Eksperimentai - tai metodas, kurio pagalba mokslininkai tiria gamtos reiškinius, tikėdamiesi įgyti naujų žinių. Geri eksperimentai atliekami pagal logišką planą, kad būtų galima išskirti ir išbandyti konkrečiai tiksliai apibrėžtą kintamąjį. Išmokę pagrindinius eksperimentinio dizaino principus, galėsite pritaikyti šiuos principus savo eksperimentams. Nepriklausomai nuo apimties, visi geri eksperimentai veikia pagal loginius ir dedukcinius mokslinio metodo principus - nuo penktos klasės bulvių laikrodžio projektų iki pažangių Higso Bosono tyrimų.
Žingsnis
1 iš 2 metodas: mokslinių eksperimentų kūrimas
Žingsnis 1. Pasirinkite konkrečią temą
Eksperimentai, kurių rezultatai keičia mokslo mąstyseną, yra labai, labai reti. Dauguma eksperimentų atsako į tam tikrus nedidelius klausimus. Mokslinės žinios yra sukurtos iš sukauptų daugelio eksperimentų duomenų. Pasirinkite mažos apimties temą arba neatsakytą klausimą, kurį lengva išbandyti.
- Pavyzdžiui, jei norite eksperimentuoti su žemės ūkio trąšomis, nebandykite atsakyti į klausimą: „Kokios trąšos geriausiai tinka auginti pasėlius?“. Pasaulyje yra daug įvairių trąšų rūšių ir daug skirtingų augalų rūšių - vienas eksperimentas negali duoti visuotinių išvadų dėl abiejų. Geresnis klausimas planuojant eksperimentą būtų "Kokia azoto koncentracija trąšose davė didžiausią kukurūzų derlių?"
- Šiuolaikinės mokslo žinios yra labai plačios. Jei ketinate atlikti mokslinius tyrimus, prieš pradėdami kurti eksperimentą, ilgai ištirkite savo temą. Ar bet kurie ankstesni eksperimentai atsakė į klausimus, kurie buvo jūsų mokymosi objektas? Jei taip, ar yra būdas pritaikyti savo temą, kad būtų galima atsakyti į klausimus, į kuriuos nebuvo atsakyta esamuose eksperimentuose?
2 veiksmas. Izoliuokite savo kintamuosius
Geri mokslo eksperimentai išbando specifinius, išmatuojamus parametrus, vadinamus kintamasis.
Apskritai, mokslininkas atlieka eksperimentą, kad nustatytų kintamojo vertę. Vienas esminis dalykas atliekant eksperimentus yra prisitaikymas tik konkretų kintamąjį, kurį bandote (ir jokių kitų kintamųjų).
Pavyzdžiui, mūsų trąšų eksperimento pavyzdyje mūsų mokslininkas kelis didelius kukurūzų augalus pasodins į dirvą, tręštą skirtinga azoto koncentracija. Tai suteiks kiekvienam augalui reikiamą trąšų kiekį tiksliai tas pats. Jis užtikrins, kad naudojamų trąšų cheminė sudėtis nesiskirtų, išskyrus azoto koncentraciją - pavyzdžiui, nenaudos didesnės magnio koncentracijos trąšų jokiems savo kukurūzų pasėliams. Jis taip pat pasodins tą patį skaičių ir rūšių kukurūzų augalų tuo pačiu metu ir ant to paties dirvožemio tipo kiekvienoje savo eksperimentinėje kopijoje.
Žingsnis 3. Sukurkite hipotezę
Hipotezė yra eksperimentinių rezultatų prognozė. Tai turėtų būti daugiau nei tik spėjimas - gera hipotezė pagrįsta tyrimais, kuriuos atlikote pasirinkdami eksperimento temą. Jei sprendžiate problemą, kuri nebuvo išsamiai išnagrinėta, remkitės savo hipoteze panašių eksperimentų, kuriuos atliko kiti jūsų srities kolegos, rezultatais, remdamiesi bet kokiu literatūros tyrimų ir užfiksuotų stebėjimų deriniu. Atminkite, kad net jei atliksite geriausius tyrimus, jūsų hipotezė gali būti įrodyta neteisinga - šiuo atveju jūs vis dar plečiate savo žinias, įrodydami savo prognozę „ne“teisingą.
Paprastai hipotezės išreiškiamos kiekybiniais deklaratyviniais sakiniais. Hipotezėje taip pat naudojamas eksperimentinių parametrų matavimo būdas. Gera mūsų trąšų pavyzdžio hipotezė yra tokia: „Kukurūzų augalas, šeriamas vienu svaru azoto viename krūme, duos didesnę derlių nei lygiavertis kukurūzų derlius, išaugintas naudojant kitokį azoto priedą
Žingsnis 4. Suplanuokite savo duomenų rinkimą
Iš anksto žinokite „kada“rinksite duomenis ir „kokio tipo“duomenis. Išmatuokite šiuos duomenis iš anksto nustatytu laiku arba kitais atvejais reguliariai. Pavyzdžiui, atlikdami trąšų eksperimentą, mes išmatuosime kukurūzų augalo svorį d (kilogramais) po augimo laikotarpio. Palyginsime tai su kiekvienam augalui tręšiamų azoto kiekiu. Atliekant kitus eksperimentus (pvz., Tuos, kurie matuos kintamojo pokyčius laikui bėgant), būtina reguliariai rinkti duomenis.
- Sukurti duomenų lentelę iš anksto yra gera idėja - tiesiog įrašote duomenų reikšmes į lentelę, kai ją įrašote.
- Žinokite skirtumą tarp priklausomų ir nepriklausomų kintamųjų. Nepriklausomas kintamasis yra kintamasis, kurį keičiate, o priklausomas kintamasis yra tas, kurį veikia nepriklausomas kintamasis. Mūsų pavyzdyje „azoto kiekis“yra „nepriklausomas“kintamasis, o „išeiga (kg)“- „priklausomas“kintamasis. Pagrindinėje lentelėje bus abiejų kintamųjų stulpeliai, kurie laikui bėgant kinta.
5 žingsnis. Atlikite eksperimentą metodiškai
Vykdykite eksperimentą, patikrinkite savo kintamuosius. Beveik visada reikia pakartotinai eksperimentuoti su kai kuriomis kintamosiomis vertėmis. Mūsų trąšų pavyzdyje auginsime kelis identiškus kukurūzų pasėlius ir tręšime įvairaus kiekio azoto. Paprastai kuo daugiau duomenų gausite, tuo geriau. Įrašykite kuo daugiau duomenų.
- Geras eksperimentinis dizainas apima tai, kas vadinama kontrolė. Viename iš jūsų kopijų eksperimentų „neturėtų būti“kintamasis, kurį bandote. Į savo trąšų pavyzdį įtraukime vieną kukurūzų augalą, kuris gauna trąšas be azoto. Tai bus mūsų kontrolė - tai bus pagrindas, pagal kurį mes vertinsime kitų kukurūzų pasėlių augimą.
- Savo eksperimente stebėkite visas su sauga susijusias medžiagas ar procesus.
Žingsnis 6. Surinkite savo duomenis
Jei įmanoma, įrašykite duomenis tiesiai į lentelę - tai neleis vėliau iš naujo įvesti ir sujungti duomenų. Sužinokite, kaip įvertinti pašalinius duomenis.
Visada gera mintis pavaizduoti savo duomenis kuo vizualiau. Sukurkite duomenų taškus diagramoje ir išreikškite tendencijas tinkamiausia linija ar kreive. Tai padės jums (ir visiems kitiems, žiūrintiems šią diagramą) vizualizuoti duomenų modelius. Daugeliui pagrindinių eksperimentų nepriklausomas kintamasis nubraižomas ant horizontalios x ašies, o kintamasis keičiamas vertikalioje y ašyje
Žingsnis 7. Išanalizuokite savo duomenis ir padarykite išvadas
Ar jūsų hipotezė teisinga? Ar yra pastebimų duomenų tendencijų? Ar radote netikėtų duomenų? Ar turite neatsakytų klausimų, kurie gali būti pagrindas būsimiems eksperimentams? Vertindami rezultatus, pabandykite atsakyti į šiuos klausimus. Jei jūsų duomenys nepateikia aiškios „taip“arba „ne“hipotezės, apsvarstykite galimybę atlikti papildomus eksperimentinius bandymus ir surinkti daugiau duomenų.
Norėdami pasidalinti savo rezultatais, parašykite išsamų mokslinį straipsnį. Mokėti rašyti mokslinius straipsnius yra naudingas įgūdis - naujausių tyrimų rezultatai turi būti parašyti ir paskelbti tam tikru formatu
2 metodas iš 2: eksperimentų vykdymas
1 žingsnis. Pasirinkite temą ir apibrėžkite savo kintamuosius
Dėl šio pavyzdžio turėsime paprastą ir nedidelį eksperimentą. Savo eksperimente mes išnagrinėsime skirtingų aerozolinių degalų poveikį bulvių pistoleto šaudymo diapazonui.
- Šiuo atveju mūsų naudojamas aerozolinio kuro tipas yra „nepriklausomas kintamasis“(kintamasis, kurį pakeisime), kur kulkos atstumas yra „priklausomas kintamasis“.
- Ką reikia apsvarstyti atliekant šį eksperimentą - ar yra būdas įsitikinti, kad kiekviena bulvių kulka sveria vienodai? Ar yra būdas kiekvienam kadrui sunaudoti tą patį degalų kiekį? Abi jos gali paveikti pistoleto šaudymo diapazoną. Pirmiausia išmatuokite kiekvienos kulkos svorį ir kiekvienam šūviui naudokite tą patį aerozolio kiekį.
2 žingsnis. Sukurkite hipotezę
Jei išbandytume plaukų purškiklį, virimo purškiklį ir purškiamus dažus, tarkime, kad plaukų spary sudėtyje yra aerozolinio kuro, kurio butano kiekis yra didesnis nei kitų purškiklių. Kadangi žinome, kad butanas yra degus, galime kelti hipotezę, kad plaukų purškiklis užsidegęs sukels didesnę trauką, nušaudamas bulvių kulką toliau. Parašysime hipotezę: „Didesnis butano kiekis aerozolių degaluose plaukų lakuose vidutiniškai sukels ilgesnį šaudymo diapazoną, kai bus šaudoma iš 250–300 gramų bulvių kulkų“.
Žingsnis 3. Nustatykite ankstesnį duomenų rinkimą
Savo eksperimente kiekvieną aerozolinį kurą išbandysime 10 kartų ir apskaičiuosime vidutinį derlių. Taip pat kaip eksperimentinę kontrolę išbandysime aerozolinį kurą, kuriame nėra butano. Norėdami paruošti, mes surinksime savo bulvių patranką, išbandysime, ar ji veikia, nusipirksime aerozolinį purškiklį, o tada supjaustysime ir pasversime bulvių kulką.
-
Taip pat pirmiausia sukursime duomenų lentelę. Turėsime penkis vertikalius stulpelius:
- Kairiausias stulpelis bus pažymėtas „Test #“. Šio stulpelio langeliuose bus skaičiai 1–10, nurodantys kiekvieną bandymą paleisti.
- Kiti keturi stulpeliai bus pažymėti aerozolio purškimo, kurį naudojome eksperimente, pavadinimu. Dešimt langelių po kiekviena stulpelio antrašte, kurioje bus nurodytas kiekvieno bandymo paleisti atstumas (metrais).
- Po kiekvienu iš keturių degalų stulpelių palikite vietos įrašyti kiekvieno atstumo vidutinę vertę.
Žingsnis 4. Atlikite eksperimentą
Kiekvieną aerozolinį purškiklį naudosime dešimt kulkų, kiekvienam kulkai - tą patį aerozolio kiekį. Po kiekvieno šūvio matuokliu matuosime atstumą tarp kiekvienos kulkos. Įrašykite šiuos duomenis į duomenų lentelę.
Kaip ir daugelis eksperimentų, mūsų eksperimentas turi tam tikrų saugos problemų, kurių turime laikytis. Mūsų naudojamas aerozolinis kuras yra degus - mes turime gerai uždaryti bulvių pistoleto dangtelį ir uždegti degalus mūvėdami storas pirštines. Kad išvengtume atsitiktinio kulkų sužalojimo, taip pat turime užtikrinti, kad šaudydami mes (ar kiti pašaliniai) stovėtume prie ginklo - ne priešais ar už jo
Žingsnis 5. Analizuokite duomenis
Tarkime, mes pastebime, kad vidutiniškai plaukų purškiklis labiausiai nušauna bulves, tačiau virimo purškiklis yra nuoseklesnis. Mes galime vizualizuoti šiuos duomenis. Geras būdas iliustruoti vidutinį atstumą per purškimą yra juostinė diagrama, kurioje išsklaidymo grafikas yra puikus būdas parodyti kiekvieno kuro degimo atstumo skirtumus.
Žingsnis 6. Padarykite savo išvadas
Peržiūrėkite savo eksperimentų rezultatus. Remdamiesi savo duomenimis, galime užtikrintai teigti, kad mūsų hipotezė yra teisinga. Taip pat galime pasakyti, kad radome tai, ko neprognozavome - tas virimo purškiklis davė pačius nuosekliausius rezultatus. Galime pranešti apie bet kokias aptiktas problemas ar netvarką - tarkime, dažai iš purškiamų dažų kaupiasi bulvių patrankos šaudymo kameroje, o tai apsunkina pakartotinį šaudymą. Galiausiai galime pasiūlyti tolesnių tyrimų sritis - pavyzdžiui, galbūt su daugiau degalų galime nuvažiuoti didesnį atstumą.
Mes netgi galėtume pasidalyti savo rezultatais su pasauliu mokslinių straipsnių pavidalu - kadangi mūsų eksperimentų objektas, gali būti tikslingiau šią informaciją pateikti kaip tris parodas
Patarimai
- Linksminkis ir būk saugus.
- Mokslas yra užduoti didelius klausimus. Nebijokite pasirinkti temos, kurios dar nematėte.
Įspėjimas
- Dėvėkite akių apsaugą.
- Jei kas nors pateko į akis, gerai nuplaukite mažiausiai 5 minutes.
- Nedėkite maisto ar gėrimų šalia savo darbo vietos.
- Prieš ir po eksperimento nusiplaukite rankas.
- Kai naudojate aštrius peilius, pavojingas chemines medžiagas ar karštą ugnį, įsitikinkite, kad jus stebi suaugęs žmogus.
- Dirbdami su chemikalais, mūvėkite gumines pirštines.
- Suriškite plaukus atgal.
