Kā veikt zinātnisku eksperimentu

Saturs

• posmi
• 1. daļa Stingri zinātniskā eksperimenta izstrāde
• 2. daļa Tipiska eksperimenta veikšana

Šajā rakstā: Stingri zinātniskā eksperimenta izstrādeTipiska eksperimenta veikšana

Cerībā atklāt jaunas zināšanas, zinātnieki ar eksperimentu palīdzību pārbauda un analizē dabas parādības. Lai eksperiments būtu labvēlīgs zināšanu konstruēšanai, tam ir jāievēro loģiska shēma, lai mēs varētu identificēt un izpētīt dažādus mainīgos. Jo precīzāki un precīzi definēti tie ir, jo vairāk mēs varēsim izdarīt secinājumus par šo vai šo parādību. Visi vārda cienīgi eksperimenti notiek pēc zinātniskās metodes atskaitīšanas loģiskajiem principiem, sākot ar mūsu desmit gadu pulksteni, ko baro ar kartupeļiem, līdz Higsa Bosona progresīvajiem pētījumiem. Lai šos principus varētu izmantot savā pieredzē, izlasiet šo rakstu: tas piedāvā jums iepazīstināt ar pamatiem.

posmi

1. daļa Stingri zinātniskā eksperimenta izstrāde

1. Izvēlieties noteiktu tēmu. Neļaujiet sevi apmānīt: eksperimenti, kuru rezultātā notiek lielas izmaiņas zinātniskajā paradigmā, ir ārkārtīgi reti. Gluži pretēji, vairums eksperimentu sniedz atbildes uz ļoti specifiskiem jautājumiem. Zināšanu uzkrāšanai ir tikai viens veids: uzkrāt pēc iespējas vairāk pieredzes. Tāpēc ir vēlams pievērsties vienkāršiem jautājumiem, kuru tvērums ir ierobežots, bet izmērāmi.
   • Piemēram, nejautājiet sev: "Kāds ir labākais mēslojuma veids augu audzēšanai? Ja vēlaties iegūt aizkustinošu pieredzi ar lauksaimniecības mēslojumu. Pasaulē ir tik daudz dažādu mēslojuma veidu, ka par to nevar izdarīt noderīgus secinājumus. Daudz labāk būtu uzdot jautājumu, piemēram: “Cik daudz slāpekļa rada mēslojums visražīgākajām kukurūzas kultūrām? "
   • Ziniet, ka mūsdienu zinātniskās zināšanas jau ir ārkārtīgi paplašinātas. Ja plānojat nopietni uzsākt pētījumu, iepriekš rūpīgi izpētiet izvēlēto tēmu. Patiešām, pirms sākat organizēt savējo, jums jāpārliecinās, ka nav veikta identiska pieredze. Ja jums jau ir atbilde uz problēmu, kuru vēlaties izskatīt, mēģiniet pielāgot tēmu, lai atbildētu uz jautājumiem, kas ir atstāti.

2. 
   

   
   
   
   Izolējiet dažādus mainīgos lielumus. Zinātniskie eksperimenti, kas veikti, pārbaudot precīzus un izmērāmus parametrus, ts mainīgie. Citiem vārdiem sakot, zinātnieki veic eksperimentu, piešķirot pētāmajam mainīgajam atšķirīgu vērtību kopu. Ir ļoti svarīgi, lai šis mainīgais lielums būtu vienīgais jāmaina, pretējā gadījumā rezultāti nebūtu izmantojami. Tikai tad, kad eksperiments ir beidzies, mēs to varam atjaunot, šoreiz modificējot citu mainīgo.
   • Ņemsim par piemēru mūsu pieredzi mēslošanas jomā. Mūsu ieteiktais zinātnieks audzēs vairākas dažādas kukurūzas kultūras, nogādājot mēslojumu, kura slāpekļa koncentrācija atšķirsies. Viņš parūpēsies, lai katra kultūra tiktu piedāvāta tieši tā tāds pats mēslojuma daudzums. Turklāt viņam jāpārliecinās, ka katra mēslojuma ķīmiskais sastāvs ir identisks pārējo mēslošanas līdzekļu sastāvam, izņemot slāpekļa koncentrāciju. Piemēram, tas neizmanto nekādu mēslojumu, kura magnija koncentrācija ir augstāka. Visbeidzot, viņš pievērsīs lielu uzmanību tam, ka katrai kultūrai ir vienāds kukurūzas ausu skaits kā citām, ka visi augi tiek stādīti vienlaicīgi viena veida zemē un tos visus laista vienādi.

3. 
   

   
   
   
   Izdod hipotēzi. Būtībā pieņēmums ir mēģinājums paredzēt eksperimenta rezultātu. Neko darīt, tomēr ar minējumiem izdarīja nejauši. Tieši pretēji, labās hipotēzes izriet no dokumentālajiem pētījumiem, kas veikti, izvēloties eksperimenta priekšmetu. Pēc līdzīgu eksperimentu rezultātiem, ko šajā jomā jau veikuši citi zinātnieki, būtu jāinformē jūsu hipotēze. Gadījumā, ja jūs vērsīsities pie problēmas, kas nekad nav īsti izpētīta, balstieties uz to gan uz literatūras meklēšanu, gan arī uz dažādiem reģistrētiem novērojumiem. Vienmēr atcerieties, ka, neraugoties uz jūsu pētījumu, ir pilnīgi iespējams, ka eksperiments ir pretrunā ar jūsu hipotēzi. Šajā gadījumā priecājieties, ka esat paplašinājis savas zināšanas, parādot, ka jūsu hipotēze nebija nav pareizs. Vēl viens solis patiesības virzienā.
   • Kā gaidīts, pieņēmums tiek izteikts deklaratīva teikuma formā, minot pētāmā mainīgā noteiktu vērtību. Turklāt šis pieņēmums izskaidro arī to, kā tiks izmērīti eksperimenta parametri. Atkal mēslošanas un kukurūzas piemērā būtu pieņemama šāda hipotēze: "Kukurūzas kultūras, kuras mēslotas ar vienu mārciņu slāpekļa uz bušeli (ti, 0,45 kilogrami slāpekļa uz 0,035 kubikmetriem augsnes). ) ražos vairāk novāktās masas nekā līdzvērtīgas kukurūzas kultūras, mēslot ar dažādu slāpekļa daudzumu. "

4. 
   

   
   Plānojiet datu iegūšanu. Izlemiet iepriekš laiks un tips no datiem, kurus jūs uzņemsit. Rezultātus var izmērīt pēc noteikta laika vai citos gadījumos ar regulāriem intervāliem. Piemēram, mēslošanas un kukurūzas eksperimentā būs nepieciešams izmērīt katras kultūras produkcijas svaru (kilogramos) pēc noteikta augšanas perioda. Tad būs pietiekami salīdzināt šo rezultātu ar mainīgā lieluma atšķirīgajām vērtībām, tas ir, slāpekļa koncentrāciju izmantotajos mēslošanas līdzekļos. Citiem eksperimentiem (piemēram, tiem, kas mēra noteikta mainīgā lieluma attīstību laika gaitā) rezultāti būs jāreģistrē regulāri.
   • Ir lietderīgi iepriekš sagatavot datu tabulu. Jums būs jāievieto dažādu mainīgo lielumi tikai tajā brīdī, kad tos paaugstināsit.
   • Izprotiet atšķirību starp atkarīgajiem un neatkarīgajiem mainīgajiem. Neatkarīgais mainīgais ir tas, kura vērtība tiek mainīta. Atkarīgais mainīgais ir tas, kura vērtību ietekmē neatkarīgais mainīgais. Tajā pašā piemērā mainīgā ir izmantotā mēslojuma slāpekļa koncentrācija neatkarīgs, savukārt novāktā masa (kg) ir mainīgā lielums atkarīgs. Pamata tabulā būs kolonna katram mainīgajam, lai reģistrētu izmaiņas laika gaitā.

5. 
   

   
   Veiciet eksperimentu ar metodi. Veiciet plānoto eksperimentu, mainot mainīgā vērtību. Lielākoties tas prasa atkārtot pieredzi vairākas reizes, katru reizi piešķirot atšķirīgu vērtību. Mēslojuma piemērā mēs audzēsim vairākas identiskas kukurūzas kultūras un mēslot tās ar produktiem, kuriem ir atšķirīgs slāpekļa daudzums. Kopumā, jo vairāk datu jūs savācat, jo labāk. Veiciet pēc iespējas vairāk rezultātu.
   • Lai iegūtu pilnīgi metodisku pieredzi, būs nepieciešams tas, ko mēs saucam par a kontrole. Tas ir, būs jāveic viens no eksperimenta atkārtojumiem vai atkārtojumiem nevajag iekļaut pētāmo mainīgo vispār. Mūsu piemēra gadījumā tas nozīmē, ka viena no kukurūzas kultūrām saņems mēslojumu, kas pilnīgi nesatur slāpekli. Šī kultūra mums kalpos kā kontrole, citiem vārdiem sakot, salīdzināšanas punkts, no kura mēs izmērīsim citu kukurūzas kultūru ražošanu.
   • Vienmēr ļoti uzmanīgi stingri ievērojiet visus drošības pasākumus, kas saistīti ar kaitīgiem materiāliem vai bīstamām darbībām eksperimenta laikā.

6. 
   

   
   Apkopojiet datus. Ja iespējams, ievadiet datus tieši diagrammā. Tas neļaus jums saplēst matus, pēc tam atjaunojot un apvienojot datus. Uzziniet arī, kā atpazīt novirzes jūsu datu kopā.
   • Ja varat, ir laba ideja vizuāli attēlot savu datu kopu. Novietojiet punktus uz diagrammas un padariet tendences vizuāli pievilcīgas ar jūsu izvēlētu līniju vai līkni. Tas ļaus jums (kā arī ikvienam, kurš skata jūsu diagrammu) atrast datu kopas modeli. Vienkāršākiem eksperimentiem pietiek ziņot par neatkarīgo mainīgo uz horizontālās ass (vai x ass, ko apzīmē ar x) un ziņot par atkarīgo mainīgo uz vertikālās ass (vai y ass, ko apzīmē ar y).

7. 
   

   
   Izanalizējiet savus datus un izdariet secinājumu. Vai jūsu sākotnējā hipotēze ir pareiza? Vai jūsu dati atspoguļo dažas ievērojamas tendences? Daži iegūtie dati jūs pārsteidza? Vai daži jautājumi joprojām ir neatrisināti? Vai tie varētu būt jaunas pieredzes avots? Izpētot rezultātus, mēģiniet atbildēt uz katru no šiem jautājumiem. Visbeidzot, nevilcinieties veikt papildu testus, lai savāktu jaunus datus, it īpaši, ja iepriekšējie dati nav atbilde uz galīgu “jā” vai “nē” kā atbildi uz jūsu hipotēzi. .
   • Lai dalītos rezultātos ar pārējo zinātnisko aprindu daļu, uzrakstiet rakstu, kurā visaptveroši aprakstīta jūsu pieredze. Mūsdienu pētījumu rezultāti ir jāraksta un jāpublicē noteiktā formātā. Tāpēc ir nepieciešams, lai jūs zināt, kā to izdarīt.

2. daļa Tipiska eksperimenta veikšana

1. 
   

   
   Izvēlieties tēmu un definējiet dažādus mainīgos lielumus. Šajā piemērā pievērsīsimies vienkāršam, maza mēroga eksperimentam. Izpētīsim dažādu aerosola degvielu ietekmi uz kartupeļu palaišanas iekārtas uguns diapazonu.
   • Šajā piemērā ņemiet vērā, ka neatkarīgais mainīgais ir degviela aerosola formā, bet atkarīgs mainīgais ir lādiņa sasniegtais attālums.
   • Šim eksperimentam būs svarīgi uzdot sev šādus jautājumus: kā jūs varat nodrošināt, ka katram kartupelim ir tieši tāds pats svars kā citiem šāvieniem? Kā katru reizi izmantot tieši tādu pašu degvielas daudzumu? Patiešām, katrs no šiem faktoriem varētu potenciāli ietekmēt patatora izšaušanas diapazonu. Tātad vispirms nosveriet šāviņus un pārliecinieties, ka katru reizi lietojat tādu pašu aerosola daudzumu.

2. 
   

   
   Noformulējiet hipotēzi. Iedomāsimies, ka šim eksperimentam izmantojam vairāku veidu aerosola aerosolus: matu laku, virtuves aerosolu un aerosola krāsu. Apskatot produkta etiķeti, mēs uzzinām, ka propelenta matu aerosolā ir augstāka butāna koncentrācija nekā citu aerosolu propelentos. Un tā kā ir zināms, ka butāns ir viegli uzliesmojošs, ir saprātīgi iedomāties, ka matu laka, izšaujot, dzen lādiņus tālāk nekā citi aerosoli.Tāpēc mūsu hipotēzei vajadzētu izskatīties šādi: "Augstāka butāna koncentrācija matu lakas propelenta sastāvā ļaus sasniegt lielākus attālumus ar šāviņiem, kuru svars ir no 250 līdz 250 300 grami. "

3. 
   

   
   Iepriekš organizējiet datu vākšanu. Lai iegūtu reprezentatīvus rezultātus, mēs katru aerosolu pārbaudīsim 10 reizes un aprēķināsim apkopoto datu vidējo lielumu. Pārbaudi veiksim arī ar aerosola degvielu bez butāna kā eksperimentālu kontroli. Bet vispirms tas acīmredzami pagatavos kartupeļu pistoli un mēģinās pārliecināties, ka tas darbojas. Turklāt būs jāpērk virkne aerosolu, kā arī labs kartupeļu daudzums. Tie būs rūpīgi jāizsver, pat jāsagriež, lai tie visi būtu vienāda izmēra un vienāda svara.
   • Mums būs arī jāsastāda tabula, kurā mēs ievadīsim rezultātus. Šim nolūkam būs jānovelk piecas vertikālas kolonnas:
     • Pirmās kolonnas, kas atrodas kreisajā pusē, nosaukums būs "Pārbaudes Nr. Šūnas attēlos katru šaušanu; numurējiet tos no 1 līdz 10.
     • Nākamajās četrās kolonnās tiks parādīti dažādu šim eksperimentam izmantoto aerosolu nosaukumi. Jūs norādīsit katra kadra diapazonu (metros) šūnās zem katras galvenes.
     • Atcerieties atstāt pietiekami daudz vietas zem katras no četrām degvielas kolonnām, lai reģistrētu skarto metienu vidējo vērtību.

4. 
   

   
   Veiciet eksperimentu saskaņā ar plānoto metodi. Mēs ar katru aerosolu uzņemsim desmit šāvienus, uzmanīgi katru reizi lietojot tieši tādu pašu degvielas daudzumu. Pēc tam mums būs jāizmanto garš metrs, lai izmērītu katra šāviņa nobraukto attālumu. Viss, kas jums jādara, ir datu ievadīšana tabulā.
   • Tāpat kā daudzos eksperimentos, ir jāievēro noteikti drošības noteikumi. Patiešām, mums būs jārīkojas ar viegli uzliesmojošām aerosola degvielām. Tāpēc ir svarīgi pareizi aizvērt kurtuves vāku un šaušanas laikā valkāt labu cimdu pāri. Lai izvairītos no tā, ka kāds ievainots ar šāviņiem, šaušanas laikā pārliecinieties, vai visi (jūs un jebkurš novērotājs) esat novietoti mucas sānos. Nekādā gadījumā neviens nedrīkst atrasties kartupeļu palaišanas iekārtas priekšā vai aiz tās.

5. 
   

   
   Izanalizējiet visus datus. Iedomājieties, ka matu lakas aizdegšanās diapazons ir vidēji lielāks nekā citiem aerosoliem, bet rezultāti, kas iegūti, izmantojot gatavošanas aerosolu, ir stabilāki un konstanti. Jebkurā gadījumā ir lietderīgi vizuāli attēlot rezultātus. Histogrammas ir īpaši noderīgas vidējā lieluma noteikšanai, savukārt sadalījuma diagrammas skaidrāk parāda katras degvielas diapazona izmaiņas.

6. 
   

   
   Izdariet secinājumus. Nepieciešams laiks, lai pārdomātu iegūtos rezultātus. Izmantotajā gadījumā mēs varam paļauties uz savāktajiem datiem, lai apgalvotu, ka mūsu hipotēze bija pareiza. Tāpat tiks pamanīts, ka esam atklājuši faktu, ko nebijām paredzējuši: virtuves aerosols nodrošina stabilākus rezultātus. Turklāt ir lietderīgi ziņot par dažādajām problēmām vai kļūmēm. Piemēram, mums, iespējams, bija grūtības vilkt, jo krāsas uzpūšanās ieroča kurtuvē smidzināšanas krāsošanas testu laikā. Visbeidzot, mūsu ziņā ir piedāvāt jaunus pētniecības virzienus. Piemēram, būtu interesanti aplūkot šaušanas diapazonus, ko varētu iegūt ar lielāku degvielas daudzumu.
   • Ir pat iespējams dalīties ar mūsu rezultātiem ar pārējo pasauli zinātniskā raksta veidā. Tomēr, ņemot vērā pētāmā priekšmeta apjomu, zinātniskajā izstādē varētu būt pareizāk to pasniegt kā brošūru.

padoms

• Atbildes uz lieliem jautājumiem ir iemesls zinātnei. Tāpēc nevilcinieties pievērsties tēmām, kas jums ir pilnīgi svešas.
• Izklaidējieties, neaizmirstot ievērot drošības noteikumus.

brīdinājumi

• Valkājiet aizsargbrilles.
• Ja kāds produkts nonāk acīs, rūpīgi skalojiet to ar ūdeni vismaz 5 minūtes.
• Nekad neatstājiet ēdienu vai dzērienu netālu no darba vietas.
• Pirms un pēc katras pieredzes rūpīgi nomazgājiet rokas.
• Ja jums jālieto asas asmeņi, bīstamas ķīmiskas vielas vai uguns, lūdziet palīdzību pieaugušajam.
• Rīkojoties ar ķimikālijām, vienmēr valkājiet gumijas cimdus.
• Kaklasaites gariem matiem.