Як провести науковий експеримент

Проведення експерименту - це той самий метод, яким озброєні вчені, що збираються досліджувати той чи інший феномен в надії дізнатися про навколишній світ що-небудь нове. Хороші експерименти слідують чіткому і логічно впорядкованому планом, націленому 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 та дедукції, що лежить в основі наукового методу пізнання, і не важливо, що саме ви вивчаєте - щось на шкільному рівні або ж бозон Хіггса.




Частина 1 з 2: Підготовка наукового експерименту

  1. 1

    Виберіть тему дослідження. Експерименти, чиї результати приводять 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 дослідити, провівши невеликий експеримент.
    • Наприклад, якщо ви хочете провести експеримент із сільськогосподарським добривом, то формулюйте запитання не так - "Яке добриво найкраще?" Чому? У світі повним-повнісінько різних добрив, в рамках одного експерименту ви не зможете досліджувати все відразу. Краще буде зробити питання конкретніше: "яка концентрація азоту в добриві приводить до самих високих врожаїв кукурудзи?".
    • Сучасне наукове знання - штука дуже, дуже обширна. Якщо ви маєте намір провести серйозне наукове дослідження, то перед початком експерименту ретельно вивчіть, як кажуть, матчастину. Може, в минулому вже проводилися експерименти, що відповідають на ваше запитання? Якщо так, то скоректуйте тему свого дослідження так, щоб вивчити якусь тему, яка так і залишилася недослідженою.

  2. 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 поруч тестованих змінних. При проведенні експерименту вкрай важливо змінювати тільки конкретні змінні, досліджувані вами (і тільки їх)!
    • Повернемося до прикладу з добривом. Наш учений буде вирощувати кукурудзу на кількох 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. 3

    Виступите з гіпотезою. Гіпотеза - це думка про те, якими будуть результати експерименту. Гіпотеза, до слова сказати, це зовсім не сліпа здогад, ні! Хороші гіпотези складаються на базі попереднього дослідження теми експерименту (це проводиться в момент вибору теми дослідження). Побудуйте гіпотезу на підставі даних, отриманих в ході схожих експериментів, проведених вашими колегами або, якщо досліджувана вами проблема ще не дуже добре задокументована, на підставі наукової літератури та проведених досліджень, дані яких ви зумієте знайти. І пам`ятайте, що гіпотеза може виявитися і помилковою - але навіть у 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 літра, призведе до більшої масі врожаю, ніж у випадку використання добрив з іншим вмістом азоту".

  4. 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 - те, 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. 5

    Методично проведіть експеримент. Почніть свій експеримент і тестируйте змінну. Практично у всіх випадках, коли потрібно виміряти кілька змінних, вам доведеться провести експеримент кілька разів. Так, ми будемо вирощувати ідентичні рослини кукурудзи та 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.зв. "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, у порівнянні з якою будуть вивчатися інші грядки.
    • Працюючи з небезпечними матеріалами або виконуючи небезпечні дії, виконуйте всі вимоги безпеки.

  6. 6

    Зберіть дані. Вносьте одержувані в ході експерименту дані в таблицю по мірі надходження - так буде простіше працювати. Не забувайте вказувати різко виділяються значення.
    • Дуже корисно буде візуально представляти дані, особливо якщо така можливість є. Розмістіть 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. 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, цьому потрібно навчитися - до того, як пишуться і публікуються дані про проведені дослідження, пред`являються різні вимоги.

Частина 2 з 2: Проведення експерименту

  1. 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. 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 займистий, 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. 3

    Заздалегідь організуйте процес збору даних. У нашому експерименті ми тестуватиме все аерозолі по 10 разів, після чого виведемо середній результат. В якості контрольного зразка, в свою чергу, буде використаний аерозоль, що 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 виглядатиме 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, яку пролетить снаряд після пострілу.
      • Під кожною з цих чотирьох колонок потрібно залишити залишити місце для запису середнього значення.

  4. 4

    Проведіть експеримент. Отже, зробіть по 10 пострілів з кожним з аерозолів, використовуючи один і той 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, потребує 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. 5

    Проаналізуйте отримані дані. Припустимо, з`ясувалося, що на спреї для волосся картопля відлітає далі все, 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. 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, але і про техніку безпеки не забувайте.
  • Наука - це гра в "задай складне питання". Не бійтеся задавати складні питання стосовно недосліджених тем.

Попередження

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