Eksperimentering er en metode, hvor forskere undersøger naturfænomener i håb om at få ny viden. Gode eksperimenter følger et logisk design for at isolere og teste en specifik variabel, der er præcist defineret. Ved at lære de grundlæggende principper bag eksperimentelt design, vil du være i stand til at anvende disse principper på dine egne eksperimenter. Uanset omfang fungerer alle gode eksperimenter efter de logiske og deduktive principper for den videnskabelige metode, fra femteklasse kartoffelurprojekter til avanceret Higgs Boson -forskning.
Trin
Metode 1 af 2: Design af videnskabelige eksperimenter
Trin 1. Vælg et bestemt emne
Eksperimenter, hvis resultater fører til en ændring i den videnskabelige tankegang, er meget, meget sjældne. De fleste eksperimenter besvarer visse små spørgsmål. Videnskabelig viden er bygget på de akkumulerede data fra mange eksperimenter. Vælg et emne eller et ubesvaret spørgsmål, der er lille i omfang og let at teste.
- Hvis du f.eks. Vil eksperimentere med landbrugsgødning, skal du ikke forsøge at besvare spørgsmålet: "Hvilken slags gødning er bedst til dyrkning af afgrøder?" Der er mange forskellige gødningstyper og mange forskellige plantetyper i verden - ét forsøg kan ikke give universelle konklusioner for begge. Et bedre spørgsmål til design af eksperimentet ville være "Hvilken koncentration af nitrogen i gødningen producerede den største majsafgrøde?"
- Moderne videnskabelig viden er meget, meget bred. Hvis du har til hensigt at lave videnskabelig forskning, skal du undersøge dit emne længe, før du begynder at designe dit eksperiment. Har nogen tidligere eksperimenter besvaret spørgsmål, der var genstand for dit eksperiment? Er det i så fald en måde at tilpasse dit emne til at besvare spørgsmål, der ikke er blevet besvaret af eksisterende eksperimenter?
Trin 2. Isolér dine variabler
Gode videnskabelige eksperimenter tester specifikke, målbare parametre kaldet variabel.
Generelt udfører en videnskabsmand et eksperiment for værdien af den variabel, han tester. En afgørende ting ved udførelse af eksperimenter er justering kun den specifikke variabel, du tester (og ingen andre variabler).
For eksempel vil vores videnskabsmand i vores eksempel på gødningseksperiment plante flere store majsplanter i jord, der er befrugtet med forskellige nitrogenkoncentrationer. Det vil give hver plante den nødvendige mængde gødning Nemlig samme. Han vil sikre, at den anvendte gødnings kemiske sammensætning ikke adskiller sig fra nitrogenskoncentrationen - for eksempel vil han ikke bruge gødning med højere magnesiumkoncentrationer til nogen af sine majsafgrøder. Han vil også plante det samme antal og arter af majsplanter på samme tid og på den samme jordtype i hver af sine eksperimentelle kopier.
Trin 3. Opret en hypotese
Hypotesen er en forudsigelse af de eksperimentelle resultater. Dette burde være mere end bare gætterier - en god hypotese informeres af den forskning, du har foretaget, når du vælger et eksperimentemne. Basér din hypotese på resultaterne af lignende eksperimenter udført af andre kolleger på dit område, hvis du løser et problem, der ikke er blevet undersøgt i dybden, baseret på en kombination af litterær forskning og registrerede observationer, du kan finde. Husk, at selvom du gør din bedste research, kan din hypotese blive bevist forkert - i dette tilfælde udvider du stadig din viden ved at bevise, at din forudsigelse "ikke" er rigtig.
Typisk udtrykkes hypoteser som kvantitative deklarative sætninger. En hypotese bruger også måden, hvorpå eksperimentelle parametre måles. En god hypotese for vores gødningseksempel er: "En majsplante fodret med et kilo nitrogen pr. Skæppe vil producere en større udbyttemasse end en tilsvarende majsafgrøde dyrket med et andet nitrogentilskud
Trin 4. Planlæg din dataindsamling
Ved på forhånd "hvornår" du vil indsamle data og "hvilken type" data du vil indsamle. Mål disse data på forudbestemte tidspunkter eller i andre tilfælde med jævne mellemrum. I vores gødningsforsøg vil vi for eksempel måle vægten af vores majsplante d (i kilogram) efter en periode med vækst. Vi vil sammenligne dette med nitrogenindholdet i den gødning, der påføres hver plante. I andre forsøg (f.eks. Dem, der måler ændringer i en variabel over tid), er det nødvendigt at indsamle data med jævne mellemrum.
- Det er en god idé at oprette en datatabel på forhånd - du indtaster blot dine dataværdier i tabellen, mens du registrerer den.
- Kend forskellen mellem afhængige og uafhængige variabler. Den uafhængige variabel er den variabel, du ændrer, og den afhængige variabel er den, der påvirkes af den uafhængige variabel. I vores eksempel er "nitrogenindhold" den "uafhængige" variabel, og "udbytte (i kg)" er den "afhængige" variabel. Basistabellen vil have kolonner for begge variabler, efterhånden som de ændres over tid.
Trin 5. Gennemfør dit eksperiment metodisk
Kør dit eksperiment, test for dine variabler. Dette kræver næsten altid, at du gentagne gange eksperimenterer med nogle variable værdier. I vores gødningseksempel vil vi dyrke flere identiske majsafgrøder og anvende en gødning, der indeholder forskellige mængder nitrogen. Generelt, jo mere omfattende data du får, jo bedre. Optag så mange data som muligt.
- Et godt eksperimentelt design inkorporerer det, man kender som styring. Et af dine replikaeksperimenter bør slet ikke "indeholde" den variabel, du tester. I vores gødningseksempel vil vi inkludere en majsplante, der modtager gødning uden nitrogen i den. Dette vil være vores kontrol - vil være grundlinjen, som vi vil måle væksten af andre majsafgrøder mod.
- Overhold alle sikkerhedsrelaterede stoffer eller processer i dit eksperiment.
Trin 6. Indsaml dine data
Optag data direkte på bordet, hvis det er muligt - dette forhindrer dig i at skulle indtaste og flette data senere. Lær, hvordan du vurderer det fremmede i dine data.
Det er altid en god idé at skildre dine data så visuelt som muligt. Opret datapunkter på diagrammet, og udtryk tendenser med den mest passende linje eller kurve. Dette hjælper dig (og alle andre, der ser denne graf) med at visualisere mønstre i dataene. For de fleste grundlæggende eksperimenter er den uafhængige variabel plottet på den vandrette x-akse og variablen vekslende på den lodrette y-akse
Trin 7. Analyser dine data og drage konklusioner
Er din hypotese korrekt? Er der nogen observerbare tendenser i dataene? Fandt du uventede data? Har du ubesvarede spørgsmål, der kan danne grundlag for fremtidige eksperimenter? Prøv at besvare disse spørgsmål, mens du vurderer resultaterne. Hvis dine data ikke giver en bestemt "ja" eller "nej" hypotese, kan du overveje at foretage yderligere eksperimentelle forsøg og indsamle flere data.
For at dele dine resultater, skriv et omfattende videnskabeligt papir. Det er en nyttig færdighed at vide, hvordan man skriver videnskabelige artikler - resultaterne af nyere forskning skal skrives og offentliggøres i et bestemt format
Metode 2 af 2: Eksempeleksperimenter med kørsel
Trin 1. Vælg et emne, og definer dine variabler
Af grunden til dette eksempel vil vi have et enkelt og lille eksperiment. I vores eksperiment vil vi undersøge effekten af forskellige aerosolbrændstoffer på kartoffelpistolens skydeområde.
- I dette tilfælde er den type aerosolbrændstof, vi bruger, den "uafhængige variabel" (variablen vi vil ændre), hvor kugleafstanden er den "afhængige variabel".
- Noget at overveje i dette eksperiment - er der en måde at sikre, at hver kartoffelkugle vejer det samme? Er der en måde at bruge den samme mængde brændstof til hvert skud? Begge disse kan påvirke pistolens skydeområde. Mål vægten af hver kugle først, og brug den samme mængde aerosolspray for hvert skud.
Trin 2. Opret en hypotese
Hvis vi tester hårspray, madlavningsspray og spraymaling, lad os sige, at hårspyd indeholder aerosolbrændstof med et butanindhold større end andre spray. Da vi ved, at butan er brandfarligt, kan vi antage, at hårsprayen vil producere mere kraft, når den antændes og skyde en kartoffelkugle længere væk. Vi vil skrive hypotesen: "Det højere butanindhold i aerosolbrændstoffet i hårspray vil i gennemsnit producere et længere skydeområde, når der affyres kartoffelkugler, der vejer mellem 250-300 gram."
Trin 3. Konfigurer din tidligere dataindsamling
I vores eksperiment vil vi teste hvert aerosolbrændstof 10 gange og beregne det gennemsnitlige udbytte. Vi vil også teste et aerosolbrændstof, der ikke indeholder butan som en eksperimentel kontrol. For at forberede samler vi vores kartoffelkanon, tester den for at sikre, at den virker, køber en aerosolspray og skærer og vejer vores kartoffelkugle.
-
Vi opretter også først en datatabel. Vi vil have fem lodrette kolonner:
- Kolonnen til venstre vil blive mærket "Test #". Celler i denne kolonne vil indeholde tallene 1-10, der angiver hvert fyringsforsøg.
- De næste fire kolonner vil blive mærket med navnet på den aerosolspray, vi brugte i forsøget. Ti celler under hver kolonneoverskrift, der vil indeholde afstanden (i meter) for hvert fyringsforsøg.
- Under hver af de fire kolonner for brændstof skal der være plads til at skrive gennemsnitsværdien for hver afstand.
Trin 4. Gør eksperimentet
Vi vil bruge hver aerosolspray til at affyre ti kugler og bruge den samme mængde aerosol til at affyre hver kugle. Efter hvert skud bruger vi et målebånd til at måle afstanden mellem hver kugle. Registrer disse data i en datatabel.
Ligesom mange eksperimenter har vores eksperiment nogle sikkerhedsproblemer, som vi skal observere. Det aerosolbrændstof, vi bruger, er brandfarligt - vi skal lukke dækslet til kartoffelskydeskytteren godt og bære tykke handsker, når vi tænder brændstoffet. For at undgå utilsigtet skade fra kugler skal vi også sikre, at vi (eller andre tilskuere) står ved pistolen, mens de skyder - ikke foran eller bagved den
Trin 5. Analysér dataene
Sig, vi finder ud af, at hårspray i gennemsnit skyder kartofler længst, men madlavningsspray er mere konsekvent. Vi kan visualisere disse data. En god måde at illustrere den gennemsnitlige afstand pr. Sprøjte er et søjlediagram, hvor et spredningsdiagram er en fantastisk måde at vise variationer i fyringsafstanden for hvert brændstof.
Trin 6. Træk dine konklusioner
Se resultaterne af dine eksperimenter. Baseret på vores data kan vi med sikkerhed sige, at vores hypotese er korrekt. Vi kan også sige, at vi fandt noget, vi ikke forudsagde - at madlavningsspray gav de mest konsekvente resultater. Vi kan rapportere alle problemer eller rod, vi finder - lad os sige, at maling fra sprøjtemaling bygger op i en kartoffelkanons fyrkammer, hvilket gør gentagen affyring vanskelig. Endelig kan vi foreslå områder til yderligere forskning - for eksempel måske med mere brændstof, kan vi få en længere afstand.
Vi kunne endda dele vores resultater med verden i form af videnskabelige artikler - siden emnet for vores eksperimenter kan det være mere passende at præsentere disse oplysninger i form af en trifold af videnskabelige udstillinger
Tips
- God fornøjelse og vær sikker.
- Videnskab handler om at stille store spørgsmål. Vær ikke bange for at vælge et emne, du ikke har set før.
Advarsel
- Bær øjenbeskyttelse.
- Hvis der kommer noget i øjnene, skal du skylle grundigt i mindst 5 minutter.
- Placer ikke mad eller drikke i nærheden af din arbejdsplads.
- Vask hænder før og efter forsøget.
- Når du bruger skarpe knive, farlige kemikalier eller varme brande, skal du sørge for, at en voksen holder øje med dig.
- Brug gummihandsker ved håndtering af kemikalier.
- Bind håret tilbage.
