Inhoud

• Stappen
• Tips
• Waarschuwingen

Experimenteren is de methode waarmee wetenschappers natuurlijke verschijnselen testen in de hoop nieuwe kennis te verwerven. Goede experimenten volgen een logisch ontwerp om specifieke en nauwkeurig gedefinieerde variabelen te isoleren en te testen. Door de fundamentele principes achter experimenteel ontwerp te leren, kunt u ze op uw eigen principes toepassen. Alle goede experimenten werken, ongeacht hun omvang, volgens de logische en deductieve principes van de wetenschappelijke methode, van degenen die aanwezig waren op de wetenschapsbeurs van de vijfde klas, met de aardappelklok, tot het meest geavanceerde onderzoek met betrekking tot het Higgsdeeltje.

Stappen

Deel 1 van 2: Een wetenschappelijk verantwoord experiment ontwerpen

1. 

   Kies een specifiek thema. Experimenten waarvan de resultaten grote veranderingen in het wetenschappelijke paradigma veroorzaken, zijn zeer, zeer zeldzaam. De overgrote meerderheid van de experimenten beantwoordt kleine, specifieke vragen. Wetenschappelijke kennis is gebaseerd op de verzameling van gegevens uit talloze experimenten. Kies een onderwerp of een vraag die nog niet beantwoord is, met een kleine en toetsbare scope.
   • Als u bijvoorbeeld een experiment wilt uitvoeren met betrekking tot landbouwmeststoffen, probeer dan niet de vraag te beantwoorden "Welk type meststof is het beste voor plantengroei?"Er kunnen veel verschillende soorten kunstmest en veel verschillende soorten planten in de wereld zijn - en een experiment zal niet in staat zijn om universele conclusies te trekken over een van hen. Een veel betere vraag om een ​​experiment te ontwerpen zou zijn"Welke stikstofconcentratie in meststoffen levert de grootste maïsgewassen op?’.
   • Moderne wetenschappelijke kennis is heel erg uitgebreid. Als u van plan bent serieus wetenschappelijk onderzoek te doen, onderzoek uw onderwerp dan uitgebreid voordat u het experiment gaat plannen. Toch hebben eerdere experimenten al een antwoord gegeven op de vraag die de jouwe zal bestuderen? Zo ja, is er een manier om uw onderwerp aan te passen zodat het betrekking heeft op vragen die nog niet zijn beantwoord door reeds bestaand onderzoek?

2. 

   
   
   Isoleer de variabelen. Goede wetenschappelijke experimenten testen specifieke en meetbare parameters genoemd variabelen​In algemene termen voert een wetenschapper een experiment uit met een reeks waarden voor de betreffende variabele. Een essentiële zorg bij het uitvoeren van een experiment is aanpassing enkel en alleen de specifieke variabelen die verband houden met de test (en geen andere).
   • In ons kunstmestvoorbeeld zal onze wetenschapper bijvoorbeeld verschillende maïsgewassen verbouwen in grond aangevuld met meststoffen met verschillende stikstofconcentraties. Hij zou elke oogst de exact dezelfde hoeveelheid kunstmest. Hij zou er dan voor zorgen dat de chemische samenstelling van zijn meststoffen op geen enkele andere manier verschilt, behalve in hun stikstofconcentratie - hij zou bijvoorbeeld geen meststof met een hogere magnesiumconcentratie gebruiken in een van zijn gewassen. Hij zou nog steeds exact hetzelfde aantal en type maïszaadsoorten op hetzelfde moment en in hetzelfde bodemtype laten groeien bij elke herhaling van zijn experiment.

3. 

   
   
   Stel een hypothese op. Een hypothese is in wezen een voorspelling van de resultaten van het experiment. Het mag geen louter blinde speculatie zijn - goede hypothesen worden gevormd door het achtergrondonderzoek dat is uitgevoerd bij de keuze van het betreffende onderwerp. Baseer uw hypothese op de resultaten van soortgelijke experimenten die zijn uitgevoerd door wetenschappers in uw vakgebied, of, als u te maken heeft met een probleem dat nog niet goed bestudeerd is, baseer het op elke combinatie van literair onderzoek en geregistreerde waarnemingen die u kunt vinden. Onthoud dat, ondanks uw beste onderzoekswerk, de hypothese wellicht onjuist blijkt te zijn - in dat geval heeft u uw kennis verder uitgebreid in de zin dat u heeft bewezen dat de voorspelling de nadruk legde Nee het was correct.
   • Meestal wordt een hypothese uitgedrukt als een kwantitatieve declaratieve zin. Het kan rekening houden met de manieren waarop de experimentele parameters zullen worden gemeten. Een goede hypothese voor ons voorbeeld is: "Maïsgewassen aangevuld met 450 g stikstof per bushel zullen resulteren in een grotere massaproductie dan het equivalent van maïsgewassen geteeld met verschillende stikstofsupplementen’.

4. 

   
   
   Plan om uw gegevens te verzamelen. Weet van tevoren Wanneer je verzamelt gegevens en welk type gegevens worden verzameld. Meet deze gegevens op een bepaald tijdstip of, in andere gevallen, met regelmatige tussenpozen. In ons experiment meten we bijvoorbeeld het gewicht van onze maïsgewassen (in kilogrammen) na een bepaalde groeiperiode. We vergelijken deze waarde met het stikstofgehalte dat aanwezig is in de meststof waarmee elk gewas is behandeld. Bij andere experimenten (zoals experimenten die de verandering van een bepaalde variabele in de tijd meten) is het nodig om regelmatig gegevens te verzamelen.
   • Van tevoren een gegevenstabel maken is een geweldig idee - u kunt eenvoudig de gegevenswaarden in de gegeven velden invoeren terwijl u ze opneemt.
   • Ken het verschil tussen uw afhankelijke en onafhankelijke variabelen. Een onafhankelijke variabele is er een die u kunt wijzigen, en een afhankelijke variabele is er een die wordt beïnvloed door de onafhankelijke variabele. In ons voorbeeld is het "stikstofniveau" de variabele onafhankelijk, en "productie (in kilogram)" is de variabele afhankelijk​Een basistabel heeft kolommen voor beide variabelen, aangezien deze in de loop van de tijd veranderen.

5. 

   Voer uw experiment methodisch uit. Voer het experiment uit en test uw variabelen. Dit vereist bijna altijd dat u hetzelfde experiment meerdere keren uitvoert met meerdere configuraties van variabelen. In ons voorbeeld zullen we verschillende identieke maïsgewassen verbouwen en deze aanvullen met meststoffen die verschillende hoeveelheden stikstof bevatten. Over het algemeen geldt: hoe groter de hoeveelheid gegevens die u kunt verzamelen, hoe beter. Registreer zoveel mogelijk gegevens.
   • Goede experimentele ontwerpen bevatten wat wordt genoemd controle​Een van zijn experimentele replicaties Nee moet de betreffende variabele in de test opnemen. In ons voorbeeld nemen we een gewas op dat kunstmest krijgt zonder enige stikstofconcentratie. Dit zal onze controle zijn - het zal de basis zijn waaraan we de groei van alle andere gewassen zullen meten.
   • Neem alle veiligheidsmaatregelen in acht die verband houden met schadelijke materialen of processen in uw experiment.

6. 

   Verzamel uw gegevens. Registreer de gegevens indien mogelijk rechtstreeks in uw tabel - dit bespaart u de hoofdpijn van het opnieuw invoeren en consolideren van gegevens in de toekomst. Leer hoe u discrepanties in uw gegevens kunt beoordelen.
   • Het is altijd een goed idee om uw gegevens indien mogelijk visueel weer te geven. Teken gegevenspunten in een grafiek en druk trends uit met de lijn of curve die het meest geschikt is voor de situatie. Dit zal jou (en iedereen die de grafiek ziet) helpen om de patronen in de data te visualiseren. Voor de meeste basisexperimenten wordt de onafhankelijke variabele weergegeven op de horizontale x-as en de afhankelijke variabele op de verticale y-as.

7. 

   Analyseer uw gegevens en kom tot een conclusie. Was uw hypothese correct? Waren er trends in de gegevens waarneembaar? Heeft u onverwachte waarden gevonden? Zijn er onbeantwoorde vragen die de basis kunnen vormen voor toekomstige experimenten? Probeer deze vragen te beantwoorden terwijl u uw resultaten evalueert. Als uw gegevens de hypothese geen duidelijk "ja" of "nee" geven, overweeg dan om aanvullende experimentele pogingen te doen en meer gegevens te verzamelen.
   • Schrijf een gedetailleerd wetenschappelijk rapport om uw resultaten te delen. Weten hoe je een wetenschappelijk rapport moet schrijven, is een zeer nuttige vaardigheid - de resultaten van het meeste nieuwe onderzoek moeten volgens een specifiek formaat worden geschreven en gepubliceerd.

Deel 2 van 2: Een voorbeeldexperiment uitvoeren

1. 

   Kies een thema en definieer uw variabelen. Voor dit voorbeeld kiezen we voor een eenvoudig kleinschalig experiment. In ons experiment zullen we de effecten testen van verschillende aerosolbrandstoffen binnen het bereik van een aardappelpistool.
   • In dit geval is het type gebruikte aerosolbrandstof de variabele onafhankelijk (degene die we hebben gewijzigd), terwijl het bereik van het projectiel de variabele is afhankelijk.
   • Dingen om te overwegen bij dit experiment: is er een manier om ervoor te zorgen dat elk projectiel / aardappel hetzelfde gewicht heeft? Is er een manier om bij elke opname dezelfde hoeveelheid aerosolbrandstof toe te dienen? Beide kunnen mogelijk het bereik van het wapen beïnvloeden. Weeg elk projectiel van tevoren en deponeer brandstof voor elk schot met dezelfde hoeveelheid spuitbus.

2. 

   Stel een hypothese op. Als we haarlak, keukenspray en spuitverf testen, laten we zeggen dat de haarspray een drijfgas in een spuitbus heeft met meer butaan dan de andere sprays. Aangezien we weten dat butaan een ontvlambaar gas is, kunnen we veronderstellen dat de haarlak een grotere voortstuwingskracht zal produceren wanneer deze wordt ontstoken, waardoor het projectiel / de aardappel verder weg wordt gestuurd. We zouden onze hypothese als volgt schrijven: "Het hoogste niveau van butaan in het aerosol-drijfgas dat in de haarspray aanwezig is, resulteert gemiddeld in een groter bereik bij het afvuren van een projectiel / aardappel met een gewicht tussen 250 en 300 gram’.

3. 

   Organiseer uw gegevensverzameling van tevoren. In ons experiment zullen we elke spuitbusbrandstof 10 keer testen en de resultaten gemiddeld. We zullen ook een aërosolbrandstof testen die geen spoor van butaan bevat, als experimentele controle. Ter voorbereiding zullen we ons aardappelpistool in elkaar zetten, testen om er zeker van te zijn dat het werkt, spuitbussen kopen en elk projectiel / aardappel wegen.
   • Laten we ook van tevoren de gegevenstabel maken. We hebben vijf verticale kolommen:
     • De meest linkse kolom zal "Poging #" heten. De cellen in die kolom bevatten gewoon de nummers 1 tot 10, wat betekent dat elke poging om te vuren betekent.
     • De volgende vier kolommen krijgen een naam met de namen van de aerosolsprays die in het experiment zijn gebruikt. De tien cellen onder elke kolomkop bevatten het bereik (in meter) van elke schotpoging.
     • Laat onder de vier kolommen voor elke brandstof een spatie over om de gemiddelde bereikwaarde te schrijven.

4. 

   Voer het experiment uit. We zullen elke spuitbus gebruiken om 10 projectielen af ​​te vuren, met dezelfde hoeveelheid brandstof voor elk schot. Na elk schot zullen we een lang meetlint gebruiken om het bereik van het projectiel te meten. Noteer deze gegevens in de gegevenstabel.
   • Zoals bij verschillende experimenten, heeft de onze bepaalde veiligheidsproblemen die in acht moeten worden genomen. De aerosolbrandstoffen die we gebruiken, zijn ontvlambaar - we moeten ervoor zorgen dat we het deksel van het aardappelpistool goed sluiten en zware handschoenen dragen tijdens het ontsteken van de brandstof. Om accidentele verwondingen door projectielen te voorkomen, moeten we er ook voor zorgen dat wij (en eventuele waarnemers) tijdens het schieten aan de zijkant van het pistool staan ​​- niet ervoor of erachter.

5. 

   Analyseer de gegevens. Laten we zeggen dat we ontdekten dat de haarspray de aardappelen gemiddeld verder bracht, terwijl de keukenspray het meest consistent was. We kunnen deze gegevens visueel weergeven. Een goede manier om het gemiddelde bereik voor elke spray weer te geven, is een staafdiagram, hoewel een spreidingsgrafiek een goede manier is om variaties in het schietbereik van elke brandstof weer te geven.

6. 

   Teken uw conclusies. Denk na over uw experimentele resultaten. Op basis van onze gegevens kunnen we vol vertrouwen beweren dat we iets hebben ontdekt dat we niet konden voorspellen: dat de keukenspray de meest consistente resultaten opleverde. We kunnen eventuele problemen of excentriciteiten melden die we hebben ontdekt - stel dat de inkt in de spuitverf zich heeft opgehoopt in de bakkamer van het aardappelpistool, waardoor het moeilijk is om dit herhaaldelijk te doen. Ten slotte kunnen we gebieden aanbevelen voor toekomstig onderzoek - misschien kunnen we bijvoorbeeld met grotere hoeveelheden brandstof een groter bereik bereiken.
   • We kunnen onze resultaten zelfs met de wereld delen, in de vorm van een wetenschappelijk rapport - gezien het thema dat in ons experiment aanwezig is, kan het passender zijn om deze informatie op de stand van een wetenschapsbeurs te presenteren.

Tips

• Wetenschap gaat over het stellen van grote vragen. Wees niet bang om een ​​onderwerp te kiezen dat u nog niet heeft onderzocht.
• Veel plezier en blijf veilig.

Waarschuwingen

• Draag oogbescherming.
• Als er iets in uw ogen komt, was ze dan minstens 5 minuten onder stromend water.
• Laat geen eten of drinken in de buurt van uw werkstation.
• Was uw handen voor en na elk experiment.
• Als u scherpe messen, gevaarlijke chemicaliën of hete vlammen gebruikt, zorg er dan voor dat een volwassene toezicht op u houdt.
• Draag rubberen handschoenen bij het hanteren van chemicaliën.
• Trek losse haren naar achteren.