel încât să se adreseze întrebărilor rămase fără răspuns de către cercetarea existentă?

Imagine intitulată conduce un experiment științific pasul 2

2. Izolați variabila dvs. (e). Experimente științifice bune testează parametrii măsurabili, numiți Variabile. În termeni generali, un om de știință efectuează un experiment pentru o serie de valori pentru variabila pe care o testează. O preocupare vitală atunci când efectuați un experiment este de a ajusta numai variabila specifică (e) pe care o testați (și nici alte variabile.)

De exemplu, în experimentul nostru de îngrășăminte, omul de știință ar crește mai multe culturi de porumb în sol suplimentat cu îngrășăminte a căror concentrație de azot diferă. El ar da fiecărui recoltă de porumb corect aceeași cantitate de îngrășământ. El ar asigura că compoziția chimică a îngrășămintelor sale utilizate nu diferă într-un fel, în afară de concentrația sa de azot - de exemplu, el nu ar folosi un îngrășământ cu o concentrație mai mare de magneziu pentru una din culturile sale de porumb. El ar crește, de asemenea, exact același număr și specii de culturi de porumb în același timp și în același tip de sol în fiecare replicare a experimentului său.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pas 3

3. Faceți o ipoteză. O ipoteză este în esență o predicție a rezultatului experimentului. Nu ar trebui să fie o ghici orb - ipotezele bune sunt informate de cercetarea de fundal pe care ați efectuat-o și / sau datele preliminare pe care le-ați generat deja în laborator atunci când alegeți subiectul experimentului dvs. Baza-ți ipoteza asupra rezultatelor unor experimente similare efectuate de colegi în câmpul dvs. sau, dacă abordează o problemă care nu a fost bine studiată, o bază pe orice combinație de cercetare literatură și observarea înregistrată pe care o puteți găsi. Amintiți-vă că, în ciuda celei mai bune lucrări de cercetare, ipoteza dvs. poate fi foarte bine susținută de rezultatele dvs. - în acest caz, ați mai extins cunoștințele dvs. în sensul că ați dovedit că a fost predicția dvs nu corect.

În mod tipic, o ipoteză este exprimată ca o propoziție declarativă cantitativă. O ipoteză ia în considerare, de asemenea, căile în care vor fi măsurate parametrii experimentali. O ipoteză bună pentru exemplul de îngrășământ este: "Culturile de porumb completate cu 1 kilogram de azot pe bushel vor avea ca rezultat o masă de randament mai mare decât culturile de porumb echivalente cultivate cu suplimente de azot diferite."

Imagine intitulată conduce un experiment științific pasul 4

4. Planificați colectarea datelor. Știți în prealabil cand Veți colecta date și ce fel de date pe care le veți colecta. Măsurați aceste date într-un timp stabilit sau, în alte cazuri, la intervale regulate. În experimentul nostru de îngrășăminte, de exemplu, vom măsura greutatea culturilor noastre de porumb (în kilograme) după o perioadă de creștere stabilită. Vom compara acest lucru cu conținutul de azot al îngrășământului, fiecare recoltă a fost tratată cu. Pentru alte experimente (cum ar fi cele care măsoară schimbarea într-o anumită variabilă în timp), este necesar să se colecteze date la intervale regulate.

Timpul este incredibil de important, deci respectați planul dvs. cât mai aproape posibil. În acest fel, dacă vedeți modificări ale rezultatelor dvs., puteți exclude constrângerile de timp diferite ca fiind cauza schimbării.

Efectuarea unei tabele de date în prealabil este o idee minunată - veți putea introduce pur și simplu valorile datelor în tabelul pe măsură ce le înregistrați.

Cunoașteți diferența dintre variabilele dvs. dependente și independente. O variabilă independentă este o variabilă pe care o schimbați și o variabilă dependentă este cea afectată de variabila independentă. În exemplul nostru, "Conținutul de azot" este independent variabilă, și "Randament (în kg)" este dependent variabil. Un tabel de bază va avea coloane pentru ambele variabile pe măsură ce se schimbă în timp.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pas 5

5. Conduceți metodic experimentul. Rulați YourExPeriment, testarea pentru variabila dvs. Acest lucru aproape întotdeauna vă cere să rulați experimentul de mai multe ori pentru mai multe valori variabile. În exemplul nostru de îngrășăminte, vom crește mai multe culturi de porumb identice și le vom completa cu îngrășăminte care conțin diferite cantități de azot. În general, gama mai largă de date pe care le puteți aduna, cu atât mai bine. Înregistrați cât mai multe date este fezabilă.

Designul experimental bun încorporează ceea ce este cunoscut ca a Control. Una dintre replicațiile dvs. experimentale ar trebui nu Includeți variabila pe care o testați deloc. În exemplul nostru de îngrășăminte, vom include o recoltă de porumb care primește un îngrășământ fără azot în ea. Acesta va fi controlul nostru - va fi linia de bază împotriva căreia vom măsura creșterea celorlalte culturi de porumb.

Respectați toate măsurile de siguranță asociate cu materialele sau procesele periculoase din experimentul dvs.

Imaginea intitulată conduce un experiment științific pasul 6

6. Colectați datele dvs.. Înregistrați datele direct în tabelul dvs., dacă este posibil - vă va salva durerea de cap de reintroducere și consolidare a datelor mai târziu. Știu cum să Evaluați evidențierile din datele dvs.

Este întotdeauna o idee bună să reprezentați datele dvs. vizual dacă puteți. Puncte de date Puncte pe un grafic și tendințe expres cu o linie sau o curbă de cea mai bună potrivire. Acest lucru vă va ajuta (și oricine altcineva care vede graficul) vizualizează modelele din date. Pentru cele mai multe experimente de bază, variabila independentă este reprezentată pe axa orizontală X și variabila dependentă se află pe axa verticală Y.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pasul 7

7. Analizați datele dvs. și ajungeți la o concluzie. A fost ipoteza dvs. corectă? Au existat tendințe observabile în date? Ați întâmpinat date neașteptate? Aveți întrebări fără răspuns care ar putea constitui baza pentru un viitor experiment? Încercați să răspundeți la aceste întrebări pe măsură ce evaluați rezultatele. Dacă datele dvs. nu oferă ipoteza dvs. definitivă "da" sau "Nu," Luați în considerare executarea unor studii experimentale suplimentare și colectarea mai multor date sau scrierea rezultatelor dvs. cu instrucțiuni viitoare pentru cercetări suplimentare.

Pentru a vă împărtăși rezultatele, Scrieți o lucrare științifică cuprinzătoare. Știind cum să scrieți o lucrare științifică este o abilitate utilă - rezultatele cele mai noi cercetări trebuie să fie scrise și publicate în conformitate cu un format specific, adesea dictat de ghidul de stil pentru un jurnal academic revizuit de colegi.

Partea 2 din 2:

Rularea unui exemplu de experiment

1. Alegeți un subiect și definiți variabilele dvs. În scopul acestui exemplu, vachoose un experiment simplu, la scară mică. În experimentul nostru, vom testa efectele diferitelor combustibili de aerosoli asupra intervalului de ardere a Gun de cartofi.

În acest caz, tipul de combustibil de aerosol pe care îl folosim este variabila independenta (variabila pe care o schimbăm), în timp ce gama de proiectil este variabilă dependentă.
Lucruri de luat în considerare pentru acest experiment - Există o modalitate de a asigura că fiecare proiectil de cartofi are aceeași greutate? Există o modalitate de administrare a aceleiași cantități de combustibil de aerosol pentru fiecare ardere? Ambele pot afecta intervalul armei. Se cântărește fiecare proiectil în prealabil și combustibil fiecare împușcat cu aceeași cantitate de pulverizare a aerosolului.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pasul 9

2. Faceți o ipoteză. Dacă testează spray-ul de păr, spray de gătit și vopsea de pulverizare, hai să spunem că spray-ul de păr are un propulsor de aerosoli cu o cantitate mai mare de butan decât celelalte spray-uri. Pentru că știm că Butanul este inflamabil, putem presupune că pulverizarea părului va produce o forță mai mare de propulsie atunci când este aprinsă, trimițând un proiectil de cartofi mai departe. Ne-am scrie ipoteza noastră ca: "Conținutul de butan superior al propulsorului de aerosoli în hairpray va produce, în medie, un interval mai lung atunci când arde un proiectil de cartofi cântărind între 250-300 de grame."

Imaginea intitulată conduce un experiment științific pasul 10

3. Organizați-vă colecția de date în prealabil. În experimentul nostru vom testa fiecare combustibil de aerosol de 10 ori și media rezultatele. De asemenea, vom testa un combustibil de aerosoli care nu conține Butan ca control experimental. Pentru a pregăti, vom asambla tunul de cartof, testați-l pentru a vă asigura că funcționează, cumpărați spray-urile noastre de aerosoli și sculptele și cântăresc proiectilele noastre de cartofi.

Să creăm și tabelul nostru de date în prealabil. Vom avea cinci coloane verticale:

Coloana cea mai îndepărtată va fi etichetată "Proces #." Celulele din această coloană vor conține pur și simplu numerele 1-10, ceea ce înseamnă fiecare încercare de ardere.

Următoarele patru coloane vor fi etichetate cu numele spray-urilor de aerosoli pe care le folosim în experimentul nostru. Cele zece celule de sub fiecare antet de coloană vor conține intervalul (în metri) al fiecărei încercări de ardere.

Sub cele patru coloane pentru fiecare combustibil, lăsați un spațiu pentru a scrie valoarea medie a intervalelor.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pasul 11

4. Conduce experimentul. Vom folosi fiecare pulverizare de aerosoli pentru a trage zece proiectile, folosind aceeași cantitate de pulverizare de aerosoli pentru a trage fiecare proiectil. După fiecare ardere, vom folosi o măsură lungă de bandă pentru a măsura intervalul de proiectil călătorit. Înregistrați aceste date în tabelul de date.

Ca și multe experimente, experimentul nostru are anumite preocupări de siguranță pe care trebuie să le respectăm. Combustibilii cu aerosoli folosim sunt inflamabile - ar trebui să respectăm în siguranță capacul de ardere al pistolului de cartofi și să purtați mănuși grele în timp ce aprindeți combustibilul. Pentru a evita rănile accidentale din proiectile, ar trebui, de asemenea, să ne asigurăm că noi (și orice observatori) se află în partea laterală a armei, în timp ce se declanșează - nu în fața ei sau în spatele ei.

Imaginea intitulată conduce un experiment științific pasul 12

5. Analizați datele. Să spunem că am descoperit că, în medie, spray-ul de păr a împușcat cartofii cei mai îndepărtați, dar pulverizatorul de gătit era mai consistent. Putem reprezenta vizual aceste date. O modalitate bună de a reprezenta intervalul mediu pentru fiecare spray este cu a grafic de bare, In timp ce Scatter complot sau complotul cutiei este o modalitate bună de a arăta variația în intervalele de ardere ale fiecărui combustibil.

Imagine intitulată conduce un experiment științific pas 13

6. Faceți concluziile dvs. Reflectați asupra rezultatelor dvs. experimentale și furnizați oricăror statistici justificative. Pe baza datelor noastre, putem spune cu încredere că ipoteza noastră a fost corectă. Putem spune, de asemenea, că am descoperit ceva ce nu am prezis - că sprayul de gătit a produs cele mai consistente rezultate. Putem să raportăm orice probleme sau Snafus pe care l-am întâlnit - să spunem că vopseaua de la vopseaua de pulverizare a fost construită în interiorul camerei de ardere a Cannonului de cartofi, făcând o privire repetată. În cele din urmă, putem recomanda zone pentru cercetări ulterioare - de exemplu, poate cu cantități mai mari de combustibil, putem obține o gamă mai mare.

Putem chiar să împărtășim rezultatele noastre cu lumea sub forma unei lucrări științifice - având în vedere obiectul experimentului nostru, ar putea fi mai adecvat să prezentăm aceste informații sub forma unei științe științifice tri-fold.

sfaturi

Știința este de a pune întrebări mari. Nu vă fie frică să alegeți un subiect pe care nu l-ați privit înainte.

Distrează-te și stai în siguranță.

În științele la nivel superior, majoritatea datelor nu sunt utilizate decât dacă este reproductibilă de cel puțin 3 ori.

Avertizări

Purtați protecția ochilor

Spălați-vă mâinile înainte și după un experiment.

Nu aveți mâncare sau băuturi în apropierea stației dvs. de lucru.

Când utilizați cuțite ascuțite, substanțe chimice periculoase sau flăcări fierbinți, asigurați-vă că aveți un adult care vă supraveghează în orice moment.

Cravată părul liber înapoi

Dacă se întâmplă ceva în ochii tăi, se clătește bine cu apă timp de 15 minute, apoi căutați atenția medicală imediată.

Purtați mănuși de cauciuc la manipularea substanțelor chimice

Partajați pe rețeaua socială: