Hoe om `n wetenskaplike eksperiment te doen: 13 stappe (met prente)

Eksperimentering is die metode waardeur wetenskaplikes natuurlike verskynsels toets in die hoop om nuwe kennis te kry.. Goeie eksperimente volg `n logiese ontwerp om spesifieke, presiese gedefinieerde veranderlikes te isoleer en te toets. Deur die fundamentele beginsels agter eksperimentele ontwerp te leer, kan u hierdie beginsels op u eie eksperimente toepas. Ongeag van hul omvang, werk alle goeie eksperimente volgens die logiese, deduktiewe beginsels van die wetenskaplike metode, van die vyfde-graad Aartappelklokwetenskaplike regsprojekte tot die nuutste Higgs Boson-navorsing.

Stappe

Deel 1 van 2:

Die ontwerp van `n wetenskaplik-gesonde eksperiment

1. Kies `n spesifieke onderwerp. Eksperimente wie se resultate veroorsaak dat wetenskaplike paradigmaskuiwe baie, baie skaars is. Die oorgrote meerderheid van eksperimente beantwoord klein, spesifieke vrae. Wetenskaplike kennis is gebou op die ophoping van data van talle eksperimente. Kies `n onderwerp of `n onbeantwoorde vraag met `n klein, toetsbare omvang. Om idees te kry, kyk vir gapings in die huidige wetenskaplike literatuur.

Byvoorbeeld, as u `n eksperiment op landboukunsmis wil doen, moet u nie die vraag beantwoord nie, "Watter soort kunsmis is die beste vir die groei van plante?" Daar is baie verskillende tipes kunsmis en baie verskillende soorte plante in die wêreld - een eksperiment sal ook nie universele gevolgtrekkings kan teken nie. `N Baie beter vraag om `n eksperiment te ontwerp, sal wees "Watter konsentrasie van stikstof in kunsmis produseer die grootste koringgewasse?"
Moderne wetenskaplike kennis is baie, baie groot. As u van plan is om ernstige wetenskaplike navorsing te doen, ondersoek u onderwerp omvattend voordat u selfs begin om u eksperiment te beplan. Het vorige eksperimente beantwoord die vraag wat u wil hê u eksperiment wil studeer? Indien wel, is daar `n manier om u onderwerp aan te pas sodat dit vrae aanspreek wat deur bestaande navorsing onbeantwoord gelaat word?

Beeld getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 2

2. Isoleer jou veranderlike (s). Goeie wetenskaplike eksperimente toets spesifieke, meetbare parameters genaamd veranderlikes. In die algemeen doen `n wetenskaplike `n eksperiment vir `n verskeidenheid waardes vir die veranderlike wat hy toets. Een belangrike saak wanneer u `n eksperiment uitvoer, is om aan te pas enigste Die spesifieke veranderlike (s) wat u toets vir (en geen ander veranderlikes.)

Byvoorbeeld, in ons kunsmis-eksperiment-voorbeeld, sal ons wetenskaplike meer mieliesgewasse in die grond wat aangevul word met kunsmis wat stikstofkonsentrasie aangevul word, sal groei. Hy sal elke koring-oes die presies dieselfde hoeveelheid kunsmis. Hy sal seker maak dat die chemiese samestelling van sy kunsmis wat gebruik word, nie op een of ander manier verskil nie, behalwe sy stikstofkonsentrasie - byvoorbeeld, hy sal nie `n kunsmis met `n hoër konsentrasie magnesium vir een van sy koringgewasse gebruik nie. Hy sal ook die presies dieselfde getal en spesies koringgewasse op dieselfde tyd en in dieselfde tipe grond in elke replisering van sy eksperiment groei.

Beeld getiteld Dra `n Wetenskap Eksperiment Stap 3

3. Maak `n hipotese. `N Hipotese is in wese `n voorspelling van die eksperiment se uitslag. Dit moet nie `n blinde raaiskoot wees nie - goeie hipoteses word ingelig deur die agtergrondnavorsing wat u uitgevoer het en / of voorlopige data wat u reeds in die laboratorium gegenereer het toe u u eksperiment se onderwerp gekies het. Baseer jou hipotese op die resultate van soortgelyke eksperimente wat deur eweknieë in jou veld uitgevoer word, of as jy `n probleem aanpak wat nie goed bestudeer is nie, baseer dit op watter kombinasie van literatuurnavorsing en aangeteken waarneming wat jy kan vind. Onthou dat, ten spyte van jou beste navorsingswerk, jou hipotese baie goed nie deur jou resultate ondersteun kan word nie - in hierdie geval het jy nog steeds jou kennis uitgebrei in die sin dat jy bewys het dat jou voorspelling was nie korrek.

Tipies word `n hipotese uitgedruk as `n kwantitatiewe verklarende sin. `N hipotese neem ook rekening met die maniere waarop die eksperimentele parameters gemeet sal word. `N Goeie hipotese vir ons kunsmis voorbeeld is: "Mielie-gewasse aangevul met 1 pond stikstof per bus sal lei tot `n groter opbrengs massa as ekwivalente koringgewasse wat gegroei het met verskillende stikstofaanvullings."

Beeld getiteld Dra `n Wetenskap Eksperiment Stap 4

4. Beplan jou data-insameling. Weet vooraf wanneer U sal data versamel en watter soort van data wat u sal versamel. Meet hierdie data op `n vasgestelde tyd of, in ander gevalle, met gereelde tussenposes. In ons kunsmis-eksperiment, byvoorbeeld, meet ons die gewig van ons koringgewasse (in kilogram) na `n vasgestelde groeiperiode. Ons sal dit vergelyk met die stikstofinhoud van die kunsmis wat elke gewas behandel is. Vir ander eksperimente (soos dié wat die verandering in `n sekere veranderlike mettertyd meet), is dit nodig om data met gereelde tussenposes te versamel.

Tydsberekening is ongelooflik belangrik, dus hou so na as moontlik aan jou plan. Op dié manier, as jy veranderinge in jou resultate sien, kan jy verskillende tydsbeperkings uitsluit as die oorsaak van die verandering.

Om vooraf `n data tafel te maak, is `n goeie idee - jy sal eenvoudig jou data waardes in die tabel kan invoeg as jy dit opteken.

Ken die verskil tussen u afhanklike en onafhanklike veranderlikes. `N Onafhanklike veranderlike is `n veranderlike wat u verander en `n afhanklike veranderlike is die een wat deur die onafhanklike veranderlike geraak word. In ons voorbeeld, "stikstofinhoud" is die onafhanklik veranderlike, en "Opbrengs (in kg)" is die afhanklike veranderlik. `N Basiese tabel sal kolomme vir beide veranderlikes hê as hulle oor tyd verander.

Beeld getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 5

5. Doen jou eksperiment metodies. Begin jou experiment, toets vir jou veranderlike. Dit vereis byna altyd dat u die eksperiment verskeie kere vir verskeie veranderlike waardes moet bestuur. In ons kunsmis voorbeeld sal ons verskeie identiese koringgewasse groei en hulle aanvul met kunsmis wat wisselende hoeveelhede stikstof bevat. Oor die algemeen kan die wyer verskeidenheid data wat jy kan versamel, hoe beter. Teken soveel data op as wat haalbaar is.

Goeie eksperimentele ontwerp sluit in wat bekend staan as `n kontroleer. Een van u eksperimentele replikasies moet nie Sluit die veranderlike in wat jy toets. In ons kunsmis voorbeeld sluit ons een koring-oes in wat `n kunsmis ontvang sonder stikstof daarin. Dit sal ons beheer wees - dit sal die basislyn wees waarteen ons die groei van ons ander koringgewasse sal meet.

Let op enige en alle veiligheidsmaatreëls wat verband hou met gevaarlike materiale of prosesse in u eksperiment.

Beeld getiteld Dra `n Wetenskap Eksperiment Stap 6

6. Versamel jou data. Teken jou data direk in jou tabel aan, indien moontlik - dit sal jou die hoofpyn bespaar om data later weer in te voer en te konsolideer. Weet hoe om Assesseer uitskieters in u data.

Dit is altyd `n goeie idee om jou data visueel te verteenwoordig as jy kan. Plot data punte op `n grafiek en druk tendense met `n lyn of kromme van die beste pas. Dit sal jou help (en enigiemand anders wat die grafiek sien) kan patrone in die data visualiseer. Vir die meeste basiese eksperimente word die onafhanklike veranderlike op die horisontale x-as voorgestel en die afhanklike veranderlike is op die vertikale y-as.

Beeld getiteld Dra `n Wetenskap Eksperiment Stap 7

7. Ontleed jou data en kom tot `n gevolgtrekking. Was jou hipotese korrek? Was daar waarneembare tendense in die data? Het u enige onverwagte data ondervind? Het u enige onbeantwoorde vrae wat die basis kan vorm vir `n toekomstige eksperiment? Probeer om hierdie vrae te beantwoord as u u resultate beoordeel. As u data nie u hipotese `n definitiewe gee nie "ja" of "geen," Oorweeg om addisionele eksperimentele proewe te bestuur en meer data te versamel, of om u resultate op te stel met toekomstige aanwysings vir addisionele navorsing.

Om u resultate te deel, Skryf `n omvattende wetenskaplike vraestel. Om te weet hoe om `n wetenskaplike vraestel te skryf is `n nuttige vaardigheid - die resultate van die meeste nuwe navorsing moet geskryf en gepubliseer word volgens `n spesifieke formaat, wat dikwels deur die stylgids vir `n relevante, peer-reviewed akademiese tydskrif gedikteer word.

Deel 2 van 2:

Hardloop `n voorbeeld eksperiment

1. Kies `n onderwerp en definieer jou veranderlikes. Vir die doel van hierdie voorbeeld, sal ons `n eenvoudige, kleinskaalse eksperiment maak. In ons eksperiment sal ons die effekte van verskillende aerosolbrandstowwe op die vuurreeks van `n toets toets Aartappelgeweer.

In hierdie geval is die tipe aerosol brandstof wat ons gebruik, die onafhanklike veranderlike (die veranderlike wat ons verander), terwyl die omvang van die projektiel die afhanklike veranderlike.
Dinge om vir hierdie eksperiment te oorweeg - is daar `n manier om te verseker dat elke aartappelprojektiel dieselfde gewig het? Is daar `n manier om dieselfde hoeveelheid aërosolbrandstof vir elke vuur te administreer? Albei kan die omvang van die geweer moontlik beïnvloed. Weeg elke projektiel vooraf en brand elke skoot met dieselfde hoeveelheid aerosol spuit.

Image getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 9

2. Maak `n hipotese. As ons haarspuit toets, kookspuit en spuitverf, laat ons sê dat die hare spuit `n aerosolverskaffing het met `n hoër hoeveelheid butaan as die ander bespuitings. Omdat ons weet dat butaan vlambaar is, kan ons veronderstel dat die hare spuit `n groter voortdurende krag sal veroorsaak wanneer dit aangesteek word, en stuur `n aartappelprojektiel verder. Ons sal ons hipotese skryf as: "Die hoër butaan inhoud van die aërosol dryf in die haarspray sal gemiddeld `n langer reeks produseer wanneer `n aartappelprojektiel wat tussen 250 en 300 gram weeg."

Beeld getiteld Dra `n Wetenskap Eksperiment Stap 10

3. Organiseer jou data-insameling vooraf. In ons eksperiment sal ons elke aerosol brandstof 10 keer toets en die resultate. Ons sal ook `n aerosolbrandstof toets wat geen butaan bevat as ons eksperimentele beheer nie. Om voor te berei, sal ons ons aartappelkanon bymekaarmaak, toets dit om te verseker dat dit werk, ons aerosol bespuitings koop en sny en weeg ons aartappelprojektiewe.

Kom ons skep ook ons data tabel. Ons sal vyf vertikale kolomme hê:

Die verste-linkerkolom sal gemerk word "Proef #." Die selle in hierdie kolom sal eenvoudig die nommers 1-10 bevat, wat elke vuurpoging aandui.

Die volgende vier kolomme sal gemerk word met die name van die Aerosol-bespuitings wat ons in ons eksperiment gebruik. Die tien selle onder elke kolomkop sal die reeks (in meter) van elke vuurpoging bevat.

Onder die vier kolomme vir elke brandstof, laat `n spasie om die gemiddelde waarde van die reekse te skryf.

Image getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 11

4. Voer die eksperiment uit. Ons sal elke aerosol spuit gebruik om tien projektiele te brand, met dieselfde hoeveelheid aërosol spuit om elke projektiel te brand. Na elke afvuuring sal ons `n lang maatband gebruik om die omvang van ons projektiel te meet. Teken hierdie data in die data tabel.

Soos baie eksperimente het ons eksperiment sekere veiligheidsbekommernisse wat ons moet waarneem. Die aërosolbrandstowwe wat ons gebruik, is vlambaar - ons moet seker wees om die aartappelwapen se vuurpet veilig te maak en swaar handskoene te dra terwyl die brandstof ontbrand word. Om toevallige beserings van die projektiele te vermy, moet ons ook seker maak dat ons (en enige waarnemers) aan die kant van die geweer staan soos dit brand - nie voor dit of agter dit nie.

Beeld getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 12

5. Ontleed die data. Kom ons sê ons het gevind dat die hare spuit gemiddeld die aartappels die verste het, maar die kookbespuiting was meer konsekwent. Ons kan hierdie data visueel voorstel. `N Goeie manier om die gemiddelde omvang vir elke spuit te verteenwoordig, is met `n staafgrafiek, terwyl a Scatter Plot of boks plot is `n goeie manier om die variasie in elke brandstof se vuurreekse te wys.

Image getiteld Dra `n wetenskap eksperiment Stap 13

6. Maak jou gevolgtrekkings. Besin oor jou eksperimentele resultate en verskaf enige ondersteunende statistiek. Op grond van ons data kan ons met vertroue sê dat ons hipotese korrek was. Ons kan ook sê dat ons iets ontdek het wat ons nie voorspel het nie - dat die kookbespuiting die mees konsekwente resultate opgelewer het. Ons kan enige probleme of SNAFU`s wat ons ondervind het, rapporteer - laat ons sê dat die verf van die spuitverf opgebou is in die Aartappelkanon se vuurkamer. Uiteindelik kan ons gebiede aanbeveel vir verdere navorsing - byvoorbeeld, miskien met groter hoeveelhede brandstof, kan ons groter omvang bereik.

Ons kan selfs ons resultate met die wêreld in die vorm van `n wetenskaplike referaat deel - gegewe die onderwerp van ons eksperiment, kan dit meer gepas wees om hierdie inligting in die vorm van `n tri-voudige wetenskap te bied. Fairdisplay.