Cum se efectuează un experiment științific

Experimentarea este metoda prin care oamenii de știință de testare fenomene naturale cu speranța de a obține noi cunoștințe. Experimentele bune urmeze un design logic pentru a izola și a testa variabilele specifice și definite cu precizie. Învățând principiile fundamentale care stau la baza designului experimental, le puteți aplica pe cont propriu. Indiferent de domeniul lor de aplicare, toate experimentele bune funcționează conform logicii și principiilor deductive ale metodei științifice, de la cei prezenți la târg pentru a cincea știință clasa a, cu ceasul de cartofi, cele mai avansate de cercetare legate de bosonul Higgs.

conținut

Pași
Partea 1proiectarea unui experiment științific
Partea 2efectuarea unui exemplu de experiment
Sfaturi
Avertismente

pași

Partea 1
Proiectarea unui experiment științific

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 1

Alegeți o temă specifică. Experimente ale căror rezultate provoacă schimbări majore în paradigma științifică sunt foarte, foarte rare. Marea majoritate a experimentelor răspund unor mici întrebări specifice. Cunoștințele științifice se bazează pe acumularea de date din nenumărate experimente. Alegeți un subiect sau o întrebare fără răspuns, cu un domeniu mic, care poate fi verificat.

De exemplu, dacă doriți să derulați un experiment referitor la îngrășămintele agricole, nu încercați să răspundeți la întrebarea "Ce tip de îngrășământ este cel mai bun pentru plantele cultivate?„Pot exista mai multe tipuri diferite de îngrășăminte și multe tipuri diferite de plante din lume - și un experiment nu va fi în măsură să conducă la concluzii universale cu privire la oricare dintre ele O întrebare mult mai bine pentru a proiecta un experiment ar fi.“Ce concentrație de azot în îngrășăminte produce cele mai mari producții de porumb?“.
Cunoștințele științifice moderne sunt foarte, foarte vaste. Dacă intenționați să efectuați cercetări științifice serioase, cercetați teme temeinic înainte de a începe să planificați experimentul. Totuși, experimentele din trecut au răspuns deja la întrebarea pe care voinŃa voastră o studiaŃi? Dacă da, există vreo modalitate de a vă ajusta tema pentru a răspunde la întrebările care nu au fost încă răspunse de căutările preexistente?

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 2

Izolați variabilele. Experimentele experimentale experimentale testează parametrii specifici și măsurabili numiți variabile. În termeni generali, un om de știință efectuează un experiment pe o gamă de valori ale variabilei în cauză. O preocupare vitală în efectuarea unui experiment este de a se ajusta numai variabilele specifice legate de test (și nici de altul).

De exemplu, în exemplul nostru de îngrășăminte, omul de știință va dezvolta mai multe culturi de porumb pe sol îmbogățit cu îngrășăminte cu concentrații diferite de azot. El ar da fiecare recoltă exact aceeași cantitate de îngrășământ. El atunci ar asigura că compoziția chimică a îngrășămintelor lor nu diferă în nici un alt mod, cu excepția într-o concentrație de azot - de exemplu, el nu ar folosi un îngrășământ cu concentrație mai mare de magneziu într-una din culturile sale. El cultiva în exact același număr și tip de specii de semințe de porumb în același timp și în același tip de sol fiecare replicare experimentul său.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 3

Faceți o ipoteză. O ipoteză este în esență o prezicere a rezultatelor experimentului. Nu ar trebui să fie o simplă speculație oarbă - șanse sunt informați de fond de cercetare efectuate pentru alegerea subiect. Pe baza ipotezei sale asupra rezultatelor experimentelor similare efectuate de cercetători în domeniul lor, sau dacă aveți de-a face cu o problemă nu este bine studiat, se baza pe orice combinații de cercetare literare și de observare înregistrate posibil descoperire. Amintiți-vă că, în ciuda munca lor cele mai bune de cercetare, ipoteza ar putea fi dovedită greșită - în cazul în care, ați extins cunoștințele în sensul că a dovedit că predicția evidențiată nu a fost corect.

De obicei, o ipoteză este exprimată ca o propoziție cantitativă declarativă. Acesta poate lua în considerare modurile în care parametrii experimentali vor fi măsurați. O bună ipoteză pentru exemplul nostru este: "Recoltele de porumb suplimentate cu 450 g de azot per bushel vor avea ca rezultat o producție în masă mai mare decât echivalentul recoltelor de porumb cultivate cu suplimente de azot diferite“.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 4

Planificați colectarea datelor dvs. Aflați mai întâi când veți colecta date și ce fel Datele vor fi colectate. Măsurați aceste date la un moment dat sau, în alte cazuri, la intervale regulate. În experimentul nostru, de exemplu, vom măsura greutatea culturilor de porumb (în kilograme) după o perioadă de creștere definită. Vom compara această valoare cu nivelul de azot prezent în îngrășământul cu care a fost tratată fiecare cultură. În alte experimente (cum ar fi cele care măsoară schimbarea unei anumite variabile în timp), este necesară colectarea datelor la intervale regulate.

Efectuarea unui tabel de date în față este o idee grozavă - puteți să introduceți pur și simplu valorile datelor din câmpurile date pe măsură ce le înregistrați.
Aflați diferența dintre variabilele dependente și cele independente. O variabilă independentă este una pe care o puteți schimba, iar variabila dependentă este una care este afectată de variabila independentă. În exemplul nostru, "nivelul azotului" este variabila independent, și "producție (în kilograme)" este variabila dependente. O tabelă de bază va avea coloane pentru ambele variabile pe măsură ce se schimbă în timp.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 5

Realizați experimentul metodic. Executați experimentul prin testarea variabilelor dvs. Acest lucru aproape întotdeauna necesită să efectuați același experiment de mai multe ori cu mai multe setări variabile. În exemplul nostru, vom crește mai multe culturi identice de porumb, completându-le cu îngrășăminte care conțin cantități diferite de azot. În general, cu cât domeniul de date pe care îl puteți colecta mai larg, cu atât mai bine. Înregistrați cât mai multe date posibil.

Proiectele experimentale bune încorporează ceea ce se numește control. Una dintre replicile sale experimentale nu trebuie să includă variabila în cauză în test. În exemplul nostru, vom include o recoltă care va primi îngrășământ fără nicio concentrație de azot. Acest lucru va fi controlul nostru - acesta va fi linia de bază împotriva căreia vom măsura creșterea tuturor celorlalte culturi.
Respectați toate măsurile de siguranță asociate materialelor sau proceselor dăunătoare în experimentul dvs.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 6

Colectați-vă datele. Înregistrați datele direct în tabelul dvs., dacă este posibil - aceasta vă va salva durerea de cap de reintroducere și consolidare a datelor în viitor. învăța cum să evalueze discrepanțele în datele dvs.

Este întotdeauna o idee bună să vă reprezentați datele vizual, dacă este posibil. Puneți puncte de date pe o diagramă și exprimați tendințele cu linia sau curba potrivită cel mai bine situației. Acest lucru vă va ajuta (și oricine vede graficul) să vizualizeze modelele din date. Pentru majoritatea experimentelor de bază, variabila independentă este reprezentată pe axa orizontală x și variabila dependentă pe axa verticală y.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 7

Analizați-vă datele și ajungeți la o concluzie. A fost corectă ipoteza ta? Au existat unele tendințe observabile în date? Ați găsit valori neașteptate? Există întrebări fără răspuns care ar putea constitui baza experimentelor viitoare? Încercați să răspundeți la aceste întrebări în timp ce evaluați rezultatele. Dacă datele dvs. nu dau ipoteza un răspuns clar "da" sau "nu", luați în considerare efectuarea de încercări experimentale suplimentare și colectarea mai multor date.

Pentru a vă distribui rezultatele, scrieți un raport științific detaliat. Știind cum să scrie un raport științific este o abilitate foarte utilă - rezultatele celor mai noi cercetări ar trebui să fie scrise și publicate în conformitate cu un anumit format.

Partea 2
Efectuarea unui exemplu de experiment

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 8

Alegeți o temă și definiți variabilele. În scopul acestui exemplu, vom alege un simplu experiment la scară mică. În experimentul nostru, vom testa efectele diferiților combustibili de aerosoli la îndemâna unui pistol de cartofi.

În acest caz, tipul de combustibil aerosol utilizat va fi variabila independent (cel pe care îl schimbăm), în timp ce gama proiectilului va fi variabila dependente.
Lucruri de luat în considerare în cadrul prezentului experiment: Există o modalitate de a se asigura că fiecare glonț / cartof are aceeași greutate? Există o modalitate de a furniza aceeași cantitate de combustibil de aerosoli în fiecare împușcare? Ambele pot afecta potențial gama de arme. Cântărește fiecare proiectil în prealabil și depozitați combustibilul înainte de fiecare împușcare cu aceeași cantitate de spray de aerosoli.

Imaginea intitulată Desfășurați un experiment științific Pasul 9

Faceți o ipoteză. Dacă suntem de testare fixativ, spray de vopsea si spray de gatit, spun că propulsorul aerosol spray de păr are o cantitate mai de butan decât alte spray-uri. Din moment ce știm că butanul este un gaz inflamabil, putem dezvolta ipoteza că spray de păr va produce o forță mai mare pentru a fi aprins, trimiterea proiectil / cartofi în continuare. Ne-am scrie ipoteza după cum urmează:Cel mai înalt nivel de butan din propulsorul de aerosoli prezent în pulverizarea părului va avea ca rezultat, în medie, un interval mai mare atunci când se trage un glonț / cartof care cântăresc între 250 și 300 de grame“.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 10

Organizați colectarea datelor în avans. În experimentul nostru, vom testa fiecare combustibil aerosol de 10 ori și vom calcula media rezultatelor. De asemenea, vom testa un combustibil de aerosoli care nu conține urme de butan ca un control experimental. În pregătire, vom adăuga pistolul nostru de cartofi, îl vom testa pentru a asigura funcționarea lui, vom cumpăra spray-urile de aerosoli și vom cântări fiecare glonț / cartof.

Să creați și tabelul de date în prealabil. Vom avea cinci coloane verticale:
- Coloana din partea stângă va fi numită "Încercarea #". Celulele din această coloană vor conține pur și simplu numerele de la 1 la 10, adică fiecare încercare de declanșare.
- Următoarele patru coloane vor fi denumite cu numele spray-urilor de aerosoli utilizate în experiment. Cele zece celule aflate sub fiecare titlu al coloanei vor conține intervalul (în metri) al fiecărei încercări de declanșare.
- Sub cele patru coloane pentru fiecare combustibil, lăsați un spațiu pentru a scrie valoarea medie a intervalelor.

Imagine intitulată Desfășurați un experiment științific Pasul 11

Realizați experimentul. Vom folosi fiecare spray de aerosoli pentru a trage 10 proiectile, cu aceeasi cantitate de combustibil pentru fiecare lovitura. După fiecare fotografie, vom folosi o măsurătoare de bandă lungă pentru a măsura gama proiectilului. Înregistrați aceste date în tabelul de date.

Ca și în multe experimente, a noastră are anumite probleme de siguranță care trebuie respectate. Combustibilii pe bază de aerosoli pe care îl folosim sunt inflamabili - trebuie să ne asigurăm că închidem în siguranță capacul pistolului de cartofi și că purtăm mănuși grele în timp ce aprindem combustibilul. Pentru a evita accidentele accidentale cauzate de proiectile, trebuie să ne asigurăm că noi (și oricare observatori) suntem în direcția pistolului în timpul tragerii - nu în fața sau în spatele pistolului.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 12

Analizați datele. Să presupunem că am constatat că, în medie, spray-ul de păr ia cartofii în continuare, în timp ce spray-ul de bucătărie era cel mai consistent. Putem reprezenta aceste date vizual. O modalitate bună de a reprezenta intervalul mediu pentru fiecare spray este a bare grafice, deși un parcel împrăștiat este o modalitate bună de a afișa variații în domeniul de ardere al fiecărui combustibil.

Imaginea intitulată Desfășurarea unui experiment științific Pasul 13

Declarați-vă concluziile. Reflectați asupra rezultatelor experimentale. Pe baza datelor noastre, putem afirma cu încredere că am descoperit ceva ce nu am putut prezice - că pulverizatorul de gătit a produs cele mai consecvente rezultate. Putem raporta orice probleme sau excentricități pe care le-am descoperit - să spunem că vopseaua din vopseaua de pulverizare sa acumulat în interiorul camerei de ardere a pistolului de cartofi, ceea ce face dificilă o repetare. În cele din urmă, putem recomanda zone pentru cercetări viitoare - de exemplu, poate cu cantități mai mari de combustibil, putem obține o acoperire mai mare.

Putem chiar împărtăși rezultatele noastre cu lumea sub forma unui raport științific - având în vedere tema experimentului nostru, ar fi mai potrivit să prezentăm aceste informații pe standul unui târg de știință.

sfaturi

Știința înseamnă a pune întrebări mari. Nu vă fie frică să alegeți o temă pe care nu ați cercetat-o încă.
Distrează-te și stai în siguranță.

avertismente

Purtați ochelari de protecție.
Dacă vi se întâmplă ceva, spălați-le cu apă curentă timp de cel puțin 5 minute.
Nu lăsați alimente sau băuturi lângă stația de lucru.
Spălați-vă mâinile înainte și după orice experiment.
Când utilizați cuțite ascuțite, produse chimice periculoase sau focuri fierbinți, asigurați-vă că aveți un adult care să supravegheze.
Purtați mănuși de cauciuc atunci când se ocupă cu substanțe chimice.
Adu-ți părul înapoi.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit