آزمایش روشی است که به وسیله آن دانشمندان پدیده های طبیعی را به امید کسب دانش جدید مورد بررسی قرار می دهند. آزمایشات خوب از یک طرح منطقی برای جداسازی و آزمایش متغیر خاصی که دقیقاً تعریف شده است ، پیروی می کند. با یادگیری اصول اساسی طراحی آزمایشی ، می توانید این اصول را در آزمایشات خود به کار بگیرید. صرف نظر از وسعت ، همه آزمایشات خوب بر اساس اصول منطقی و قیاسی روش علمی ، از پروژه های ساعت سیب زمینی درجه پنجم تا تحقیقات پیشرفته هیگز بوسون انجام می شود.
گام
روش 1 از 2: طراحی آزمایشات علمی
مرحله 1. یک موضوع خاص را انتخاب کنید
آزمایشاتی که نتایج آنها منجر به تغییر ذهنیت علمی می شود بسیار بسیار نادر است. اکثر آزمایشات به برخی از سالات کوچک پاسخ می دهند. دانش علمی از داده های انباشته بسیاری از آزمایش ها ساخته شده است. موضوعی یا س questionالی بی پاسخ را انتخاب کنید که دارای وسعت کم و تست آسان باشد.
- به عنوان مثال ، اگر می خواهید کودهای کشاورزی را آزمایش کنید ، سعی نکنید به این س answerال پاسخ دهید "چه کودی برای پرورش محصولات مناسب است؟" انواع مختلفی از کودها و انواع مختلف گیاهان در جهان وجود دارد - یک آزمایش نمی تواند نتایج کلی را برای هر دو به دست آورد. یک سوال بهتر برای طراحی آزمایش این است که "چه غلظت نیتروژن در کود بیشترین محصول ذرت را تولید کرد؟"
- دانش علمی مدرن بسیار بسیار گسترده است. اگر قصد انجام تحقیقات علمی را دارید ، قبل از اینکه طراحی آزمایش خود را شروع کنید ، موضوع خود را به طور کامل مورد بررسی قرار دهید. آیا آزمایش های قبلی به س questionsالاتی که موضوع یادگیری آزمایش شما بوده پاسخ داده است؟ اگر چنین است ، آیا راهی وجود دارد که مبحث خود را برای پاسخ به س questionsالاتی که در آزمایش های فعلی به آنها پاسخ داده نشده است ، تطبیق دهید؟
مرحله 2. متغیرهای خود را جدا کنید
آزمایشات علمی خوب پارامترهای خاص و قابل اندازه گیری را آزمایش می کند که نامیده می شوند متغیر.
به طور کلی ، یک دانشمند آزمایشی را برای مقدار متغیری که آزمایش می کند ، انجام می دهد. یک نکته حیاتی هنگام انجام آزمایشها تنظیم است فقط متغیر خاصی که آزمایش می کنید (و هیچ متغیر دیگری).
به عنوان مثال ، در مثال آزمایش کود ، دانشمند ما چندین گیاه بزرگ ذرت را در خاکی که با غلظت های مختلف نیتروژن بارور شده است ، می کارد. به هر گیاه مقدار کود مورد نیاز را می دهد دقیقا یکسان. او اطمینان حاصل می کند که ترکیب شیمیایی کودهای مورد استفاده به غیر از غلظت نیتروژن متفاوت نیست - به عنوان مثال ، او از کودهای با غلظت منیزیم بالاتر برای هیچ یک از محصولات ذرت خود استفاده نمی کند. او همچنین در هر یک از کپی های آزمایشی خود ، تعداد و گونه های یکسانی از گیاهان ذرت را همزمان و در همان نوع خاک می کارد.
مرحله 3. یک فرضیه ایجاد کنید
فرضیه پیش بینی نتایج تجربی است. این باید بیش از حدس و گمان نباشد - یک فرضیه خوب با تحقیقاتی که هنگام انتخاب موضوع آزمایش انجام داده اید ، آشکار می شود. اگر در حال حل مشکلی هستید که به طور عمیق مورد مطالعه قرار نگرفته است ، بر اساس هر گونه ترکیبی از تحقیقات ادبی و مشاهدات ثبت شده ، می توانید فرضیه خود را بر اساس نتایج آزمایش های مشابه انجام دهید. به یاد داشته باشید که حتی اگر بهترین تحقیق خود را انجام دهید ، ممکن است فرضیه شما اشتباه باشد - در این مورد ، شما همچنان دانش خود را با اثبات درست "نه" پیش بینی خود گسترش می دهید.
به طور معمول ، فرضیه ها به صورت جملات اعلانی کمی بیان می شوند. یک فرضیه همچنین از روش اندازه گیری پارامترهای تجربی استفاده می کند. یک فرضیه خوب برای مثال کود ما این است: "یک گیاه ذرت که یک پوند نیتروژن در هر بوشل تغذیه می کند ، توده بیشتری از محصول معادل ذرت تولید شده با مکمل نیتروژن متفاوت تولید می کند
مرحله 4. مجموعه داده های خود را برنامه ریزی کنید
از قبل بدانید "چه موقع" داده ها را جمع آوری می کنید و "چه نوع" داده هایی را جمع آوری خواهید کرد. این داده ها را در زمان های از پیش تعیین شده یا در موارد دیگر ، در فواصل منظم اندازه گیری کنید. به عنوان مثال ، در آزمایش کود ما ، وزن گیاه ذرت خود را d (بر حسب کیلوگرم) پس از یک دوره رشد اندازه گیری می کنیم. ما این را با مقدار نیتروژن کود اعمال شده برای هر گیاه مقایسه می کنیم. در آزمایش های دیگر (مانند آزمایشاتی که تغییرات متغیر را در طول زمان اندازه گیری می کنند) ، جمع آوری داده ها در فواصل منظم ضروری است.
- ایجاد یک جدول داده قبل از موعد ایده خوبی است - شما به سادگی مقادیر داده های خود را هنگام ثبت در جدول وارد کنید.
- تفاوت بین متغیرهای وابسته و مستقل را بدانید. متغیر مستقل متغیری است که شما تغییر می دهید و متغیر وابسته متغیری است که تحت تأثیر متغیر مستقل قرار می گیرد. در مثال ما ، "محتوای نیتروژن" متغیر "مستقل" و "عملکرد (بر حسب کیلوگرم)" متغیر "وابسته" است. جدول اصلی دارای ستونهایی برای هر دو متغیر است که در طول زمان تغییر می کنند.
مرحله 5: آزمایش خود را به شیوه ای انجام دهید
آزمایش خود را اجرا کنید ، متغیرهای خود را آزمایش کنید. این تقریباً همیشه از شما می خواهد که برای مقادیر متغیر به طور مکرر آزمایش کنید. در مثال کود ، ما چندین محصول ذرت یکسان را پرورش می دهیم و کود حاوی مقادیر مختلف نیتروژن را اعمال می کنیم. به طور کلی ، هرچه اطلاعات گسترده تری دریافت کنید ، بهتر است. تا جایی که ممکن است داده ها را ثبت کنید.
- یک طرح آزمایشی خوب شامل چیزی است که به آن معروف است کنترل. یکی از آزمایش های ماکت شما نباید متغیری را که در حال آزمایش آن هستید "شامل" شود. در مثال کود ، ما یک گیاه ذرت را که کود بدون نیتروژن دریافت می کند ، در آن گنجانده ایم. این کنترل ما خواهد بود - پایه ای خواهد بود که در آن رشد سایر محصولات ذرت را اندازه گیری می کنیم.
- در آزمایش خود همه و همه مواد یا فرآیندهای مرتبط با ایمنی را رعایت کنید.
مرحله 6. داده های خود را جمع آوری کنید
در صورت امکان ، داده ها را مستقیماً روی جدول ضبط کنید - این امر باعث می شود که مجبور نباشید اطلاعات را دوباره وارد کرده و ادغام کنید. بیاموزید که چگونه موارد جانبی در داده های خود را ارزیابی کنید.
همیشه ایده خوبی است که داده های خود را تا حد ممکن بصری به تصویر بکشید. نقاط داده را روی نمودار ایجاد کنید و روندها را با مناسب ترین خط یا منحنی بیان کنید. این به شما (و هر کس دیگری که این نمودار را مشاهده می کند) به تجسم الگوهای داده کمک می کند. برای اکثر آزمایش های اساسی ، متغیر مستقل در محور x افقی و متغیر متناوب در محور y عمودی ترسیم می شود
مرحله 7. داده های خود را تجزیه و تحلیل کرده و نتیجه گیری کنید
آیا فرضیه شما درست است؟ آیا روند قابل مشاهده ای در داده ها وجود دارد؟ آیا اطلاعات غیر منتظره ای پیدا کردید؟ آیا سوالات بی پاسخ دارید که ممکن است مبنای آزمایش های آینده قرار گیرد؟ سعی کنید در حین ارزیابی نتایج به این سوالات پاسخ دهید. اگر داده های شما فرضیه قطعی "بله" یا "نه" ارائه نمی دهد ، انجام آزمایشات آزمایشی اضافی و جمع آوری داده های بیشتر را در نظر بگیرید.
برای به اشتراک گذاشتن نتایج خود ، یک مقاله علمی جامع بنویسید. دانستن نحوه نگارش مقالات علمی یک مهارت مفید است - نتایج تحقیقات اخیر باید در قالب خاصی نوشته و منتشر شود
روش 2 از 2: اجرای نمونه های آزمایشی
مرحله 1. موضوعی را انتخاب کرده و متغیرهای خود را تعریف کنید
به دلیل این مثال ، ما یک آزمایش ساده و کوچک خواهیم داشت. در آزمایش ما ، تأثیر سوخت های مختلف آئروسل بر محدوده شلیک تفنگ سیب زمینی را بررسی می کنیم.
- در این حالت ، نوع سوخت آئروسل مورد استفاده ما "متغیر مستقل" (متغیری که تغییر خواهیم داد) است ، جایی که فاصله گلوله "متغیر وابسته" است.
- نکته ای که باید در این آزمایش مورد توجه قرار گیرد - آیا راهی وجود دارد که مطمئن شویم وزن هر گلوله سیب زمینی یکسان است؟ آیا راهی برای استفاده از سوخت یکسان برای هر شات وجود دارد؟ هر دوی اینها می توانند بر روی محدوده شلیک اسلحه تأثیر بگذارند. ابتدا وزن هر گلوله را اندازه بگیرید و برای هر شات از همان مقدار اسپری آئروسل استفاده کنید.
مرحله 2. یک فرضیه ایجاد کنید
اگر اسپری مو ، اسپری آشپزی و رنگ اسپری را آزمایش می کنیم ، فرض کنید اسپری مو حاوی سوخت آئروسل با محتوای بوتان بیشتر از سایر اسپری ها باشد. از آنجایی که می دانیم بوتان قابل اشتعال است ، می توان فرض کرد که اسپری مو در صورت احتراق باعث ایجاد نیروی بیشتر می شود و گلوله سیب زمینی را دورتر شلیک می کند. ما این فرضیه را می نویسیم: "محتوای بیشتر بوتان در سوخت آئروسل در اسپری مو ، به طور متوسط ، هنگام شلیک گلوله های سیب زمینی با وزن بین 250 تا 300 گرم ، محدوده شلیک بیشتری ایجاد می کند."
مرحله 3. مجموعه داده های قبلی خود را تنظیم کنید
در آزمایش ما ، هر سوخت آئروسل را 10 بار آزمایش کرده و میانگین عملکرد را محاسبه می کنیم. ما همچنین یک سوخت آئروسل که حاوی بوتان نیست را به عنوان یک آزمایش آزمایشی آزمایش می کنیم. برای آماده سازی ، ما توپ سیب زمینی خود را جمع آوری می کنیم ، آن را آزمایش می کنیم تا مطمئن شویم که کار می کند ، یک اسپری آئروسل خریداری می کنیم و سپس گلوله سیب زمینی خود را بریده و وزن می کنیم.
-
ما همچنین ابتدا یک جدول داده ایجاد می کنیم. ما پنج ستون عمودی خواهیم داشت:
- ستون سمت چپ "Test #" برچسب گذاری می شود. سلول های این ستون شامل اعداد 1 تا 10 هستند که هر تلاش شلیک را نشان می دهد.
- چهار ستون بعدی با نام اسپری آئروسل که در آزمایش استفاده کردیم برچسب گذاری می شود. ده سلول در زیر هدر ستون که شامل فاصله (بر حسب متر) هر بار شلیک است.
- در زیر هر چهار ستون سوخت ، فضایی برای نوشتن مقدار متوسط برای هر فاصله بگذارید.
مرحله 4. آزمایش را انجام دهید
ما از هر اسپری آئروسل برای شلیک ده گلوله استفاده می کنیم ، و از همان مقدار آئروسل برای شلیک هر گلوله استفاده می کنیم. بعد از هر شات ، ما از یک نوار اندازه گیری برای اندازه گیری فاصله بین هر گلوله استفاده می کنیم. این داده ها را در یک جدول داده ثبت کنید.
مانند بسیاری از آزمایشات ، آزمایش ما دارای برخی مسائل ایمنی است که باید آنها را رعایت کنیم. سوخت آئروسل مورد استفاده ما قابل اشتعال است - ما باید پوشش تیرانداز تفنگ سیب زمینی را به خوبی ببندیم و هنگام احتراق سوخت دستکش های ضخیم بپوشیم. برای جلوگیری از صدمات تصادفی گلوله ها ، ما همچنین باید اطمینان حاصل کنیم که ما (یا سایر تماشاگران) هنگام شلیک در کنار اسلحه ایستاده ایم - نه در جلو یا پشت آن
مرحله 5. تجزیه و تحلیل داده ها
بگویید ، ما متوجه می شویم که به طور متوسط اسپری مو بیشترین فاصله را به سیب زمینی می اندازد ، اما اسپری پخت و پز سازگارتر است. ما می توانیم این داده ها را تجسم کنیم. یک روش خوب برای نشان دادن فاصله متوسط در هر اسپری ، نمودار میله ای است ، که در آن نمودار پراکندگی راهی عالی برای نشان دادن تغییرات در فاصله شلیک هر سوخت است.
مرحله 6. نتیجه گیری کنید
نتایج آزمایشات خود را مشاهده کنید. بر اساس داده های ما ، می توان با اطمینان گفت که فرضیه ما درست است. ما همچنین می توانیم بگوییم که ما چیزی را که پیش بینی نکرده بودیم پیدا کردیم - این که اسپری آشپزی ثبات ترین نتایج را به همراه داشت. ما می توانیم هر گونه مشکل یا آشفتگی که پیدا کردیم را گزارش دهیم - فرض کنید رنگ حاصل از رنگ اسپری در محفظه شلیک توپ سیب زمینی جمع شده و شلیک مکرر را دشوار می کند. در نهایت ، ما می توانیم زمینه هایی را برای تحقیقات بیشتر پیشنهاد دهیم - برای مثال ، شاید با سوخت بیشتر ، بتوانیم مسافت بیشتری را طی کنیم.
ما حتی می توانیم نتایج خود را در قالب مقالات علمی با جهان به اشتراک بگذاریم - از آنجا که موضوع آزمایشات ما است ، ممکن است مناسب تر باشد که این اطلاعات را در قالب سه برابر نمایشگاه های علمی ارائه دهیم
نکات
- خوش بگذران و مراقب باش.
- علم در مورد پرسیدن سوالات بزرگ است. از انتخاب موضوعی که قبلاً ندیده اید نترسید.
هشدار
- از محافظ چشم استفاده کنید.
- اگر چیزی به چشم شما خورد ، حداقل 5 دقیقه آن را کاملاً بشویید.
- غذا یا نوشیدنی را در نزدیک محل کار خود قرار ندهید.
- قبل و بعد از آزمایش دستها را بشویید.
- هنگام استفاده از چاقوهای تیز ، مواد شیمیایی خطرناک یا آتش سوزی داغ ، مطمئن شوید که یک فرد بزرگسال شما را زیر نظر دارد.
- هنگام کار با مواد شیمیایی از دستکش لاستیکی استفاده کنید.
- موها را به پشت ببندید.
