Experimentovanie je metóda, ktorou vedci skúmajú prírodné javy v nádeji, že získajú nové poznatky. Dobré experimenty sledujú logický návrh na izoláciu a testovanie konkrétnej premennej, ktorá je presne definovaná. Naučíte sa základné princípy experimentálneho dizajnu a budete ich môcť použiť na svoje vlastné experimenty. Bez ohľadu na rozsah fungujú všetky dobré experimenty podľa logických a deduktívnych zásad vedeckej metódy, od projektov zemiakových hodín piatej triedy až po pokročilý výskum Higgsa Bosona.
Krok
Metóda 1 z 2: Navrhovanie vedeckých experimentov
Krok 1. Vyberte konkrétnu tému
Experimenty, ktorých výsledky vedú k zmene vedeckého myslenia, sú veľmi, veľmi zriedkavé. Väčšina experimentov odpovedá na určité malé otázky. Vedecké poznatky sú postavené na nahromadených údajoch mnohých experimentov. Vyberte tému alebo nezodpovedanú otázku, ktorá má malý rozsah a dá sa ľahko otestovať.
- Ak napríklad chcete experimentovať s poľnohospodárskymi hnojivami, nesnažte sa odpovedať na otázku „Aké hnojivo je najlepšie na pestovanie plodín?“Na svete existuje mnoho rôznych typov hnojív a mnoho rôznych druhov rastlín - jeden experiment nemôže priniesť univerzálne závery pre obe. Lepšia otázka pre návrh experimentu by bola „Aká koncentrácia dusíka v hnojive priniesla najväčšiu plodinu kukurice?“
- Moderné vedecké poznatky sú veľmi, veľmi široké. Ak máte v úmysle vykonávať vedecký výskum, pred začatím navrhovania experimentu si tému podrobne preštudujte. Odpovedali niektoré predchádzajúce experimenty na otázky, ktoré boli predmetom učenia sa vášho experimentu? Ak áno, existuje spôsob, ako prispôsobiť vašu tému tak, aby zodpovedala na otázky, ktoré neboli zodpovedané existujúcimi experimentmi?
Krok 2. Izolujte svoje premenné
Dobré vedecké experimenty testujú konkrétne, merateľné parametre, tzv premenná.
Vo všeobecnosti vedec experimentuje s hodnotou premennej, ktorú testuje. Jednou z najdôležitejších vecí pri vykonávaní experimentov je prispôsobenie sa iba konkrétna testovaná premenná (a žiadne iné premenné).
Napríklad v našom experimente s hnojivami náš vedec vysadí niekoľko veľkých rastlín kukurice do pôdy, ktorá je hnojená rôznymi koncentráciami dusíka. Každej rastline dodá potrebné množstvo hnojiva presne tak to isté. Zabezpečí, aby sa chemické zloženie použitých hnojív nelíšilo od koncentrácie dusíka - napríklad pre žiadnu zo svojich plodín kukurice nebude používať hnojivá s vyššími koncentráciami horčíka. V každej zo svojich experimentálnych replík bude tiež vysádzať rovnaký počet a druhy rastlín kukurice súčasne a na rovnaký typ pôdy.
Krok 3. Vytvorte hypotézu
Hypotéza je predikciou experimentálnych výsledkov. Toto by malo byť viac než len hádanie - dobrú hypotézu potvrdzuje výskum, ktorý ste urobili pri výbere témy experimentu. Svoju hypotézu založte na výsledkoch podobných experimentov, ktoré vykonali ostatní kolegovia vo vašom odbore, ak riešite problém, ktorý nebol podrobne študovaný, na základe akejkoľvek kombinácie literárneho výskumu a zaznamenaných pozorovaní, ktoré môžete nájsť. Pamätajte si, že aj keď urobíte svoj najlepší prieskum, vaša hypotéza sa môže ukázať ako nesprávna - v tomto prípade stále rozširujete svoje znalosti tým, že svoju predikciu dokážete „nie“správne.
Hypotézy sú spravidla vyjadrené ako kvantitatívne deklaratívne vety. Hypotéza tiež používa spôsob merania experimentálnych parametrov. Dobrá hypotéza pre náš príklad hnojiva je: „Kukuričná rastlina kŕmená jednou librou dusíka na bušel poskytne väčšiu hmotnosť ako ekvivalentná plodina kukurice pestovaná s iným doplnkom dusíka
Krok 4. Naplánujte si zber dát
Vopred vedieť, kedy „budete údaje zhromažďovať“a „aký typ“údajov budete zbierať. Tieto údaje merajte vo vopred určených časoch alebo v iných prípadoch v pravidelných intervaloch. V našom experimente s hnojivami napríklad budeme merať hmotnosť našej rastliny kukurice d (v kilogramoch) po období rastu. Porovnáme to s obsahom dusíka v hnojive aplikovanom na každú rastlinu. V iných experimentoch (napríklad v tých, ktoré budú merať zmeny v premennej v priebehu času) je potrebné zbierať údaje v pravidelných intervaloch.
- Vytvorenie dátovej tabuľky v predstihu je dobrý nápad - jednoducho zadáte hodnoty údajov do tabuľky pri jej zaznamenávaní.
- Poznáte rozdiel medzi závislými a nezávislými premennými. Nezávislá premenná je premenná, ktorú zmeníte, a závislá premenná je tá, ktorá je ovplyvnená nezávislou premennou. V našom prípade je "obsah dusíka" "nezávislou" premennou a "výťažok (v kg)" je "závislou" premennou. Základná tabuľka bude mať stĺpce pre obe premenné, pretože sa časom menia.
Krok 5. Vykonajte experiment metodicky
Spustite experiment, otestujte svoje premenné. To takmer vždy vyžaduje, aby ste opakovane experimentovali s niektorými hodnotami premenných. V našom prípade hnojiva pestujeme niekoľko identických plodín kukurice a použijeme hnojivo obsahujúce rôzne množstvá dusíka. Vo všeobecnosti platí, že čím rozsiahlejšie údaje získate, tým lepšie. Zaznamenajte čo najviac údajov.
- Dobrý experimentálny dizajn zahŕňa to, čo je známe ako ovládanie. Jeden z vašich experimentov s replikami by „nemal“zahŕňať testovanú premennú. V našom príklade hnojiva zahrnieme jednu kukuričnú rastlinu, ktorá prijíma hnojivo bez dusíka. Toto bude naša kontrola - bude to východiskový bod, proti ktorému budeme merať rast ostatných plodín kukurice.
- Pri experimente dodržujte všetky látky alebo procesy súvisiace s bezpečnosťou.
Krok 6. Zhromaždite svoje údaje
Ak je to možné, zaznamenávajte údaje priamo do tabuľky - zabráni vám to neskôr znova zadávať a spájať údaje. Zistite, ako hodnotiť nadbytočné údaje.
Vždy je vhodné zobraziť svoje údaje čo naj vizuálnejšie. Vytvárajte údajové body v grafe a vyjadrujte trendy najvhodnejšou čiarou alebo krivkou. To vám (a komukoľvek ďalšiemu, kto si prezerá tento graf) pomôže vizualizovať vzory v dátach. Pri väčšine základných experimentov je nezávislá premenná zakreslená na horizontálnej osi x a premenná sa strieda na vertikálnej osi y
Krok 7. Analyzujte svoje údaje a vyvodte závery
Je tvoja hypotéza správna? Existujú v údajoch pozorovateľné trendy? Našli ste nejaké neočakávané údaje? Máte nezodpovedané otázky, ktoré by mohli tvoriť základ pre budúce experimenty? Skúste počas hodnotenia výsledkov odpovedať na tieto otázky. Ak vaše údaje neposkytujú jednoznačnú hypotézu „áno“alebo „nie“, zvážte vykonanie ďalších experimentálnych pokusov a zhromaždenie ďalších údajov.
Ak sa chcete podeliť o svoje výsledky, napíšte komplexný vedecký dokument. Vedieť písať vedecké práce je užitočná zručnosť - výsledky najnovších výskumov musia byť napísané a publikované v určitom formáte
Metóda 2 z 2: Spustenie príkladových experimentov
Krok 1. Vyberte tému a definujte svoje premenné
Z dôvodu tohto príkladu budeme mať jednoduchý a malý experiment. V našom experimente budeme skúmať vplyv rôznych aerosólových palív na strelecký dosah zemiakovej pištole.
- V tomto prípade je typom aerosólového paliva, ktoré používame, „nezávislá premenná“(premenná, ktorú zmeníme), kde vzdialenosť strely je „závislou premennou“.
- Niečo na zváženie v tomto experimente - existuje spôsob, ako zaistiť, aby každá guľka zo zemiakov vážila rovnako? Existuje spôsob, ako použiť rovnaké množstvo paliva na každý výstrel? Oba tieto môžu ovplyvniť rozsah streľby zo zbrane. Najprv zmerajte hmotnosť každej strely a na každý výstrel použite rovnaké množstvo aerosólového spreja.
Krok 2. Vytvorte hypotézu
Ak testujeme sprej na vlasy, sprej na varenie a farbu v spreji, povedzme, že spary na vlasy obsahuje aerosólové palivo s obsahom butánu väčším ako ostatné spreje. Pretože vieme, že bután je horľavý, môžeme predpokladať, že sprej na vlasy pri zapálení vytvorí väčší ťah a vystrelí guľku zo zemiaka ďalej. Napíšeme hypotézu: „V priemere vyšší obsah butánu v aerosólovom palive v spreji na vlasy spôsobí dlhší dosah na streľbu zo zemiakových guľiek s hmotnosťou 250-300 gramov.“
Krok 3. Nastavte predchádzajúci zber údajov
V našom experimente otestujeme každé aerosólové palivo 10 -krát a vypočítame priemerný výnos. Ako experimentálnu kontrolu otestujeme aj aerosólové palivo, ktoré neobsahuje bután. Na prípravu zostavíme naše zemiakové delo, otestujeme ho, aby sme sa presvedčili, že funguje, kúpime si aerosólový sprej a potom nakrájame a odvážime našu zemiakovú guľku.
-
Tiež najskôr vytvoríme dátovú tabuľku. Budeme mať päť zvislých stĺpcov:
- Stĺpec úplne vľavo bude označený ako „Test č.“. Bunky v tomto stĺpci budú obsahovať čísla 1 až 10, ktoré označujú každý pokus o spustenie.
- Nasledujúce štyri stĺpce budú označené názvom aerosólového spreja, ktorý sme použili v experimente. Desať buniek pod hlavičkou každého stĺpca, ktoré budú obsahovať vzdialenosť (v metroch) každého pokusu o spustenie.
- Pod každým zo štyroch stĺpcov na palivo ponechajte priestor na zapísanie priemernej hodnoty pre každú vzdialenosť.
Krok 4. Vykonajte experiment
Každý aerosólový sprej použijeme na vystrelenie desiatich striel, pričom na vystrelenie každej strely použijeme rovnaké množstvo aerosólu. Po každom výstrele zmeráme vzdialenosť medzi jednotlivými guľkami. Tieto údaje zaznamenajte do dátovej tabuľky.
Ako mnoho experimentov, aj náš experiment má niekoľko problémov s bezpečnosťou, ktoré musíme dodržiavať. Aerosólové palivo, ktoré používame, je horľavé - pri zapaľovaní paliva musíme dobre zavrieť kryt strelca zo zemiakov a nosiť hrubé rukavice. Aby sme sa vyhli náhodnému zraneniu strelami, musíme tiež zaistiť, aby sme (alebo iní okoloidúci) pri streľbe stáli pri zbrani - nie pred alebo za ňou
Krok 5. Analyzujte údaje
Povedzme, zistíme, že v priemere lak na vlasy vystrelí zemiaky najďalej, ale sprej na varenie je konzistentnejší. Tieto údaje môžeme vizualizovať. Vhodným spôsobom, ako ilustrovať priemernú vzdialenosť na jeden nástrek, je stĺpcový graf, kde je bodový graf skvelým spôsobom, ako ukázať odchýlky vo vzdialenosti spaľovania každého paliva.
Krok 6. Vyvodte svoje závery
Pozrite si výsledky svojich experimentov. Na základe našich údajov môžeme s istotou povedať, že naša hypotéza je správna. Môžeme tiež povedať, že sme našli niečo, čo sme nepredpovedali - že sprej na varenie priniesol najkonzistentnejšie výsledky. Môžeme nahlásiť akékoľvek problémy alebo neporiadky, ktoré nájdeme - povedzme, že farba v spreji sa hromadí v palebnej komore zemiakového dela, čo sťažuje opakovanú streľbu. Nakoniec môžeme navrhnúť oblasti pre ďalší výskum - napríklad s väčším množstvom paliva môžeme dosiahnuť väčšiu vzdialenosť.
O svoje výsledky by sme sa mohli dokonca podeliť so svetom vo forme vedeckých prác - keďže predmetom našich experimentov môže byť vhodnejšie predstaviť tieto informácie formou trojnásobku vedeckých výstav
Tipy
- Bavte sa a zostaňte v bezpečí.
- Veda je o kladení veľkých otázok. Nebojte sa vybrať si tému, ktorú ste ešte nevideli.
Pozor
- Noste ochranu očí
- Ak sa vám niečo dostane do očí, dôkladne ich vypláchnite najmenej 5 minút.
- Neumiestňujte jedlo ani nápoje do blízkosti vášho pracoviska.
- Pred a po experimente si umyte ruky.
- Pri používaní ostrých nožov, nebezpečných chemikálií alebo horúcich ohňov dbajte na to, aby vás sledoval dospelý.
- Pri manipulácii s chemikáliami noste gumené rukavice.
- Zviažte vlasy dozadu.
