La sperimentazione è il metodo con cui gli scienziati testare i fenomeni naturali, nella speranza di acquisire nuove conoscenze. Buone esperimenti seguono un disegno logico per isolare e testare specifici, variabili precisamente definite. Con l'apprendimento dei principi fondamentali alla base di progettazione sperimentale, sarete in grado di applicare questi principi per i propri esperimenti. Indipendentemente dal loro campo di applicazione, tutti i buoni esperimenti operare secondo le logiche, i principi deduttivi del metodo scientifico, dalla quinta elementare patata orologio progetti science fair di avanguardia Bosone di Higgs ricerca
. Passi per
Parte 1Designing un esperimento scientificamente valido
1Pick un argomento specifico.
esperimenti i cui risultati provocare radicali cambiamenti di paradigma scientifico sono molto, molto rara. La stragrande maggioranza degli esperimenti rispondere alle piccole, domande specifiche. La conoscenza scientifica si basa su l'accumulo di dati provenienti da innumerevoli esperimenti. Scegli un argomento o una domanda senza risposta, con un piccolo, ambito verificabile.
Per esempio, se si vuole fare un esperimento in fertilizzante agricolo, non cercano di rispondere alla domanda: "Quale tipo di fertilizzante è meglio per la crescita delle piante? " Ci sono molti diversi tipi di fertilizzanti e molti tipi diversi di piante in tutto il mondo - un esperimento non sarà in grado di trarre conclusioni universali su entrambi. Una questione molto meglio di progettare un esperimento in giro sarebbe "Quale concentrazione di azoto nei fertilizzanti produce le più grandi coltivazioni di mais?"
moderna conoscenza scientifica è molto, molto vasto. Se avete intenzione di fare una seria ricerca scientifica, la ricerca l'argomento ampiamente prima ancora di iniziare a pianificare il vostro esperimento. Hanno passato gli esperimenti hanno risposto alla domanda che si desidera l'esperimento per lo studio? Se è così, c'è un modo per regolare l'argomento in modo che si rivolge domande lasciate senza risposta di ricerca esistente?
2Isolate la variabile (s). A good esperimenti scientifici test specifico, parametri misurabili chiamati
variabili.
In termini generali, uno scienziato esegue un esperimento per un intervallo di valori per la variabile che è il test per. Una preoccupazione fondamentale durante l'esecuzione di un esperimento è quello di regolare
solo
la variabile specifica (s) si sta testando per (e non altre variabili.)
Per esempio, nel nostro esempio esperimento di fertilizzante, il nostro scienziato sarebbe cresciuto più colture di mais in terreno integrato con i fertilizzanti la cui concentrazione di azoto è diverso. Avrebbe dare ad ogni raccolto di mais
esatto
stessa quantità di fertilizzante. Sarebbe assicurarsi che la composizione chimica dei suoi fertilizzanti utilizzati non differiva in qualche modo oltre la sua concentrazione di azoto - per esempio, non avrebbe utilizzare un concime con una maggiore concentrazione di magnesio per una delle sue colture di mais. Avrebbe anche crescere lo stesso numero e specie di colture di mais esattamente nello stesso momento e nello stesso tipo di terreno in ogni replica del suo esperimento.
3Make un'ipotesi.
un'ipotesi è essenzialmente una previsione del risultato dell'esperimento. Non dovrebbe essere una supposizione cieco - buone ipotesi sono informati dalla ricerca di fondo è stata eseguita al momento di scegliere soggetto del vostro esperimento. Basare la ipotesi sui risultati di esperimenti simili condotti da coetanei nel vostro campo, o, se si sta affrontando un problema che non è stato ben studiato, basarlo su qualsiasi combinazione di ricerca letteratura e osservazione registrato si possono trovare. Ricordate che, nonostante la tua miglior lavoro di ricerca, la tua ipotesi può benissimo essere smentiti -. In questo caso, hai ancora ampliato la vostra conoscenza, nel senso che si è dimostrato che la tua previsione era
non
corretto
in genere, una ipotesi è espressa come una frase dichiarativa quantitativa. Una ipotesi tiene conto anche dei modi che verranno misurati i parametri sperimentali. Una buona ipotesi per il nostro esempio fertilizzante è: ". Coltivazioni di mais integrati con 1 chilo di azoto per bushel si tradurrà in una massa resa maggiore di colture di mais equivalenti coltivati con diversi supplementi di azoto"
4Plan raccolta dei dati.
sapere in anticipo
quando
si raccogliere i dati e
che tipo
dei dati si raccoglierà. Misurare questi dati in tempo oppure, in altri casi, ad intervalli regolari. Nel nostro esperimento di fertilizzanti, per esempio, ci misuriamo il peso delle nostre colture di mais (in chilogrammi) dopo un periodo di crescita insieme. Ci confrontiamo questo per il contenuto di azoto del fertilizzante ogni raccolto è stato trattato con. Per altri esperimenti (come ad esempio quelli che misurano la variazione di una certa variabile nel tempo), è necessario raccogliere dati a intervalli regolari
Fare una tabella di dati in anticipo è una grande idea -. Sarete in grado di è sufficiente inserire i valori dei dati nella tabella come averle registrate.
Conoscere la differenza tra voi variabili dipendenti e indipendenti. Una variabile indipendente è la variabile che si modifica e una variabile dipendente è quello interessato dalla variabile indipendente. Nel nostro esempio, "il contenuto di azoto" è il
variabile
indipendenti, e "la resa (in kg)" è il
variabile dipendente
. Una tabella di base avrà colonne per entrambe le variabili che cambiano nel corso del tempo.
5Conduct l'esperimento metodicamente.
Eseguire l'esperimento, test per la variabile. Questo richiede quasi sempre per eseguire l'esperimento più volte per più valori delle variabili. Nel nostro esempio fertilizzante, faremo crescere più colture identiche mais e integrarli con fertilizzanti contenenti diverse quantità di azoto. In generale, la gamma più ampia di dati che si può raccogliere, meglio è. Registra più dati è fattibile.
Un buon design sperimentale comprende ciò che è noto come un
Controllo.
Una delle vostre repliche sperimentali dovrebbe
non
includere la variabile si sta testando per affatto. Nel nostro esempio fertilizzante, includeremo un raccolto di mais che riceve un fertilizzante senza azoto in esso. Questo sarà il nostro controllo - sarà la linea di base contro la quale ci misuriamo la crescita delle nostre altre colture di mais
Osservare ogni e tutte le misure di sicurezza connessi con sostanze pericolose o processi nel vostro esperimento
.. .
6Collect i dati
Registra i tuoi dati direttamente nella tabella, se possibile - si risparmia il mal di testa di rientrare e di consolidamento dei dati in seguito. Sapere come valutare valori anomali nei dati.
E 'sempre una buona idea per rappresentare visivamente i dati, se potete. punti dati Plot su un grafico e le tendenze espresse con una linea o una curva di best fit. Questo vi aiuterà a (e chiunque altro che vede il grafico) visualizza i modelli nei dati. Per la maggior parte degli esperimenti di base, la variabile indipendente è rappresentato sull'asse orizzontale x e la variabile dipendente è sull'asse verticale y.
7Analyse i dati e giungere ad una conclusione.
Era la tua ipotesi corretta? Erano lì tendenze osservabili nei dati? Hai riscontrato dei dati inaspettati? Avete delle domande senza risposta che potrebbero costituire la base per un futuro esperimento? Prova a rispondere a queste domande, come a valutare i risultati. Se i dati non dà la tua ipotesi di un definitivo "sì" o "no", in considerazione l'esecuzione prove sperimentali supplementari e raccogliendo più dati.
Per condividere i risultati, scrivere un articolo scientifico completo. Saper scrivere un articolo scientifico è una competenza utile - i risultati delle più nuove ricerche devono essere scritti e pubblicati in base a un formato specifico
Parte 2Running un esperimento di esempio
1Pick un argomento e definire le variabili.
Ai fini di questo esempio, sceglieremo un semplice esperimento su piccola scala. Nel nostro esperimento, faremo testare gli effetti dei diversi combustibili aerosol sul poligono di tiro di una pistola di patate.
In questo caso, il tipo di combustibile di aerosol che usiamo è il
variabile indipendente (la variabile si cambia), mentre la gamma del proiettile è il
variabile dipendente
Cose da considerare per questo esperimento -. c'è un modo per garantire che ogni proiettile patata ha lo stesso peso ? C'è un modo di amministrare la stessa quantità di carburante di aerosol per ogni cottura? Entrambi questi può potenzialmente influenzare la portata della pistola. Pesare ogni proiettile in anticipo e alimentare ogni colpo con la stessa quantità di aerosol spray.
2Make un'ipotesi.
Se stiamo testando spray per capelli, spray da cucina, e vernice spray, diciamo che lo spruzzo di capelli ha un propellente aerosol con una maggiore quantità di butano rispetto agli altri spray. Perché sappiamo che il butano è infiammabile, si può ipotizzare che la lacca per capelli produrrà una maggiore forza propulsiva quando acceso, l'invio di un proiettile di patate più lontano. Vorremmo scrivere la nostra ipotesi come: "Il contenuto di butano alta del propulsore degli aerosol nella lacca sarà, in media, di produrre una gamma più lungo quando sparare un proiettile di patate di peso compreso tra 250-300 grammi."
3Organize i dati raccolta in anticipo.
Nel nostro esperimento, ci prova ogni combustibile aerosol 10 volte e la media dei risultati. Ci sarà anche prova un combustibile di aerosol che non contiene butano come il nostro controllo sperimentale. Per preparare, ci montiamo la nostra cannone di patate, Test di garantire che funziona, acquistare i nostri spray e scolpire e pesare i nostri proiettili di patate.
Creiamo anche la nostra tabella di dati in anticipo. Avremo cinque colonne verticali:
La colonna più lontana a sinistra sarà etichettato "Trial #". Le celle di questa colonna semplicemente contenere i numeri 1-10, a significare ogni tentativo di sparare.
I seguenti quattro colonne saranno etichettate con i nomi delle bombolette spray che stiamo usando nel nostro esperimento. I dieci celle sotto ogni intestazione di colonna conterranno la gamma (in metri) di ogni tentativo di sparare.
Sotto le quattro colonne per ciascun combustibile, lasciare uno spazio per scrivere il valore medio delle gamme.
4Conduct l'esperimento.
Useremo ogni spray aerosol per sparare dieci proiettili, utilizzando la stessa quantità di aerosol spray al fuoco ogni proiettile. Dopo ogni tiro, useremo un metro a nastro lungo per misurare la portata del nostro proiettile viaggiato. Registrare questo dati nella tabella di dati.
Come molti esperimenti, il nostro esperimento ha alcuni problemi di sicurezza che dobbiamo osservare. I combustibili aerosol che stiamo usando sono infiammabili - dovremmo essere sicuri di chiudere tappo sparo della pistola di patate in modo sicuro e di indossare guanti pesanti durante l'accensione del combustibile. Per evitare lesioni accidentali dai proiettili, dobbiamo anche fare in modo che noi (e gli eventuali osservatori) sono in piedi al lato della pistola come si spara -. Non davanti o dietro di esso
5Analyze i dati.
Diciamo abbiamo scoperto che, in media, la lacca per capelli girato le patate la più lontana, ma lo spray cucina era più coerente. Possiamo rappresentare tali dati visivamente. Un buon modo per rappresentare la gamma medio per ogni spruzzo è con un grafico a barre, mentre un grafico a dispersione è un buon modo per mostrare la variazione di poligoni di tiro di ciascun combustibile.
6Make vostre conclusioni.
Riflettere sui risultati sperimentali . Sulla base dei nostri dati, possiamo dire con fiducia che la nostra ipotesi era corretta. Possiamo anche dire che abbiamo scoperto qualcosa che non prevediamo - che il spray da cucina ha prodotto i risultati più consistenti. Siamo in grado di segnalare eventuali problemi o snafus che abbiamo incontrato - diciamo che la vernice dalla vernice spray costruito all'interno della camera di cottura del cannone di patate, facendo ripetuti sparando difficile. Infine, possiamo suggerire aree per ulteriori ricerche - per esempio, magari con una maggiore quantità di carburante, siamo in grado di raggiungere una maggiore gamma
Possiamo anche condividere i nostri risultati con il mondo, sotto forma di un articolo scientifico -. Data l'oggetto del nostro esperimento, può essere più appropriato per presentare queste informazioni sotto forma di una scienza fiera visualizzazione tri-fold.