ניסוי היא שיטה שבה מדענים בוחנים תופעות טבע בתקווה לצבור ידע חדש. ניסויים טובים עוקבים אחר עיצוב לוגי לבודד ולבדוק משתנה ספציפי שמוגדר במדויק. על ידי למידת העקרונות הבסיסיים מאחורי עיצוב ניסיוני, תוכל ליישם עקרונות אלה על הניסויים שלך. לא משנה היקף, כל הניסויים הטובים פועלים על פי העקרונות ההגיוניים והדדוקטיביים של השיטה המדעית, החל מפרויקטים של שעון תפוחי אדמה בכיתה ה 'ועד מחקר מתקדם של היגס בוסון.
שלב
שיטה 1 מתוך 2: עיצוב ניסויים מדעיים
שלב 1. בחר נושא ספציפי
ניסויים שתוצאותיהם מובילות לשינוי הלך הרוח המדעי הם מאוד מאוד נדירים. רוב הניסויים עונים על שאלות קטנות מסוימות. ידע מדעי בנוי מהנתונים המצטברים של ניסויים רבים. בחר נושא או שאלה ללא מענה שהיקפה קטן וקל לבדיקה.
- לדוגמה, אם אתה רוצה להתנסות בדשן חקלאי, אל תנסה לענות על השאלה "איזה סוג של דשן הוא הטוב ביותר לגידול יבולים?" ישנם הרבה סוגים שונים של דשנים וסוגים רבים של צמחים בעולם - ניסוי אחד אינו יכול להסיק מסקנות אוניברסאליות לשניהם. שאלה טובה יותר לעיצוב הניסוי תהיה "איזה ריכוז חנקן בדשן הניב את גידול התירס הגדול ביותר?"
- הידע המדעי המודרני הוא מאוד מאוד רחב. אם אתה מתכוון לעשות מחקר מדעי, חקור את הנושא שלך בהרחבה לפני שתתחיל בעיצוב הניסוי שלך. האם ניסויים קודמים ענו על שאלות שהן נושא הלמידה של הניסוי שלך? אם כן, האם יש דרך להתאים את הנושא שלך לענות על שאלות שלא נענו על ידי ניסויים קיימים?
שלב 2. לבודד את המשתנים שלך
ניסויים מדעיים טובים בודקים פרמטרים ספציפיים הניתנים למדידה הנקראים מִשְׁתַנֶה.
באופן כללי, מדען מבצע ניסוי לערך המשתנה שהוא בודק. דבר חיוני בעת ביצוע ניסויים הוא התאמה רק המשתנה הספציפי שאתה בודק (ולא משתנים אחרים).
לדוגמה, בדוגמת ניסוי הדשן שלנו, המדען שלנו ישתול כמה צמחי תירס גדולים בקרקע המופרית בריכוזי חנקן שונים. זה ייתן לכל צמח את כמות הדשן הנדרשת בְּדִיוּק אותו. הוא יבטיח כי ההרכב הכימי של הדשנים בהם נעשה שימוש אינו שונה מלבד ריכוז החנקן - למשל, הוא לא ישתמש בדשן בעל ריכוזי מגנזיום גבוהים יותר עבור כל גידולי התירס שלו. הוא גם ישתול את אותו מספר ומינים של צמחי תירס בו זמנית ועל אותו סוג אדמה בכל אחד מההעתקים הניסיוניים שלו.
שלב 3. צור השערה
ההשערה היא חיזוי של תוצאות הניסוי. זה צריך להיות יותר מסתם ניחושים - השערה טובה מודיעה על ידי המחקר שעשית בעת בחירת נושא ניסוי. ביסס את השערתך על תוצאות ניסויים דומים שערכו עמיתים אחרים בתחום שלך, אם אתה פותר בעיה שלא נחקרה לעומק, בהתבסס על כל שילוב של מחקר ספרותי ותצפיות מוקלטות שתוכל למצוא. זכור כי גם אם תעשה את המחקר הטוב ביותר שלך, ההשערה שלך עלולה להיות מוטעית - במקרה זה, אתה עדיין מרחיב את הידע שלך על ידי הוכחת התחזית שלך "לא" נכונה.
בדרך כלל, השערות מתבטאות כמשפטים הצהרתיים כמותיים. השערה משתמשת גם בדרך למדידת פרמטרים ניסיוניים. השערה טובה לדוגמת הדשן שלנו היא: "צמח תירס שניזון קילו חנקן לכל בושל ייצר מסת תפוקה גדולה יותר מאשר גידול תירס מקביל הגדל בתוספת חנקן שונה
שלב 4. תכנן את איסוף הנתונים שלך
דע מראש "מתי" תאסוף נתונים, ו"איזה סוג "נתונים תאסוף. מדוד נתונים אלה בזמנים שנקבעו מראש, או במקרים אחרים, במרווחי זמן קבועים. בניסוי הדשן שלנו, למשל, נמדוד את משקל צמח התירס שלנו d (בק"ג) לאחר תקופה של צמיחה. נשווה זאת לתכולת החנקן של הדשן המורח על כל צמח. בניסויים אחרים (כגון אלה שימדדו שינויים במשתנה לאורך זמן), יש צורך לאסוף נתונים במרווחי זמן קבועים.
- יצירת טבלת נתונים מבעוד מועד היא רעיון טוב - אתה פשוט מזין את ערכי הנתונים שלך בטבלה תוך כדי הקלטה.
- דע את ההבדל בין משתנים תלויים לבין עצמאים. המשתנה הבלתי תלוי הוא המשתנה שאתה משנה והמשתנה התלוי הוא המשתנה מהמשתנה הבלתי תלוי. בדוגמה שלנו, "תכולת חנקן" היא המשתנה "העצמאי", ו"תשואה (בק"ג) "היא המשתנה" התלוי ". בטבלת הבסיס יהיו עמודות עבור שני המשתנים כשהם משתנים לאורך זמן.
שלב 5. בצע את הניסוי שלך באופן שיטתי
הפעל את הניסוי שלך, בדוק את המשתנים שלך. זה כמעט תמיד מחייב אותך להתנסות שוב ושוב בכמה ערכים משתנים. בדוגמת הדשן שלנו, נגדל מספר גידולי תירס זהים וניישם דשן המכיל כמויות משתנות של חנקן. ככלל, ככל שתקבל נתונים נרחבים יותר, כך ייטב. הקלט כמה שיותר נתונים.
- עיצוב ניסיוני טוב משלב את מה שמכונה לִשְׁלוֹט. אחד מניסויי העתק שלך אמור "לא" לכלול את המשתנה שאתה בודק כלל. בדוגמת הדשן שלנו, נכלול צמח תירס אחד שמקבל בו דשן ללא חנקן. זו תהיה השליטה שלנו - תהיה הבסיס שכנגדו נמדוד את הצמיחה של גידולי תירס אחרים.
- צפה בכל החומרים או התהליכים הקשורים לבטיחות בניסוי שלך.
שלב 6. אסוף את הנתונים שלך
הקלט נתונים ישירות על השולחן, במידת האפשר - הדבר ימנע ממך צורך להזין מחדש ולמזג נתונים מאוחר יותר. למד כיצד להעריך את הזרים שבנתונים שלך.
תמיד מומלץ לתאר את הנתונים שלך בצורה ויזואלית ככל האפשר. צור נקודות נתונים בתרשים והביע מגמות עם הקו או העקומה המתאימים ביותר. זה יעזור לך (ולכל מי שצופה בגרף זה) לדמיין דפוסים בנתונים. עבור רוב הניסויים הבסיסיים, המשתנה הבלתי תלוי מתנוסס על ציר ה- x האופקי והמשתנה מתחלף על ציר ה- y האנכי
שלב 7. נתח את הנתונים שלך והסיק מסקנות
האם ההשערה שלך נכונה? האם קיימות מגמות ניכרות בנתונים? האם מצאת נתונים בלתי צפויים? האם יש לך שאלות ללא מענה שעשויות להוות בסיס לניסויים עתידיים? נסה לענות על שאלות אלה בזמן שאתה מעריך את התוצאות. אם הנתונים שלך אינם מספקים השערה ברורה של "כן" או "לא", שקול לערוך ניסויים ניסיוניים נוספים ולאסוף נתונים נוספים.
כדי לשתף את התוצאות שלך, כתוב מאמר מדעי מקיף. לדעת לכתוב מאמרים מדעיים היא מיומנות שימושית - יש לכתוב ולפרסם את תוצאות המחקרים האחרונים במתכונת מסוימת
שיטה 2 מתוך 2: הפעלת ניסויים לדוגמה
שלב 1. בחר נושא והגדר את המשתנים שלך
מסיבה של דוגמה זו, יהיה לנו ניסוי פשוט וקטן. בניסוי שלנו, נבחן את ההשפעה של דלקים תרסיסיים שונים על טווח הירי של אקדח תפוחי האדמה.
- במקרה זה, סוג דלק התרסיס בו אנו משתמשים הוא "המשתנה הבלתי תלוי" (המשתנה שנשנה), כאשר מרחק הכדור הוא "המשתנה התלוי".
- משהו שצריך לקחת בחשבון בניסוי הזה - האם יש דרך לוודא שכל כדור תפוחי אדמה שוקל אותו דבר? האם יש דרך להשתמש באותה כמות דלק לכל זריקה? שני אלה יכולים להשפיע על טווח הירי של האקדח. מדוד קודם כל את המשקל של כל כדור והשתמש באותה כמות של תרסיס אירוסול לכל זריקה.
שלב 2. צור השערה
אם נבדוק ריסוס לשיער, תרסיס לבישול וריסוס צבע, נניח שספריי השיער מכיל דלק אירוסול בעל תכולת בוטאן גדולה יותר מאשר תרסיסים אחרים. מכיוון שאנו יודעים כי בוטאן הוא דליק, אנו יכולים לשער כי תרסיס השיער ייצר יותר דחף בעת הצתה ויורה כדור תפוחי אדמה רחוק יותר. נכתוב את ההשערה: "תכולת הבוטאן הגבוהה יותר בדלק התרסיס בתרסיס השיער, בממוצע, תייצר טווח ירי ארוך יותר בעת ירי כדורי תפוחי אדמה במשקל של בין 250-300 גרם".
שלב 3. הגדר את איסוף הנתונים הקודם שלך
בניסוי שלנו, נבדוק כל דלק אירוסול 10 פעמים ונחשב את התשואה הממוצעת. נבדוק גם דלק אירוסול שאינו מכיל בוטאן כבקרה ניסיונית. להכנה נרכיב את תותח תפוחי האדמה שלנו, נבדוק אותו כדי לוודא שהוא פועל, נרכוש תרסיס אירוסול ולאחר מכן נחתוך ונשקל את כדור תפוחי האדמה שלנו.
-
קודם כל ניצור טבלת נתונים. יהיו לנו חמש עמודות אנכיות:
- העמודה השמאלית ביותר תוענק בשם "בדיקה #". תאים בעמודה זו יכילו את המספרים 1-10, המציינים כל ניסיון ירי.
- ארבעת העמודות הבאות יסומנו בשם תרסיס התרסיס בו השתמשנו בניסוי. עשרה תאים מתחת לכל כותרת עמודה שיכילו את המרחק (במטרים) של כל ניסיון ירי.
- מתחת לכל אחת מארבע העמודות לדלק, השאירו מקום לכתוב את הערך הממוצע לכל מרחק.
שלב 4. בצע את הניסוי
נשתמש בכל תרסיס תרסיס לירי של עשרה כדורים, תוך שימוש באותה כמות של תרסיס לשריפת כל כדור. לאחר כל זריקה, נשתמש בקוטר מדידה למדידת המרחק בין כל כדור. רשום נתונים אלה בטבלת נתונים.
כמו ניסויים רבים, לניסוי שלנו יש כמה בעיות בטיחות שעלינו להתבונן בהן. דלק התרסיס בו אנו משתמשים הוא דליק - עלינו לסגור היטב את מכסה היורה של אקדח תפוחי האדמה וללבוש כפפות עבות בעת הצתת הדלק. כדי למנוע פגיעה מקרית בכדורים, עלינו גם להבטיח שאנו (או צופים אחרים) נעמוד ליד האקדח בזמן הירי - לא לפניו או מאחוריו
שלב 5. נתח את הנתונים
נגיד, אנו מגלים שבסך הכל, תרסיס שיער יורה לתפוחי האדמה הכי רחוק, אבל תרסיס הבישול עקבי יותר. אנו יכולים לדמיין נתונים אלה. דרך טובה להמחיש את המרחק הממוצע לכל ריסוס היא תרשים עמודות, כאשר חלקת פיזור היא דרך מצוינת להראות וריאציות במרחק הירי של כל דלק.
שלב 6. הסיקו את מסקנותיכם
צפה בתוצאות הניסויים שלך. בהתבסס על הנתונים שלנו, אנו יכולים לומר בביטחון שההשערה שלנו נכונה. אנו יכולים גם לומר שמצאנו משהו שלא צפינו - שתרסיס לבישול הניב את התוצאות העקביות ביותר. אנו יכולים לדווח על בעיות או בלאגן שאנו מוצאים - נניח שצבע מצבע ריסוס מצטבר בחדר הירי של תותח תפוחי אדמה, מה שמקשה על ירי חוזר. לבסוף, אנו יכולים להציע אזורים למחקר נוסף - לדוגמה, אולי עם יותר דלק, נוכל להגיע למרחק רב יותר.
נוכל אפילו לשתף את התוצאות שלנו עם העולם בצורה של מאמרים מדעיים - מכיוון שנושא הניסויים שלנו, יתכן וראוי יותר להציג מידע זה בצורה של טריפלדור של תערוכות מדעיות
טיפים
- תהנה ותהיה בטוח.
- המדע עוסק בשאלות גדולות. אל תפחד לבחור נושא שטרם ראית.
אַזהָרָה
- לבשו הגנה לעיניים.
- אם משהו נכנס לעיניים שלך, שטוף היטב במשך 5 דקות לפחות.
- אין להניח אוכל או שתייה ליד מקום העבודה שלך.
- שטפו ידיים לפני ואחרי הניסוי.
- בעת שימוש בסכינים חדות, כימיקלים מסוכנים או שריפות חמות, וודא שמבוגר צופה בך.
- ללבוש כפפות גומי בעת טיפול בכימיקלים.
- לקשור את השיער לאחור.
