Ο πειραματισμός είναι μια μέθοδος με την οποία οι επιστήμονες εξετάζουν τα φυσικά φαινόμενα με την ελπίδα να αποκτήσουν νέα γνώση. Τα καλά πειράματα ακολουθούν έναν λογικό σχεδιασμό για να απομονώσουν και να δοκιμάσουν μια συγκεκριμένη μεταβλητή που έχει καθοριστεί με ακρίβεια. Μαθαίνοντας τις θεμελιώδεις αρχές πίσω από τον πειραματικό σχεδιασμό, θα μπορείτε να εφαρμόσετε αυτές τις αρχές στα δικά σας πειράματα. Ανεξάρτητα από το εύρος, όλα τα καλά πειράματα λειτουργούν σύμφωνα με τις λογικές και επαγωγικές αρχές της επιστημονικής μεθόδου, από έργα ρολογιού πατάτας πέμπτης τάξης έως προηγμένη έρευνα Higgs Boson.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 2: Σχεδιασμός επιστημονικών πειραμάτων
Βήμα 1. Επιλέξτε ένα συγκεκριμένο θέμα
Τα πειράματα των οποίων τα αποτελέσματα οδηγούν σε αλλαγή της επιστημονικής νοοτροπίας είναι πολύ, πολύ σπάνια. Τα περισσότερα πειράματα απαντούν σε ορισμένες μικρές ερωτήσεις. Η επιστημονική γνώση βασίζεται στα συσσωρευμένα δεδομένα πολλών πειραμάτων. Επιλέξτε ένα θέμα ή αναπάντητη ερώτηση που είναι μικρή σε έκταση και εύκολη στη δοκιμή.
- Για παράδειγμα, εάν θέλετε να πειραματιστείτε με γεωργικά λιπάσματα, μην προσπαθήσετε να απαντήσετε στην ερώτηση "Τι είδους λίπασμα είναι καλύτερο για την καλλιέργεια καλλιεργειών;" Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι λιπασμάτων και πολλοί διαφορετικοί τύποι φυτών στον κόσμο - ένα πείραμα δεν μπορεί να βγάλει καθολικά συμπεράσματα και για τα δύο. Μια καλύτερη ερώτηση για το σχεδιασμό του πειράματος θα ήταν "Ποια συγκέντρωση αζώτου στο λίπασμα παρήγαγε τη μεγαλύτερη καλλιέργεια καλαμποκιού;"
- Η σύγχρονη επιστημονική γνώση είναι πολύ, πολύ ευρεία. Εάν σκοπεύετε να κάνετε επιστημονική έρευνα, ερευνήστε εκτενώς το θέμα σας πριν ξεκινήσετε να σχεδιάζετε το πείραμά σας. Έχουν απαντήσει προηγούμενα πειράματα σε ερωτήσεις που αποτέλεσαν το αντικείμενο εκμάθησης του πειράματός σας; Εάν ναι, υπάρχει τρόπος να προσαρμόσετε το θέμα σας για να απαντήσετε σε ερωτήσεις που δεν έχουν απαντηθεί από υπάρχοντα πειράματα;
Βήμα 2. Απομονώστε τις μεταβλητές σας
Τα καλά επιστημονικά πειράματα δοκιμάζουν συγκεκριμένες, μετρήσιμες παραμέτρους που ονομάζονται μεταβλητός.
Σε γενικές γραμμές, ένας επιστήμονας πραγματοποιεί ένα πείραμα για την τιμή της μεταβλητής που δοκιμάζει. Ένα ζωτικό πράγμα κατά τη διεξαγωγή πειραμάτων είναι η προσαρμογή μόνο τη συγκεκριμένη μεταβλητή που δοκιμάζετε (και όχι άλλες μεταβλητές).
Για παράδειγμα, στο παράδειγμα πειράματος λιπάσματος, ο επιστήμονας μας θα φυτέψει αρκετά μεγάλα φυτά καλαμποκιού σε χώμα που γονιμοποιείται με διαφορετικές συγκεντρώσεις αζώτου. Θα δώσει σε κάθε φυτό την απαιτούμενη ποσότητα λιπάσματος ακριβώς ίδιο. Θα διασφαλίσει ότι η χημική σύνθεση των λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται δεν διαφέρει εκτός από τη συγκέντρωση αζώτου - για παράδειγμα, δεν θα χρησιμοποιήσει λιπάσματα με υψηλότερες συγκεντρώσεις μαγνησίου για καμία από τις καλλιέργειες καλαμποκιού του. Θα φυτέψει επίσης τον ίδιο αριθμό και είδη φυτών καλαμποκιού ταυτόχρονα και στον ίδιο τύπο εδάφους σε κάθε πειραματικό αντίγραφο του.
Βήμα 3. Δημιουργήστε μια υπόθεση
Η υπόθεση είναι μια πρόβλεψη των πειραματικών αποτελεσμάτων. Αυτό δεν πρέπει να είναι απλώς εικασία - μια καλή υπόθεση ενημερώνεται από την έρευνα που κάνατε όταν επιλέξατε ένα θέμα πειράματος. Βάστε την υπόθεσή σας στα αποτελέσματα παρόμοιων πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν από άλλους συναδέλφους στον τομέα σας, εάν επιλύετε ένα πρόβλημα που δεν έχει μελετηθεί σε βάθος, με βάση οποιονδήποτε συνδυασμό λογοτεχνικής έρευνας και καταγεγραμμένων παρατηρήσεων που μπορείτε να βρείτε. Θυμηθείτε ότι ακόμη και αν κάνετε την καλύτερη έρευνα, η υπόθεσή σας μπορεί να αποδειχθεί λανθασμένη - σε αυτή την περίπτωση, εξακολουθείτε να επεκτείνετε τις γνώσεις σας αποδεικνύοντας την πρόβλεψή σας "όχι" σωστή.
Συνήθως, οι υποθέσεις εκφράζονται ως ποσοτικές δηλωτικές προτάσεις. Μια υπόθεση χρησιμοποιεί επίσης τον τρόπο μέτρησης των πειραματικών παραμέτρων. Μια καλή υπόθεση για το παράδειγμα των λιπασμάτων μας είναι: «Ένα φυτό καλαμποκιού που τροφοδοτείται με μια λίβρα αζώτου ανά κουτάλι θα παράγει μεγαλύτερη μάζα απόδοσης από μια ισοδύναμη καλλιέργεια καλαμποκιού που καλλιεργείται με διαφορετικό συμπλήρωμα αζώτου
Βήμα 4. Προγραμματίστε τη συλλογή δεδομένων σας
Γνωρίστε εκ των προτέρων "πότε" θα συλλέξετε δεδομένα και "τι είδους" δεδομένα θα συλλέξετε. Μετρήστε αυτά τα δεδομένα σε προκαθορισμένους χρόνους ή σε άλλες περιπτώσεις, σε τακτά χρονικά διαστήματα. Στο πείραμά μας με λίπασμα, για παράδειγμα, θα μετρήσουμε το βάρος του φυτού καλαμποκιού μας d (σε κιλά) μετά από μια περίοδο ανάπτυξης. Θα το συγκρίνουμε με την περιεκτικότητα σε λίπασμα σε άζωτο που εφαρμόζεται σε κάθε φυτό. Σε άλλα πειράματα (όπως αυτά που θα μετρήσουν τις αλλαγές σε μια μεταβλητή με την πάροδο του χρόνου), είναι απαραίτητο να συλλέγονται δεδομένα σε τακτά χρονικά διαστήματα.
- Η δημιουργία ενός πίνακα δεδομένων εκ των προτέρων είναι καλή ιδέα - απλώς εισάγετε τις τιμές των δεδομένων σας στον πίνακα καθώς τον καταγράφετε.
- Γνωρίστε τη διαφορά μεταξύ εξαρτημένων και ανεξάρτητων μεταβλητών. Η ανεξάρτητη μεταβλητή είναι η μεταβλητή που αλλάζετε και η εξαρτημένη μεταβλητή είναι αυτή που επηρεάζεται από την ανεξάρτητη μεταβλητή. Στο παράδειγμά μας, η "περιεκτικότητα σε άζωτο" είναι η "ανεξάρτητη" μεταβλητή και η "απόδοση (σε κιλά)" είναι η "εξαρτώμενη" μεταβλητή. Ο βασικός πίνακας θα έχει στήλες και για τις δύο μεταβλητές καθώς αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Βήμα 5. Πραγματοποιήστε το πείραμά σας μεθοδικά
Εκτελέστε το πείραμά σας, δοκιμάστε για τις μεταβλητές σας. Αυτό απαιτεί σχεδόν πάντα να πειραματίζεστε επανειλημμένα για ορισμένες μεταβλητές τιμές. Στο παράδειγμα του λιπάσματος, θα καλλιεργήσουμε αρκετές πανομοιότυπες καλλιέργειες καλαμποκιού και θα εφαρμόσουμε λίπασμα που περιέχει διάφορες ποσότητες αζώτου. Γενικά, όσο πιο εκτεταμένα δεδομένα λαμβάνετε, τόσο το καλύτερο. Καταγράψτε όσο το δυνατόν περισσότερα δεδομένα.
- Ένας καλός πειραματικός σχεδιασμός ενσωματώνει αυτό που είναι γνωστό ως έλεγχος. Ένα από τα πειράματά σας με αντίγραφα δεν πρέπει να περιλαμβάνει τη μεταβλητή που δοκιμάζετε καθόλου. Στο παράδειγμα του λιπάσματος, θα συμπεριλάβουμε ένα φυτό καλαμποκιού που λαμβάνει λίπασμα χωρίς άζωτο σε αυτό. Αυτός θα είναι ο έλεγχός μας - θα είναι η βάση για την οποία θα μετρήσουμε την ανάπτυξη άλλων καλλιεργειών καλαμποκιού.
- Παρατηρήστε όλες τις ουσίες ή διαδικασίες που σχετίζονται με την ασφάλεια στο πείραμά σας.
Βήμα 6. Συλλέξτε τα δεδομένα σας
Καταγράψτε δεδομένα απευθείας στον πίνακα, αν είναι δυνατόν - αυτό θα σας αποτρέψει από το να χρειαστεί να εισαγάγετε ξανά και να συγχωνεύσετε δεδομένα αργότερα. Μάθετε πώς μπορείτε να αξιολογήσετε τα παράξενα στα δεδομένα σας.
Είναι πάντα καλή ιδέα να απεικονίσετε τα δεδομένα σας όσο το δυνατόν πιο οπτικά. Δημιουργήστε σημεία δεδομένων στο γράφημα και εκφράστε τάσεις με την πιο κατάλληλη γραμμή ή καμπύλη. Αυτό θα σας βοηθήσει (και όποιον άλλον βλέπετε αυτό το γράφημα) να απεικονίσετε μοτίβα στα δεδομένα. Για τα περισσότερα βασικά πειράματα, η ανεξάρτητη μεταβλητή σχεδιάζεται στον οριζόντιο άξονα x και η μεταβλητή εναλλάσσεται στον κατακόρυφο άξονα y
Βήμα 7. Αναλύστε τα δεδομένα σας και βγάλτε συμπεράσματα
Είναι σωστή η υπόθεσή σας; Υπάρχουν παρατηρήσιμες τάσεις στα δεδομένα; Βρήκατε κάποια απροσδόκητα δεδομένα; Έχετε αναπάντητες ερωτήσεις που θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για μελλοντικά πειράματα; Δοκιμάστε να απαντήσετε σε αυτές τις ερωτήσεις ενώ αξιολογείτε τα αποτελέσματα. Εάν τα δεδομένα σας δεν παρέχουν μια συγκεκριμένη υπόθεση "ναι" ή "όχι", σκεφτείτε να πραγματοποιήσετε επιπλέον πειραματικές δοκιμές και να συλλέξετε περισσότερα δεδομένα.
Για να μοιραστείτε τα αποτελέσματά σας, γράψτε μια ολοκληρωμένη επιστημονική εργασία. Η γνώση της σύνταξης επιστημονικών εργασιών είναι μια χρήσιμη δεξιότητα - τα αποτελέσματα της πρόσφατης έρευνας πρέπει να γραφτούν και να δημοσιευτούν σε μια συγκεκριμένη μορφή
Μέθοδος 2 από 2: Εκτέλεση παραδειγμάτων πειραμάτων
Βήμα 1. Επιλέξτε ένα θέμα και ορίστε τις μεταβλητές σας
Για το λόγο αυτού του παραδείγματος, θα έχουμε ένα απλό και μικρό πείραμα. Στο πείραμά μας, θα εξετάσουμε την επίδραση διαφορετικών καυσίμων αερολυμάτων στην περιοχή βολής του πατατοφόρου.
- Σε αυτή την περίπτωση, ο τύπος καυσίμου αερολύματος που χρησιμοποιούμε είναι η "ανεξάρτητη μεταβλητή" (η μεταβλητή που θα αλλάξουμε), όπου η απόσταση της σφαίρας είναι η "εξαρτώμενη μεταβλητή".
- Κάτι που πρέπει να λάβετε υπόψη σε αυτό το πείραμα - υπάρχει τρόπος να βεβαιωθείτε ότι κάθε σφαίρα πατάτας ζυγίζει το ίδιο; Υπάρχει τρόπος να χρησιμοποιήσετε την ίδια ποσότητα καυσίμου για κάθε βολή; Και τα δύο μπορούν να επηρεάσουν το εύρος βολής του όπλου. Μετρήστε πρώτα το βάρος κάθε σφαίρας και χρησιμοποιήστε την ίδια ποσότητα σπρέι αερολύματος για κάθε βολή.
Βήμα 2. Δημιουργήστε μια υπόθεση
Εάν δοκιμάσουμε το σπρέι μαλλιών, το σπρέι μαγειρέματος και το σπρέι, ας πούμε ότι το spary μαλλιών περιέχει καύσιμο αεροζόλ με περιεκτικότητα σε βουτάνιο μεγαλύτερο από άλλα σπρέι. Δεδομένου ότι γνωρίζουμε ότι το βουτάνιο είναι εύφλεκτο, μπορούμε να υποθέσουμε ότι το σπρέι μαλλιών θα παράγει περισσότερη ώθηση όταν αναφλεγεί, πυροβολώντας μια σφαίρα πατάτας πιο μακριά. Θα γράψουμε την υπόθεση: "Η υψηλότερη περιεκτικότητα σε βουτάνιο στο καύσιμο αεροζόλ στο σπρέι μαλλιών, κατά μέσο όρο, θα παράγει μεγαλύτερο εύρος πυροδότησης όταν εκτοξεύονται σφαίρες πατάτας βάρους μεταξύ 250-300 γραμμαρίων".
Βήμα 3. Ρυθμίστε την προηγούμενη συλλογή δεδομένων
Στο πείραμά μας, θα δοκιμάσουμε κάθε καύσιμο αεροζόλ 10 φορές και θα υπολογίσουμε τη μέση απόδοση. Θα δοκιμάσουμε επίσης ένα καύσιμο αεροζόλ που δεν περιέχει βουτάνιο ως πειραματικό μάρτυρα. Για την προετοιμασία, θα συναρμολογήσουμε το κανόνι πατάτας μας, θα το δοκιμάσουμε για να βεβαιωθούμε ότι λειτουργεί, θα αγοράσουμε ένα σπρέι αεροζόλ και στη συνέχεια θα κόψουμε και θα ζυγίσουμε τη σφαίρα της πατάτας μας.
-
Θα δημιουργήσουμε επίσης έναν πίνακα δεδομένων πρώτα. Θα έχουμε πέντε κάθετες στήλες:
- Η πιο αριστερή στήλη θα φέρει την ετικέτα "Test #". Τα κελιά αυτής της στήλης θα περιέχουν τους αριθμούς 1-10, υποδεικνύοντας κάθε απόπειρα πυροδότησης.
- Οι επόμενες τέσσερις στήλες θα επισημαίνονται με το όνομα του σπρέι αερολύματος που χρησιμοποιήσαμε στο πείραμα. Δέκα κελιά κάτω από κάθε κεφαλίδα στήλης που θα περιέχουν την απόσταση (σε μέτρα) κάθε απόπειρας βολής.
- Κάτω από τις τέσσερις στήλες για καύσιμο, αφήστε χώρο για να γράψετε τη μέση τιμή για κάθε απόσταση.
Βήμα 4. Κάντε το πείραμα
Θα χρησιμοποιήσουμε κάθε σπρέι αερολύματος για να πυροβολήσουμε δέκα σφαίρες, χρησιμοποιώντας την ίδια ποσότητα αερολύματος για να πυροβολήσουμε κάθε σφαίρα. Μετά από κάθε λήψη, θα χρησιμοποιήσουμε μια ταινία μέτρησης για να μετρήσουμε την απόσταση μεταξύ κάθε σφαίρας. Καταγράψτε αυτά τα δεδομένα σε έναν πίνακα δεδομένων.
Όπως πολλά πειράματα, το πείραμά μας έχει κάποια ζητήματα ασφάλειας που πρέπει να τηρήσουμε. Το καύσιμο αεροζόλ που χρησιμοποιούμε είναι εύφλεκτο - πρέπει να κλείσουμε καλά το κάλυμμα του πυροβόλου όπλου και να φοράμε χοντρά γάντια όταν ανάβουμε το καύσιμο. Για να αποφύγουμε τυχαίο τραυματισμό από σφαίρες, πρέπει επίσης να διασφαλίσουμε ότι εμείς (ή άλλοι παρευρισκόμενοι) στεκόμαστε δίπλα στο όπλο ενώ πυροβολούμε - όχι μπροστά ή πίσω από αυτό
Βήμα 5. Αναλύστε τα δεδομένα
Πείτε, διαπιστώνουμε ότι, κατά μέσο όρο, το σπρέι μαλλιών πυροβολεί τις πατάτες το πιο μακρινό, αλλά το σπρέι μαγειρέματος είναι πιο συνεπές. Μπορούμε να απεικονίσουμε αυτά τα δεδομένα. Ένας καλός τρόπος για την απεικόνιση της μέσης απόστασης ανά ψεκασμό είναι ένα γράφημα ράβδων, όπου ένα διάγραμμα διασποράς είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να δείξετε παραλλαγές στην απόσταση καύσης κάθε καυσίμου.
Βήμα 6. Βγάλτε τα συμπεράσματά σας
Δείτε τα αποτελέσματα των πειραμάτων σας. Με βάση τα δεδομένα μας, μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι η υπόθεσή μας είναι σωστή. Μπορούμε επίσης να πούμε ότι βρήκαμε κάτι που δεν είχαμε προβλέψει - ότι το σπρέι μαγειρέματος έδωσε τα πιο σταθερά αποτελέσματα. Μπορούμε να αναφέρουμε τυχόν προβλήματα ή ακαταστασία που βρίσκουμε - ας πούμε ότι η βαφή από βαφή σπρέι συσσωρεύεται στον θάλαμο πυροδότησης ενός πυροβόλου πατάτας, καθιστώντας δύσκολη την επανειλημμένη βολή. Τέλος, μπορούμε να προτείνουμε τομείς για περαιτέρω έρευνα - για παράδειγμα, ίσως με περισσότερα καύσιμα, να έχουμε μεγαλύτερη απόσταση.
Θα μπορούσαμε ακόμη και να μοιραστούμε τα αποτελέσματά μας με τον κόσμο με τη μορφή επιστημονικών εργασιών - δεδομένου ότι το θέμα των πειραμάτων μας, θα ήταν πιο κατάλληλο να παρουσιάσουμε αυτές τις πληροφορίες με τη μορφή τριπλής επιστημονικής έκθεσης
Συμβουλές
- Διασκεδάστε και μείνετε ασφαλείς.
- Η επιστήμη έχει να κάνει με μεγάλες ερωτήσεις. Μην φοβάστε να επιλέξετε ένα θέμα που δεν έχετε ξαναδεί.
Προειδοποίηση
- Φορέστε προστασία ματιών.
- Εάν κάτι πέσει στα μάτια σας, ξεπλύνετε καλά για τουλάχιστον 5 λεπτά.
- Μην τοποθετείτε φαγητό ή ποτό κοντά στο χώρο εργασίας σας.
- Πλύνετε τα χέρια σας πριν και μετά το πείραμα.
- Όταν χρησιμοποιείτε αιχμηρά μαχαίρια, επικίνδυνα χημικά ή πυρκαγιές, βεβαιωθείτε ότι ένας ενήλικας σας παρακολουθεί.
- Φοράτε γάντια από καουτσούκ όταν χειρίζεστε χημικά.
- Δέστε τα μαλλιά πίσω.
