Експериментирането е метод, чрез който учените изследват природните явления с надеждата да получат нови знания. Добрите експерименти следват логически план за изолиране и тестване на конкретна променлива, която е точно дефинирана. Като научите основните принципи зад експерименталния дизайн, ще можете да приложите тези принципи към вашите собствени експерименти. Независимо от обхвата, всички добри експерименти работят в съответствие с логическите и дедуктивните принципи на научния метод, от проектите за картофени часовници от пети клас до напредналите изследвания на Хигс Бозон.
Стъпка
Метод 1 от 2: Проектиране на научни експерименти
Стъпка 1. Изберете конкретна тема
Експерименти, чиито резултати водят до промяна в научното мислене, са много, много редки. Повечето експерименти отговарят на определени малки въпроси. Научните знания се изграждат от натрупаните данни от много експерименти. Изберете тема или въпрос без отговор, които са с малък обхват и лесни за тестване.
- Например, ако искате да експериментирате със земеделски торове, не се опитвайте да отговорите на въпроса „Какъв вид тор е най -подходящ за отглеждане на култури?“В света има много различни видове торове и много различни видове растения - един експеримент не може да даде универсални изводи и за двете. По -добър въпрос за проектирането на експеримента би бил "Каква концентрация на азот в тора е дала най -голямата реколта от царевица?"
- Съвременните научни познания са много, много широки. Ако възнамерявате да правите научни изследвания, проучете подробно темата си, преди да започнете да проектирате експеримента си. Имали ли са предишни експерименти отговори на въпроси, които са били предмет на изучаването на вашия експеримент? Ако е така, има ли начин да адаптирате темата си, за да отговорите на въпроси, на които не са отговорили съществуващите експерименти?
Стъпка 2. Изолирайте вашите променливи
Добрите научни експерименти тестват специфични, измерими параметри, наречени променлива.
Най -общо казано, учен провежда експеримент за стойността на променливата, която тества. Едно жизненоважно нещо при провеждането на експерименти е коригирането само конкретната променлива, която тествате (и няма други променливи).
Например, в нашия пример за експеримент с торове, нашият учен ще засади няколко големи царевични растения в почва, наторена с различни концентрации на азот. Той ще даде на всяко растение необходимото количество тор точно същото. Той ще гарантира, че химичният състав на използваните торове не се различава освен концентрацията на азот - например няма да използва торове с по -високи концентрации на магнезий за нито една от царевичните му култури. Той също така ще засади същия брой и видове царевични растения по едно и също време и на същия тип почва във всяка от своите експериментални копия.
Стъпка 3. Създайте хипотеза
Хипотезата е предсказване на експерименталните резултати. Това трябва да бъде нещо повече от само догадки - добра хипотеза се доказва от изследването, което сте направили при избора на тема за експеримент. Базирайте своята хипотеза на резултатите от подобни експерименти, проведени от други колеги във вашата област, ако решавате проблем, който не е проучен задълбочено, въз основа на комбинация от литературни изследвания и записани наблюдения, които можете да намерите. Не забравяйте, че дори и да направите най -доброто си изследване, хипотезата ви може да се окаже грешна - в този случай вие все още разширявате знанията си, като докажете, че прогнозата ви „не“е правилна.
Обикновено хипотезите се изразяват като количествени декларативни изречения. Хипотезата използва и начина, по който се измерват експерименталните параметри. Добра хипотеза за нашия пример за тор е: „Царевично растение, подхранвано с един килограм азот на бушел, ще даде по -голяма маса добив от еквивалентна царевична култура, отглеждана с различна азотна добавка
Стъпка 4. Планирайте събирането на данни
Знайте предварително „кога“ще събирате данни и „какъв тип“данни ще събирате. Измервайте тези данни в предварително определени часове или в други случаи на редовни интервали. В нашия експеримент с торове, например, ние ще измерваме теглото на нашето царевично растение d (в килограми) след период на растеж. Ще сравним това със съдържанието на азот в тора, прилаган за всяко растение. В други експерименти (като тези, които ще измерват промените във променлива във времето) е необходимо да се събират данни на редовни интервали.
- Създаването на таблица с данни преди време е добра идея - просто въвеждате стойностите на данните си в таблицата, докато я записвате.
- Знайте разликата между зависими и независими променливи. Независимата променлива е променливата, която променяте, а зависимата променлива е тази, която се влияе от независимата променлива. В нашия пример "съдържание на азот" е "независимата" променлива, а "добивът (в кг)" е "зависимата" променлива. Базовата таблица ще има колони и за двете променливи, тъй като те се променят с течение на времето.
Стъпка 5. Проведете експеримента си методично
Изпълнете експеримента си, тествайте за вашите променливи. Това почти винаги изисква от вас да експериментирате многократно за някои променливи стойности. В нашия пример за тор ще отглеждаме няколко еднакви царевични култури и ще прилагаме тор, съдържащ различни количества азот. Като цяло, колкото по -обширни данни получавате, толкова по -добре. Запишете възможно най -много данни.
- Добрият експериментален дизайн включва това, което е известно като контрол. Един от вашите експерименти с реплики не трябва да "включва" променливата, която изпитвате изобщо. В нашия пример за тор ще включим едно царевично растение, което получава тор без азот в него. Това ще бъде нашият контрол - ще бъде базовата линия, спрямо която ще измерваме растежа на други царевични култури.
- Наблюдавайте всички и всички свързани с безопасността вещества или процеси в експеримента си.
Стъпка 6. Съберете вашите данни
Записвайте данни директно в таблицата, ако е възможно - това ще ви попречи да се налага отново да въвеждате и обединявате данни по -късно. Научете как да оценявате ненужното във вашите данни.
Винаги е добра идея да изобразявате данните си възможно най -визуално. Създайте точки от данни в диаграмата и изразете тенденциите с най -подходящата линия или крива. Това ще ви помогне (и всеки друг, който разглежда тази графика) да визуализирате моделите в данните. За повечето основни експерименти независимата променлива се нанася върху хоризонталната ос x, а променливата се редува по вертикалната ос y
Стъпка 7. Анализирайте данните си и направете изводи
Правилна ли е вашата хипотеза? Има ли забележими тенденции в данните? Открихте ли неочаквани данни? Имате ли въпроси без отговор, които биха могли да послужат като основа за бъдещи експерименти? Опитайте да отговорите на тези въпроси, докато оценявате резултатите. Ако вашите данни не предоставят категорична хипотеза „да“или „не“, помислете за провеждане на допълнителни експериментални изпитвания и събиране на повече данни.
За да споделите резултатите си, напишете изчерпателна научна статия. Да знаеш как да пишеш научни статии е полезно умение - резултатите от последните изследвания трябва да бъдат написани и публикувани в определен формат
Метод 2 от 2: Изпълнение на примерни експерименти
Стъпка 1. Изберете тема и определете вашите променливи
Поради този пример ще имаме прост и малък експеримент. В нашия експеримент ще изследваме ефекта на различните аерозолни горива върху стрелбището на картофения пистолет.
- В този случай видът на аерозолното гориво, което използваме, е "независимата променлива" (променливата, която ще променим), където разстоянието на куршума е "зависимата променлива".
- Нещо, което трябва да се вземе предвид в този експеримент - има ли начин да се гарантира, че всеки картофен куршум тежи еднакво? Има ли начин да се използва същото количество гориво за всеки изстрел? И двете могат да повлияят на обхвата на стрелба на пистолета. Първо измерете теглото на всеки куршум и използвайте същото количество аерозолен спрей за всеки изстрел.
Стъпка 2. Създайте хипотеза
Ако тестваме спрей за коса, спрей за готвене и боя за пръскане, да речем, че косата за коса съдържа аерозолно гориво със съдържание на бутан по -голямо от другите спрейове. Тъй като знаем, че бутанът е запалим, можем да предположим, че лакът за коса ще предизвика по -голяма тяга при запалване, изстрелвайки картофена куршум по -далеч. Ще напишем хипотезата: "По-високото съдържание на бутан в аерозолното гориво в спрей за коса, средно, ще доведе до по-дълъг обсег на стрелба при изстрелване на картофени куршуми с тегло между 250-300 грама."
Стъпка 3. Настройте предишното си събиране на данни
В нашия експеримент ще тестваме всяко аерозолно гориво 10 пъти и ще изчислим средния добив. Ще тестваме и аерозолно гориво, което не съдържа бутан, като експериментален контрол. За да се подготвим, ние ще съберем нашето картофено оръдие, ще го тестваме, за да се уверим, че работи, ще закупим аерозолен спрей и след това ще отрежем и претеглим нашия картофен куршум.
-
Първо ще създадем и таблица с данни. Ще имаме пет вертикални колони:
- Най -лявата колона ще бъде обозначена като „Тест №“. Клетките в тази колона ще съдържат числа 1-10, показващи всеки опит за стрелба.
- Следващите четири колони ще бъдат обозначени с името на аерозолния спрей, който използвахме в експеримента. Десет клетки под заглавката на всяка колона, които ще съдържат разстоянието (в метри) за всеки опит за стрелба.
- Под всяка от четирите колони за гориво оставете място, за да напишете средната стойност за всяко разстояние.
Стъпка 4. Направете експеримента
Ще използваме всеки аерозолен спрей за изстрелване на десет куршума, като използваме същото количество аерозол за изстрелване на всеки куршум. След всеки изстрел ще използваме рулетка за измерване на разстоянието между всеки куршум. Запишете тези данни в таблица с данни.
Подобно на много експерименти, нашият експеримент има някои проблеми с безопасността, които трябва да наблюдаваме. Аерозолното гориво, което използваме, е запалимо - трябва да затворим добре капака на стрелеца с картофено оръжие и да носим дебели ръкавици, когато запалваме горивото. За да избегнем случайно нараняване от куршуми, трябва също така да гарантираме, че ние (или други странични лица) стоим до пистолета, докато стреляме - не пред или зад него
Стъпка 5. Анализирайте данните
Да речем, откриваме, че средно лакът за коса изстрелва картофите най -далеч, но спреят за готвене е по -последователен. Можем да визуализираме тези данни. Добър начин да се илюстрира средното разстояние за пръскане е стълбовидна диаграма, където графикът на разсейване е чудесен начин да се покажат вариации в разстоянието на изпичане на всяко гориво.
Стъпка 6. Направете своите заключения
Вижте резултатите от експериментите си. Въз основа на нашите данни можем да кажем с увереност, че нашата хипотеза е вярна. Можем също така да кажем, че открихме нещо, което не сме предвидили - че спреят за готвене е дал най -последователни резултати. Можем да съобщим за всякакви проблеми или бъркотии, които открием - да речем, че боята от спрей боя се натрупва в камерата за стрелба на картофено оръдие, което затруднява многократното стрелба. И накрая, можем да предложим области за по -нататъшни изследвания - например може би с повече гориво можем да изминем по -голямо разстояние.
Можем дори да споделим нашите резултати със света под формата на научни статии - тъй като темата на нашите експерименти може да е по -подходящо да представим тази информация под формата на три пъти научни изложби
Съвети
- Забавлявайте се и бъдете в безопасност.
- Науката има за цел да задава големи въпроси. Не се страхувайте да изберете тема, която не сте виждали досега.
Внимание
- Носете предпазни очила.
- Ако нещо попадне в очите ви, изплакнете обилно поне 5 минути.
- Не поставяйте храна или напитки близо до работното си място.
- Измийте ръцете преди и след експеримента.
- Когато използвате остри ножове, опасни химикали или горещи огньове, уверете се, че възрастен ви наблюдава.
- Носете гумени ръкавици при работа с химикали.
- Вържете косата назад.
