Як провести науковий експеримент: 13 кроків

Проведення експерименту - це той самий метод, яким озброєні вчені, які збираються досліджувати той чи інший феномен, сподіваючись дізнатися про навколишній світ що-небудь нове. Хороші експерименти йдуть чіткому і логічно впорядкованого планом, націлений на виділення і перевірку чітких, конкретно позначених змінних. Вивчивши фундаментальні принципи, що лежать в основі проведення наукових експериментів, ви зможете застосувати їх і в своїх власних експериментах. Незалежно від мети дослідження, всі хороші експерименти проводяться за принципами логіки і дедукції, що лежить в основі наукового методу пізнання, і не важливо, що саме ви вивчаєте - щось на шкільному рівні або ж бозон Хіггса.

кроки

Частина 1 з 2:

Підготовка наукового експерименту

1. Виберіть тему дослідження. Експерименти, чиї результати призводять до повномасштабного перегляду поглядів наукової спільноти на ту мул іншу проблему, вкрай рідкісні. Велика частина експериментів ставить перед собою завдання скромніше - відповісти на якийсь конкретний питання. Наукове знання має в своїй основі накопичення знань, одержуваних у ході незліченних експериментів. Виберіть тему або питання, що залишається без відповіді, які можна досліджувати, провівши невеликий експеримент.

Наприклад, якщо ви хочете провести експеримент з сільськогосподарським добривом, то формулюйте запитання не так - "Яке добриво найкраще?"Чому? У світі повно різних добрив, в рамках одного експерименту ви не зможете досліджувати всі відразу. Краще буде зробити питання конкретніше: "яка концентрація азоту в добриві призводить до найвищих врожаїв кукурудзи?".
Сучасне наукове знання - штука дуже, дуже велика. Якщо ви маєте намір провести серйозне наукове дослідження, то перед початком експерименту ретельно вивчіть, як то кажуть, матчасть. Може, в минулому вже проводилися експерименти, які відповідають на ваше запитання? Якщо так, то скоректуйте тему свого дослідження так, щоб вивчити якусь тему, яка так і залишилася недослідженою.

2. Виділіть змінну або змінні. Хороший науковий експеримент займається тим, що тестує конкретні, вимірювані параметри, які називаються "змінні". Якщо в загальних рисах, то вчений проводить експеримент з деяким рядом тестованих змінних. При проведенні експерименту вкрай важливо змінювати тільки конкретні змінні, досліджувані вами (і тільки їх)!

Повернемося до прикладу з добривом. Наш вчений буде вирощувати кукурудзу на декількох грядках в нирці, удобреному добривами з різним вмістом азоту. На кожну грядку буде вноситися однакову кількість добрив. Більш того, вчений навіть обов`язково переконається в тому, що вміст азоту - це єдина різниця між добривами. Крім того, вчений буде вирощувати одне і теж кількість рослин кукурудзи на кожній грядці, буде вирощувати їх в один і той же час і в одному і тому ж типі грунту.

3. Виступите з гіпотезою. Гіпотеза - це думка про те, якими будуть результати експерименту. Гіпотеза, до слова сказати, це зовсім не сліпа здогад, немає! Хороші гіпотези складаються на базі попереднього дослідження теми експерименту (це проводиться в момент вибору теми дослідження). Побудуйте гіпотезу на підставі даних, отриманих в ході подібних експериментів, проведених вашими колегами або, якщо досліджувана вами проблема ще не дуже добре задокументовано, на підставі наукової літератури і проведених досліджень, дані яких ви зумієте знайти.І пам`ятайте, що гіпотеза може виявитися і помилковою - але навіть в такому випадку це буде вважатися результатом, досягненням! чому? А тому, що ви довели, що гіпотеза, запропонована вами, не вірна.

Як правило, гіпотеза має вигляд квантіфіцірует декларативного пропозиції. Гіпотеза також враховує те, як будуть змінюватися параметри експерименту. Для нашого експерименту з добривами хороша гіпотеза прозвучить так: "Добриво кукурудзи добривами, що містять 400 г. азоту на 36.3 літри, призведе до більшої масі врожаю, ніж у випадку використання добрив з іншим вмістом азоту ".

4. Обміркуйте, як ви будете збирати дані. Важливо заздалегідь знати дві речі: 1) коли ви будете збирати дані-2) які ви будете збирати дані. Вимірювати ці дані треба в умовний час або, якщо то необхідно, через регулярні інтервали. У нашому випадку вимірюється вага врожаїв кукурудзи в кілограмах після певного періоду зростання. Потім це зрівняється з вмістом азоту в добривах, які вносили в нирку. Втім, в інших експериментах цілком доречно буде проводити збір даних интервально.

Якщо організувати дані в таблицю, то працювати буде набагато простіше.

Знайте різницю між залежними і незалежними змінними. Незалежні змінні - це те, що міняєте ви. Залежні змінні - то, що змінюється зі зміною незалежної змінної. У нашому прикладі, відповідно, незалежної змінної буде "вміст азоту", а залежною - маса врожаю. Всі ці дані добре встануть в таблицю у відповідні колонки.

5. Методично проведіть експеримент. Почніть свій експеримент і тестируйте змінну. У переважній більшості випадків, коли потрібно виміряти кілька змінних, вам доведеться провести експеримент кілька разів. Так, ми будемо вирощувати ідентичні рослини кукурудзи і удобрювати їх добривами з різним вмістом азоту. І чим ширше діапазон вхідних даних, тим краще. Записуйте стільки даних, скільки це взагалі можливо.

Невід`ємною частиною будь-якого хорошого експерименту є т.н. "Контрольний зразок". Так, одна з ваших грядок з кукурудзою повинна бути без досліджуваної змінної. Говорячи простіше, одну грядку потрібно удобрювати добривом, в якому немає азоту. Це і буде контрольним зразком - свого роду базовою лінією, в порівнянні з якою будуть вивчатися інші грядки.

Працюючи з небезпечними матеріалами або виконуючи небезпечні дії, виконуйте всі вимоги безпеки.

6. Зберіть дані. Вносьте одержувані в ході експерименту дані в таблицю в міру надходження - так буде простіше працювати. Не забувайте вказувати різко виділяються значення.

Дуже корисно буде візуально представляти дані, особливо якщо така можливість є. Додайте на графіку ключові точки і позначте тренди прямий або курсивною лінією. Це допоможе вам і всім іншим візуалізувати шаблони з даних. У найпростіших експериментах за вісь х беруть дані з незалежних змінних, а віссю у служать дані по залежним змінним.

7. Проаналізуйте дані і зробіть висновок. Чи була гіпотеза вірна? Які тренди можна виділити на основі спостережуваних даних? Зіткнулися Чи ви з чимось несподіваним в ході експерименту? Чи залишилися у вас питання без відповіді, які можуть скласти основу для наступного експерименту? Оцінюючи результати, постарайтеся відповісти на всі ці питання. Якщо ж ваші дані не дозволяють дати чіткої відповіді щодо істинності гіпотези, то проведіть додаткові експерименти і зберіть ще більше даних.

Якщо ви хочете поділитися відкриттями з науковим співтовариством, то напишіть наукову статтю. До слова, цього потрібно навчитися - до того, як пишуться і публікуються дані про проведені дослідження, пред`являються різні вимоги.

Частина 2 з 2:

проведення експерименту

1. Виберіть тему і позначте змінні. Як приклад візьмемо невеликий і простий експеримент. Скажімо, ми досліджуємо те, як впливає використання різних аерозолів на відстань польоту снаряда в картофелестрелах!

Отже, тип використовуваного аерозолю - це незалежна змінна, а от довжина польоту снаряда - залежна.
Про дещо все ж слід задуматися. Так, ви повинні переконатися, що снаряди одного і того ж ваги, а також ви повинні бути впевнені в тому, що кожен постріл споживає однакову кількість аерозолю. чому? Обидва цих параметра можуть вплинути на дистанцію польоту снаряда. Тому зважте всі снаряди і намагайтеся, щоб постріли споживали однакову кількість аерозолю.

2. висувайте гіпотезу. Отже, ми взяли кілька видів аерозолів (спрей для волосся, кулінарний спрей і спрей-фарбу). Припустимо, в спреї для волосся бутану більше, ніж в інших спреях. Так як ми знаємо, що бутан - газ запалюється, то ми можемо висунути гіпотезу про те, що саме спрей для волосся виштовхне снаряд найдалі. Отже, гіпотеза: "Більш висока концентрація бутану в аерозолі (спреї для волосся) призведе до того, що середньостатистичний дистанція, преодолеваемая снарядом вагою 250-300 г. після пострілу, буде перевищувати аналогічні дистанції при стрільбі з використанням інших аерозолів."

3. Заздалегідь організуйте процес збору даних. У нашому експерименті ми тестуватиме всі аерозолі по 10 разів, після чого виведемо середній результат. В якості контрольного зразка, в свою чергу, буде використаний аерозоль, який не містить бутан. В якості підготовки до проведення експерименту ви зберемо картофелестрел, переконаємося в тому, що він працює, закупимо спреї і зважимо картоплю ... тобто снаряди.

І ось як буде виглядати таблиця для запису даних, в якій буде 5 колонок:

Перша колонка - номер випробування. Клітини цієї колонки будуть містити порядковий номер випробування, від 1 до 10.

Наступні чотири колонки будуть підписані назвами використовуваних аерозолів. У клітинах кожної з колонок буде записано відстань, яке пролетить снаряд після пострілу.

Під кожною з цих чотирьох колонок потрібно залишити залишити місце для запису середнього значення.

4. проведіть експеримент. Отже, зробіть по 10 пострілів з кожним з аерозолів, використовуючи один і той же кількість аерозолю на кожен постріл. Після кожного пострілу, відповідно, вимірюйте дистанцію, яку пролетить снаряд і записуйте отримані дані в таблицю.

Цей експеримент, як і багато інших, вимагає дотримання правил безпеки. Використовувані аерозолі спалахують легко і просто - тому картофелестрел повинен бути зібраний як треба, а ви самі повинні надіти щільні рукавиці, коли будете підпалювати паливо. Крім того, ніхто не повинен перебувати на лінії вогню - ні спереду картофелестрела, ні ззаду.

5. Проаналізуйте отримані дані. Припустимо, з`ясувалося, що на спреї для волосся картопля відлітає найдалі, але на кулінарному спреї розкид відстані менше. Ці дані можна представить графічно - гистограммой для середньої довжини польоту снаряда і діаграмою розкиду для відображення розкиду відстані.

6. Зробіть висновки. Після того, як результати будуть проаналізовані, ви зможете сміливо сказати, що висунута вами гіпотеза була вірна. До того ж, ви також зможете сказати, що відкрили щось несподіване - що кулінарний спрей дає самі постійні результати. Крім того, можна повідомити про проблеми, з якими ви зіткнулися в ході експерименту - наприклад, що фарба їх фарби-спрея покриває дуло картофелестрела, що ускладнює кожний наступний постріл. А наостанок ви можете дати рекомендації про те, які питання заслуговують подальшого вивчення - можливо, що більший обсяг використовуваного палива дасть і більший результат.

Поділіться своїми відкриттями з миром! Знайдіть видання або формат, в якому буде найдоречніше явити захопленому світу результати ваших досліджень - і вперед!

Поради

Веселіться, а й про техніку безпеки не забувайте.
Наука - це гра в "постав складне питання". Не бійтеся задавати складні питання щодо недосліджених тем.

попередження

Бережіть очі.
Якщо щось потрапить в очі, то промивайте їх водою хвилин 5, не менш.
Не зберігайте їжу і напої поруч з вашим робочим місцем.
Мій руки до і після експерименту.
Чи працюєте з гострими ножами / небезпечними хімікатами / відкритим вогнем? За вами повинен наглядати дорослий.
Одягайте гумові рукавички при роботі з хімічними речовинами.
Волосся зачешіть тому.