Eksperimentering er en metode der forskere undersøker naturfenomener i håp om å få ny kunnskap. Gode eksperimenter følger en logisk design for å isolere og teste en spesifikk variabel som er nøyaktig definert. Ved å lære de grunnleggende prinsippene bak eksperimentell design, vil du kunne bruke disse prinsippene på dine egne eksperimenter. Uansett omfang fungerer alle gode eksperimenter i henhold til de logiske og deduktive prinsippene for den vitenskapelige metoden, fra femteklasse potetklokke -prosjekter til avansert Higgs Boson -forskning.
Steg
Metode 1 av 2: Design av vitenskapelige eksperimenter
Trinn 1. Velg et bestemt emne
Eksperimenter hvis resultater fører til en endring i vitenskapelig tankegang er veldig, veldig sjeldne. De fleste eksperimenter besvarer visse små spørsmål. Vitenskapelig kunnskap er bygget på de akkumulerte dataene fra mange eksperimenter. Velg et tema eller et ubesvart spørsmål som er lite og lett å teste.
- For eksempel, hvis du vil eksperimentere med landbruksgjødsel, ikke prøv å svare på spørsmålet "Hva slags gjødsel er best for å dyrke avlinger?" Det er mange forskjellige typer gjødsel og mange forskjellige plantetyper i verden - ett eksperiment kan ikke gi universelle konklusjoner for begge. Et bedre spørsmål for å designe eksperimentet ville være "Hvilken konsentrasjon av nitrogen i gjødsel ga den største maisavlingen?"
- Moderne vitenskapelig kunnskap er veldig, veldig bred. Hvis du har tenkt å gjøre vitenskapelig forskning, kan du undersøke emnet ditt grundig før du begynner å designe eksperimentet. Har noen tidligere eksperimenter besvart spørsmål som var gjenstand for eksperimentets læring? Er det i så fall en måte å tilpasse emnet ditt til å svare på spørsmål som ikke er besvart av eksisterende eksperimenter?
Trinn 2. Isolere variablene
Gode vitenskapelige eksperimenter tester spesifikke, målbare parametere variabel.
Generelt utfører en forsker et eksperiment for verdien av variabelen han tester. En viktig ting når du utfører eksperimenter er justering kun den spesifikke variabelen du tester (og ingen andre variabler).
For eksempel, i vårt gjødseleksperimenteksempel, vil forskeren vår plante flere store maisplanter i jord som er gjødslet med forskjellige nitrogenskonsentrasjoner. Det vil gi hver plante den nødvendige mengden gjødsel nøyaktig samme. Han vil sikre at den kjemiske sammensetningen av gjødsel som brukes ikke er forskjellig fra nitrogenskonsentrasjonen - for eksempel vil han ikke bruke gjødsel med høyere magnesiumkonsentrasjoner for noen av maisavlingene hans. Han vil også plante samme antall og arter av maisplanter samtidig og på samme jordtype i hver av sine eksperimentelle kopier.
Trinn 3. Lag en hypotese
Hypotesen er en prediksjon av de eksperimentelle resultatene. Dette bør være mer enn bare gjetninger - en god hypotese er informert av forskningen du har gjort når du velger et eksperimentemne. Baser din hypotese på resultatene av lignende eksperimenter utført av andre kolleger på ditt felt, hvis du løser et problem som ikke er grundig studert, basert på en kombinasjon av litterær forskning og registrerte observasjoner du kan finne. Husk at selv om du gjør din beste forskning, kan hypotesen din bevises feil - i dette tilfellet utvider du fortsatt kunnskapen din ved å bevise at spådommen din er "ikke" riktig.
Vanligvis uttrykkes hypoteser som kvantitative deklarative setninger. En hypotese bruker også måten eksperimentelle parametere måles på. En god hypotese for vårt gjødseleksempel er: "En maisplante som blir matet ett kilo nitrogen per bushel, vil gi en større utbyttemasse enn en tilsvarende maisavling dyrket med et annet nitrogentilskudd
Trinn 4. Planlegg datainnsamlingen
Vet på forhånd "når" du vil samle inn data, og "hvilken type" data du vil samle inn. Mål disse dataene på forhåndsbestemte tidspunkt, eller i andre tilfeller, med jevne mellomrom. I vårt gjødselforsøk vil vi for eksempel måle vekten av maisplanten vår d (i kilo) etter en periode med vekst. Vi vil sammenligne dette med nitrogeninnholdet i gjødsel påført hver plante. I andre eksperimenter (for eksempel de som vil måle endringer i en variabel over tid), er det nødvendig å samle inn data med jevne mellomrom.
- Det er en god idé å lage en datatabell på forhånd - du legger bare inn dataverdiene i tabellen mens du registrerer den.
- Kjenn forskjellen mellom avhengige og uavhengige variabler. Den uavhengige variabelen er variabelen du endrer, og den avhengige variabelen er den som påvirkes av den uavhengige variabelen. I vårt eksempel er "nitrogeninnhold" den "uavhengige" variabelen, og "utbytte (i kg)" er den "avhengige" variabelen. Basistabellen vil ha kolonner for begge variablene etter hvert som de endres over tid.
Trinn 5. Gjennomfør eksperimentet metodisk
Kjør eksperimentet, test for variablene dine. Dette krever nesten alltid at du eksperimenterer gjentatte ganger for noen variable verdier. I vårt gjødseleksempel vil vi dyrke flere identiske maisavlinger og bruke en gjødsel som inneholder varierende mengder nitrogen. Vanligvis, jo mer omfattende data du får, jo bedre. Registrer så mye data som mulig.
- En god eksperimentell design inneholder det som er kjent som kontroll. Et av replikaeksperimentene dine bør "ikke" inneholde variabelen du tester i det hele tatt. I vårt gjødseleksempel vil vi inkludere en maisplante som mottar gjødsel uten nitrogen i den. Dette vil være vår kontroll - vil være grunnlinjen vi vil måle veksten av andre maisavlinger mot.
- Observer alle sikkerhetsrelaterte stoffer eller prosesser i eksperimentet.
Trinn 6. Samle inn dataene dine
Registrer data direkte på bordet, hvis mulig - dette forhindrer deg i å måtte skrive inn og slå sammen data senere. Lær hvordan du vurderer det fremmede i dataene dine.
Det er alltid en god idé å skildre dataene dine så visuelt som mulig. Lag datapunkter på diagrammet og uttrykk trender med den mest passende linjen eller kurven. Dette vil hjelpe deg (og alle andre som ser på denne grafen) å visualisere mønstre i dataene. For de fleste grunnleggende eksperimenter er den uavhengige variabelen plottet på den horisontale x-aksen og variabelen veksler på den vertikale y-aksen
Trinn 7. Analyser dataene dine og trekk konklusjoner
Er hypotesen din riktig? Er det noen observerbare trender i dataene? Fant du noen uventede data? Har du ubesvarte spørsmål som kan danne grunnlaget for fremtidige eksperimenter? Prøv å svare på disse spørsmålene mens du vurderer resultatene. Hvis dataene dine ikke gir en bestemt "ja" eller "nei" hypotese, bør du vurdere å gjennomføre flere eksperimentelle forsøk og samle inn flere data.
For å dele resultatene dine, skriv en omfattende vitenskapelig artikkel. Å vite hvordan man skriver vitenskapelige artikler er en nyttig ferdighet - resultatene av nyere forskning må skrives og publiseres i et bestemt format
Metode 2 av 2: Eksempeleksperimenter
Trinn 1. Velg et emne og definer variablene dine
Av grunnen til dette eksemplet vil vi ha et enkelt og lite eksperiment. I vårt eksperiment vil vi undersøke effekten av forskjellige aerosoldrivstoff på potetpistolens skyteområde.
- I dette tilfellet er typen aerosolbrensel vi bruker den "uavhengige variabelen" (variabelen vi vil endre), der kuleavstanden er den "avhengige variabelen".
- Noe å vurdere i dette eksperimentet - er det en måte å sikre at hver potetkule veier det samme? Er det en måte å bruke samme mengde drivstoff på hvert skudd? Begge disse kan påvirke skyteområdet til pistolen. Mål vekten av hver kule først og bruk samme mengde aerosolspray for hvert skudd.
Trinn 2. Lag en hypotese
Hvis vi tester hårspray, matlagingsspray og spraymaling, la oss si at hårspary inneholder aerosoldrivstoff med et butaninnhold større enn andre sprayer. Siden vi vet at butan er brannfarlig, kan vi anta at hårsprayen vil gi mer kraft når den antennes og skyte en potetkule lenger unna. Vi vil skrive hypotesen: "Det høyere butaninnholdet i aerosoldrivstoffet i hårspray vil i gjennomsnitt gi et lengre skyteområde når det skytes potetkuler som veier mellom 250-300 gram."
Trinn 3. Konfigurer din tidligere datainnsamling
I vårt eksperiment vil vi teste hvert aerosolbrensel 10 ganger og beregne gjennomsnittlig utbytte. Vi vil også teste et aerosolbrensel som ikke inneholder butan som en eksperimentell kontroll. For å forberede vil vi sette sammen potetkanonen vår, teste den for å sikre at den fungerer, kjøpe en aerosolspray og deretter kutte og veie potetkulen vår.
-
Vi vil også lage en datatabell først. Vi vil ha fem vertikale kolonner:
- Kolonnen lengst til venstre blir merket "Test #". Celler i denne kolonnen vil inneholde tallene 1-10, som angir hvert avfyringsforsøk.
- De neste fire kolonnene blir merket med navnet på aerosolsprayen vi brukte i eksperimentet. Ti celler under hver kolonneoverskrift som vil inneholde avstanden (i meter) for hvert avfyringsforsøk.
- Under hver av de fire kolonnene for drivstoff, la det være plass til å skrive gjennomsnittsverdien for hver avstand.
Trinn 4. Gjør eksperimentet
Vi vil bruke hver aerosolspray for å skyte ti kuler, bruke den samme mengden aerosol for å skyte hver kule. Etter hvert skudd bruker vi et målebånd for å måle avstanden mellom hver kule. Registrer disse dataene i en datatabell.
Som mange eksperimenter har vårt eksperiment noen sikkerhetsproblemer som vi må observere. Aerosoldrivstoffet vi bruker er brannfarlig - vi må lukke dekselet til potetpistolskytteren godt og bruke tykke hansker når vi tenner drivstoffet. For å unngå utilsiktet skade fra kuler må vi også sørge for at vi (eller andre tilskuere) står ved pistolen mens vi skyter - ikke foran eller bak den
Trinn 5. Analyser dataene
Si at vi finner at hårspray i gjennomsnitt skyter poteter lengst, men matlagingsspray er mer konsistent. Vi kan visualisere disse dataene. En god måte å illustrere den gjennomsnittlige avstanden per spray er et søylediagram, der et spredningsdiagram er en fin måte å vise variasjoner i avstanden til hvert drivstoff.
Trinn 6. Trekk konklusjonene dine
Se resultatene av eksperimentene dine. Basert på våre data kan vi med sikkerhet si at hypotesen vår er korrekt. Vi kan også si at vi fant noe vi ikke spådde - at matlagingsspray ga de mest konsistente resultatene. Vi kan rapportere problemer eller rot vi finner - la oss si at maling fra spraymaling bygger seg opp i brennkammeret til en potetkanon, noe som gjør gjentatt avfyring vanskelig. Til slutt kan vi foreslå områder for videre forskning - for eksempel, kanskje med mer drivstoff, kan vi få en lengre distanse.
Vi kan til og med dele våre resultater med verden i form av vitenskapelige artikler - siden emnet for våre eksperimenter kan det være mer hensiktsmessig å presentere denne informasjonen i form av en trifold av vitenskapelige utstillinger
Tips
- Ha det gøy og vær trygg.
- Vitenskap handler om å stille store spørsmål. Ikke vær redd for å velge et emne du ikke har sett før.
Advarsel
- Bruk øyebeskyttelse.
- Hvis noe kommer inn i øynene dine, skyll grundig i minst 5 minutter.
- Ikke plasser mat eller drikke i nærheten av arbeidsplassen din.
- Vask hendene før og etter forsøket.
- Når du bruker skarpe kniver, farlige kjemikalier eller varme branner, må du passe på at en voksen ser på deg.
- Bruk gummihansker ved håndtering av kjemikalier.
- Fest håret tilbake.
