Experiment är en metod genom vilken forskare undersöker naturfenomen i hopp om att få ny kunskap. Bra experiment följer en logisk design för att isolera och testa en specifik variabel som är exakt definierad. Genom att lära dig de grundläggande principerna bakom experimentell design kommer du att kunna tillämpa dessa principer på dina egna experiment. Oavsett omfattning fungerar alla bra experiment enligt de logiska och deduktiva principerna för den vetenskapliga metoden, från femte klass potatisprojekt till avancerad Higgs Boson -forskning.
Steg
Metod 1 av 2: Designa vetenskapliga experiment
Steg 1. Välj ett specifikt ämne
Experiment vars resultat leder till en förändring av det vetenskapliga tänkandet är mycket, mycket sällsynta. De flesta experimenten besvarar vissa små frågor. Vetenskaplig kunskap bygger på de samlade data från många experiment. Välj ett ämne eller en obesvarad fråga som är liten i omfattning och lätt att testa.
- Till exempel, om du vill experimentera med jordbruksgödselmedel, försök inte svara på frågan "Vilken typ av gödselmedel är bäst för odling av grödor?" Det finns många olika typer av gödningsmedel och många olika typer av växter i världen - ett experiment kan inte ge universella slutsatser för båda. En bättre fråga för att utforma experimentet skulle vara "Vilken koncentration av kväve i gödselmedlet gav den största majsgrödan?"
- Modern vetenskaplig kunskap är mycket, mycket bred. Om du tänker göra vetenskaplig forskning, undersök ditt ämne i detalj innan du börjar designa ditt experiment. Har några tidigare experiment besvarat frågor som var föremål för ditt experiment? Finns det i så fall ett sätt att anpassa ditt ämne för att svara på frågor som inte har besvarats av befintliga experiment?
Steg 2. Isolera dina variabler
Bra vetenskapliga experiment testar specifika, mätbara parametrar som kallas variabel.
I allmänhet gör en forskare ett experiment för värdet av variabeln han testar. En viktig sak när man utför experiment är att justera endast den specifika variabeln du testar (och inga andra variabler).
Till exempel, i vårt exempel på gödningsexperiment, kommer vår forskare att plantera flera stora majsväxter i jord som befruktas med olika kvävekoncentrationer. Det kommer att ge varje växt den nödvändiga mängden gödselmedel exakt samma. Han kommer att se till att den gödningsmedels kemiska sammansättningen inte skiljer sig från kvävekoncentrationen - till exempel kommer han inte att använda gödselmedel med högre magnesiumkoncentrationer för någon av sina majsgrödor. Han kommer också att plantera samma antal och arter av majsväxter samtidigt och på samma jordtyp i var och en av sina experimentella kopior.
Steg 3. Skapa en hypotes
Hypotesen är en förutsägelse av de experimentella resultaten. Detta borde vara mer än bara gissningar - en bra hypotes informeras av den forskning du har gjort när du väljer ett experimentämne. Basera din hypotes på resultaten från liknande experiment som utförts av andra kollegor inom ditt område, om du löser ett problem som inte har studerats på djupet, baserat på någon kombination av litterär forskning och inspelade observationer du kan hitta. Kom ihåg att även om du gör din bästa forskning kan din hypotes bevisas felaktig - i det här fallet utökar du fortfarande dina kunskaper genom att bevisa att din förutsägelse "inte" stämmer.
Typiskt uttrycks hypoteser som kvantitativa deklarativa meningar. En hypotes använder också hur experimentella parametrar mäts. En bra hypotes för vårt gödningsexempel är: "En majsväxt som matas med ett kilo kväve per buske kommer att producera en större utbytesmassa än en motsvarande majsodling som odlas med ett annat kvävetillskott
Steg 4. Planera din datainsamling
Vet i förväg "när" du kommer att samla in data och "vilken typ av" data du kommer att samla in. Mät dessa data vid förutbestämda tider, eller i andra fall, med jämna mellanrum. I vårt gödningsexperiment, till exempel, kommer vi att mäta vikten av vår majsväxt d (i kilogram) efter en period av tillväxt. Vi kommer att jämföra detta med kvävehalten i det gödselmedel som appliceras på varje växt. I andra experiment (t.ex. de som mäter förändringar i en variabel över tid) är det nödvändigt att samla in data med jämna mellanrum.
- Att skapa en datatabell i förväg är en bra idé - du anger helt enkelt dina datavärden i tabellen när du spelar in den.
- Vet skillnaden mellan beroende och oberoende variabler. Den oberoende variabeln är variabeln som du ändrar och den beroende variabeln är den som påverkas av den oberoende variabeln. I vårt exempel är "kvävehalt" den "oberoende" variabeln och "utbyte (i kg)" är den "beroende" variabeln. Grundtabellen kommer att ha kolumner för båda variablerna när de ändras över tiden.
Steg 5. Genomför ditt experiment metodiskt
Kör ditt experiment, testa dina variabler. Detta kräver nästan alltid att du experimenterar upprepade gånger för några variabla värden. I vårt gödselexempel kommer vi att odla flera identiska majsgrödor och applicera ett gödselmedel som innehåller olika mängder kväve. Generellt sett, ju mer omfattande data du får desto bättre. Spela in så mycket data som möjligt.
- En bra experimentell design innehåller det som kallas kontrollera. Ett av dina repliksexperiment bör "inte" innehålla variabeln du testar alls. I vårt gödselexempel kommer vi att inkludera en majsväxt som får gödselmedel utan kväve i den. Detta kommer att vara vår kontroll - kommer att vara baslinjen mot vilken vi kommer att mäta tillväxten av andra majsgrödor.
- Observera alla säkerhetsrelaterade ämnen eller processer i ditt experiment.
Steg 6. Samla dina uppgifter
Spela in data direkt på bordet, om möjligt - detta kommer att hindra dig från att behöva ange och slå samman data senare. Lär dig hur du bedömer det främmande i dina data.
Det är alltid en bra idé att skildra dina data så visuellt som möjligt. Skapa datapunkter i diagrammet och uttryck trender med den lämpligaste linjen eller kurvan. Detta hjälper dig (och alla andra som ser det här diagrammet) att visualisera mönster i data. För de flesta grundläggande experimenten ritas den oberoende variabeln på den horisontella x-axeln och variabeln som växlar på den vertikala y-axeln
Steg 7. Analysera dina data och dra slutsatser
Stämmer din hypotes? Finns det några observerbara trender i data? Hittade du någon oväntad data? Har du obesvarade frågor som kan ligga till grund för framtida experiment? Försök att svara på dessa frågor medan du bedömer resultaten. Om dina data inte ger en definitiv "ja" eller "nej" hypotes, överväg att genomföra ytterligare experimentella försök och samla in mer data.
För att dela dina resultat, skriv en omfattande vetenskaplig uppsats. Att veta hur man skriver vetenskapliga artiklar är en användbar färdighet - resultaten från ny forskning måste skrivas och publiceras i ett visst format
Metod 2 av 2: Exempel på körningsexempel
Steg 1. Välj ett ämne och definiera dina variabler
På grund av detta exempel kommer vi att ha ett enkelt och litet experiment. I vårt experiment kommer vi att undersöka effekten av olika aerosolbränslen på potatispistolens skjutfält.
- I detta fall är den typ av aerosolbränsle vi använder den "oberoende variabeln" (variabeln vi kommer att ändra), där kulavståndet är den "beroende variabeln".
- Något att tänka på i detta experiment - finns det ett sätt att se till att varje potatiskula väger lika? Finns det ett sätt att använda samma mängd bränsle för varje skott? Båda dessa kan påverka skjutområdet för pistolen. Mät vikten på varje kula först och använd samma mängd aerosolspray för varje skott.
Steg 2. Skapa en hypotes
Om vi testar hårspray, matlagningsspray och sprayfärg, låt oss säga att hårsparan innehåller aerosolbränsle med ett butaninnehåll större än andra sprayer. Eftersom vi vet att butan är brandfarligt kan vi anta att hårsprayen kommer att producera mer dragkraft när det antänds och skjuter en potatiskula längre bort. Vi kommer att skriva hypotesen: "Det högre butaninnehållet i aerosolbränslet i hårspray ger i genomsnitt ett längre skjutområde vid avfyrning av potatiskulor som väger mellan 250-300 gram."
Steg 3. Konfigurera din tidigare datainsamling
I vårt experiment kommer vi att testa varje aerosolbränsle 10 gånger och beräkna medelutbytet. Vi kommer också att testa ett aerosolbränsle som inte innehåller butan som experimentell kontroll. För att förbereda kommer vi att montera vår potatiskanon, testa den för att se till att den fungerar, köpa en aerosolspray och sedan skära och väga vår potatiskula.
-
Vi kommer också att skapa en datatabell först. Vi kommer att ha fem vertikala kolumner:
- Kolumnen längst till vänster kommer att märkas "Test #". Cellerna i den här kolumnen innehåller siffrorna 1-10, vilket indikerar varje avfyrningsförsök.
- De kommande fyra kolumnerna kommer att märkas med namnet på den aerosolspray som vi använde i experimentet. Tio celler under varje kolumnrubrik som innehåller avståndet (i meter) för varje avfyrningsförsök.
- Under var och en av de fyra kolumnerna för bränsle, lämna utrymme för att skriva medelvärdet för varje sträcka.
Steg 4. Gör experimentet
Vi kommer att använda varje aerosolspray för att avfyra tio kulor, med samma mängd aerosol för att skjuta varje kula. Efter varje skott använder vi ett måttband för att mäta avståndet mellan varje kula. Spela in dessa data i en datatabell.
Liksom många experiment har vårt experiment några säkerhetsproblem som vi måste observera. Aerosolbränslet som vi använder är brandfarligt - vi måste stänga locket på potatisbösseskytten väl och bära tjocka handskar när vi tänder bränslet. För att undvika oavsiktlig skada från kulor måste vi också se till att vi (eller andra åskådare) står vid pistolen medan vi skjuter - inte framför eller bakom den
Steg 5. Analysera data
Säg att vi finner att hårspray i genomsnitt skjuter potatis längst, men matlagningsspray är mer konsekvent. Vi kan visualisera dessa data. Ett bra sätt att illustrera den genomsnittliga avståndet per spray är ett stapeldiagram, där en spridningsdiagram är ett bra sätt att visa variationer i avståndet för varje bränsle.
Steg 6. Dra dina slutsatser
Visa resultaten av dina experiment. Baserat på våra data kan vi med säkerhet säga att vår hypotes är korrekt. Vi kan också säga att vi hittade något vi inte förutspådde - att matlagningsspray gav de mest konsekventa resultaten. Vi kan rapportera alla problem eller stök som vi hittar - låt oss säga att färg från sprayfärg byggs upp i eldningskammaren i en potatiskanon, vilket gör upprepad avfyrning svår. Slutligen kan vi föreslå områden för vidare forskning - till exempel, kanske med mer bränsle, kan vi få en längre sträcka.
Vi kan till och med dela våra resultat med världen i form av vetenskapliga artiklar - eftersom ämnet för våra experiment kan det vara mer lämpligt att presentera denna information i form av en trefaldig vetenskaplig utställning
Tips
- Ha det roligt och var säker.
- Vetenskap handlar om att ställa stora frågor. Var inte rädd för att välja ett ämne som du inte har sett förut.
Varning
- Använd ögonskydd.
- Om något kommer i ögonen, skölj noggrant i minst 5 minuter.
- Placera inte mat eller dryck nära din arbetsplats.
- Tvätta händerna före och efter experimentet.
- När du använder vassa knivar, farliga kemikalier eller heta bränder, se till att en vuxen tittar på dig.
- Använd gummihandskar vid hantering av kemikalier.
- Knyt håret tillbaka.
