L’experimentació és un mètode mitjançant el qual els científics examinen els fenòmens naturals amb l’esperança d’obtenir nous coneixements. Els bons experiments segueixen un disseny lògic per aïllar i provar una variable específica que es defineix amb precisió. En aprendre els principis fonamentals del disseny experimental, podreu aplicar aquests principis als vostres propis experiments. Independentment de l’abast, tots els bons experiments funcionen d’acord amb els principis lògics i deductius del mètode científic, des de projectes de rellotge de patata de cinquè grau fins a investigacions avançades sobre el bosó de Higgs.
Pas
Mètode 1 de 2: Disseny d’experiments científics
Pas 1. Trieu un tema específic
Els experiments els resultats dels quals condueixen a un canvi de mentalitat científica són molt, molt rars. La majoria dels experiments responen a algunes preguntes petites. El coneixement científic es basa en les dades acumulades de molts experiments. Trieu un tema o una pregunta sense resposta d’abast reduït i fàcil de provar.
- Per exemple, si voleu experimentar amb fertilitzants agrícoles, no proveu de respondre a la pregunta "Quin tipus de fertilitzant és el millor per cultivar cultius?" Hi ha molts tipus diferents de fertilitzants i molts tipus diferents de plantes al món: un experiment no pot donar conclusions universals per a tots dos. Una millor pregunta per dissenyar l'experiment seria "Quina concentració de nitrogen en el fertilitzant va produir el cultiu de blat de moro més gran?"
- El coneixement científic modern és molt, molt ampli. Si teniu intenció de fer investigacions científiques, investigueu el tema completament abans de començar a dissenyar l’experiment. Alguns experiments anteriors han respost a preguntes que van ser objecte d'aprenentatge de l'experiment? Si és així, hi ha alguna manera d’adaptar el tema per respondre a preguntes que no han estat respostes pels experiments existents?
Pas 2. Aïllar les variables
Bons experiments científics posen a prova paràmetres específics i mesurables anomenats variable.
En termes generals, un científic realitza un experiment pel valor de la variable que prova. Una cosa vital a l’hora de dur a terme experiments és l’ajust només la variable específica que esteu provant (i cap altra variable).
Per exemple, en el nostre exemple d’experiment de fertilitzants, el nostre científic plantarà diverses plantes de blat de moro grans a la terra fertilitzada amb diferents concentracions de nitrogen. Donarà a cada planta la quantitat necessària de fertilitzant exactament mateix. S'assegurarà que la composició química dels fertilitzants utilitzats no sigui diferent de la concentració de nitrogen; per exemple, no utilitzarà fertilitzants amb concentracions de magnesi més altes per a cap dels seus cultius de blat de moro. També plantarà el mateix nombre i espècies de plantes de blat de moro al mateix temps i en el mateix tipus de sòl en cadascuna de les seves rèpliques experimentals.
Pas 3. Crear una hipòtesi
La hipòtesi és una predicció dels resultats experimentals. Això hauria de ser alguna cosa més que una simple conjectura: la bona investigació que heu fet a l’hora d’escollir un tema d’experiment és una bona hipòtesi. Baseu la vostra hipòtesi en els resultats d’experiments similars realitzats per altres companys del vostre camp, si esteu resolent un problema que no s’ha estudiat en profunditat, basant-vos en qualsevol combinació d’investigacions literàries i observacions enregistrades que pugueu trobar. Recordeu que, fins i tot si feu la millor investigació, és possible que la vostra hipòtesi es demostri incorrecta; en aquest cas, continueu ampliant els vostres coneixements demostrant que la vostra predicció "no" és correcta.
Normalment, les hipòtesis s’expressen com a frases declaratives quantitatives. Una hipòtesi també utilitza la manera de mesurar els paràmetres experimentals. Una bona hipòtesi per al nostre exemple de fertilitzants és: "Una planta de blat de moro alimentada amb una lliura de nitrogen per boix produirà una massa de rendiment superior a un cultiu de blat de moro equivalent cultivat amb un suplement de nitrogen diferent
Pas 4. Planifiqueu la recopilació de dades
Conegueu per endavant "quan" recopilarà dades i "quin tipus de" dades recopilarà. Mesureu aquestes dades en moments predeterminats o, en altres casos, a intervals regulars. En el nostre experiment de fertilitzants, per exemple, mesurarem el pes de la nostra planta de blat de moro d (en quilograms) després d’un període de creixement. Compararem això amb el contingut de nitrogen dels fertilitzants aplicats a cada planta. En altres experiments (com els que mesuraran els canvis d'una variable al llarg del temps), és necessari recopilar dades a intervals regulars.
- Crear una taula de dades amb antelació és una bona idea: només cal que introduïu els valors de les dades a la taula mentre la registreu.
- Conèixer la diferència entre variables dependents i independents. La variable independent és la variable que canvieu i la variable dependent és la que es veu afectada per la variable independent. En el nostre exemple, "contingut de nitrogen" és la variable "independent" i "rendiment (en kg)" és la variable "dependent". La taula base tindrà columnes per a les dues variables a mesura que canvien amb el pas del temps.
Pas 5. Realitzeu l'experiment de manera metòdica
Executeu l'experiment, proveu les vostres variables. Gairebé sempre requereix que experimenteu repetidament amb alguns valors variables. En el nostre exemple de fertilitzants, cultivarem diversos cultius de blat de moro idèntics i aplicarem un fertilitzant que contingui diferents quantitats de nitrogen. En general, com més dades obtingueu, millor. Registre tantes dades com sigui possible.
- Un bon disseny experimental incorpora el que es coneix com control. Un dels vostres experiments de rèplica "no" hauria d'incloure la variable que esteu provant. En el nostre exemple de fertilitzants, inclourem una planta de blat de moro que rep fertilitzants sense nitrogen. Aquest serà el nostre control: serà la línia de base amb la qual mesurarem el creixement d'altres collites de blat de moro.
- Observeu totes les substàncies o processos relacionats amb la seguretat de l'experiment.
Pas 6. Recopileu les vostres dades
Enregistreu les dades directament a la taula, si és possible; això evitarà que hàgiu de tornar a introduir i combinar les dades més endavant. Obteniu informació sobre com avaluar els extranys de les vostres dades.
Sempre és una bona idea representar les vostres dades de la manera més visual possible. Creeu punts de dades al gràfic i expresseu tendències amb la línia o corba més adequada. Això us ajudarà (i qualsevol altra persona que visualitzi aquest gràfic) a visualitzar patrons a les dades. Per a la majoria d’experiments bàsics, la variable independent es representa a l’eix horitzontal i la variable alternant a l’eix vertical
Pas 7. Analitzeu les vostres dades i traieu conclusions
La vostra hipòtesi és correcta? Hi ha alguna tendència observable en les dades? Heu trobat dades inesperades? Teniu preguntes sense resposta que podrien ser la base de futurs experiments? Proveu de respondre a aquestes preguntes mentre avalueu els resultats. Si les vostres dades no proporcionen una hipòtesi definida de "sí" o "no", considereu la possibilitat de realitzar assajos experimentals addicionals i recopilar més dades.
Per compartir els vostres resultats, escriviu un article científic complet. Saber escriure articles científics és una habilitat útil: els resultats de la investigació recent s’han d’escriure i publicar en un format determinat
Mètode 2 de 2: Execució d'experiments d'exemple
Pas 1. Trieu un tema i definiu les variables
Per la raó d’aquest exemple, farem un experiment senzill i petit. En el nostre experiment, examinarem l’efecte de diferents combustibles en aerosol sobre el camp de tir de la pistola de patates.
- En aquest cas, el tipus de combustible en aerosol que estem utilitzant és la "variable independent" (la variable que canviarem), on la distància de la bala és la "variable dependent".
- Alguna cosa a tenir en compte en aquest experiment: hi ha alguna manera d’assegurar-se que cada bala de patata pesa igual? Hi ha alguna manera d’utilitzar la mateixa quantitat de combustible per a cada tret? Tots dos poden afectar el camp de tir de l'arma. Mesureu primer el pes de cada bala i utilitzeu la mateixa quantitat d’aerosol en aerosol per a cada tret.
Pas 2. Crear una hipòtesi
Si provem esprai per al cabell, esprai de cuina i pintura en aerosol, suposem que el cabell espaiós conté combustible en aerosol amb un contingut de butà superior a la d'altres esprais. Com que sabem que el butà és inflamable, podem fer la hipòtesi que l’esprai per als cabells produirà més empenta quan s’encengui, disparant una bala de patata més lluny. Escriurem la hipòtesi: "El contingut més alt de butà en el combustible en aerosol en spray per als cabells, de mitjana, produirà un abast de cocció més llarg en disparar bales de patata que pesen entre 250 i 300 grams".
Pas 3. Configureu la recopilació de dades anterior
En el nostre experiment, provarem cada combustible d’aerosol 10 vegades i calcularem el rendiment mitjà. També provarem un combustible en aerosol que no contingui butà com a control experimental. Per preparar-lo, muntarem el nostre canó de patates, el provarem per assegurar-nos que funciona, comprarem un aerosol en aerosol i, a continuació, tallarem i pesarem la nostra bala de patata.
-
Primer també crearem una taula de dades. Tindrem cinc columnes verticals:
- La columna que hi ha més a l’esquerra tindrà l’etiqueta "Prova #". Les cel·les d’aquesta columna contenen els números 1-10, que indiquen cada intent de disparar.
- Les següents quatre columnes s’etiquetaran amb el nom de l’aerosol en aerosol que hem utilitzat a l’experiment. Deu cel·les sota cada capçalera de columna que contindran la distància (en metres) de cada intent de tret.
- Sota cadascuna de les quatre columnes de combustible, deixeu espai per escriure el valor mitjà de cada distància.
Pas 4. Feu l'experiment
Utilitzarem cada aerosol per disparar deu bales, utilitzant la mateixa quantitat d’aerosol per disparar cada bala. Després de cada tret, utilitzarem una cinta mètrica per mesurar la distància entre cada bala. Registre aquestes dades en una taula de dades.
Com molts experiments, el nostre experiment té alguns problemes de seguretat que hem d’observar. El combustible en aerosol que fem servir és inflamable: hem de tancar bé la tapa del tirador de patates i portar guants gruixuts quan s’encengui el combustible. Per evitar lesions accidentals per bales, també hem d’assegurar-nos que nosaltres (o altres espectadors) ens posem al costat de l’arma mentre disparem, no davant ni darrere d’ella
Pas 5. Analitzeu les dades
Diguem que, de mitjana, l’esprai per al cabell dispara les patates més lluny, però l’esprai per cuinar és més consistent. Podem visualitzar aquestes dades. Una bona manera d’il·lustrar la distància mitjana per aspersió és un gràfic de barres, on un diagrama de dispersió és una manera excel·lent de mostrar variacions en la distància de cocció de cada combustible.
Pas 6. Traieu les conclusions
Consulteu els resultats dels vostres experiments. A partir de les nostres dades, podem afirmar amb seguretat que la nostra hipòtesi és correcta. També podem dir que hem trobat quelcom que no vàrem predir: que l’esprai de cuina va produir els resultats més consistents. Podem informar de qualsevol problema o embolic que trobem, diguem que la pintura a partir de pintura en aerosol s’acumula a la cambra de cocció d’un canó de patates, cosa que dificulta la cocció repetida. Finalment, podem suggerir àrees per a més investigacions, per exemple, potser amb més combustible, podem aconseguir una distància més llarga.
Fins i tot podríem compartir els nostres resultats amb el món en forma d’articles científics; ja que el tema dels nostres experiments pot ser que sigui més adequat presentar aquesta informació en forma de triple exposició científica
Consells
- Diverteix-te i mantén-te segur.
- La ciència es tracta de fer grans preguntes. No tingueu por de triar un tema que no hàgiu vist abans.
Advertiment
- Utilitzeu protecció per als ulls.
- Si hi entra alguna cosa als ulls, esbandiu-ho bé durant almenys 5 minuts.
- No col·loqueu menjar ni beguda a prop del lloc de treball.
- Renteu-vos les mans abans i després de l’experiment.
- Quan utilitzeu ganivets afilats, productes químics perillosos o focs calents, assegureu-vos que un adult us observi.
- Utilitzeu guants de goma quan manipuleu productes químics.
- Lligueu els cabells cap enrere.
