Comment mener une expérience scientifique: 13 étapes (avec des images)

L`expérimentation est la méthode permettant aux scientifiques testant des phénomènes naturels dans l`espoir de gagner de nouvelles connaissances.. Les bonnes expériences suivent une conception logique pour isoler et tester des variables spécifiques, définies avec précision. En apprenant les principes fondamentaux de la conception expérimentale, vous pourrez appliquer ces principes à vos propres expériences. Indépendamment de leur champ d`application, toutes les bonnes expériences fonctionnent selon les principes logiques et déductifs de la méthode scientifique, des projets de foires de la science de la pomme de terre de cinquième année à la recherche de Biggs Boson de pointe.

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Concevoir une expérience scientifiquement solide

1. Choisissez un sujet spécifique. Des expériences dont les résultats causent des changements de paradigme scientifiques balayants sont très rares. La grande majorité des expériences répondent à de petites questions spécifiques. Les connaissances scientifiques reposent sur l`accumulation de données d`innombrables expériences. Choisissez un sujet ou une question sans réponse avec une petite portée testable. Obtenir des idées, recherchez des lacunes dans la littérature scientifique actuelle.

Par exemple, si vous voulez faire une expérience sur les engrais agricoles, ne cherchez pas à répondre à la question, "Quel type d`engrais est le meilleur pour la croissance des plantes?" Il existe de nombreux types d`engrais différents et de nombreux types de plantes dans le monde - une expérience ne sera pas en mesure de tirer des conclusions universelles sur l`une ou l`autre. Une bien meilleure question à concevoir une expérience autour serait "Quelle concentration d`azote dans l`engrais produit les plus grandes cultures de maïs?"
La connaissance scientifique moderne est très très vaste. Si vous avez l`intention de faire de sérieuses recherches scientifiques, recherchez actuellement votre sujet avant de commencer à planifier votre expérience. Avoir des expériences passées ont répondu à la question que vous souhaitez que votre expérience étudie? Si tel est le cas, est-il un moyen d`ajuster votre sujet de sorte qu`il réponde aux questions laissées sans réponse par la recherche existante?

Image intitulée Conduire une expérience scientifique Étape 2

2. Isoler votre variable (s). De bonnes expériences scientifiques testent des paramètres spécifiques et mesurables appelés variables. En termes généraux, un scientifique effectue une expérience pour une gamme de valeurs pour la variable qu`il teste pour. Une préoccupation vitale lors de l`exécution d`une expérience est d`ajuster seul la ou les variables spécifiques que vous testez (et aucune autre variables.)

Par exemple, dans notre exemple d`expérience d`engrais, notre scientifique cultiverait plusieurs cultures de maïs dans le sol complétées par des engrais dont la concentration en azote diffère. Il donnerait à chaque culture de maïs la exact même quantité d`engrais. Il veillerait à ce que la composition chimique de ses engrais utilisée ne diffère pas d`une manière ou d`une autre à sa concentration en azote - par exemple, il n`utiliserait pas un engrais avec une concentration plus élevée de magnésium pour l`une de ses cultures de maïs. Il pousserait également exactement le même nombre et les mêmes espèces de cultures de maïs à la fois et dans le même type de sol dans chaque réplication de son expérience.

Image intitulée Conduire une expérience scientifique Étape 3

3. Faire une hypothèse. Une hypothèse est essentiellement une prédiction du résultat de l`expérience. Il ne faut pas être une supposion aveugle - de bonnes hypothèses sont informées par les recherches d`arrière-plan que vous avez effectuées et / ou des données préliminaires que vous avez peut déjà générées dans le laboratoire lors du choix de votre expérience de votre expérience. Basez votre hypothèse sur les résultats d`expériences similaires menées par des pairs dans votre domaine ou, si vous vous attaquez à un problème qui n`a pas été bien étudié, base sur toute combinaison de recherche de la littérature et d`observation enregistrée que vous pouvez trouver. N`oubliez pas que malgré vos meilleurs travaux de recherche, votre hypothèse peut très bien ne pas être soutenue par vos résultats - dans ce cas, vous avez toujours élargi vos connaissances en ce sens que vous avez prouvé que votre prédiction était ne pas corriger.

Typiquement, une hypothèse est exprimée en tant que phrase déclarative quantitative. Une hypothèse prend également en compte la manière dont les paramètres expérimentaux seront mesurés. Une bonne hypothèse pour notre exemple d`engrais est: "Les cultures de maïs complétés de 1 livre d`azote par boisseau entraînent une masse de rendement plus importante que les cultures de maïs équivalentes cultivées avec des suppléments d`azote différents."

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4. Planifiez votre collection de données. Apprendre à l`avance lorsque vous collecterez des données et quel genre des données que vous allez collecter. Mesurer ces données à une heure définie ou, dans d`autres cas, à intervalles réguliers. Dans notre expérience d`engrais, par exemple, nous mesurerons le poids de nos cultures de maïs (en kilogrammes) après une période de croissance définie. Nous comparerons cela à la teneur en azote de l`engrais chaque culture a été traitée avec. Pour d`autres expériences (telles que celles qui mesurent le changement d`une certaine variable au fil du temps), il est nécessaire de collecter des données à intervalles réguliers.

Le timing est incroyablement important, alors collez-vous à votre plan aussi près que possible que possible. De cette façon, si vous voyez des modifications de vos résultats, vous pouvez exclure différentes contraintes de temps comme cause du changement.

Faire une table de données à l`avance est une bonne idée - vous pourrez simplement insérer vos valeurs de données dans la table lorsque vous les enregistrez.

Connaître la différence entre vos variables dépendantes et indépendantes. Une variable indépendante est une variable que vous modifiez et une variable dépendante est celle concernée par la variable indépendante. Dans notre exemple, "teneur en azote" est le indépendant variable, et "Rendement (en kg)" est le dépendant variable. Une table de base aura des colonnes pour les deux variables car elles changent au fil du temps.

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5. Mener votre expérience méthodiquement. Exécutez votre experiment, testez votre variable. Cela nécessite presque toujours de gérer l`expérience à plusieurs reprises pour plusieurs valeurs variables. Dans notre exemple d`engrais, nous développerons plusieurs cultures de maïs identiques et nous les compléter avec des engrais contenant diverses quantités d`azote. Généralement, la plus large gamme de données que vous pouvez rassembler, mieux. Enregistrer autant de données que cela est réalisable.

Une bonne conception expérimentale intègre ce que l`on appelle un contrôler. Une de vos réplications expérimentales devrait ne pas Inclure la variable que vous testez du tout. Dans notre exemple d`engrais, nous inclurons une récolte de maïs qui reçoit un engrais sans azote. Ce sera notre contrôle - ce sera la base de base contre laquelle nous allons mesurer la croissance de nos autres cultures de maïs.

Observez toutes les mesures de sécurité associées à des matières dangereuses ou des processus dans votre expérience.

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6. Recueillir vos données. Enregistrez vos données directement dans votre table, si possible, cela vous permettra de sauvegarder le mal de tête de rentrer et de consolider les données plus tard. Savoir comment évaluer les valeurs aberrantes dans vos données.

C`est toujours une bonne idée de représenter vos données visuellement si vous le pouvez. Placez des points de données sur un graphique et des tendances express avec une ligne ou une courbe de la meilleure ajustement. Cela vous aidera (et quelqu`un d`autre qui voit le graphique) Visualisez les modèles dans les données. Pour la plupart des expériences de base, la variable indépendante est représentée sur l`axe x horizontal et la variable dépendante est sur l`axe Y vertical.

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7. Analyser vos données et arriver à une conclusion. Votre hypothèse était-elle correcte?? Y avait-il des tendances observables dans les données? Avez-vous rencontré des données inattendues? Avez-vous des questions sans réponse qui pourraient constituer la base d`une future expérience? Essayez de répondre à ces questions lorsque vous évaluez vos résultats. Si vos données ne donnent pas à votre hypothèse un définitif "Oui" ou alors "non," Envisagez d`exécuter des essais expérimentaux supplémentaires et de collecter davantage de données ou d`écrire vos résultats avec des orientations futures pour des recherches supplémentaires.

Partager vos résultats, Écrivez un papier scientifique complet. Savoir comment écrire un document scientifique est une compétence utile - les résultats de la plupart des nouvelles recherches doivent être écrits et publiés selon un format spécifique, souvent dicté par le guide de style pour une revue académique pertinente et évaluée par des pairs.

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Exécuter un exemple d`expérience

1. Choisissez un sujet et définissez vos variables. Aux fins de cet exemple, nous allons passer à une expérience simple et à petite échelle. Dans notre expérience, nous testerons les effets de différents combustibles aérosols sur la plage de tir de pistolet de pommes de terre.

Dans ce cas, le type de carburant aérosol que nous utilisons est le variable indépendante (la variable que nous changeons), tandis que la gamme du projectile est la variable dépendante.
Des choses à considérer pour cette expérience - y a-t-il un moyen de s`assurer que chaque projectile de pommes de terre a le même poids? Existe-t-il un moyen d`administrer la même quantité de carburant aérosol pour chaque tir? Ces deux peuvent potentiellement affecter la gamme du pistolet. Peser chaque projectile à l`avance et carburez chaque coup avec la même quantité de spray aérosol.

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2. Faire une hypothèse. Si nous testons des pulvérisateurs de cheveux, des pulvérisateurs de cuisson et une peinture de pulvérisation, disons que le pulvérisation de cheveux a un propulseur d`aérosol avec une quantité plus élevée de butane que les autres pulvérisations. Parce que nous savons que Butane est inflammable, nous pouvons hypothétiquer que le spray à cheveux produira une force propulsive plus grande lorsqu`il est enflammé, envoyant un projectile de pommes de terre plus éloigné. Nous écririons notre hypothèse comme suit: "La teneur élevée en butane du propulseur de l`aérosol dans la coiffure produira en moyenne une plage plus longue lors du tir d`un projectile de pommes de terre pesant entre 250 et 300 grammes."

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3. Organisez votre collection de données à l`avance. Dans notre expérience, nous testerons chaque carburant aérosol 10 fois et moyen des résultats. Nous allons également tester un carburant aérosol qui ne contient pas de butane comme contrôle expérimental. Pour préparer, nous assemblerons notre canon de pomme de terre, testez-le pour vous assurer que cela fonctionne, achetez nos aérosols et sculptez nos projectiles de pommes de terre.

Créons également notre tableau de données à l`avance. Nous aurons cinq colonnes verticales:

La colonne la plus éloignée sera étiquetée "Essai #." Les cellules de cette colonne contiendront simplement les nombres 1-10, indiquant chaque tentative de cuisson.

Les quatre colonnes suivantes seront étiquetées avec les noms des aérosols que nous utilisons dans notre expérience. Les dix cellules sous chaque en-tête de colonne contiendront la plage (en mètres) de chaque tentative de cuisson.

En dessous des quatre colonnes pour chaque carburant, laissez un espace pour écrire la valeur moyenne des gammes.

Image intitulée Conduire une expérience scientifique Étape 11

4. Mener l`expérience. Nous utiliserons chaque aérosol aérosol pour tirer dix projectiles, en utilisant la même quantité de spray aérosol pour tirer chaque projectile. Après chaque cuisson, nous utiliserons une longue masse de bande pour mesurer la portée de notre projectile. Enregistrez ces données dans la table de données.

Comme beaucoup d`expériences, notre expérience a certaines préoccupations de sécurité que nous devons observer. Les carburants de l`aérosol que nous utilisons sont inflammables - nous devrions être sûrs de fermer le bouchon de tir de la pomme de terre de manière sécurisée et de porter des gants lourds tout en allumant le carburant. Pour éviter les blessures accidentelles des projectiles, nous devrions également nous assurer que nous (et tous les observateurs) se tiennent sur le côté du pistolet alors qu`il tire - pas devant elle ou derrière elle.

Image intitulée Conduire une expérience scientifique étape 12

5. Analyser les données. Disons que nous avons constaté que, en moyenne, la pulvérisation de cheveux a tiré sur les pommes de terre le plus éloigné, mais le spray de cuisson était plus cohérent. Nous pouvons représenter ces données visuellement. Un bon moyen de représenter la plage moyenne de chaque aérosol est avec un graphique à barres, tandis que parcelle de dispersion ou la graphique de la boîte est un bon moyen de montrer la variation dans les gammes de cuisson de chaque carburant.

Image intitulée Conduire une expérience scientifique Step 13

6. Faites vos conclusions. Réfléchissez à vos résultats expérimentaux et fournissez toutes les statistiques de soutien. Sur la base de nos données, nous pouvons dire avec confiance que notre hypothèse était correcte. Nous pouvons aussi dire que nous avons découvert quelque chose que nous n`avions pas prédit - que le spray de cuisson a produit les résultats les plus cohérents. Nous pouvons signaler des problèmes ou des snafus que nous avons rencontrés - disons que la peinture de la peinture de pulvérisation construite à l`intérieur de la chambre de cuisson du canon de pomme de terre, faisant du feu répété difficile. Enfin, nous pouvons recommander des domaines pour des recherches ultérieures - par exemple, avec une plus grande quantité de carburant, nous pouvons atteindre une plus grande gamme.

Nous pouvons même partager nos résultats avec le monde sous la forme d`un journal scientifique - étant donné le sujet de notre expérience, il peut être plus approprié de présenter ces informations sous la forme d`un concours Science Tri-Folf.

Conseils

La science est de demander de grandes questions. N`ayez pas peur de choisir un sujet que vous n`avez pas regardé avant.

Amusez-vous et restez en sécurité.

Dans les sciences de niveau supérieur, la plupart des données ne sont pas utilisées sauf si elles sont reproductibles au moins 3 fois.

Mises en garde

Porter la protection des yeux

Lavez-vous vos mains avant et après une expérience.

Ne pas avoir de nourriture ou de boissons près de votre poste de travail.

Lorsque vous utilisez des couteaux tranchants, des produits chimiques dangereux ou des flammes chaudes, assurez-vous d`avoir un adulte vous supervise à tout moment.

Lier les cheveux en vrac

Si quelque chose se fait dans vos yeux, rincez-les soigneusement avec de l`eau pendant 15 minutes, puis demandez une attention médicale immédiate.

Portez des gants en caoutchouc lors de la manipulation de produits chimiques