Innehåll

• Steg
• Tips
• Varningar

Experimentering är den metod genom vilken forskare testar naturfenomen i hopp om att få ny kunskap. Bra experiment följer en logisk design för att isolera och testa specifika och exakt definierade variabler. Genom att lära dig de grundläggande principerna bakom experimentell design kan du tillämpa dem på din egen. Oavsett deras omfattning fungerar alla bra experiment enligt de logiska och deduktiva principerna för den vetenskapliga metoden, från de som är närvarande på femte klassens vetenskapsmässa, med potatisklockan, till den mest avancerade forskningen relaterad till Higgs-bosonen.

Steg

Del 1 av 2: Designa ett vetenskapligt sundt experiment

1. 

   Välj ett specifikt tema. Experiment vars resultat orsakar stora förändringar i det vetenskapliga paradigmet är mycket, mycket sällsynta. De allra flesta experiment svarar på små, specifika frågor. Vetenskaplig kunskap bygger på ackumulering av data från otaliga experiment. Välj ett ämne eller en fråga som ännu inte har besvarats, med ett litet och testbart omfång.
   • Om du till exempel vill köra ett experiment relaterat till jordbruksgödselmedel, försök inte svara på frågan "Vilken typ av gödselmedel är bäst för växttillväxt?"Det kan finnas många olika typer av gödselmedel och många olika typer av växter i världen - och ett experiment kommer inte att kunna resultera i universella slutsatser angående någon av dem. En mycket bättre fråga för att utforma ett experiment skulle vara"Vilken kvävekoncentration i gödselmedel ger de största majsgrödorna?’.
   • Modern vetenskaplig kunskap är mycket, väldigt stor. Om du tänker göra seriös vetenskaplig forskning, undersök ditt ämne noggrant innan du ens börjar planera experimentet. Fortfarande har tidigare experiment redan besvarat frågan som din kommer att studera? Om så är fallet, finns det ett sätt att justera ditt ämne så att det tar upp frågor som ännu inte har besvarats av befintlig forskning?

2. 

   
   
   Isolera variablerna. Bra vetenskapliga experiment testar specifika och mätbara parametrar som kallas variabler. I allmänna termer utför en forskare ett experiment på en rad värden för variabeln i fråga. Ett viktigt problem när du utför ett experiment är att justera endast de specifika variablerna relaterade till testet (och ingen annan).
   • Till exempel i vårt gödselexempel kommer vår forskare att odla flera majsgrödor i jord kompletterad med gödselmedel med olika kvävekoncentrationer. Han skulle ge varje skörd exakt samma mängd gödselmedel. Han skulle då se till att den kemiska sammansättningen av hans gödselmedel inte skiljer sig på något annat sätt än i deras kvävekoncentration - till exempel skulle han inte använda ett gödselmedel med högre magnesiumkoncentration i en av sina grödor. Han skulle fortfarande odla exakt samma antal och typ av majsfröarter samtidigt och i samma jordtyp med varje replikering av hans experiment.

3. 

   
   
   Gör en hypotes. En hypotes är i huvudsak en förutsägelse av resultaten av experimentet. Det borde inte bara vara en blind spekulation - goda hypoteser informeras av bakgrundsundersökningen när du väljer ämnet i fråga. Basera din hypotes på resultaten av liknande experiment utförda av forskare inom ditt område, eller, om du har att göra med ett problem som ännu inte är väl studerat, basera det på alla kombinationer av litteraturforskning och inspelad observation som du kan hitta. Kom ihåg att, trots ditt bästa forskningsarbete, kan hypotesen mycket väl vara felaktig - i vilket fall har du ytterligare utvidgat din kunskap i den meningen att du har bevisat att förutsägelsen markerade Nej det var korrekt.
   • Vanligtvis uttrycks en hypotes som en kvantitativ deklarativ mening. Det kan ta hänsyn till hur experimentparametrarna kommer att mätas. En bra hypotes för vårt exempel är: "Majsgrödor kompletterade med 450 g kväve per busk resulterar i större massproduktion än motsvarande majsgrödor som odlas med olika kvävetillskott’.

4. 

   
   
   Planera att samla in dina uppgifter. Vet i förväg När du kommer att samla in data och vilken typ uppgifter kommer att samlas in. Mät dessa data vid en viss tidpunkt eller i andra fall med jämna mellanrum. I vårt experiment kommer vi till exempel att mäta vikten på våra majsgrödor (i kg) efter en definierad tillväxtperiod. Vi kommer att jämföra detta värde med kvävehalten i det gödselmedel som varje grödor behandlades med. I andra experiment (som de som mäter förändringen av en viss variabel över tiden) är det nödvändigt att samla in data med jämna mellanrum.
   • Att göra en datatabell i förväg är en bra idé - du kan helt enkelt ange datavärdena i de angivna fälten när du registrerar dem.
   • Lär känna skillnaden mellan dina beroende och oberoende variabler. En oberoende variabel är en som du kan ändra, och en beroende variabel är en som påverkas av den oberoende variabeln. I vårt exempel är "kvävehalten" variabeln självständigoch "produktion (i kilogram)" är variabeln beroende. En grundtabell innehåller kolumner för båda variablerna, eftersom de ändras över tiden.

5. 

   Genomför ditt experiment metodiskt. Utför experimentet och testa för dina variabler. Detta kräver nästan alltid att du gör samma experiment flera gånger med flera konfigurationer av variabler. I vårt exempel kommer vi att odla flera identiska majsgrödor och komplettera dem med gödselmedel som innehåller olika mängder kväve. Ju bredare omfattningen av data du kan samla, desto bättre. Spela in så mycket data som möjligt.
   • Bra experimentella mönster innehåller det som kallas kontrollera. En av hans experimentella replikationer Nej måste inkludera variabeln i fråga i testet. I vårt exempel kommer vi att inkludera en gröda som får gödsel utan kvävekoncentration. Detta kommer att vara vår kontroll - det kommer att vara baslinjen mot vilken vi kommer att mäta tillväxten för alla andra grödor.
   • Observera alla säkerhetsåtgärder som är förknippade med skadliga material eller processer i ditt experiment.

6. 

   Samla in dina uppgifter. Spela in data direkt i din tabell, om möjligt - detta kommer att spara huvudvärk när du kommer in och konsoliderar data i framtiden. Lär dig hur du bedömer avvikelser i dina data.
   • Det är alltid en bra idé att representera dina data visuellt, om möjligt. Plotta datapunkter i en graf och uttrycka trender med den linje eller kurva som passar bäst för situationen. Detta hjälper dig (och alla som ser grafen) att visualisera mönstren i data. För de flesta grundläggande experiment representeras den oberoende variabeln på den horisontella x-axeln och den beroende variabeln på den vertikala y-axeln.

7. 

   Analysera dina data och kom till en slutsats. Var din hypotes korrekt? Fanns det några observerbara trender i uppgifterna? Hittade du oväntade värden? Finns det några obesvarade frågor som kan ligga till grund för framtida experiment? Försök att svara på dessa frågor när du utvärderar dina resultat. Om dina data inte ger hypotesen ett definitivt "ja" eller "nej", överväg att göra ytterligare experimentella försök och samla in mer data.
   • För att dela dina resultat, skriv en detaljerad vetenskaplig rapport. Att veta hur man skriver en vetenskaplig rapport är en mycket användbar färdighet - resultaten av de flesta nya undersökningar måste skrivas och publiceras enligt ett specifikt format.

Del 2 av 2: Utföra ett exempelexperiment

1. 

   Välj ett tema och definiera dina variabler. I detta exempel kommer vi att välja ett enkelt, småskaligt experiment. I vårt experiment kommer vi att testa effekterna av olika aerosolbränslen inom räckhåll för en potatispistol.
   • I detta fall kommer den typ av aerosolbränsle som används att vara variabel självständig (den vi ändrade), medan projektilens räckvidd kommer att vara variabeln beroende.
   • Saker att tänka på i detta experiment: Finns det ett sätt att se till att varje projektil / potatis har samma vikt? Finns det ett sätt att administrera samma mängd aerosolbränsle för varje skott? Båda kan potentiellt påverka vapenns räckvidd. Väg varje projektil i förväg och deponera bränsle före varje skott med samma mängd aerosolspray.

2. 

   Gör en hypotes. Om vi ​​testar hårspray, köksspray och sprayfärg, låt oss säga att hårsprayen har ett aerosoldrivmedel med mer butan än de andra sprayerna. Eftersom vi vet att butan är en lättantändlig gas kan vi anta att hårsprayen kommer att producera en större framdrivningskraft när den antänds, vilket skickar projektilen / potatisen längre bort. Vi skulle skriva vår hypotes enligt följande: "Den högsta nivån av butan i det aerosoldrivmedel som finns i hårsprayen leder i genomsnitt till ett längre intervall när man skjuter en projektil / potatis som väger mellan 250 och 300 gram’.

3. 

   Organisera din datainsamling i förväg. I vårt experiment kommer vi att testa varje aerosolbränsle 10 gånger och genomsnittliga resultaten. Vi kommer också att testa ett aerosolbränsle som inte innehåller några spår av butan, som en experimentell kontroll. Som förberedelse kommer vi att montera vår potatispistol, testa den för att säkerställa att den fungerar, köpa aerosolsprayer och väga varje projektil / potatis.
   • Låt oss också skapa datatabellen i förväg. Vi kommer att ha fem vertikala kolumner:
     • Kolumnen längst till vänster kommer att kallas "Attempt #". Cellerna i den kolumnen innehåller helt enkelt siffrorna 1 till 10, vilket betyder varje försök att avfyra.
     • Följande fyra kolumner kommer att namnges med namnen på de aerosolsprayer som används i experimentet. De tio cellerna under varje kolumnrubrik innehåller intervallet (i meter) för varje skottförsök.
     • Under de fyra kolumnerna för varje bränsle, lämna ett utrymme för att skriva det genomsnittliga intervallvärdet.

4. 

   Genomför experimentet. Vi kommer att använda varje aerosolspray för att skjuta 10 projektiler, med samma mängd bränsle för varje skott. Efter varje skott använder vi ett långt måttband för att mäta projektilens räckvidd. Spela in dessa data i datatabellen.
   • Som i flera experiment har vårt vissa säkerhetsfrågor som måste följas. De aerosolbränslen vi använder är brandfarliga - vi måste se till att vi stänger locket på potatispistolen ordentligt och bär tunga handskar medan vi tänder bränslet. För att undvika oavsiktliga skador från projektiler måste vi också se till att vi (och eventuella observatörer) är vid sidan av pistolen när vi skjuter - inte framför eller bakom den.

5. 

   Analysera data. Låt oss säga att vi hittade att hårsprayen i genomsnitt tog potatisen längre, medan kökssprayen var den mest konsekventa. Vi kan representera dessa data visuellt. Ett bra sätt att representera det genomsnittliga intervallet för varje spray är ett stapeldiagram, även om ett spridningsdiagram är ett bra sätt att visa variationer i skjutområdet för varje bränsle.

6. 

   Dra upp dina slutsatser. Reflektera över dina experimentella resultat. Baserat på våra uppgifter kan vi med säkerhet hävda att vi har upptäckt något som vi inte kunde förutsäga - att kökssprayen gav de mest konsekventa resultaten. Vi kan rapportera eventuella problem eller excentriciteter som vi har upptäckt - säg att bläcket i sprayfärgen har ackumulerats inuti potatispistolens eldkammare, vilket gör det svårt att göra det upprepade gånger. Slutligen kan vi rekommendera områden för framtida forskning - till exempel, kanske med större mängder bränsle, kan vi uppnå större räckvidd.
   • Vi kan till och med dela våra resultat med världen, i form av en vetenskaplig rapport - med tanke på temat som finns i vårt experiment, kan det vara mer lämpligt att presentera denna information på en vetenskapsmässa.

Tips

• Vetenskap handlar om att ställa stora frågor. Var inte rädd för att välja ett ämne som du inte har undersökt än.
• Ha kul och vara säker.

Varningar

• Använd ögonskydd.
• Om något kommer i ögonen, tvätta dem under rinnande vatten i minst 5 minuter.
• Lämna inte mat eller dryck nära din arbetsstation.
• Tvätta händerna före och efter varje experiment.
• Se till att ha en vuxen som övervakar dig när du använder vassa knivar, farliga kemikalier eller heta lågor.
• Använd gummihandskar vid hantering av kemikalier.
• Dra tillbaka löst hår.