Eksperimentēšana ir metode, ar kuras palīdzību zinātnieki pārbauda dabas parādības, cerot iegūt jaunas zināšanas. Labi eksperimenti notiek pēc loģiska plāna, lai izolētu un pārbaudītu konkrētu mainīgo, kas ir precīzi definēts. Apgūstot eksperimentālā dizaina pamatprincipus, jūs varēsit piemērot šos principus saviem eksperimentiem. Neatkarīgi no apjoma, visi labie eksperimenti darbojas saskaņā ar zinātniskās metodes loģiskajiem un deduktīvajiem principiem, sākot ar piektās pakāpes kartupeļu pulksteņu projektiem un beidzot ar progresīviem Higsa Bosona pētījumiem.
Solis
1. metode no 2: Zinātnisku eksperimentu izstrāde
1. solis. Izvēlieties konkrētu tēmu
Eksperimenti, kuru rezultāti noved pie zinātniskās domāšanas maiņas, ir ļoti, ļoti reti. Lielākā daļa eksperimentu atbild uz dažiem maziem jautājumiem. Zinātniskās zināšanas ir balstītas uz daudzu eksperimentu uzkrātajiem datiem. Izvēlieties tēmu vai neatbildētu jautājumu, kura apjoms ir mazs un kuru ir viegli pārbaudīt.
- Piemēram, ja vēlaties eksperimentēt ar lauksaimniecības mēslojumu, nemēģiniet atbildēt uz jautājumu: "Kāds mēslojums ir labākais kultūraugu audzēšanai?" Pasaulē ir daudz dažādu mēslošanas līdzekļu un daudz dažādu veidu augu - viens eksperiments nevar dot vispārējus secinājumus par abiem. Labāks jautājums eksperimenta plānošanai būtu "Kāda slāpekļa koncentrācija mēslojumā radīja lielāko kukurūzas ražu?"
- Mūsdienu zinātnes atziņas ir ļoti, ļoti plašas. Ja plānojat veikt zinātniskus pētījumus, pirms eksperimenta izstrādes rūpīgi izpētiet savu tēmu. Vai kāds no iepriekšējiem eksperimentiem ir atbildējis uz jautājumiem, par kuriem jūs mācījāties? Ja jā, vai ir kāds veids, kā pielāgot savu tēmu, lai atbildētu uz jautājumiem, uz kuriem esošie eksperimenti nav atbildējuši?
2. solis. Izolējiet mainīgos
Labi zinātniskie eksperimenti pārbauda specifiskus, izmērāmus parametrus, ko sauc mainīgais.
Vispārīgi runājot, zinātnieks veic eksperimentu, lai noteiktu mainīgā lielumu, kuru viņš testē. Viena būtiska lieta, veicot eksperimentus, ir pielāgošanās tikai konkrētais mainīgais, kuru pārbaudāt (un nav citu mainīgo).
Piemēram, mūsu mēslojuma eksperimenta piemērā mūsu zinātnieks iestādīs vairākus lielus kukurūzas augus augsnē, kas ir mēslota ar dažādu slāpekļa koncentrāciju. Tas katram augam piešķirs nepieciešamo mēslojuma daudzumu tieši tā tas pats. Viņš nodrošinās, lai izmantoto mēslošanas līdzekļu ķīmiskais sastāvs neatšķirtos citādi kā slāpekļa koncentrācija - piemēram, viņš neizmantos mēslošanas līdzekļus ar augstāku magnija koncentrāciju nevienai no kukurūzas kultūrām. Viņš arī iestādīs vienādu skaitu un sugu kukurūzas augu vienlaicīgi un uz viena un tā paša augsnes tipa katrā savā eksperimentālajā kopijā.
Solis 3. Izveidojiet hipotēzi
Hipotēze ir eksperimentālo rezultātu prognoze. Tam vajadzētu būt vairāk nekā tikai minējumiem - labu hipotēzi nosaka pētījumi, ko esat veicis, izvēloties eksperimenta tēmu. Pamatojiet savu hipotēzi uz līdzīgu eksperimentu rezultātiem, ko veikuši citi jūsu nozares kolēģi, ja jūs risināt problēmu, kas nav padziļināti pētīta, pamatojoties uz jebkuru literatūras pētījumu un ierakstītu novērojumu kombināciju, ko varat atrast. Atcerieties, ka pat tad, ja veicat vislabākos pētījumus, jūsu hipotēze var izrādīties nepareiza - šajā gadījumā jūs joprojām paplašināt savas zināšanas, pierādot, ka jūsu prognoze nav “pareiza”.
Parasti hipotēzes izsaka kā kvantitatīvus deklaratīvus teikumus. Hipotēze izmanto arī eksperimentālo parametru mērīšanas veidu. Laba hipotēze mūsu mēslojuma piemēram ir šāda: "Kukurūzas augs, kas tiek barots ar vienu mārciņu slāpekļa uz krūmu, radīs lielāku ražas masu nekā līdzvērtīga kukurūzas kultūra, kas audzēta ar citu slāpekļa piedevu
4. solis. Plānojiet savu datu vākšanu
Iepriekš zināt, “kad” jūs vāksiet datus un “kāda veida” datus jūs savāksit. Izmēriet šos datus iepriekš noteiktos laikos vai citos gadījumos regulāri. Piemēram, mēslojuma eksperimentā mēs izmērīsim kukurūzas auga svaru d (kilogramos) pēc augšanas perioda. Mēs to salīdzināsim ar slāpekļa saturu mēslošanas līdzeklī, ko izmanto katram augam. Citos eksperimentos (piemēram, tajos, kas laika gaitā noteiks izmaiņas mainīgajā), dati ir jāvāc regulāri.
- Datu tabulas izveidošana pirms laika ir laba ideja - jūs vienkārši ievadāt datu vērtības tabulā, to ierakstot.
- Ziniet atšķirību starp atkarīgajiem un neatkarīgajiem mainīgajiem. Neatkarīgais mainīgais ir mainīgais, kuru maināt, un atkarīgs mainīgais ir tas, kuru ietekmē neatkarīgais mainīgais. Mūsu piemērā "slāpekļa saturs" ir "neatkarīgs" mainīgais, un "raža (kg)" ir "atkarīgais" mainīgais. Pamata tabulā būs slejas abiem mainīgajiem, jo tie laika gaitā mainīsies.
5. solis. Veiciet eksperimentu metodiski
Izpildiet savu eksperimentu, pārbaudiet mainīgos. Gandrīz vienmēr ir nepieciešams atkārtoti eksperimentēt ar dažām mainīgajām vērtībām. Mēslojuma piemērā mēs audzēsim vairākas identiskas kukurūzas kultūras un mēslojumu, kas satur atšķirīgu slāpekļa daudzumu. Parasti, jo plašāk tiek iegūti dati, jo labāk. Ierakstiet pēc iespējas vairāk datu.
- Labs eksperimentālais dizains ietver tā saukto kontrole. Vienā no jūsu kopiju eksperimentiem vispār nevajadzētu iekļaut testējamo mainīgo. Mēslojuma piemērā mēs iekļausim vienu kukurūzas augu, kas saņem mēslojumu bez slāpekļa. Tā būs mūsu kontrole - tas būs pamats, pēc kura mēs mērīsim citu kukurūzas kultūru pieaugumu.
- Eksperimentā ievērojiet visas ar drošību saistītās vielas vai procesus.
Solis 6. Savāc savus datus
Ja iespējams, ierakstiet datus tieši uz galda - tas novērsīs nepieciešamību vēlāk atkārtoti ievadīt un apvienot datus. Uzziniet, kā novērtēt svešos datus.
Vienmēr ir laba ideja attēlot savus datus pēc iespējas vizuāli. Izveidojiet diagrammā datu punktus un izsakiet tendences ar vispiemērotāko līniju vai līkni. Tas palīdzēs jums (un ikvienam citam, kas skatās šo diagrammu) vizualizēt datu modeļus. Lielākajai daļai pamata eksperimentu neatkarīgais mainīgais tiek uzzīmēts uz horizontālās x ass un mainīgais mainās uz vertikālās y ass
7. solis. Analizējiet savus datus un izdariet secinājumus
Vai jūsu hipotēze ir pareiza? Vai ir novērojamas datu tendences? Vai atradāt neparedzētus datus? Vai jums ir neatbildēti jautājumi, kas varētu būt par pamatu turpmākajiem eksperimentiem? Mēģiniet atbildēt uz šiem jautājumiem, novērtējot rezultātus. Ja jūsu dati nesniedz konkrētu hipotēzi "jā" vai "nē", apsveriet iespēju veikt papildu eksperimentālos izmēģinājumus un apkopot vairāk datu.
Lai dalītos savos rezultātos, uzrakstiet visaptverošu zinātnisku rakstu. Zināt, kā rakstīt zinātniskus darbus, ir noderīga prasme - jaunāko pētījumu rezultāti jāraksta un jāpublicē noteiktā formātā
2. metode no 2: Eksperimentu izpilde
1. solis. Izvēlieties tēmu un definējiet mainīgos
Šī piemēra dēļ mums būs vienkāršs un neliels eksperiments. Mūsu eksperimentā mēs pārbaudīsim dažādu aerosola degvielu ietekmi uz kartupeļu lielgabala šaušanas diapazonu.
- Šajā gadījumā aerosola degvielas veids, ko mēs izmantojam, ir "neatkarīgais mainīgais" (mainīgais, kuru mēs mainīsim), kur aizzīmju attālums ir "atkarīgs mainīgais".
- Kas jāņem vērā šajā eksperimentā - vai ir kāds veids, kā pārliecināties, ka katra kartupeļu lode sver vienādi? Vai ir veids, kā katram kadram izmantot vienādu degvielas daudzumu? Abi šie faktori var ietekmēt pistoles šaušanas diapazonu. Vispirms izmēriet katras lodes svaru un katram šāvienam izmantojiet tādu pašu daudzumu aerosola.
2. solis. Izveidojiet hipotēzi
Ja mēs pārbaudām matu laku, gatavošanas aerosolu un aerosola krāsu, pieņemsim, ka matu spary satur aerosola degvielu, kuras butāna saturs ir lielāks nekā citiem aerosoliem. Tā kā mēs zinām, ka butāns ir uzliesmojošs, mēs varam izvirzīt hipotēzi, ka matu laka aizdedzinot radīs lielāku vilci, nošaujot kartupeļu lodi tālāk. Mēs uzrakstīsim hipotēzi: "Augstāks butāna saturs aerosola degvielā matu lakā vidēji radīs garāku šaušanas diapazonu, izšaujot kartupeļu lodes, kuru svars ir no 250 līdz 300 gramiem."
3. solis. Iestatiet savu iepriekšējo datu vākšanu
Mūsu eksperimentā mēs pārbaudīsim katru aerosola degvielu 10 reizes un aprēķināsim vidējo iznākumu. Kā izmēģinājuma kontroli mēs pārbaudīsim arī aerosola degvielu, kas nesatur butānu. Lai sagatavotos, mēs saliksim kartupeļu lielgabalu, pārbaudīsim, vai tas darbojas, iegādājamies aerosola aerosolu un pēc tam sagriežam un nosveram kartupeļu lodi.
-
Vispirms mēs izveidosim arī datu tabulu. Mums būs piecas vertikālas kolonnas:
- Kreisākā sleja tiks apzīmēta ar nosaukumu "Tests #". Šīs slejas šūnās būs skaitļi 1-10, norādot katru šaušanas mēģinājumu.
- Nākamās četras kolonnas tiks marķētas ar aerosola aerosola nosaukumu, ko izmantojām eksperimentā. Desmit šūnas zem katras kolonnas galvenes, kas saturēs attālumu (metros) no katra šaušanas mēģinājuma.
- Zem katras četras degvielas kolonnas atstājiet vietu, lai ierakstītu katra attāluma vidējo vērtību.
4. solis. Veiciet eksperimentu
Mēs izmantosim katru aerosola aerosolu, lai izšautu desmit lodes, izmantojot vienādu daudzumu aerosola, lai izšautu katru lodi. Pēc katra šāviena mēs izmantosim mērlenti, lai izmērītu attālumu starp katru lodi. Ierakstiet šos datus datu tabulā.
Tāpat kā daudziem eksperimentiem, arī mūsu eksperimentam ir daži drošības jautājumi, kas mums jāievēro. Mūsu izmantotā aerosola degviela ir uzliesmojoša - mums ir labi jāaizver kartupeļu lielgabala šāvēja vāks un, aizdedzinot degvielu, jāvalkā biezi cimdi. Lai izvairītos no nejaušām ložu traumām, mums ir arī jānodrošina, lai mēs (vai citi apkārtējie) šaušanas laikā stāvētu pie lielgabala - nevis priekšā vai aiz tā
5. solis. Analizējiet datus
Pieņemsim, ka mēs atklājam, ka vidēji matu laka dzinumus izdala kartupeļus vistālāk, bet gatavošanas aerosols ir konsekventāks. Mēs varam vizualizēt šos datus. Labs veids, kā ilustrēt vidējo attālumu uz vienu izsmidzināšanu, ir joslu diagramma, kur izkliedes diagramma ir lielisks veids, kā parādīt katras degvielas degšanas attāluma izmaiņas.
6. solis. Izdariet secinājumus
Skatiet savu eksperimentu rezultātus. Pamatojoties uz mūsu datiem, mēs varam ar pārliecību teikt, ka mūsu hipotēze ir pareiza. Mēs varam arī teikt, ka atradām kaut ko tādu, ko neparedzējām - ka gatavošanas aerosols deva visprecīzākos rezultātus. Mēs varam ziņot par jebkādām problēmām vai nekārtībām, kuras mēs atradīsim - pieņemsim, ka krāsa no aerosola krāsas uzkrājas kartupeļu lielgabala šaušanas kamerā, apgrūtinot atkārtotu šaušanu. Visbeidzot, mēs varam ieteikt jomas turpmākai izpētei - piemēram, varbūt ar lielāku degvielas daudzumu mēs varam iegūt lielāku attālumu.
Mēs pat varētu dalīties ar saviem rezultātiem ar pasauli zinātnisku rakstu veidā - kopš mūsu eksperimentu priekšmeta, iespējams, ir pareizāk šo informāciju izklāstīt zinātnes izstāžu trīskāršā veidā
Padomi
- Izklaidējieties un esiet drošībā.
- Zinātne ir saistīta ar lielu jautājumu uzdošanu. Nebaidieties izvēlēties tēmu, kuru iepriekš neesat redzējis.
Brīdinājums
- Valkājiet acu aizsargus.
- Ja kaut kas nokļūst acīs, rūpīgi izskalojiet vismaz 5 minūtes.
- Nenovietojiet ēdienu vai dzērienu savas darba vietas tuvumā.
- Pirms un pēc eksperimenta nomazgājiet rokas.
- Izmantojot asus nažus, bīstamas ķimikālijas vai karstu uguni, pārliecinieties, ka pieaugušais jūs vēro.
- Strādājot ar ķimikālijām, valkājiet gumijas cimdus.
- Piesiet matus atpakaļ.
