Eksperimentiranje je metoda kojom znanstvenici ispituju prirodne pojave u nadi da će steći nova znanja. Dobri eksperimenti slijede logički dizajn kako bi se izolirala i testirala točno definirana varijabla. Učeći temeljna načela iza eksperimentalnog dizajna, moći ćete primijeniti ta načela na svoje eksperimente. Bez obzira na opseg, svi dobri pokusi rade u skladu s logičkim i deduktivnim načelima znanstvene metode, od projekata petog razreda krumpirovog sata do naprednog istraživanja Higgsa Bozona.
Korak
Metoda 1 od 2: Osmišljavanje znanstvenih eksperimenata
Korak 1. Odaberite određenu temu
Eksperimenti čiji rezultati dovode do promjene znanstvenog 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, nemojte pokušavati odgovoriti na pitanje: "Kakvo 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 pokusa bilo bi "Koja je koncentracija dušika u gnojivu dala najveći urod kukuruza?"
- Suvremena znanstvena znanja vrlo su, vrlo široka. Ako se namjeravate baviti znanstvenim istraživanjem, detaljno istražite svoju temu prije nego počnete osmišljavati svoj eksperiment. Jesu li prethodni pokusi 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 znanstveni eksperimenti testiraju određene, mjerljive parametre tzv promjenjivo.
Općenito, znanstvenik provodi eksperiment za vrijednost varijable koju testira. Jedna vitalna stvar pri provođenju pokusa je prilagođavanje samo određenu varijablu koju testirate (i nema drugih varijabli).
Na primjer, u našem primjeru eksperimenta s gnojivima, naš će znanstvenik posaditi nekoliko velikih biljaka kukuruza u tlo koje se gnoji različitim koncentracijama dušika. On će svakoj biljci dati potrebnu količinu gnojiva točno isti. Pobrinut će se da se kemijski sastav korištenih gnojiva ne razlikuje osim koncentracije dušika - na primjer, neće koristiti gnojiva s većom koncentracijom magnezija za bilo koji od svojih usjeva kukuruza. Također će 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 utemeljena na istraživanju koje ste proveli pri odabiru teme eksperimenta. Temeljite svoju hipotezu na rezultatima sličnih eksperimenata koje su proveli drugi 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 se hipoteza može pokazati pogrešnom - u ovom slučaju još uvijek 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 koja se hrani jednim kilogramom dušika po grmu proizvest će veću masu prinosa od ekvivalentnog usjeva kukuruza uzgojenog s različitim dodatkom dušika
Korak 4. Planirajte prikupljanje podataka
Unaprijed znajte "kada" ćete prikupljati podatke i "koju vrstu" podataka ćete prikupljati. Mjerite te podatke u unaprijed određeno vrijeme, ili u drugim slučajevima, u redovitim intervalima. U našem eksperimentu s gnojivom, na primjer, mjerit ćemo težinu naše biljke kukuruza d (u kilogramima) nakon razdoblja rasta. Usporedit ćemo to sa sadržajem dušika u gnojivu primijenjenom na svaku biljku. U drugim eksperimentima (poput onih koji će mjeriti promjene u varijabli tijekom vremena) potrebno je prikupljati podatke u redovitim intervalima.
- Stvaranje podatkovne tablice prije vremena je dobra ideja - jednostavno unosite svoje podatkovne vrijednosti u tablicu dok je bilježite.
- Upoznajte razliku između ovisnih i neovisnih varijabli. Nezavisna varijabla je varijabla koju mijenjate, a ovisna varijabla je ona na koju utječe nezavisna varijabla. U našem primjeru, "sadržaj dušika" je "neovisna" varijabla, a "prinos (u kg)" je "ovisna" varijabla. Osnovna tablica imat će stupce za obje varijable kako se mijenjaju tijekom vremena.
Korak 5. Metodički provedite svoj eksperiment
Pokrenite svoj eksperiment, provjerite svoje varijable. To gotovo uvijek zahtijeva da više puta eksperimentirate s nekim promjenjivim vrijednostima. U našem primjeru gnojiva uzgojit 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 kontrolirati. 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.
- Promatrajte sve i sve tvari ili procese vezane uz sigurnost u vašem pokusu.
Korak 6. Prikupite svoje podatke
Zapišite podatke izravno u tablicu, ako je moguće - to će vas spriječiti da kasnije morate ponovno unositi i spajati podatke. Saznajte kako procijeniti strano u vašim podacima.
Uvijek je dobra ideja prikazati svoje podatke što je moguće vizualnije. Izradite podatkovne točke na grafikonu i izrazite trendove najprikladnijom linijom ili krivuljom. To će vam pomoći (i svima drugima koji pregledavaju ovaj grafikon) vizualizirati obrasce u podacima. Za većinu osnovnih eksperimenata neovisna varijabla se iscrtava na vodoravnoj osi x, a varijabla koja se izmjenjuje na okomitoj osi y
Korak 7. Analizirajte svoje podatke i izvedite zaključke
Je li vaša hipoteza točna? Postoje li uočljivi trendovi u podacima? Jeste li pronašli neočekivane podatke? Imate li pitanja bez odgovora koja bi mogla biti osnova za buduće pokuse? 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 znanstveni rad. Znati pisati znanstvene 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 ćemo eksperimentu ispitati učinak različitih aerosolnih goriva na streljanu pištolja za krumpir.
- U ovom slučaju, vrsta aerosolnog goriva koje koristimo je "neovisna varijabla" (varijabla koju ćemo promijeniti), gdje je udaljenost metka "ovisna varijabla".
- Nešto što treba uzeti u obzir u ovom eksperimentu - postoji li način da se uvjeri da svaki metak krumpira 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. S obzirom da znamo da je butan zapaljiv, možemo pretpostaviti da će sprej za kosu stvarati veći potisak pri paljenju, ispucavajući metak krumpira dalje. Napisat ćemo hipotezu: "Veći sadržaj butana u aerosolnom gorivu u spreju za kosu u prosjeku će proizvesti duži raspon gađanja pri ispaljivanju krumpirovih metaka težine između 250-300 grama."
Korak 3. Postavite svoju prethodnu zbirku podataka
U našem eksperimentu ćemo testirati svako aerosolno gorivo 10 puta i izračunati prosječni prinos. Također ćemo testirati aerosolno gorivo koje ne sadrži butan kao eksperimentalnu kontrolu. Za pripremu ćemo sastaviti naš top od krumpira, testirati ga kako bismo bili sigurni da radi, kupiti aerosolni sprej, a zatim izrezati i odvagnuti naš metak od krumpira.
-
Također ćemo prvo stvoriti tablicu podataka. Imat ćemo pet okomitih stupaca:
- Krajnji lijevi stupac bit će označen kao "Test #". Ćelije u ovom stupcu sadržavat će brojeve 1-10 koji označavaju svaki pokušaj paljenja.
- Sljedeća četiri stupca bit će označena nazivom aerosolnog spreja koji smo koristili u eksperimentu. Deset ćelija ispod svakog zaglavlja stupca koje će sadržavati udaljenost (u metrima) svakog pokušaja ispaljivanja.
- Ispod svakog od četiri stupca za gorivo ostavite prostor za upisivanje prosječne vrijednosti za svaku udaljenost.
Korak 4. Napravite pokus
Koristit ćemo svaki aerosolni sprej za ispaljivanje deset metaka, koristeći istu količinu aerosola za ispaljivanje svakog metka. Nakon svakog hica, mjernom trakom ćemo izmjeriti udaljenost između svakog metka. Zapišite ove podatke u podatkovnu tablicu.
Kao i mnogi eksperimenti, i naš eksperiment ima neke sigurnosne probleme koje moramo promatrati. Aerosolno gorivo koje koristimo zapaljivo je - moramo dobro zatvoriti poklopac strelca iz krumpira 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 izbija krumpir, ali sprej za kuhanje je dosljedniji. Te podatke možemo vizualizirati. Dobar način za ilustriranje prosječne udaljenosti po raspršivanju je stupčasti grafikon, gdje je raspršenje sjajan način za prikaz varijacija u udaljenosti paljenja svakog goriva.
Korak 6. Izvedite svoje zaključke
Pogledajte rezultate svojih pokusa. Na temelju naših podataka s pouzdanjem možemo reći da je naša hipoteza točna. 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 topljenje topa krumpira, što otežava opetovano pucanje. Konačno, možemo predložiti područja za daljnja istraživanja - na primjer, možda s više goriva možemo doći na veću udaljenost.
Svoje bismo rezultate čak mogli podijeliti sa svijetom u obliku znanstvenih radova - budući da su predmet naših eksperimenata, možda bi bilo prikladnije predstaviti te podatke u obliku trostrukih znanstvenih izložbi
Savjeti
- Zabavite se i ostanite na sigurnom.
- Znanost je postavljanje velikih pitanja. Ne bojte se izabrati temu koju dosad niste vidjeli.
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 mjesta.
- Operite ruke prije i poslije eksperimenta.
- Kad koristite oštre noževe, opasne kemikalije ili vruću vatru, pazite da vas promatra odrasla osoba.
- Prilikom rukovanja kemikalijama nosite gumene rukavice.
- Zavežite kosu unatrag.
