التجريب طريقة يقوم بها العلماء بفحص الظواهر الطبيعية على أمل اكتساب معرفة جديدة. تتبع التجارب الجيدة تصميمًا منطقيًا لعزل واختبار متغير معين محدد بدقة. من خلال تعلم المبادئ الأساسية وراء التصميم التجريبي ، ستتمكن من تطبيق هذه المبادئ على تجاربك الخاصة. بغض النظر عن النطاق ، تعمل جميع التجارب الجيدة وفقًا للمبادئ المنطقية والاستنتاجية للطريقة العلمية ، بدءًا من مشروعات ساعة البطاطس بالصف الخامس وحتى أبحاث Higgs Boson المتقدمة.
خطوة
طريقة 1 من 2: تصميم التجارب العلمية
الخطوة 1. اختر موضوعًا محددًا
التجارب التي تؤدي نتائجها إلى تغيير في العقلية العلمية نادرة جدًا. تجيب معظم التجارب على بعض الأسئلة الصغيرة. المعرفة العلمية مبنية من البيانات المتراكمة للعديد من التجارب. اختر موضوعًا أو سؤالًا بدون إجابة يكون صغير النطاق ويسهل اختباره.
- على سبيل المثال ، إذا كنت تريد تجربة الأسمدة الزراعية ، فلا تحاول الإجابة على السؤال ، "ما نوع السماد الأفضل لزراعة المحاصيل؟" هناك العديد من الأنواع المختلفة من الأسمدة والعديد من الأنواع المختلفة من النباتات في العالم - تجربة واحدة لا يمكن أن تسفر عن استنتاجات عالمية لكليهما. سيكون السؤال الأفضل لتصميم التجربة هو "ما تركيز النيتروجين في السماد الذي أنتج أكبر محصول من الذرة؟"
- المعرفة العلمية الحديثة واسعة جدًا جدًا. إذا كنت تنوي إجراء بحث علمي ، فابحث في موضوعك مطولاً قبل أن تبدأ في تصميم تجربتك. هل أجابت أي تجارب سابقة على الأسئلة التي كانت موضوع تعلم تجربتك؟ إذا كان الأمر كذلك ، فهل هناك طريقة لتكييف موضوعك للإجابة على الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها من خلال التجارب الحالية؟
الخطوة 2. عزل المتغيرات الخاصة بك
تختبر التجارب العلمية الجيدة معلمات محددة وقابلة للقياس تسمى عامل.
بشكل عام ، يقوم العالم بإجراء تجربة لقيمة المتغير الذي يختبره. يعد الضبط أمرًا حيويًا عند إجراء التجارب فقط المتغير المحدد الذي تختبره (ولا توجد متغيرات أخرى).
على سبيل المثال ، في مثال تجربة الأسمدة لدينا ، سيقوم عالمنا بزراعة العديد من نباتات الذرة الكبيرة في التربة المخصبة بتركيزات مختلفة من النيتروجين. سيعطي كل نبات الكمية المطلوبة من السماد بالضبط نفس. سيتأكد من أن التركيب الكيميائي للأسمدة المستخدمة لا يختلف عن تركيز النيتروجين - على سبيل المثال ، لن يستخدم الأسمدة التي تحتوي على تركيزات أعلى من المغنيسيوم لأي من محاصيل الذرة. كما أنه سيزرع نفس العدد والأنواع من نباتات الذرة في نفس الوقت وعلى نفس نوع التربة في كل من نسخه المقلدة التجريبية.
الخطوة 3. قم بإنشاء فرضية
الفرضية هي توقع النتائج التجريبية. يجب أن يكون هذا أكثر من مجرد تخمين - يتم استنباط فرضية جيدة من خلال البحث الذي أجريته عند اختيار موضوع التجربة. أسس فرضيتك على نتائج التجارب المماثلة التي أجراها زملاؤك الآخرون في مجالك ، إذا كنت تحل مشكلة لم تتم دراستها بعمق ، بناءً على أي مجموعة من الأبحاث الأدبية والملاحظات المسجلة التي يمكنك العثور عليها. تذكر أنه حتى لو أجريت أفضل أبحاثك ، فقد يتم إثبات خطأ فرضيتك - في هذه الحالة ، ما زلت توسع معرفتك من خلال إثبات أن تنبؤك "ليس" صحيحًا.
عادة ، يتم التعبير عن الفرضيات على أنها جمل تصريحية كمية. تستخدم الفرضية أيضًا طريقة قياس المعلمات التجريبية. الفرضية الجيدة لمثال الأسمدة لدينا هي: "إن نبات الذرة الذي يتم تغذيته على رطل واحد من النيتروجين لكل بوشل سينتج كتلة من المحصول أكبر من محصول الذرة المكافئ المزروع بمكملات نيتروجين مختلفة
الخطوة 4. خطط لعملية جمع البيانات الخاصة بك
تعرف مسبقًا على "متى" ستجمع البيانات و "نوع" البيانات التي ستجمعها. قم بقياس هذه البيانات في أوقات محددة مسبقًا ، أو في حالات أخرى ، على فترات منتظمة. في تجربة الأسمدة ، على سبيل المثال ، سنقيس وزن نبات الذرة لدينا d (بالكيلوجرام) بعد فترة من النمو. سنقارن هذا مع محتوى النيتروجين في السماد المطبق على كل نبات. في التجارب الأخرى (مثل تلك التي ستقيس التغييرات في متغير بمرور الوقت) ، من الضروري جمع البيانات على فترات منتظمة.
- يُعد إنشاء جدول بيانات مسبقًا فكرة جيدة - ما عليك سوى إدخال قيم البيانات في الجدول أثناء تسجيله.
- اعرف الفرق بين المتغيرات التابعة والمستقلة. المتغير المستقل هو المتغير الذي تقوم بتغييره والمتغير التابع هو الذي يتأثر بالمتغير المستقل. في مثالنا ، "محتوى النيتروجين" هو المتغير "المستقل" ، و "المحصول (بالكيلو جرام)" هو المتغير "التابع". يحتوي الجدول الأساسي على أعمدة لكلا المتغيرين أثناء تغيرهما بمرور الوقت.
الخطوة 5. قم بإجراء تجربتك بشكل منهجي
قم بتشغيل تجربتك ، واختبر المتغيرات الخاصة بك. يتطلب هذا دائمًا إجراء تجربة متكررة لبعض القيم المتغيرة. في مثال الأسمدة الخاص بنا ، سنزرع العديد من محاصيل الذرة المتطابقة ونستخدم سمادًا يحتوي على كميات متفاوتة من النيتروجين. بشكل عام ، كلما زادت البيانات التي تحصل عليها ، كان ذلك أفضل. سجل أكبر قدر ممكن من البيانات.
- يشتمل التصميم التجريبي الجيد على ما يعرف بـ مراقبة. يجب أن "لا" تتضمن إحدى تجارب النسخة المطابقة الخاصة بك المتغير الذي تختبره على الإطلاق. في مثال الأسمدة الخاص بنا ، سنقوم بتضمين نبات ذرة واحد يتلقى سمادًا بدون نيتروجين فيه. سيكون هذا هو سيطرتنا - سيكون خط الأساس الذي سنقوم على أساسه بقياس نمو محاصيل الذرة الأخرى.
- راقب أي وجميع المواد أو العمليات المتعلقة بالسلامة في تجربتك.
الخطوة 6. اجمع بياناتك
قم بتسجيل البيانات مباشرة على الجدول ، إن أمكن - سيمنعك ذلك من الاضطرار إلى إعادة إدخال البيانات ودمجها لاحقًا. تعرف على كيفية تقييم الدخيلة في بياناتك.
من الجيد دائمًا تصوير بياناتك بشكل مرئي قدر الإمكان. أنشئ نقاط بيانات على الرسم البياني وعبر عن الاتجاهات باستخدام الخط أو المنحنى الأنسب. سيساعدك هذا (وأي شخص آخر يشاهد هذا الرسم البياني) في تصور الأنماط في البيانات. بالنسبة لمعظم التجارب الأساسية ، يتم رسم المتغير المستقل على المحور x الأفقي والمتغير بالتناوب على المحور y الرأسي
الخطوة السابعة: تحليل بياناتك واستخلاص النتائج
هل فرضيتك صحيحة؟ هل توجد اتجاهات ملحوظة في البيانات؟ هل وجدت أي بيانات غير متوقعة؟ هل لديك أسئلة بدون إجابة قد تشكل الأساس لتجارب مستقبلية؟ حاول الإجابة على هذه الأسئلة أثناء تقييم النتائج. إذا لم تقدم بياناتك فرضية "نعم" أو "لا" محددة ، ففكر في إجراء تجارب تجريبية إضافية وجمع المزيد من البيانات.
لمشاركة نتائجك ، اكتب ورقة علمية شاملة. تعد معرفة كيفية كتابة الأوراق العلمية مهارة مفيدة - يجب كتابة نتائج الأبحاث الحديثة ونشرها بتنسيق معين
الطريقة 2 من 2: إجراء تجارب على سبيل المثال
الخطوة الأولى. اختر موضوعًا وحدد المتغيرات الخاصة بك
لسبب هذا المثال ، سيكون لدينا تجربة بسيطة وصغيرة. في تجربتنا ، سوف ندرس تأثير أنواع وقود الهباء الجوي المختلفة على مدى إطلاق مسدس البطاطس.
- في هذه الحالة ، نوع وقود الهباء الجوي الذي نستخدمه هو "المتغير المستقل" (المتغير الذي سنغيره) ، حيث تكون مسافة الرصاصة هي "المتغير التابع".
- شيء يجب مراعاته في هذه التجربة - هل هناك طريقة للتأكد من أن كل رصاصة بطاطس تزن نفس الوزن؟ هل هناك طريقة لاستخدام نفس كمية الوقود لكل طلقة؟ كلاهما يمكن أن يؤثر على مدى إطلاق النار من البندقية. قم بقياس وزن كل رصاصة أولاً واستخدم نفس الكمية من رذاذ الهباء الجوي لكل طلقة.
الخطوة 2. قم بإنشاء فرضية
إذا اختبرنا رذاذ الشعر ، ورذاذ الطهي ، ورذاذ الطلاء ، دعنا نقول أن بخاخ الشعر يحتوي على وقود بخاخ مع محتوى من البوتان أكبر من البخاخات الأخرى. نظرًا لأننا نعلم أن البيوتان قابل للاشتعال ، يمكننا الافتراض أن رذاذ الشعر سينتج مزيدًا من الدفع عند الاشتعال ، مما يؤدي إلى إطلاق رصاصة البطاطس بعيدًا. سنكتب الفرضية: "إن محتوى البوتان الأعلى في وقود الهباء الجوي في رذاذ الشعر ، في المتوسط ، سينتج مدى إطلاق نار أطول عند إطلاق رصاص بطاطس يزن ما بين 250-300 جرام".
الخطوة 3. قم بإعداد مجموعة البيانات السابقة الخاصة بك
في تجربتنا ، سنختبر كل وقود من الهباء الجوي 10 مرات ونحسب متوسط العائد. سنختبر أيضًا وقود الهباء الجوي الذي لا يحتوي على البيوتان كعنصر تحكم تجريبي. للتحضير ، سنقوم بتجميع مدفع البطاطس الخاص بنا ، ونختبره للتأكد من أنه يعمل ، ونشتري بخاخ رذاذ ثم نقطع ووزن رصاصة البطاطس.
-
سنقوم أيضًا بإنشاء جدول بيانات أولاً. سيكون لدينا خمسة أعمدة رأسية:
- سيتم تسمية العمود الموجود في أقصى اليسار باسم "اختبار #". ستحتوي الخلايا الموجودة في هذا العمود على الأرقام من 1 إلى 10 ، مما يشير إلى كل محاولة إطلاق.
- سيتم تسمية الأعمدة الأربعة التالية باسم رذاذ الهباء الجوي الذي استخدمناه في التجربة. عشر خلايا تحت رأس كل عمود تحتوي على المسافة (بالأمتار) لكل محاولة إطلاق.
- تحت كل من الأعمدة الأربعة للوقود ، اترك مساحة لكتابة متوسط القيمة لكل مسافة.
الخطوة 4. قم بالتجربة
سنستخدم كل رذاذ من رذاذ الهباء الجوي لإطلاق عشر رصاصات ، مستخدمين نفس كمية الهباء الجوي لإطلاق كل رصاصة. بعد كل لقطة ، سنستخدم شريط قياس لقياس المسافة بين كل رصاصة. سجل هذه البيانات في جدول البيانات.
مثل العديد من التجارب ، تتضمن تجربتنا بعض مشكلات السلامة التي يجب أن نلاحظها. وقود الهباء الجوي الذي نستخدمه قابل للاشتعال - يجب أن نغلق غطاء مسدس البطاطس جيدًا ونرتدي قفازات سميكة عند إشعال الوقود. لتجنب الإصابة العرضية من الرصاص ، يجب علينا أيضًا التأكد من أننا (أو غيرنا من المارة) نقف بجانب البندقية أثناء إطلاق النار - وليس أمامها أو خلفها
الخطوة 5. تحليل البيانات
لنفترض أننا وجدنا ، في المتوسط ، أن رذاذ الشعر يطلق النار على البطاطس إلى أبعد مدى ، لكن رذاذ الطهي أكثر اتساقًا. يمكننا تصور هذه البيانات. يُعد الرسم البياني الشريطي طريقة جيدة لتوضيح متوسط المسافة لكل رش ، حيث يمثل مخطط التبعثر طريقة رائعة لإظهار الاختلافات في مسافة إطلاق كل وقود.
الخطوة السادسة: ارسم استنتاجاتك
اعرض نتائج تجاربك. بناءً على بياناتنا ، يمكننا القول بثقة أن فرضيتنا صحيحة. يمكننا أن نقول أيضًا أننا وجدنا شيئًا لم نتوقعه - وهو أن رذاذ الطهي أنتج أكثر النتائج اتساقًا. يمكننا الإبلاغ عن أي مشاكل أو عبث نجده - دعنا نقول أن الطلاء من رذاذ الطلاء يتراكم في غرفة إطلاق النار في مدفع البطاطس ، مما يجعل إطلاق النار المتكرر أمرًا صعبًا. أخيرًا ، يمكننا اقتراح مجالات لمزيد من البحث - على سبيل المثال ، ربما مع المزيد من الوقود ، يمكننا الحصول على مسافة أطول.
يمكننا حتى مشاركة نتائجنا مع العالم في شكل أوراق علمية - منذ موضوع تجاربنا ، قد يكون من الأنسب تقديم هذه المعلومات في شكل ثلاثة أضعاف المعارض العلمية
نصائح
- استمتع وابقى آمنا
- العلم يدور حول طرح أسئلة كبيرة. لا تخف من اختيار موضوع لم تره من قبل.
تحذير
- ارتدي واقي للعين.
- إذا دخل أي شيء في عينيك ، اشطفيه جيدًا لمدة 5 دقائق على الأقل.
- لا تضع الطعام أو الشراب بالقرب من مكان عملك.
- اغسل يديك قبل وبعد التجربة.
- عند استخدام السكاكين الحادة أو المواد الكيميائية الخطرة أو الحرائق الساخنة ، تأكد من أن شخصًا بالغًا يراقبك.
- ارتدِ قفازات مطاطية عند التعامل مع المواد الكيميائية.
- اربطي الشعر للخلف.
