Kokeilu on menetelmä, jolla tutkijat tutkivat luonnonilmiöitä toivoen saada uutta tietoa. Hyvät kokeet noudattavat loogista suunnittelua eristää ja testata tarkasti määriteltyä muuttujaa. Kun opit kokeellisen suunnittelun perusperiaatteet, voit soveltaa näitä periaatteita omiin kokeisiisi. Laajuudesta riippumatta kaikki hyvät kokeet toimivat tieteellisen menetelmän loogisten ja deduktiivisten periaatteiden mukaisesti viidennen luokan perunakelloprojekteista edistyneeseen Higgs Bosonin tutkimukseen.
Vaihe
Menetelmä 1/2: Tieteellisten kokeiden suunnittelu
Vaihe 1. Valitse tietty aihe
Kokeet, joiden tulokset johtavat tieteellisen ajattelutavan muutokseen, ovat hyvin, hyvin harvinaisia. Useimmat kokeet vastaavat tiettyihin pieniin kysymyksiin. Tieteellinen tieto perustuu monien kokeiden kertyneisiin tietoihin. Valitse aihe tai vastaamaton kysymys, joka on pienikokoinen ja helppo testata.
- Jos esimerkiksi haluat kokeilla maatalouslannoitteita, älä yritä vastata kysymykseen "Millainen lannoite on paras viljelykasveille?" Maailmassa on monia erityyppisiä lannoitteita ja monia erilaisia kasveja - yksi kokeilu ei voi antaa yleisiä johtopäätöksiä molemmista. Parempi kysymys kokeen suunnittelussa olisi "Mikä typpipitoisuus lannoitteessa tuotti suurimman maissin?"
- Nykyaikainen tieteellinen tieto on hyvin laaja -alaista. Jos aiot tehdä tieteellistä tutkimusta, tutki aihetta pitkään ennen kuin aloitat kokeilun suunnittelun. Ovatko aiemmat kokeet vastanneet kysymyksiin, joita kokeilusi opetti? Jos on, voiko aiheesi mukauttaa vastaamaan kysymyksiin, joihin nykyiset kokeet eivät ole vastanneet?
Vaihe 2. Eristä muuttujasi
Hyvät tieteelliset kokeet testaavat spesifisiä mitattavia parametreja, joita kutsutaan muuttuja.
Yleisesti ottaen tiedemies suorittaa kokeen testattavan muuttujan arvoon. Yksi tärkeä asia kokeita suoritettaessa on sopeutuminen vain testattava muuttuja (eikä muita muuttujia).
Esimerkiksi lannoite -kokeellisessa esimerkissä tutkijamme istuttaa useita suuria maissikasveja maaperään, joka on lannoitettu eri typpipitoisuuksilla. Se antaa jokaiselle kasville tarvittavan määrän lannoitetta tarkalleen sama. Hän varmistaa, että käytettyjen lannoitteiden kemiallinen koostumus ei eroa muusta kuin typpipitoisuudesta - esimerkiksi hän ei käytä lannoitteita, joissa on korkeampia magnesiumpitoisuuksia missään maissikasvissaan. Hän istuttaa myös saman määrän ja lajeja maissikasveja samaan aikaan ja samalle maaperätyypille jokaisessa kokeellisessa kopiossaan.
Vaihe 3. Luo hypoteesi
Hypoteesi on kokeellisten tulosten ennuste. Tämän pitäisi olla muutakin kuin arvailua - hyvä hypoteesi perustuu tutkimukseen, jonka olet tehnyt kokeen aiheen valinnassa. Jos olet ratkaisemassa ongelmaa, jota ei ole tutkittu perusteellisesti, perustaa hypoteesi muiden saman alan kollegoidesi samanlaisten kokeiden tuloksiin, jotka perustuvat mihin tahansa yhdistelmään kirjallista tutkimusta ja tallennettuja havaintoja. Muista, että vaikka teet parhaan tutkimuksen, hypoteesisi voi osoittautua vääräksi - tässä tapauksessa laajennat tietämystäsi todistamalla ennusteesi "ei" oikeaksi.
Tyypillisesti hypoteesit ilmaistaan määrällisinä deklaratiivisina lauseina. Hypoteesi käyttää myös tapaa, jolla kokeelliset parametrit mitataan. Hyvä hypoteesi lannoiteesimerkillemme on: "Maissikasvi, joka ruokkii yhden kilon typpeä per pussi, tuottaa suuremman satomassan kuin vastaava maissikasvi, jota kasvatetaan eri typpilisällä
Vaihe 4. Suunnittele tiedonkeruusi
Tiedä etukäteen "milloin" keräät tietoja ja "millaisia" tietoja keräät. Mittaa nämä tiedot ennalta määrättyinä aikoina tai muissa tapauksissa säännöllisin väliajoin. Lannoitekokeessamme esimerkiksi mitataan maissikasvimme paino d (kilogrammoina) kasvukauden jälkeen. Vertaamme tätä kullekin kasville levitetyn lannoitteen typpipitoisuuteen. Muissa kokeissa (kuten sellaisissa, jotka mittaavat muuttujan muutoksia ajan mittaan), on tarpeen kerätä tietoja säännöllisin väliajoin.
- Datataulukon luominen etukäteen on hyvä idea - sinun tarvitsee vain syöttää tietoarvosi taulukkoon tallennuksen yhteydessä.
- Tiedä ero riippuvaisten ja riippumattomien muuttujien välillä. Riippumaton muuttuja on muuttuja, jota muutat, ja riippuvainen muuttuja, johon riippumaton muuttuja vaikuttaa. Esimerkissämme "typpipitoisuus" on "riippumaton" muuttuja ja "saanto (kg)" on "riippuvainen" muuttuja. Perustaulukossa on sarakkeet molemmille muuttujille, kun ne muuttuvat ajan myötä.
Vaihe 5. Suorita kokeesi menetelmällisesti
Suorita kokeilu, testaa muuttujasi. Tämä edellyttää lähes aina kokeilua toistuvasti joidenkin muuttujien arvojen suhteen. Lannoite -esimerkissämme kasvatamme useita identtisiä maissikasveja ja levitämme lannoitetta, joka sisältää vaihtelevia määriä typpeä. Yleensä mitä laajempaa tietoa saat, sitä parempi. Tallenna mahdollisimman paljon dataa.
- Hyvä kokeellinen suunnittelu sisältää ns ohjaus. Yksi replikakokeilusi ei "saisi" sisältää testattavaa muuttujaa ollenkaan. Lannoite -esimerkissämme on yksi maissikasvi, joka saa lannoitetta ilman typpeä. Tämä on meidän valvontamme - on lähtökohta, jota vastaan mittaamme muiden maissikasvien kasvua.
- Noudata kokeilussa kaikkia turvallisuuteen liittyviä aineita tai prosesseja.
Vaihe 6. Kerää tietosi
Tallenna tiedot suoraan taulukkoon, jos mahdollista - tämä estää sinua joutumasta syöttämään ja yhdistämään tietoja myöhemmin. Opi arvioimaan tietojesi vieraita ominaisuuksia.
On aina hyvä idea kuvata tietosi mahdollisimman visuaalisesti. Luo datapisteitä kaavioon ja ilmaise suuntauksia sopivimmalla viivalla tai käyrällä. Tämä auttaa sinua (ja kaikkia muita, jotka katsovat tätä kaaviota) visualisoimaan datamalleja. Useimmissa peruskokeissa riippumaton muuttuja piirretään vaakasuuntaiseen x-akseliin ja muuttuja vuorotellen pystysuoraan y-akseliin
Vaihe 7. Analysoi tietosi ja tee johtopäätökset
Onko hypoteesi oikea? Onko tiedoissa havaittavissa trendejä? Löysitkö odottamattomia tietoja? Onko sinulla vastaamattomia kysymyksiä, jotka voivat olla pohjana tuleville kokeille? Yritä vastata näihin kysymyksiin arvioidessasi tuloksia. Jos tietosi eivät tarjoa varmaa "kyllä" tai "ei" -hypoteesia, harkitse lisäkokeellisten kokeiden suorittamista ja tietojen keräämistä.
Voit jakaa tulokset kirjoittamalla kattavan tieteellisen artikkelin. Tieteellisten artikkelien kirjoittaminen on hyödyllinen taito - viimeaikaisen tutkimuksen tulokset on kirjoitettava ja julkaistava tietyssä muodossa
Menetelmä 2/2: Esimerkikokeiden suorittaminen
Vaihe 1. Valitse aihe ja määritä muuttujasi
Tämän esimerkin vuoksi meillä on yksinkertainen ja pieni kokeilu. Kokeessamme tutkimme eri aerosolipolttoaineiden vaikutusta peruna -aseen ampuma -alueelle.
- Tässä tapauksessa käyttämämme aerosolipolttoaineen tyyppi on "riippumaton muuttuja" (muuttuja, jota muutamme), jossa luodin etäisyys on "riippuvainen muuttuja".
- Jotain harkittavaa tässä kokeessa - onko mitään keinoa varmistaa, että jokainen perunaluodi painaa saman? Onko olemassa tapa käyttää yhtä paljon polttoainetta jokaiseen laukaukseen? Molemmat voivat vaikuttaa aseen ampuma -alueeseen. Mittaa ensin kunkin luodin paino ja käytä samaa aerosolisuihketta jokaista laukausta kohden.
Vaihe 2. Luo hypoteesi
Jos testaamme hiuslakkaa, keittosuihketta ja spraymaalia, sanotaan, että hiuslakka sisältää aerosolipolttoainetta, jonka butaanipitoisuus on suurempi kuin muilla suihkeilla. Koska tiedämme, että butaani on tulenarkaa, voimme olettaa, että hiuslakka tuottaa enemmän työntövoimaa syttyessään ja ampuu perunaluodin kauemmas. Kirjoitamme hypoteesin: "Korkeampi butaanipitoisuus hiuslakan aerosolipolttoaineessa tuottaa keskimäärin pidemmän ampuma-alueen, kun ammutaan 250-300 gramman painoisia perunaluoteja."
Vaihe 3. Määritä aiempi tiedonkeruu
Kokeessa testataan jokaista aerosolipolttoainetta 10 kertaa ja lasketaan keskimääräinen saanto. Testaamme kokeellisena kontrollina myös aerosolipolttoaineen, joka ei sisällä butaania. Valmistellaksemme kokoamme perunatykkimme, testaamme sen toimivuuden, ostamme aerosolisuihkun ja leikataan ja punnitaan perunaluodimme.
-
Luomme myös ensin tietotaulukon. Meillä on viisi pystysuoraa saraketta:
- Vasemmanpuoleisimman sarakkeen nimi on "Testi #". Tämän sarakkeen solut sisältävät numerot 1-10, mikä osoittaa jokaisen laukausyrityksen.
- Seuraavat neljä saraketta merkitään kokeessa käyttämämme aerosolisuihkun nimellä. Kymmenen solua kunkin sarakeotsikon alla, jotka sisältävät jokaisen laukaisuyrityksen etäisyyden (metreinä).
- Jätä polttoaineen neljän sarakkeen alle tilaa kirjoittaaksesi keskimääräisen arvon kullekin etäisyydelle.
Vaihe 4. Tee koe
Käytämme jokaista aerosolisuihketta kymmenen luodin laukaisemiseen käyttäen samaa aerosolimäärää jokaisen luodin laukaisuun. Jokaisen laukauksen jälkeen käytämme mittanauhaa luodin välisen etäisyyden mittaamiseen. Tallenna nämä tiedot tietotaulukkoon.
Kuten monissa kokeissa, kokeessamme on joitakin turvallisuusongelmia, jotka meidän on noudatettava. Käyttämämme aerosolipolttoaine on tulenarkaa - meidän on suljettava peruna -ampujan kansi hyvin ja käytettävä paksuja käsineitä polttoaineen sytyttämisessä. Jotta luoteista ei aiheutuisi tapaturmia, meidän on myös varmistettava, että me (tai muut sivulliset) seisomme aseen vieressä ampumisen aikana - emme sen edessä tai takana
Vaihe 5. Analysoi tiedot
Sanotaan, että havaitsemme, että keskimäärin hiuslakka ampuu perunat kauimpana, mutta ruoanlaitto spray on johdonmukaisempi. Voimme visualisoida nämä tiedot. Hyvä tapa havainnollistaa ruiskutuskohtaista keskimääräistä etäisyyttä on pylväskaavio, jossa hajontakaavio on loistava tapa näyttää vaihtelut kunkin polttoaineen polttoetäisyydestä.
Vaihe 6. Tee johtopäätöksesi
Tarkastele kokeilujen tuloksia. Tietojemme perusteella voimme sanoa luottavaisesti, että hypoteesimme on oikea. Voimme myös sanoa, että löysimme jotain, mitä emme ennustaneet - että ruoanlaitto spray antoi johdonmukaisimmat tulokset. Voimme ilmoittaa havaitsemistamme ongelmista tai sotkuista - sanotaan, että spraymaalin maali kerääntyy perunatykin tulipesään, mikä vaikeuttaa toistuvaa polttamista. Lopuksi voimme ehdottaa alueita lisätutkimuksille - esimerkiksi ehkä enemmän polttoainetta, voimme saada pidemmän matkan.
Voisimme jopa jakaa tuloksemme maailmalle tieteellisten asiakirjojen muodossa - kokeilumme aiheena saattaa olla tarkoituksenmukaisempaa esittää nämä tiedot kolminkertaisina tiedenäyttelyinä
Vinkkejä
- Pidä hauskaa ja pysy turvassa.
- Tiede on suurten kysymysten esittämistä. Älä pelkää valita aihetta, jota et ole ennen nähnyt.
Varoitus
- Käytä suojalaseja.
- Jos jotain joutuu silmiin, huuhtele huolellisesti vähintään 5 minuutin ajan.
- Älä aseta ruokaa tai juomaa työpaikan lähelle.
- Pese kädet ennen ja jälkeen kokeilun.
- Kun käytät teräviä veitsiä, vaarallisia kemikaaleja tai kuumia tulipaloja, varmista, että aikuinen tarkkailee sinua.
- Käytä kumikäsineitä kemikaaleja käsitellessäsi.
- Sido hiukset takaisin.
