La sperimentazione è un metodo con cui gli scienziati esaminano i fenomeni naturali nella speranza di acquisire nuove conoscenze. I buoni esperimenti seguono un disegno logico per isolare e testare una variabile specifica che è definita con precisione. Imparando i principi fondamentali alla base della progettazione sperimentale, sarai in grado di applicare questi principi ai tuoi esperimenti. Indipendentemente dalla portata, tutti i buoni esperimenti operano secondo i principi logici e deduttivi del metodo scientifico, dai progetti dell'orologio di patate di quinta elementare alla ricerca avanzata sul bosone di Higgs.
Fare un passo
Metodo 1 di 2: Progettazione di esperimenti scientifici
Passaggio 1. Scegli un argomento specifico
Gli esperimenti i cui risultati portano a un cambiamento nella mentalità scientifica sono molto, molto rari. La maggior parte degli esperimenti risponde ad alcune piccole domande. La conoscenza scientifica è costruita dai dati accumulati di molti esperimenti. Scegli un argomento o una domanda senza risposta di portata ridotta e facile da testare.
- Ad esempio, se vuoi sperimentare con i fertilizzanti agricoli, non cercare di rispondere alla domanda "Che tipo di fertilizzante è il migliore per la coltivazione?" Ci sono molti diversi tipi di fertilizzanti e molti diversi tipi di piante nel mondo: un esperimento non può portare a conclusioni universali per entrambi. Una domanda migliore per progettare l'esperimento sarebbe "Quale concentrazione di azoto nel fertilizzante ha prodotto il più grande raccolto di mais?"
- La conoscenza scientifica moderna è molto, molto ampia. Se hai intenzione di fare ricerca scientifica, studia a lungo il tuo argomento prima di iniziare a progettare il tuo esperimento. Qualche esperimento precedente ha risposto alle domande che sono state l'oggetto dell'apprendimento del tuo esperimento? In tal caso, c'è un modo per adattare il tuo argomento per rispondere a domande a cui non è stata data risposta da esperimenti esistenti?
Passaggio 2. Isolare le variabili
I buoni esperimenti scientifici testano parametri specifici e misurabili chiamati variabile.
In termini generali, uno scienziato conduce un esperimento per il valore della variabile che sta testando. Una cosa fondamentale quando si conducono esperimenti è l'adattamento soltanto la variabile specifica che stai testando (e nessun'altra variabile).
Ad esempio, nel nostro esperimento sui fertilizzanti, il nostro scienziato pianterà diverse grandi piante di mais in un terreno fertilizzato con diverse concentrazioni di azoto. Darà ad ogni pianta la quantità richiesta di fertilizzante Esattamente stesso. Farà in modo che la composizione chimica dei fertilizzanti utilizzati non differisca oltre alla concentrazione di azoto - ad esempio, non utilizzerà fertilizzanti con concentrazioni di magnesio più elevate per nessuna delle sue colture di mais. Pianterà anche lo stesso numero e specie di piante di mais contemporaneamente e sullo stesso tipo di terreno in ciascuna delle sue repliche sperimentali.
Passaggio 3. Creare un'ipotesi
L'ipotesi è una previsione dei risultati sperimentali. Questo dovrebbe essere più di una semplice supposizione: una buona ipotesi è basata sulla ricerca che hai fatto quando hai scelto un argomento per l'esperimento. Basa la tua ipotesi sui risultati di esperimenti simili condotti da altri colleghi nel tuo campo, se stai risolvendo un problema che non è stato studiato in profondità, sulla base di qualsiasi combinazione di ricerca letteraria e osservazioni registrate che riesci a trovare. Ricorda che anche se fai la tua migliore ricerca, la tua ipotesi potrebbe essere smentita - in questo caso, stai ancora ampliando le tue conoscenze dimostrando che la tua previsione "non" è corretta.
Tipicamente, le ipotesi sono espresse come frasi dichiarative quantitative. Un'ipotesi utilizza anche il modo in cui vengono misurati i parametri sperimentali. Una buona ipotesi per il nostro esempio di fertilizzante è: "Una pianta di mais alimentata con una libbra di azoto per staio produrrà una maggiore massa di resa rispetto a un raccolto di mais equivalente coltivato con un diverso supplemento di azoto
Passaggio 4. Pianifica la raccolta dei dati
Sapere in anticipo "quando" raccoglierai i dati e "che tipo" di dati raccoglierai. Misurare questi dati in tempi prestabiliti o, in altri casi, a intervalli regolari. Nel nostro esperimento sui fertilizzanti, ad esempio, misureremo il peso della nostra pianta di mais d (in chilogrammi) dopo un periodo di crescita. Lo confronteremo con il contenuto di azoto del fertilizzante applicato a ciascuna pianta. In altri esperimenti (come quelli che misureranno i cambiamenti di una variabile nel tempo), è necessario raccogliere dati a intervalli regolari.
- Creare una tabella di dati in anticipo è una buona idea: inserisci semplicemente i valori dei dati nella tabella mentre li registri.
- Conoscere la differenza tra variabili dipendenti e indipendenti. La variabile indipendente è la variabile che si modifica e la variabile dipendente è quella interessata dalla variabile indipendente. Nel nostro esempio, "contenuto di azoto" è la variabile "indipendente" e "resa (in kg)" è la variabile "dipendente". La tabella di base avrà colonne per entrambe le variabili man mano che cambiano nel tempo.
Passaggio 5. Conduci il tuo esperimento in modo metodico
Esegui il tuo esperimento, verifica le tue variabili. Questo richiede quasi sempre di sperimentare ripetutamente per alcuni valori variabili. Nel nostro esempio di fertilizzante, coltiveremo diverse colture di mais identiche e applicheremo un fertilizzante contenente quantità variabili di azoto. In generale, più dati completi ottieni, meglio è. Registra quanti più dati possibile.
- Un buon disegno sperimentale incorpora ciò che è noto come controllo. Uno dei tuoi esperimenti di replica dovrebbe "non" includere affatto la variabile che stai testando. Nel nostro esempio di fertilizzante, includeremo una pianta di mais che riceve fertilizzante senza azoto. Questo sarà il nostro controllo - sarà la linea di base rispetto alla quale misureremo la crescita di altre colture di mais.
- Osserva tutte le sostanze o i processi relativi alla sicurezza nel tuo esperimento.
Passaggio 6. Raccogli i tuoi dati
Se possibile, registra i dati direttamente sulla tabella - questo ti eviterà di dover reinserire e unire i dati in un secondo momento. Scopri come valutare l'estraneo nei tuoi dati.
È sempre una buona idea rappresentare i tuoi dati nel modo più visivo possibile. Crea punti dati sul grafico ed esprimi le tendenze con la linea o la curva più appropriata. Questo aiuterà te (e chiunque altro stia visualizzando questo grafico) a visualizzare i modelli nei dati. Per la maggior parte degli esperimenti di base, la variabile indipendente viene tracciata sull'asse orizzontale delle ascisse e la variabile alternata sull'asse verticale delle y
Passaggio 7. Analizzare i dati e trarre conclusioni
La tua ipotesi è corretta? Ci sono tendenze osservabili nei dati? Hai trovato dati imprevisti? Hai domande senza risposta che potrebbero costituire la base per esperimenti futuri? Prova a rispondere a queste domande mentre valuti i risultati. Se i tuoi dati non forniscono un'ipotesi "sì" o "no" definita, considera la possibilità di condurre ulteriori prove sperimentali e raccogliere più dati.
Per condividere i tuoi risultati, scrivi un articolo scientifico completo. Saper scrivere articoli scientifici è un'abilità utile: i risultati delle ricerche recenti devono essere scritti e pubblicati in un determinato formato
Metodo 2 di 2: Esecuzione di esperimenti di esempio
Passaggio 1. Scegli un argomento e definisci le variabili
Per la ragione di questo esempio, faremo un semplice e piccolo esperimento. Nel nostro esperimento, esamineremo l'effetto di diversi combustibili aerosol sul raggio di tiro della pistola per patate.
- In questo caso, il tipo di carburante aerosol che stiamo usando è la "variabile indipendente" (la variabile che cambieremo), dove la distanza del proiettile è la "variabile dipendente".
- Qualcosa da considerare in questo esperimento: c'è un modo per assicurarsi che ogni proiettile di patate pesi lo stesso? C'è un modo per usare la stessa quantità di carburante per ogni colpo? Entrambi possono influenzare il raggio di tiro della pistola. Misurare prima il peso di ciascun proiettile e utilizzare la stessa quantità di spray aerosol per ogni colpo.
Passaggio 2. Creare un'ipotesi
Se testiamo lacca per capelli, spray da cucina e vernice spray, supponiamo che la lacca per capelli contenga carburante aerosol con un contenuto di butano maggiore di altri spray. Poiché sappiamo che il butano è infiammabile, possiamo ipotizzare che la lacca per capelli produrrà più spinta quando viene accesa, sparando un proiettile di patate più lontano. Scriveremo l'ipotesi: "Il contenuto di butano più elevato nel carburante aerosol nella lacca per capelli, in media, produrrà un raggio di tiro più lungo quando si sparano proiettili di patate che pesano tra 250-300 grammi".
Passaggio 3. Imposta la raccolta dati precedente
Nel nostro esperimento, testeremo ogni carburante aerosol 10 volte e calcoleremo la resa media. Testeremo anche un carburante aerosol che non contiene butano come controllo sperimentale. Per prepararci, assembleremo il nostro cannone per patate, lo testeremo per assicurarci che funzioni, acquisteremo uno spray aerosol e poi taglieremo e peseremo il nostro proiettile di patate.
-
Creeremo prima anche una tabella dati. Avremo cinque colonne verticali:
- La colonna più a sinistra sarà denominata "Test #". Le celle in questa colonna conterranno i numeri 1-10, che indicano ogni tentativo di sparo.
- Le prossime quattro colonne saranno etichettate con il nome dello spray aerosol che abbiamo usato nell'esperimento. Dieci celle sotto ogni intestazione di colonna che conterranno la distanza (in metri) di ogni tentativo di fuoco.
- Sotto ciascuna delle quattro colonne per il carburante, lasciare uno spazio per scrivere il valore medio per ogni distanza.
Passaggio 4. Fai l'esperimento
Useremo ogni spray aerosol per sparare dieci proiettili, usando la stessa quantità di aerosol per sparare ogni proiettile. Dopo ogni colpo, useremo un metro a nastro per misurare la distanza tra ogni proiettile. Registra questi dati in una tabella di dati.
Come molti esperimenti, il nostro esperimento presenta alcuni problemi di sicurezza che dobbiamo osservare. Il carburante aerosol che usiamo è infiammabile: dobbiamo chiudere bene il coperchio dello sparapatate e indossare guanti spessi quando accendiamo il carburante. Per evitare lesioni accidentali da proiettili, dobbiamo anche assicurarci che noi (o altri astanti) stiamo accanto alla pistola mentre spariamo, non davanti o dietro di essa
Passaggio 5. Analizzare i dati
Diciamo, troviamo che, in media, la lacca per capelli spara alle patate più lontano, ma lo spray da cucina è più coerente. Possiamo visualizzare questi dati. Un buon modo per illustrare la distanza media per spruzzo è un grafico a barre, dove un grafico a dispersione è un ottimo modo per mostrare le variazioni nella distanza di sparo di ciascun carburante.
Passaggio 6. Trai le tue conclusioni
Visualizza i risultati dei tuoi esperimenti. Sulla base dei nostri dati, possiamo dire con sicurezza che la nostra ipotesi è corretta. Possiamo anche dire che abbiamo trovato qualcosa che non avevamo previsto: lo spray da cucina ha prodotto i risultati più coerenti. Possiamo segnalare qualsiasi problema o disordine che troviamo - diciamo che la vernice della vernice spray si accumula nella camera di sparo di un cannone per patate, rendendo difficile lo sparo ripetuto. Infine, possiamo suggerire aree per ulteriori ricerche - ad esempio, forse con più carburante, possiamo ottenere una distanza maggiore.
Potremmo anche condividere i nostri risultati con il mondo sotto forma di articoli scientifici - poiché oggetto dei nostri esperimenti, potrebbe essere più appropriato presentare queste informazioni sotto forma di una triplice esposizione di scienze
Suggerimenti
- Divertiti e stai al sicuro.
- La scienza consiste nel porre grandi domande. Non aver paura di scegliere un argomento che non hai mai visto prima.
Avvertimento
- Indossare protezioni per gli occhi.
- Se qualcosa viene a contatto con gli occhi, sciacquare abbondantemente per almeno 5 minuti.
- Non posizionare cibi o bevande vicino al posto di lavoro.
- Lavarsi le mani prima e dopo l'esperimento.
- Quando usi coltelli affilati, sostanze chimiche pericolose o fuochi caldi, assicurati che un adulto ti guardi.
- Indossare guanti di gomma quando si maneggiano prodotti chimici.
- Lega i capelli indietro.
