Hoe een wetenschapsexperiment uit te voeren: 13 stappen (met afbeeldingen)

Experimenten is de methode waarmee wetenschappers natuurlijke verschijnselen testen in de hoop om nieuwe kennis te verkrijgen.. Goede experimenten volgen een logisch ontwerp om specifieke, nauwkeurig gedefinieerde variabelen te isoleren en testen. Door de fundamentele principes achter het experimentele ontwerp te leren, kunt u deze principes toepassen op uw eigen experimenten. Ongeacht hun reikwijdte, werken alle goede experimenten volgens de logische, deductieve principes van de wetenschappelijke methode, van vijfde-grade aardappelklokwetenschapse-projecten tot geavanceerde Higgs Boson-onderzoek.

Stappen

Deel 1 van 2:

Het ontwerpen van een wetenschappelijk geluidsexperiment

1. Kies een specifiek onderwerp. Experimenten wiens resultaten veroorzaken van vegende wetenschappelijke paradigmaverschuivingen zijn erg, zeer zeldzaam. De overgrote meerderheid van de experimenten beantwoorden kleine, specifieke vragen. Wetenschappelijke kennis is gebouwd op de accumulatie van gegevens van talloze experimenten. Kies een onderwerp of een onbeantwoorde vraag met een kleine, testbare scope. Om ideeën te krijgen, zoek naar hiaten in de huidige wetenschappelijke literatuur.

Als u bijvoorbeeld een experiment op landbouwmest wilt doen, probeert u de vraag niet te beantwoorden, "Welk soort meststof is het beste voor het kweken van planten?" Er zijn veel verschillende soorten meststof en veel verschillende soorten planten in de wereld - een experiment kan niet in staat zijn om universele conclusies over te trekken. Een veel betere vraag om een experiment rond te ontwerpen zou zijn "Welke concentratie van stikstof in meststof produceert de grootste maïsgewassen?"
Moderne wetenschappelijke kennis is erg, zeer uitgestrekt. Als u van plan bent om serieus wetenschappelijk onderzoek te doen, onderzoek dan uw onderwerp uitgebreid voordat u uw experiment zelfs begint te plannen. Hebben eerdere experimenten de vraag beantwoord die je wilt dat je experiment is om te studeren? Als dat het geval is, is er een manier om uw onderwerp aan te passen, zodat het de vragen die onbeantwoord blijven van het bestaande onderzoek aan te passen?

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 2

2. Isoleer uw variabele (s). Goede wetenschappelijke experimenten Testspecifieke, meetbare parameters genoemd variabelen. In het algemeen voert een wetenschapper een experiment uit voor een reeks waarden voor de variabele waarvoor hij wordt getest. Één vitale bezorgdheid bij het uitvoeren van een experiment is het aanpassen enkel en alleen de specifieke variabele (s) waar u voor testen (en geen andere variabelen.)

Bijvoorbeeld, in ons kunstmest experiment voorbeeld, zou onze wetenschapper meerdere maïsgewassen in de bodem worden aangevuld met meststoffen waarvan de stikstofconcentratie verschilt. Hij zou elke maïs de exact dezelfde hoeveelheid meststof. Hij zou ervoor zorgen dat de chemische samenstelling van zijn gebruikte meststoffen niet op de een of andere manier de stikstofconcentratie niet verschilde - bijvoorbeeld zou hij geen meststof met een hogere concentratie van magnesium gebruiken voor een van zijn maïsgewassen. Hij zou ook exact hetzelfde aantal en soort van maïsgewassen groeien op hetzelfde moment en in hetzelfde type grond in elke replicatie van zijn experiment.

Titel afbeelding Gedrag een wetenschap experiment Stap 3

3. Een hypothese maken. Een hypothese is in wezen een voorspelling van het resultaat van het experiment. Het zou geen blinde gok moeten zijn - goede hypothesen worden op de hoogte gebracht door het achtergrondonderzoek dat u heeft uitgevoerd en / of voorlopige gegevens die u mogelijk al in het lab hebt gegenereerd bij het kiezen van het onderwerp van uw experiment. Basis uw hypothese op de resultaten van soortgelijke experimenten uitgevoerd door peers in uw vakgebied, of, als u een probleem aanpakt dat niet goed bestudeerd is, baseert u deze op welke combinatie van literatuuronderzoek en opgenomen observatie u kunt vinden. Denk eraan dat je hypothese ondanks je beste onderzoekswerk heel goed kan worden ondersteund door je resultaten - in dit geval heb je je kennis nog steeds uitgebreid in de zin dat je hebt bewezen dat je voorspelling was niet correct.

Typisch wordt een hypothese uitgedrukt als een kwantitatieve declaratieve zin. Een hypothese houdt ook rekening met de manieren waarop de experimentele parameters zullen worden gemeten. Een goede hypothese voor ons kunstmestbeeld is: "Maïsgewassen aangevuld met 1 pond stikstof per bushel zullen resulteren in een grotere opbrengstmassa dan gelijkwaardige maïsgewassen die zijn gegroeid met verschillende stikstofsupplementen."

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 4

4. Plan uw gegevensverzameling. Weet van tevoren wanneer U verzamelt gegevens en welk soort van gegevens die u verzamelt. Meet deze gegevens op een ingestelde tijd of, in andere gevallen, met regelmatige tussenpozen. In ons kunstmestexperiment, bijvoorbeeld, meten we het gewicht van onze maïsgewassen (in kilogram) na een ingestelde groeiperiode. We zullen dit vergelijken met het stikstofgehalte van de meststof die elk gewas is behandeld met. Voor andere experimenten (zoals degenen die de verandering in een bepaalde variabele in de loop van de tijd meten), is het noodzakelijk om gegevens op regelmatige tussenpozen te verzamelen.

Timing is ongelooflijk belangrijk, dus houd je zo dicht mogelijk bij je plan. Op die manier, als u wijzigingen in uw resultaten ziet, kunt u verschillende tijdsbeperkingen uitsluiten als de oorzaak van de wijziging.

Vooraf maken van een gegevenstabel is een geweldig idee - je kunt eenvoudig je gegevenswaarden in de tabel plaatsen terwijl je ze opneemt.

Ken het verschil tussen je afhankelijke en onafhankelijke variabelen. Een onafhankelijke variabele is een variabele die u verandert en een afhankelijke variabele is degene die getroffen is door de onafhankelijke variabele. In ons voorbeeld, "stikstofgehalte" is de onafhankelijk variabele, en "opbrengst (in kg)" is de afhankelijk variabele. Een basistafel heeft kolommen voor beide variabelen als ze in de loop van de tijd veranderen.

Titel afbeelding Gedrag een wetenschapsexperiment Stap 5

5. Voer je experiment methodisch uit. Voer uwxperiment uit, testen op uw variabele. Dit vereist bijna altijd dat u het experiment meerdere keren uitvoert voor meerdere variabele waarden. In ons kunstmest, zullen we meerdere identieke maïsgewassen groeien en vullen ze aan met meststoffen die variërende hoeveelheden stikstof bevatten. Over het algemeen kan het bredere bereik van gegevens verzamelen, hoe beter. Registreer zoveel gegevens zoals haalbaar is.

Goed experimenteel ontwerp omvat wat bekend staat als een controle. Een van uw experimentele replicaties zou moeten niet Neem de variabele op die u helemaal testt. In ons meststofvoorbeeld, nemen we één maïsgewas op die een meststof zonder stikstof in het ontvangt. Dit zal onze controle zijn - het is de basislijn waartegen we de groei van onze andere maïsgewassen zullen meten.

Neem alle veiligheidsmaatregelen in verband met gevaarlijke materialen of processen in uw experiment.

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 6

6. Verzamel uw gegevens. Noteer indien mogelijk uw gegevens rechtstreeks in uw tabel - het bespaart u de hoofdpijn van het opnieuw invoeren en consolideren van gegevens later. Weten hoe te Beoordeel uitbijters in uw gegevens.

Het is altijd een goed idee om je gegevens visueel te vertegenwoordigen als je kunt. Perceelgegevenspunten op een grafiek en uitdrukkelijke trends met een lijn of curve van de beste pasvorm. Dit zal u helpen (en iemand anders die de grafiek ziet) visualiseert patronen in de gegevens. Voor de meeste elementaire experimenten wordt de onafhankelijke variabele weergegeven op de horizontale X-as en de afhankelijke variabele staat op de verticale Y-as.

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 7

7. Analyseer uw gegevens en kom tot een conclusie. Was je hypothese correct?? Waren er waarneembare trends in de gegevens? Heb je onverwachte gegevens tegengekomen?? Heeft u onbeantwoorde vragen die de basis kunnen vormen voor een toekomstig experiment? Probeer deze vragen te beantwoorden terwijl u uw resultaten beoordeelt. Als uw gegevens uw hypothese niet definitief geven "Ja" of "Nee," Overweeg om extra experimentele proeven uit te voeren en meer gegevens te verzamelen of uw resultaten op te schrijven met toekomstige aanwijzingen voor aanvullend onderzoek.

Om uw resultaten te delen, Schrijf een uitgebreid wetenschappelijk papier. Wetende hoe je een wetenschappelijk papier kunt schrijven, is een nuttige vaardigheid - de resultaten van het meeste nieuwe onderzoek moeten worden geschreven en gepubliceerd op basis van een specifiek formaat, vaak gedicteerd door de stijlgids voor een relevant, peer-reviseerd academisch dagboek.

Deel 2 van 2:

Een voorbeeld experiment uitvoeren

1. Kies een onderwerp en definieer je variabelen. Voor het doel van dit voorbeeld, zal het een eenvoudige, kleinschalige experiment. In ons experiment testen we de effecten van verschillende aerosolbrandstoffen op het vuurbereik van een aardappelpistool.

In dit geval is het type aerosolbrandstof dat we gebruiken de onafhankelijke variabele (de variabele die we veranderen), terwijl het bereik van het projectiel de Afhankelijke variabele.
Dingen om te overwegen voor dit experiment - is er een manier om ervoor te zorgen dat elk aardappelprojectiel hetzelfde gewicht heeft? Is er een manier om dezelfde hoeveelheid splijtstof te beheren voor elk vuur? Beide kunnen mogelijk het bereik van het pistool beïnvloeden. Weeg elk projectiel van tevoren en brandstof elke opname met dezelfde hoeveelheid aërosolspray.

Titel afbeelding Gedrag een wetenschapsexperiment Stap 9

2. Een hypothese maken. Als we haarspray, kookspray en spuitverf testen, laten we zeggen dat de haarspray een aërosol-drijfmiddel heeft met een hogere hoeveelheid butaan dan de andere sprays. Omdat we weten dat butaan ontvlambaar is, kunnen we veronderstellen dat de haarspray een grotere propulsieve kracht zal produceren bij het ontstoken, een aardappelprojectiel verzenden. We zouden onze hypothese schrijven als: "Het hogere butaangehalte van het aërosolpropellant in de hairspray zal gemiddeld een langere bereik produceren bij het afvuren van een aardappelprojectiel tussen 250-300 gram."

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 10

3. Organiseer vooraf uw gegevensverzameling. In ons experiment testen we elke aerosol-brandstof 10 keer en gemiddeld de resultaten. We zullen ook een aërosol-brandstof testen die geen butaan bevat als onze experimentele controle. Om voor te bereiden, assembleren we onze aardappelkanon, test het om ervoor te zorgen dat het werkt, koop onze aerosolsprays en snijdt en weegt onze aardappelprojectielen.

Laten we ook vooraf onze gegevenstabel maken. We hebben vijf verticale kolommen:

De kolom boven de verste linker is geëtiketteerd "Trial #." De cellen in deze kolom bevatten eenvoudig de nummers 1-10, die elke vuurpoging betekenen.

De volgende vier kolommen worden geëtiketteerd met de namen van de aerosolsprays die we gebruiken in ons experiment. De tien cellen onder elke kolomkop bevatten het bereik (in meters) van elke vuurpoging.

Laat de ruimte onder de vier kolommen voor elke brandstof achter om de gemiddelde waarde van de reeksen te schrijven.

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 11

4. Voer het experiment uit. We zullen elke aerosolspray gebruiken om tien projectielen te fireren, met dezelfde hoeveelheid aërosolspray om elk projectiel te vuren. Na elk vuur zullen we een lange meetlint gebruiken om het bereik te meten, onze projectiel reisde. Registreer deze gegevens in de gegevenstabel.

Zoals veel experimenten, heeft ons experiment bepaalde veiligheidsproblemen die we moeten observeren. De aerosolbrandstoffen die we gebruiken zijn ontvlambaar - we moeten zeker de schietpap van de aardappelpistool veilig sluiten en zware handschoenen dragen tijdens het ontsteken van de brandstof. Om accidentele verwondingen uit de projectielen te voorkomen, moeten we er ook voor zorgen dat wij (en eventuele waarnemers) zich aan de zijkant van het pistool bevinden als het vuurt - niet voor het of erachter.

Titel afbeelding Gedrag een wetenschapsexperiment Stap 12

5. Analyseer de gegevens. Laten we zeggen dat we ontdekten dat de haarspray gemiddeld de aardappelen de verste schoot, maar de kookspray was consistenter. We kunnen deze gegevens visueel vertegenwoordigen. Een goede manier om het gemiddelde bereik voor elke spray te vertegenwoordigen is met een staafdiagram, terwijl een spreidingsplot of box-plot is een goede manier om de variatie in de vuurhellingen van elke brandstof te tonen.

Titel afbeelding Gedrag a Science Experiment Stap 13

6. Maak je conclusies. Nadenken over uw experimentele resultaten en zorg voor eventuele ondersteunende statistieken. Op basis van onze gegevens kunnen we met vertrouwen zeggen dat onze hypothese correct was. We kunnen ook zeggen dat we iets ontdekten dat we niet voorspellen - dat de kookspray de meest consistente resultaten produceerde. We kunnen eventuele problemen of snafus melden die we tegenkwamen - laten we zeggen dat de verf van de spuitverf opgebouwd is in de schietkamer van de aardappelkanon, waardoor het herhaald wordt. Ten slotte kunnen we gebieden voor verder onderzoek aanbevelen - bijvoorbeeld misschien met grotere hoeveelheden brandstof, kunnen we meer bereik bereiken.

We kunnen zelfs onze resultaten met de wereld delen in de vorm van een wetenschappelijk papier - gezien het onderwerp van ons experiment, kan het meer geschikt zijn om deze informatie te presenteren in de vorm van een Tri-Fold Science Fairdisplay.

Tips

Wetenschap gaat over het stellen van grote vragen. Wees niet bang om een onderwerp te kiezen waar je nog niet naar hebt gekeken.

Veel plezier en blijf veilig.

In Wetenschappen op het hoogste niveau worden de meeste gegevens niet gebruikt tenzij het ten minste 3 keer reproduceerbaar is.

Waarschuwingen

Draag oogbescherming

Was je handen voor en na een experiment.

Heb geen eten of drinken in de buurt van je werkstation.

Wanneer u scherpe messen, gevaarlijke chemicaliën of hete vlammen gebruikt, zorg er dan voor dat u een volwassene hebt die u te allen tijde toezicht hebt.

Bind los haar terug

Als er iets in je ogen komt, spoel je ze gedurende 15 minuten grondig uit met water, zoek dan onmiddellijk medische hulp.

Draag rubberen handschoenen bij het hanteren van chemicaliën

Deel in het sociale netwerk: