Eksperimentisanje je metoda kojom naučnici ispituju prirodne fenomene u nadi da će steći nova znanja. Dobri eksperimenti slijede logički dizajn za izolaciju i testiranje određene varijable koja je precizno definirana. Naučivši osnovne principe iza eksperimentalnog dizajna, moći ćete primijeniti ove principe na svoje eksperimente. Bez obzira na opseg, svi dobri eksperimenti rade u skladu s logičkim i deduktivnim principima naučne metode, od projekata petog razreda sa satom od krompira do naprednog istraživanja Higgsovog bozona.
Korak
Metoda 1 od 2: Dizajniranje naučnih eksperimenata
Korak 1. Odaberite određenu temu
Eksperimenti čiji rezultati dovode do promjene naučnog mišljenja vrlo su rijetki. Većina eksperimenata odgovara na neka mala pitanja. Znanstveno znanje izgrađeno je na temelju prikupljenih podataka mnogih eksperimenata. Odaberite temu ili pitanje bez odgovora koji je malog opsega i koji se lako testira.
- Na primjer, ako želite eksperimentirati s poljoprivrednim gnojivima, ne pokušavajte odgovoriti na pitanje "Koje je gnojivo najbolje za uzgoj usjeva?" U svijetu postoji mnogo različitih vrsta gnojiva i mnogo različitih vrsta biljaka - jedan eksperiment ne može donijeti univerzalne zaključke za oboje. Bolje pitanje za osmišljavanje eksperimenta bilo bi "Koja je koncentracija dušika u gnojivu dala najveći urod kukuruza?"
- Savremena naučna saznanja su veoma, veoma široka. Ako namjeravate provoditi znanstvena istraživanja, detaljno istražite svoju temu prije nego počnete osmišljavati svoj eksperiment. Jesu li prethodni eksperimenti odgovorili na pitanja koja su bila predmet učenja vašeg eksperimenta? Ako je tako, postoji li način da prilagodite svoju temu odgovorima na pitanja na koja postojeći eksperimenti nisu odgovorili?
Korak 2. Izolirajte svoje varijable
Dobri naučni eksperimenti testiraju određene, mjerljive parametre tzv varijabilna.
Uopšteno govoreći, naučnik sprovodi eksperiment za vrijednost varijable koju testira. Jedna vitalna stvar prilikom izvođenja eksperimenata je prilagođavanje samo određena varijabla koju testirate (i nema drugih varijabli).
Na primjer, u našem primjeru eksperimenta s gnojivom, naš naučnik će posaditi nekoliko velikih biljaka kukuruza u tlo koje se gnoji različitim koncentracijama dušika. On će svakoj biljci dati potrebnu količinu gnojiva upravo isto. On će osigurati da se hemijski sastav gnojiva koja se koriste ne razlikuje osim koncentracije dušika - na primjer, neće koristiti gnojiva s većim koncentracijama magnezija za bilo koji od svojih usjeva kukuruza. On će također posaditi isti broj i vrstu biljaka kukuruza u isto vrijeme i na istom tipu tla u svaku svoju eksperimentalnu repliku.
Korak 3. Stvorite hipotezu
Hipoteza je predviđanje eksperimentalnih rezultata. Ovo bi trebalo biti više od nagađanja - dobra je hipoteza zasnovana na istraživanju koje ste proveli pri odabiru teme eksperimenta. Temeljite svoju hipotezu na rezultatima sličnih eksperimenata koje su provele druge kolege iz vašeg područja, ako rješavate problem koji nije detaljno proučen, na temelju bilo koje kombinacije književnih istraživanja i zabilježenih zapažanja koja možete pronaći. Upamtite da čak i ako napravite najbolje istraživanje, vaša hipoteza se može pokazati pogrešnom - u ovom slučaju i dalje proširujete svoje znanje dokazujući da vaše predviđanje "nije" točno.
Obično se hipoteze izražavaju kao kvantitativne deklarativne rečenice. Hipoteza također koristi način mjerenja eksperimentalnih parametara. Dobra hipoteza za naš primjer gnojiva je: "Biljka kukuruza hranjena kilogramom dušika po grmu proizvest će veću masu prinosa od ekvivalentne kulture kukuruza uzgajane s različitim dodacima dušika
Korak 4. Planirajte prikupljanje podataka
Znajte unaprijed "kada" ćete prikupljati podatke i "koju vrstu" podataka ćete prikupljati. Mjerite ove podatke u unaprijed određeno vrijeme, ili u drugim slučajevima, u redovnim intervalima. U našem eksperimentu s gnojivom, na primjer, mjerit ćemo težinu naše biljke kukuruza d (u kilogramima) nakon perioda rasta. To ćemo uporediti sa sadržajem dušika u gnojivu primijenjenom na svaku biljku. U drugim eksperimentima (poput onih koji će mjeriti promjene u varijabli tokom vremena) potrebno je prikupljati podatke u redovnim intervalima.
- Stvaranje tablice podataka unaprijed je dobra ideja - jednostavno unosite svoje vrijednosti podataka u tablicu dok je snimate.
- Upoznajte razliku između ovisnih i nezavisnih varijabli. Nezavisna varijabla je varijabla koju mijenjate, a zavisna varijabla je ona na koju djeluje nezavisna varijabla. U našem primjeru, "sadržaj dušika" je "nezavisna" varijabla, a "prinos (u kg)" je "zavisna" varijabla. Osnovna tablica će imati stupce za obje varijable kako se mijenjaju tokom vremena.
Korak 5. Sprovedite eksperiment metodički
Izvedite svoj eksperiment, provjerite svoje varijable. To gotovo uvijek zahtijeva od vas da više puta eksperimentirate s nekim promjenjivim vrijednostima. U našem primjeru gnojiva uzgajat ćemo nekoliko identičnih usjeva kukuruza i primijeniti gnojivo koje sadrži različite količine dušika. Općenito, što opsežnije podatke dobijete, to je bolje. Snimite što je moguće više podataka.
- Dobar eksperimentalni dizajn uključuje ono što je poznato kontrola. Jedan od vaših eksperimenata s replikama ne bi trebao "uključivati" varijablu koju uopće testirate. U naš primjer gnojiva uključit ćemo jednu biljku kukuruza koja prima gnojivo bez dušika. To će biti naša kontrola - bit će osnovica prema kojoj ćemo mjeriti rast drugih usjeva kukuruza.
- U svom eksperimentu promatrajte sve i sve sigurnosne tvari ili procese.
Korak 6. Prikupite svoje podatke
Zapišite podatke izravno u tablicu, ako je moguće - to će vas spriječiti da kasnije morate ponovo unositi i spajati podatke. Naučite kako procijeniti strano u vašim podacima.
Uvijek je dobra ideja prikazati svoje podatke što je moguće vizualnije. Stvorite podatkovne točke na grafikonu i izrazite trendove najprikladnijom linijom ili krivuljom. To će vam pomoći (i svima drugima koji pregledaju ovaj grafikon) da vizualiziraju obrasce u podacima. Za većinu osnovnih eksperimenata, nezavisna varijabla se iscrtava na vodoravnoj osi x, a varijabla koja se izmjenjuje na okomitoj osi y
Korak 7. Analizirajte svoje podatke i izvucite zaključke
Je li vaša hipoteza tačna? Postoje li uočljivi trendovi u podacima? Jeste li pronašli neočekivane podatke? Imate li pitanja bez odgovora koja bi mogla biti osnova za buduće eksperimente? Pokušajte odgovoriti na ova pitanja dok procjenjujete rezultate. Ako vaši podaci ne daju jasnu hipotezu "da" ili "ne", razmislite o provođenju dodatnih eksperimentalnih ispitivanja i prikupljanju više podataka.
Da biste podijelili svoje rezultate, napišite opsežan naučni rad. Znati pisati naučne radove korisna je vještina - rezultati nedavnih istraživanja moraju biti napisani i objavljeni u određenom formatu
Metoda 2 od 2: Pokretanje primjera eksperimenata
Korak 1. Odaberite temu i definirajte svoje varijable
Zbog ovog primjera imat ćemo jednostavan i mali eksperiment. U našem eksperimentu ispitaćemo uticaj različitih aerosolnih goriva na streljanu pištolja za krompir.
- U ovom slučaju, vrsta aerosolnog goriva koje koristimo je "nezavisna varijabla" (varijabla koju ćemo promijeniti), gdje je udaljenost metka "zavisna varijabla".
- Nešto što treba uzeti u obzir u ovom eksperimentu - postoji li način da se uvjeri da svaki metak krompira ima istu težinu? Postoji li način da se iskoristi ista količina goriva za svaki snimak? Oboje može utjecati na streljanu pištolja. Prvo izmjerite težinu svakog metka i upotrijebite istu količinu aerosolnog spreja za svaki hitac.
Korak 2. Stvorite hipotezu
Ako testiramo lak za kosu, sprej za kuhanje i boju u spreju, recimo da spari za kosu sadrže gorivo u obliku aerosola sa sadržajem butana većim od ostalih sprejeva. Budući da znamo da je butan zapaljiv, možemo pretpostaviti da će sprej za kosu stvarati veći potisak pri paljenju, ispucavajući metak krompira dalje. Napisat ćemo hipotezu: "Veći sadržaj butana u aerosolnom gorivu u spreju za kosu u prosjeku će proizvesti duži raspon gađanja pri ispaljivanju metaka od krumpira težine između 250-300 grama."
Korak 3. Postavite svoju prethodnu zbirku podataka
U našem eksperimentu testirat ćemo svako aerosolno gorivo 10 puta i izračunati prosječni prinos. Testirat ćemo i aerosolno gorivo koje ne sadrži butan kao eksperimentalnu kontrolu. Za pripremu ćemo sastaviti naš top od krompira, testirati ga kako bismo se uvjerili da radi, kupiti aerosolni sprej, a zatim izrezati i odvagati naš metak od krompira.
-
Prvo ćemo stvoriti i tablicu podataka. Imat ćemo pet okomitih stupova:
- Krajnja lijeva kolona bit će označena kao "Test #". Ćelije u ovoj koloni sadržavat će brojeve 1-10 koji označavaju svaki pokušaj ispaljivanja.
- Naredne četiri kolone bit će označene imenom aerosolnog spreja koji smo koristili u eksperimentu. Deset ćelija ispod svakog zaglavlja kolone koje će sadržavati udaljenost (u metrima) svakog pokušaja ispaljivanja.
- Ispod svake od četiri kolone za gorivo ostavite prostor za upisivanje prosječne vrijednosti za svaku udaljenost.
Korak 4. Uradite eksperiment
Koristit ćemo svaki aerosolni sprej za ispaljivanje deset metaka, koristeći istu količinu aerosola za ispaljivanje svakog metka. Nakon svakog hica, mjernom trakom ćemo mjeriti udaljenost između svakog metka. Zapišite ove podatke u tabelu podataka.
Kao i mnogi eksperimenti, i naš eksperiment ima neke sigurnosne probleme koje moramo promatrati. Aerosolno gorivo koje koristimo je zapaljivo - moramo dobro zatvoriti poklopac strelca iz krompira i nositi debele rukavice pri paljenju goriva. Kako bismo izbjegli slučajne ozljede od metaka, moramo također osigurati da mi (ili drugi promatrači) stojimo uz pištolj dok pucamo - ne ispred ili iza njega
Korak 5. Analizirajte podatke
Recimo, otkrili smo da u prosjeku sprej za kosu najdalje izbacuje krumpir, ali sprej za kuhanje je dosljedniji. Ove podatke možemo vizualizirati. Dobar način za ilustraciju prosječne udaljenosti po raspršivanju je stupčasti grafikon, gdje je dijagram raspršenja odličan način za prikaz varijacija u udaljenosti paljenja svakog goriva.
Korak 6. Izvedite zaključke
Pogledajte rezultate svojih eksperimenata. Na osnovu naših podataka, sa pouzdanjem možemo reći da je naša hipoteza tačna. Također možemo reći da smo pronašli nešto što nismo predvidjeli - da je sprej za kuhanje dao najdosljednije rezultate. Možemo prijaviti bilo kakve probleme ili nerede koje pronađemo - recimo da se boja iz spreja nakuplja u komori za gađanje topa krompira, što otežava ponavljanje paljenja. Konačno, možemo predložiti područja za daljnja istraživanja - na primjer, možda s više goriva možemo preći veću udaljenost.
Mogli bismo čak i podijeliti svoje rezultate sa svijetom u obliku naučnih radova - budući da su predmet naših eksperimenata, možda bi bilo prikladnije predstaviti ove podatke u obliku trostrukih znanstvenih izložbi
Savjeti
- Zabavite se i čuvajte se.
- Nauka je postavljanje velikih pitanja. Ne bojte se odabrati temu koju niste vidjeli prije.
Upozorenje
- Nosite zaštitu za oči.
- Ako vam nešto dospije u oči, temeljito isperite najmanje 5 minuta.
- Ne stavljajte hranu ili piće u blizini svog radnog mesta.
- Operite ruke prije i poslije eksperimenta.
- Kad koristite oštre noževe, opasne kemikalije ili vruću vatru, pobrinite se da vas promatra odrasla osoba.
- Prilikom rukovanja kemikalijama nosite gumene rukavice.
- Vezati kosu unatrag.
