Experimentování je metoda, kterou vědci zkoumají přírodní jevy v naději na získání nových znalostí. Dobré experimenty sledují logický design, aby izolovaly a testovaly konkrétní přesně definovanou proměnnou. Naučíte -li se základní principy experimentálního designu, budete schopni tyto principy aplikovat na své vlastní experimenty. Bez ohledu na rozsah fungují všechny dobré experimenty podle logických a deduktivních principů vědecké metody, od projektů bramborových hodin páté třídy až po pokročilý výzkum Higgs Boson.
Krok
Metoda 1 ze 2: Navrhování vědeckých experimentů
Krok 1. Vyberte konkrétní téma
Experimenty, jejichž výsledky vedou ke změně vědeckého myšlení, jsou velmi, velmi vzácné. Většina experimentů odpovídá na určité malé otázky. Vědecké znalosti jsou postaveny na nahromaděných datech mnoha experimentů. Vyberte téma nebo nezodpovězenou otázku, která má malý rozsah a snadno se testuje.
- Pokud například chcete experimentovat se zemědělskými hnojivy, nesnažte se odpovědět na otázku „Jaké hnojivo je nejlepší pro pěstování plodin?“Na světě existuje mnoho různých druhů hnojiv a mnoho různých druhů rostlin - jeden experiment nemůže přinést univerzální závěry pro oba. Lepší otázkou pro navrhování experimentu by bylo „Jaká koncentrace dusíku v hnojivu přinesla největší plodinu kukuřice?“
- Moderní vědecké znalosti jsou velmi, velmi široké. Pokud máte v úmyslu provádět vědecký výzkum, důkladně prozkoumejte své téma, než začnete navrhovat experiment. Odpověděly nějaké předchozí experimenty na otázky, které byly předmětem učení vašeho experimentu? Pokud ano, existuje způsob, jak přizpůsobit vaše téma tak, aby odpovídalo na otázky, které nebyly zodpovězeny stávajícími experimenty?
Krok 2. Izolujte proměnné
Dobré vědecké experimenty testují konkrétní, měřitelné parametry proměnná.
Obecně řečeno, vědec provádí experiment na hodnotu proměnné, kterou testuje. Jednou zásadní věcí při provádění experimentů je přizpůsobování pouze konkrétní proměnnou, kterou testujete (a žádné jiné proměnné).
Například v našem příkladu experimentu s hnojivem náš vědec vysadí několik velkých kukuřičných rostlin do půdy, která je oplodněna různými koncentracemi dusíku. Každé rostlině dodá potřebné množství hnojiva přesně stejný. Zajistí, aby se chemické složení použitých hnojiv nelišilo jinak než od koncentrace dusíku - například pro žádnou ze svých plodin kukuřice nebude používat hnojiva s vyššími koncentracemi hořčíku. Do každé ze svých experimentálních replik také vysadí stejný počet a druhy kukuřičných rostlin současně a na stejný typ půdy.
Krok 3. Vytvořte hypotézu
Hypotéza je predikcí experimentálních výsledků. To by mělo být více než jen hádání - dobrá hypotéza je podložena výzkumem, který jste provedli při výběru tématu experimentu. Založte svou hypotézu na výsledcích podobných experimentů prováděných jinými kolegy ve vašem oboru, pokud řešíte problém, který nebyl studován do hloubky, na základě jakékoli kombinace literárního výzkumu a zaznamenaných pozorování, které můžete najít. Pamatujte si, že i když provedete svůj nejlepší průzkum, vaše hypotéza se může ukázat jako nesprávná - v tomto případě stále rozšiřujete své znalosti tím, že svou předpověď „ne“potvrdíte.
Hypotézy jsou obvykle vyjádřeny jako kvantitativní deklarativní věty. Hypotéza také používá způsob měření experimentálních parametrů. Dobrá hypotéza pro náš příklad hnojiva zní: „Rostlina kukuřice krmená jednou librou dusíku na bušl poskytne větší množství výnosu než ekvivalentní kukuřice pěstovaná s jiným doplňkem dusíku
Krok 4. Naplánujte si sběr dat
Předem vězte, „kdy“budete data sbírat, a „jaký typ“údajů budete sbírat. Tato data měřte v předem stanovených časech nebo v jiných případech v pravidelných intervalech. V našem experimentu s hnojivy například změříme hmotnost naší rostliny kukuřice d (v kilogramech) po období růstu. Porovnáme to s obsahem dusíku v hnojivu aplikovaném na každou rostlinu. V jiných experimentech (jako jsou ty, které budou měřit změny v proměnné v čase) je nutné sbírat data v pravidelných intervalech.
- Vytvoření datové tabulky s předstihem je dobrý nápad - jednoduše zadáte hodnoty dat do tabulky, jak ji zaznamenáváte.
- Znát rozdíl mezi závislými a nezávislými proměnnými. Nezávislá proměnná je proměnná, kterou změníte, a závislá proměnná je ta, která je ovlivněna nezávislou proměnnou. V našem případě je "obsah dusíku" "nezávislou" proměnnou a "výtěžek (v kg)" je "závislou" proměnnou. Základní tabulka bude mít sloupce pro obě proměnné, protože se v průběhu času mění.
Krok 5. Proveďte svůj experiment metodicky
Spusťte experiment, otestujte své proměnné. To téměř vždy vyžaduje, abyste opakovaně experimentovali s některými hodnotami proměnných. V našem příkladu hnojiva pěstujeme několik identických plodin kukuřice a aplikujeme hnojivo obsahující různá množství dusíku. Obecně platí, že čím rozsáhlejší data získáte, tím lépe. Zaznamenejte co nejvíce dat.
- Dobrý experimentální návrh zahrnuje to, co je známé jako řízení. Jeden z vašich experimentů s replikami by vůbec neměl „zahrnovat“proměnnou, kterou testujete. V našem příkladu hnojiva zahrneme jednu rostlinu kukuřice, která přijímá hnojivo bez dusíku. To bude naše kontrola - bude to základní linie, proti které budeme měřit růst ostatních kukuřičných plodin.
- Během experimentu sledujte všechny látky nebo procesy související s bezpečností.
Krok 6. Shromážděte svá data
Pokud je to možné, zaznamenávejte data přímo na stůl - zabráníte tak pozdějšímu zadávání a slučování dat. Zjistěte, jak vyhodnotit nadbytečné údaje.
Vždy je dobré zobrazit data co nej vizuálně. Vytvořte datové body v grafu a vyjádřete trendy nejvhodnější čarou nebo křivkou. To vám (a komukoli jinému, kdo si prohlíží tento graf) pomůže vizualizovat vzory v datech. U většiny základních experimentů je nezávislá proměnná vynesena na vodorovnou osu x a proměnná střídající se na svislé ose y
Krok 7. Analyzujte svá data a vyvodte závěry
Je vaše hypotéza správná? Existují v datech nějaké pozorovatelné trendy? Našli jste nějaká neočekávaná data? Máte nezodpovězené otázky, které by mohly tvořit základ pro budoucí experimenty? Zkuste si při vyhodnocování výsledků odpovědět na tyto otázky. Pokud vaše data neposkytují jednoznačnou hypotézu „ano“nebo „ne“, zvažte provedení dalších experimentálních pokusů a shromáždění dalších údajů.
Chcete -li se podělit o své výsledky, napište obsáhlou vědeckou práci. Vědět, jak psát vědecké práce, je užitečná dovednost - výsledky nedávných výzkumů musí být napsány a publikovány v určitém formátu
Metoda 2 ze 2: Spuštění příkladových experimentů
Krok 1. Vyberte téma a definujte proměnné
Z důvodu tohoto příkladu budeme mít jednoduchý a malý experiment. V našem experimentu budeme zkoumat vliv různých aerosolových paliv na dostřel bramborové pistole.
- V tomto případě je typem aerosolového paliva, které používáme, „nezávislá proměnná“(proměnná, kterou změníme), kde vzdálenost střely je „závislou proměnnou“.
- V tomto experimentu je třeba něco vzít v úvahu - existuje způsob, jak zajistit, aby každá kulka z brambor měla stejnou hmotnost? Existuje způsob, jak použít stejné množství paliva pro každý výstřel? Oba tyto mohou ovlivnit dostřel zbraně. Nejprve změřte hmotnost každé střely a pro každý výstřel použijte stejné množství aerosolového spreje.
Krok 2. Vytvořte hypotézu
Pokud testujeme sprej na vlasy, sprej na vaření a sprejovou barvu, řekněme spary na vlasy obsahuje aerosolové palivo s obsahem butanu vyšším než u jiných sprejů. Vzhledem k tomu, že víme, že butan je hořlavý, můžeme předpokládat, že sprej na vlasy při zapálení vytvoří větší tah a vystřelí kulku bramboru dále. Napíšeme hypotézu: „Vyšší obsah butanu v aerosolovém palivu ve spreji na vlasy vytvoří průměrně delší dosah střelby při vypalování bramborových kuliček o hmotnosti 250–300 gramů.“
Krok 3. Nastavte předchozí sběr dat
V našem experimentu otestujeme každé aerosolové palivo 10krát a vypočítáme průměrný výnos. Jako experimentální kontrolu také otestujeme aerosolové palivo, které neobsahuje butan. Abychom se připravili, sestavíme naše bramborové dělo, vyzkoušíme ho, abychom se ujistili, že funguje, koupíme aerosolový sprej a poté nakrájíme a zvážíme naši bramborovou kulku.
-
Nejprve také vytvoříme datovou tabulku. Budeme mít pět svislých sloupců:
- Sloupec úplně vlevo bude označen „Test #“. Buňky v tomto sloupci budou obsahovat čísla 1-10, označující každý pokus o střelbu.
- Další čtyři sloupce budou označeny názvem aerosolového spreje, který jsme použili v experimentu. Pod každým záhlavím sloupce je deset buněk, které budou obsahovat vzdálenost (v metrech) každého pokusu o vypálení.
- Pod každým ze čtyř sloupců pro palivo ponechejte prostor pro zapsání průměrné hodnoty pro každou vzdálenost.
Krok 4. Proveďte experiment
Každý aerosolový sprej použijeme k vystřelení deseti střel, přičemž ke střelbě každé kulky použijeme stejné množství aerosolu. Po každém výstřelu použijeme metr k měření vzdálenosti mezi jednotlivými střelami. Zaznamenejte tato data do datové tabulky.
Jako mnoho experimentů má náš experiment některé bezpečnostní problémy, které musíme dodržovat. Aerosolové palivo, které používáme, je hořlavé - musíme dobře zavřít kryt střelce z brambor a při zapalování paliva nosit silné rukavice. Abychom se vyhnuli náhodnému zranění střelami, musíme také zajistit, abychom při střelbě (nebo před ní) stáli při zbrani my (nebo jiní přihlížející) - ne před ní ani za ní
Krok 5. Analyzujte data
Řekněme, že zjistíme, že v průměru postřik na vlasy střílí nejdál brambory, ale sprej na vaření je konzistentnější. Tato data můžeme vizualizovat. Dobrým způsobem, jak ilustrovat průměrnou vzdálenost na jeden nástřik, je sloupcový graf, kde je bodový graf skvělým způsobem, jak ukázat variace ve vypalovací vzdálenosti každého paliva.
Krok 6. Vyvodit závěry
Podívejte se na výsledky svých experimentů. Na základě našich údajů můžeme s jistotou říci, že naše hypotéza je správná. Můžeme také říci, že jsme našli něco, co jsme nepředpověděli - že sprej na vaření přinesl nejkonzistentnější výsledky. Můžeme nahlásit jakékoli problémy nebo nepořádky, které nacházíme - řekněme, že barva ve spreji se hromadí ve vypalovací komoře na bramborové dělo, což znesnadňuje opakovanou střelbu. Nakonec můžeme navrhnout oblasti pro další výzkum - například s větším množstvím paliva můžeme dosáhnout delší vzdálenosti.
Mohli bychom dokonce sdílet naše výsledky se světem ve formě vědeckých prací - vzhledem k předmětu našich experimentů může být vhodnější prezentovat tyto informace formou trojnásobku vědeckých výstav
Tipy
- Bavte se a zůstaňte v bezpečí.
- Věda je o kladení velkých otázek. Nebojte se vybrat téma, které jste ještě neviděli.
Varování
- Používejte ochranu očí.
- Pokud se vám něco dostane do očí, důkladně je vyplachujte alespoň 5 minut.
- Neumisťujte jídlo ani nápoje do blízkosti svého pracoviště.
- Před a po experimentu si umyjte ruce.
- Pokud používáte ostré nože, nebezpečné chemikálie nebo horké ohně, ujistěte se, že vás sleduje dospělý.
- Při manipulaci s chemikáliemi noste gumové rukavice.
- Svažte vlasy.
