Experimentarea este o metodă prin care oamenii de știință examinează fenomenele naturale în speranța de a dobândi noi cunoștințe. Experimentele bune urmează un design logic pentru a izola și testa o anumită variabilă care este definită cu precizie. Învățând principiile fundamentale din spatele proiectării experimentale, veți putea aplica aceste principii propriilor experimente. Indiferent de sfera de acțiune, toate experimentele bune funcționează în conformitate cu principiile logice și deductive ale metodei științifice, de la proiecte de ceas de cartof de clasa a V-a până la cercetarea avansată a Bosonului Higgs.
Etapa
Metoda 1 din 2: Proiectarea experimentelor științifice
Pasul 1. Alegeți un subiect specific
Experimentele ale căror rezultate conduc la o schimbare a mentalității științifice sunt foarte, foarte rare. Majoritatea experimentelor răspund la anumite întrebări mici. Cunoștințele științifice sunt construite din datele acumulate ale multor experimente. Alegeți un subiect sau o întrebare fără răspuns, de dimensiuni reduse și ușor de testat.
- De exemplu, dacă doriți să experimentați cu îngrășăminte agricole, nu încercați să răspundeți la întrebarea „Ce fel de îngrășământ este cel mai bun pentru cultivarea culturilor?” Există multe tipuri diferite de îngrășăminte și multe tipuri diferite de plante în lume - un experiment nu poate da concluzii universale pentru ambele. O întrebare mai bună pentru proiectarea experimentului ar fi „Ce concentrație de azot din îngrășământ a produs cea mai mare recoltă de porumb?”
- Cunoașterea științifică modernă este foarte, foarte largă. Dacă intenționați să faceți cercetări științifice, căutați-vă subiectul pe larg înainte de a începe proiectarea experimentului. Au răspuns vreun experiment anterior la întrebări care au făcut obiectul învățării experimentului dvs.? Dacă da, există o modalitate de a vă adapta subiectul pentru a răspunde la întrebări cărora nu li s-a răspuns de experimentele existente?
Pasul 2. Izolați-vă variabilele
Experimentele științifice bune testează parametri specifici, măsurabili, numiți variabil.
În termeni generali, un om de știință efectuează un experiment pentru valoarea variabilei pe care o testează. Un lucru vital atunci când se efectuează experimente este ajustarea numai variabila specifică pe care o testați (și nu există alte variabile).
De exemplu, în exemplul experimentului nostru de îngrășăminte, omul de știință va planta mai multe plante mari de porumb în sol fertilizat cu concentrații diferite de azot. Va da fiecărei plante cantitatea necesară de îngrășământ exact la fel. El se va asigura că compoziția chimică a îngrășămintelor utilizate nu diferă decât concentrația de azot - de exemplu, nu va folosi îngrășăminte cu concentrații mai mari de magneziu pentru niciuna dintre culturile sale de porumb. De asemenea, el va planta același număr și specii de plante de porumb în același timp și pe același tip de sol în fiecare dintre replicile sale experimentale.
Pasul 3. Creați o ipoteză
Ipoteza este o predicție a rezultatelor experimentale. Acest lucru ar trebui să fie mai mult decât presupuneri - o ipoteză bună este informată de cercetările pe care le-ați făcut atunci când ați ales un subiect de experiment. Bazează-ți ipoteza pe rezultatele unor experimente similare efectuate de alți colegi din domeniul tău, dacă rezolvi o problemă care nu a fost studiată în profunzime, pe baza oricărei combinații de cercetări literare și observații înregistrate pe care le poți găsi. Amintiți-vă că, chiar dacă faceți cele mai bune cercetări, ipoteza dvs. poate fi dovedită greșită - în acest caz, vă tot extindeți cunoștințele dovedind că predicția dvs. „nu” este corectă.
De obicei, ipotezele sunt exprimate ca propoziții declarative cantitative. O ipoteză folosește și modul în care parametrii experimentali sunt măsurați. O ipoteză bună pentru exemplul nostru de îngrășăminte este: „O plantă de porumb hrănită cu o kilogramă de azot pe bushel va produce o masă de producție mai mare decât o cultură de porumb echivalentă cultivată cu un supliment de azot diferit
Pasul 4. Planificați colectarea datelor
Aflați în prealabil „când” veți colecta date și „ce tip de” date veți colecta. Măsurați aceste date la momente prestabilite sau, în alte cazuri, la intervale regulate. De exemplu, în experimentul nostru cu îngrășăminte, vom măsura greutatea plantei de porumb d (în kilograme) după o perioadă de creștere. Vom compara acest lucru cu conținutul de azot al îngrășământului aplicat fiecărei plante. În alte experimente (cum ar fi cele care vor măsura modificările unei variabile în timp), este necesar să colectăm date la intervale regulate.
- Crearea unui tabel de date înainte de timp este o idee bună - pur și simplu introduceți valorile datelor în tabel pe măsură ce îl înregistrați.
- Cunoașteți diferența dintre variabilele dependente și independente. Variabila independentă este variabila pe care o modificați, iar variabila dependentă este cea care este afectată de variabila independentă. În exemplul nostru, „conținutul de azot” este variabila „independentă”, iar „randamentul (în kg)” este variabila „dependentă”. Tabelul de bază va avea coloane pentru ambele variabile pe măsură ce se modifică în timp.
Pasul 5. Efectuați experimentul dvs. metodic
Rulați experimentul, testați variabilele. Acest lucru necesită aproape întotdeauna să experimentați în mod repetat pentru unele valori variabile. În exemplul nostru de îngrășăminte, vom cultiva mai multe culturi de porumb identice și vom aplica un îngrășământ care conține cantități variate de azot. În general, cu cât obțineți mai multe date, cu atât mai bine. Înregistrați cât mai multe date posibil.
- Un design experimental bun încorporează ceea ce se numește Control. Unul dintre experimentele de replică nu ar trebui să includă deloc variabila pe care o testați. În exemplul nostru de îngrășăminte, vom include o plantă de porumb care primește îngrășământ fără azot. Acesta va fi controlul nostru - va fi linia de bază pe baza căreia vom măsura creșterea altor culturi de porumb.
- Observați toate experimentele și toate substanțele sau procesele legate de siguranță.
Pasul 6. Colectează-ți datele
Înregistrați datele direct pe masă, dacă este posibil - acest lucru vă va împiedica să reintroduceți și să îmbinați datele ulterior. Aflați cum să evaluați datele străine.
Este întotdeauna o idee bună să vă descrieți datele cât mai vizual posibil. Creați puncte de date pe grafic și exprimați tendințele cu cea mai potrivită linie sau curbă. Acest lucru vă va ajuta (și oricine altcineva care vizualizează acest grafic) să vizualizați tiparele din date. Pentru majoritatea experimentelor de bază, variabila independentă este reprezentată grafic pe axa orizontală x și variabila alternând pe axa verticală y
Pasul 7. Analizați-vă datele și trageți concluzii
Este corectă ipoteza ta? Există tendințe observabile în date? Ați găsit date neașteptate? Aveți întrebări fără răspuns care ar putea sta la baza experimentelor viitoare? Încercați să răspundeți la aceste întrebări în timp ce evaluați rezultatele. Dacă datele dvs. nu furnizează o ipoteză certă „da” sau „nu”, luați în considerare efectuarea de studii experimentale suplimentare și colectarea mai multor date.
Pentru a vă împărtăși rezultatele, scrieți o lucrare științifică cuprinzătoare. Să știi să scrii lucrări științifice este o abilitate utilă - rezultatele cercetărilor recente trebuie să fie scrise și publicate într-un anumit format
Metoda 2 din 2: Executarea experimentelor de exemplu
Pasul 1. Alegeți un subiect și definiți-vă variabilele
Din motivul acestui exemplu, vom avea un experiment simplu și mic. În experimentul nostru, vom examina efectul diferiților combustibili de aerosoli asupra zonei de tragere a pistolului de cartofi.
- În acest caz, tipul de combustibil aerosol pe care îl folosim este „variabila independentă” (variabila pe care o vom schimba), unde distanța glonțului este „variabila dependentă”.
- Ceva de luat în considerare în acest experiment - există o modalitate de a vă asigura că fiecare glonț de cartof cântărește la fel? Există o modalitate de a utiliza aceeași cantitate de combustibil pentru fiecare lovitură? Ambele pot afecta aria de tragere a pistolului. Măsurați mai întâi greutatea fiecărui glonț și folosiți aceeași cantitate de spray cu aerosoli pentru fiecare lovitură.
Pasul 2. Creați o ipoteză
Dacă testăm spray de păr, spray de gătit și vopsea spray, să presupunem că părul spary conține combustibil aerosol cu un conținut de butan mai mare decât alte spray-uri. Din moment ce știm că butanul este inflamabil, putem face ipoteza că spray-ul pentru păr va produce mai multă împingere atunci când este aprins, împușcând un glonț de cartofi mai departe. Vom scrie ipoteza: „Conținutul mai mare de butan din combustibilul pentru aerosoli din spray-ul pentru păr, în medie, va produce o rază mai mare de tragere atunci când aruncați gloanțe de cartofi cu o greutate cuprinsă între 250-300 de grame”.
Pasul 3. Configurați colectarea de date anterioară
În experimentul nostru, vom testa fiecare combustibil pentru aerosoli de 10 ori și vom calcula randamentul mediu. De asemenea, vom testa un combustibil pentru aerosoli care nu conține butan ca control experimental. Pentru a ne pregăti, ne vom asambla tunul de cartofi, îl vom testa pentru a ne asigura că funcționează, vom cumpăra un spray cu aerosoli și apoi vom tăia și cântări glonțul nostru de cartofi.
-
Mai întâi vom crea un tabel de date. Vom avea cinci coloane verticale:
- Coloana din stânga va fi etichetată „Test #”. Celulele din această coloană vor conține numerele 1-10, indicând fiecare încercare de tragere.
- Următoarele patru coloane vor fi etichetate cu numele spray-ului cu aerosoli pe care l-am folosit în experiment. Zece celule sub fiecare antet de coloană care vor conține distanța (în metri) a fiecărei încercări de tragere.
- Sub fiecare dintre cele patru coloane pentru combustibil, lăsați spațiu pentru a scrie valoarea medie pentru fiecare distanță.
Pasul 4. Faceți experimentul
Vom folosi fiecare spray cu aerosoli pentru a trage zece gloanțe, folosind aceeași cantitate de aerosol pentru a trage fiecare glonț. După fiecare împușcare, vom folosi o bandă măsurătoare pentru a măsura distanța dintre fiecare glonț. Înregistrați aceste date într-un tabel de date.
La fel ca multe experimente, experimentul nostru are câteva probleme de siguranță pe care trebuie să le respectăm. Combustibilul cu aerosoli pe care îl folosim este inflamabil - trebuie să închidem bine capacul pistolului de împușcat cartofi și să purtăm mănuși groase atunci când aprindem combustibilul. Pentru a evita rănirea accidentală cauzată de gloanțe, trebuie să ne asigurăm, de asemenea, că noi (sau alți spectatori) stăm lângă pistol în timp ce tragem - nu în fața sau în spatele ei
Pasul 5. Analizați datele
Să spunem, descoperim că, în medie, spray-ul pentru păr trage cartofii cel mai departe, dar spray-ul de gătit este mai consistent. Putem vizualiza aceste date. Un mod bun de a ilustra distanța medie pe pulverizare este un grafic cu bare, în care un grafic de împrăștiere este o modalitate excelentă de a arăta variații ale distanței de ardere a fiecărui combustibil.
Pasul 6. Trageți concluziile
Vedeți rezultatele experimentelor dvs. Pe baza datelor noastre, putem spune cu încredere că ipoteza noastră este corectă. Putem spune, de asemenea, că am găsit ceva pe care nu l-am prezis - că spray-ul de gătit a produs cele mai consistente rezultate. Putem raporta orice problemă sau mizerie pe care o găsim - să presupunem că vopseaua din vopsea spray se acumulează în camera de ardere a unui tun de cartofi, ceea ce face dificilă arderea repetată. În cele din urmă, putem sugera zone pentru cercetări suplimentare - de exemplu, poate cu mai mult combustibil, putem obține o distanță mai mare.
Am putea chiar împărtăși rezultatele noastre cu lumea sub formă de lucrări științifice - deoarece subiectul experimentelor noastre, poate fi mai potrivit să prezentăm aceste informații sub forma unei expoziții de științe triple
sfaturi
- Distrează-te și rămâi în siguranță.
- Știința este despre a pune întrebări mari. Nu vă fie teamă să alegeți un subiect pe care nu l-ați văzut până acum.
Avertizare
- Purtați protecție pentru ochi.
- Dacă ceva îți intră în ochi, clătește bine timp de cel puțin 5 minute.
- Nu plasați alimente sau băuturi lângă locul de muncă.
- Spălați-vă pe mâini înainte și după experiment.
- Când folosiți cuțite ascuțite, substanțe chimice periculoase sau focuri fierbinți, asigurați-vă că un adult vă urmărește.
- Purtați mănuși de cauciuc atunci când manipulați substanțe chimice.
- Legați părul pe spate.
