Cómo realizar un experimento científico: 13 pasos (con imágenes)

La experimentación es el método por el cual los científicos prueban fenómenos naturales con las esperanzas de obtener nuevos conocimientos.. Los buenos experimentos siguen un diseño lógico para aislar y probar variables específicas, con precisión definidas. Al aprender los principios fundamentales detrás del diseño experimental, podrás aplicar estos principios a tus propios experimentos. Independientemente de su alcance, todos los buenos experimentos operan de acuerdo con los principios lógicos y deductivos del método científico, desde los proyectos de Feria de Ciencias de la Reloj de Papa de quinto grado hasta la investigación de Boson de vigraciones de vanguardia.

Pasos

Parte 1 de 2:

Diseñando un experimento científicamente sólido

1. Elige un tema específico. Experimentos cuyos resultados causan que los cambios de paradigma científicos de barrido son muy, muy raros. La gran mayoría de los experimentos responden preguntas pequeñas y específicas. El conocimiento científico se basa en la acumulación de datos de innumerables experimentos. Elija un tema o una pregunta sin respuesta con un alcance pequeño y comprobable. Para obtener ideas, busque huecos en la literatura científica actual.

Por ejemplo, si desea hacer un experimento en fertilizante agrícola, no busques responder a la pregunta, "¿Qué tipo de fertilizante es mejor para cultivar plantas??" Hay muchos tipos diferentes de fertilizantes y muchos tipos diferentes de plantas en el mundo: un experimento no podrá dibujar conclusiones universales sobre cualquiera. Una pregunta mucho mejor para diseñar un experimento alrededor sería "¿Qué concentración de nitrógeno en fertilizante produce los cultivos de maíz más grandes??"
El conocimiento científico moderno es muy, muy vasto. Si tiene la intención de hacer una investigación científica seria, investigue su tema ampliamente antes de que empiece a planificar su experimento. Han respondido experimentos anteriores a la pregunta que desea que su experimento estudie? Si es así, hay una manera de ajustar su tema para que aborde las preguntas dejadas sin respuesta por la investigación existente?

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2. Aislar su (s) variable (s). Buenas experimentos científicos prueba específicos, parámetros medibles llamados variables. En términos generales, un científico realiza un experimento para una gama de valores para la variable que está probando. Una preocupación vital al realizar un experimento es ajustar solo la (s) variable (s) específica (s) que está probando (y ninguna otra variable.)

Por ejemplo, en nuestro Ejemplo de experimento de fertilizantes, nuestro científico crecería múltiples cultivos de maíz en el suelo suplementado con fertilizantes cuya concentración de nitrógeno difiere. Él le daría a cada cultivo de maíz el exacto misma cantidad de fertilizante. Se aseguraría de que la composición química de sus fertilizantes utilizados no difiera de alguna manera, además de su concentración de nitrógeno, por ejemplo, no usaría un fertilizante con una mayor concentración de magnesio para uno de sus cultivos de maíz. También crecería el mismo número y especies de cultivos de maíz al mismo tiempo y en el mismo tipo de suelo en cada replicación de su experimento.

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3. Hacer una hipótesis. Una hipótesis es esencialmente una predicción del resultado del experimento. No debería ser una conjetura ciega, las buenas hipótesis están informadas por la investigación de antecedentes que realizó y / o los datos preliminares que puede haber generado ya en el laboratorio al elegir el tema de su experimento. Base su hipótesis sobre los resultados de experimentos similares realizados por sus compañeros en su campo, o si está abordando un problema que no ha sido bien estudiado, básico en cualquier combinación de investigación de literatura y observación registrada que pueda encontrar. Recuerde que a pesar de su mejor trabajo de investigación, su hipótesis puede estar muy bien apoyada por sus resultados, en este caso, todavía ha ampliado sus conocimientos en el sentido de que ha demostrado que su predicción fue no correcto.

Típicamente, una hipótesis se expresa como una sentencia declarativa cuantitativa. Una hipótesis también tiene en cuenta las formas en que se medirán los parámetros experimentales. Una buena hipótesis para nuestro ejemplo de fertilizante es: "Los cultivos de maíz suplementados con 1 libra de nitrógeno por bushel resultarán en una mayor masa de rendimiento que los cultivos de maíz equivalentes que se cultivan con diferentes suplementos de nitrógeno."

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4. Planifica tu recopilación de datos. Saber de antemano Cuándo Recopilarás datos y que tipo de datos que cobrará. Mida estos datos a un tiempo establecido o, en otros casos, a intervalos regulares. En nuestro experimento de fertilizantes, por ejemplo, mediremos el peso de nuestros cultivos de maíz (en kilogramos) después de un período de crecimiento establecido. Compararemos esto con el contenido de nitrógeno del fertilizante, cada cultivo fue tratado con. Para otros experimentos (como los que miden el cambio en una determinada variable a lo largo del tiempo), es necesario recopilar datos a intervalos regulares.

El tiempo es increíblemente importante, así que se adhiere a tu plan lo más cerca posible. De esa manera, si ve los cambios en sus resultados, puede descartar diferentes restricciones de tiempo como la causa del cambio.

Hacer una tabla de datos de antemano es una gran idea: podrá simplemente insertar sus valores de datos en la tabla mientras los grabe.

Conozca la diferencia entre sus variables dependientes e independientes. Una variable independiente es una variable que cambia y una variable dependiente es la que se ve afectada por la variable independiente. En nuestro ejemplo, "contenido de nitrógeno" es el independiente variable, y "rendimiento (en kg)" es el dependiente variable. Una tabla básica tendrá columnas para ambas variables a medida que cambian con el tiempo.

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5. Realizar su experimento metódicamente. Ejecutar su opinión, pruebas de su variable. Esto casi siempre requiere que ejecute el experimento varias veces para valores variables múltiples. En nuestro ejemplo de fertilizante, creceremos múltiples cultivos de maíz idénticos y los complementaremos con los fertilizantes que contengan cantidades variables de nitrógeno. En general, la gama más amplia de datos que puede reunir, mejor. Registrar tantos datos como es factible.

Buen diseño experimental incorpora lo que se conoce como un control. Una de sus replicaciones experimentales debe no Incluya la variable que está probando en absoluto. En nuestro ejemplo de fertilizante, incluiremos un cultivo de maíz que reciba un fertilizante sin nitrógeno en él. Este será nuestro control, será la línea de base contra la cual mediremos el crecimiento de nuestros otros cultivos de maíz.

Observe todas y todas las medidas de seguridad asociadas con materiales o procesos peligrosos en su experimento.

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6. Recoge tus datos. Registre sus datos directamente en su tabla, si es posible, le ahorrará el dolor de cabeza de reingreso y consolidando los datos más adelante. Saber cómo Evaluar valores atípicos en sus datos.

Siempre es una buena idea representar sus datos visualmente si puede. Puntos de datos de la trama en un gráfico y las tendencias expresas con una línea o curva de mejor ajuste. Esto lo ayudará (y cualquier otra persona que vea la gráfica) visualice los patrones en los datos. Para la mayoría de los experimentos básicos, la variable independiente se representa en el eje X horizontal y la variable dependiente está en el eje Y vertical Y.

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7. Analiza tus datos y llega a una conclusión. ¿Fue correcta tu hipótesis?? ¿Hubo tendencias observables en los datos?? ¿Encontraste datos inesperados?? ¿Tiene alguna pregunta sin respuesta que pueda formar la base para un experimento futuro?? Trate de responder a estas preguntas a medida que evalúe sus resultados. Si sus datos no le dan a su hipótesis un definitivo "sí" o "No," Considere ejecutar ensayos experimentales adicionales y recopilar más datos, o escribir sus resultados con instrucciones futuras para una investigación adicional.

Para compartir sus resultados, Escribe un papel científico integral. Saber escribir un documento científico es una habilidad útil: los resultados de la mayoría de las investigaciones se deben escribir y publicar de acuerdo con un formato específico, a menudo dictado por la guía de estilo para una revista académica relevante y revisada por pares.

Parte 2 de 2:

Ejecutar un ejemplo de experimento

1. Elija un tema y defina tus variables. Para el propósito de este ejemplo, haremos un experimento simple y a pequeña escala. En nuestro experimento, probaremos los efectos de los diferentes combustibles de aerosol en el rango de cocción de pistola de patatas.

En este caso, el tipo de combustible de aerosol que utilizamos es el variable independiente (La variable que cambiamos), mientras que el rango del proyectil es el variable dependiente.
Cosas a considerar para este experimento: ¿hay una manera de garantizar que cada proyectil de papa tenga el mismo peso?? ¿Hay alguna manera de administrar la misma cantidad de combustible de aerosol para cada disparo?? Ambos pueden afectar potencialmente el rango de la pistola. Pese cada proyectil de antemano y alimenta cada disparo con la misma cantidad de aerosol.

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2. Hacer una hipótesis. Si estamos probando spray para el cabello, cocinar aerosol y pintar en aerosol, digamos que el spray para el cabello tiene un propelente de aerosol con una mayor cantidad de butano que los otros aerosoles. Debido a que sabemos que el butano es inflamable, podemos hipotetizar que el spray para el cabello producirá una mayor fuerza propulsiva cuando se enciende, enviando un proyectil de papa más lejos. Escribiríamos nuestra hipótesis como: "El mayor contenido de butano del propulsor de aerosol en la exputa del cabello, en promedio, producirá un rango más largo al disparar un proyectil de papa que pesa entre 250-300 gramos."

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3. Organiza tu recopilación de datos de antemano. En nuestro experimento, probaremos cada combustible de aerosol 10 veces y promediaremos los resultados. También probaremos un combustible de aerosol que no contenga butano como nuestro control experimental. Para prepararse, reuniremos nuestro cañón de papa, probarlo para asegurarse de que funcione, compre nuestros aerosoles de aerosol y tallen y pese nuestros proyectiles de papa.

Vamos a crear nuestra tabla de datos de antemano. Tendremos cinco columnas verticales:

La columna lejana izquierda será etiquetada "Juicio #." Las celdas en esta columna simplemente contendrán los números 1-10, lo que significará cada intento de disparo.

Las siguientes cuatro columnas se etiquetarán con los nombres de los aerosoles de aerosol que estamos usando en nuestro experimento. Las diez células debajo de cada encabezado de la columna contendrán el rango (en metros) de cada intento de disparo.

Debajo de las cuatro columnas para cada combustible, deje un espacio para escribir el valor promedio de los rangos.

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4. Realizar el experimento. Usaremos cada aerosol aerosol para disparar diez proyectiles, utilizando la misma cantidad de rociado de aerosol para disparar cada proyectil. Después de cada disparo, usaremos una cinta métrica larga para medir el rango que nuestro proyectil viajó. Registre estos datos en la tabla de datos.

Como muchos experimentos, nuestro experimento tiene ciertas preocupaciones de seguridad que debemos observar. Los combustibles de aerosol que estamos usando son inflamables: debemos estar seguros de cerrar de forma segura la tapa de disparo de la pistola de papas y para usar guantes pesados mientras enciende el combustible. Para evitar lesiones accidentales de los proyectiles, también deberíamos asegurarnos de que nosotros (y cualquier observador) estemos de pie hasta el lado de la pistola a medida que se dispara, no delante de ella ni detrás de ella.

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5. Analizar los datos. Digamos que encontramos que, en promedio, el spray de pelo disparó a las papas más lejanas, pero el spray de cocina era más consistente. Podemos representar estos datos visualmente. Una buena manera de representar el rango promedio para cada spray está con un gráfico de barras, mientras que un gráfico de dispersión o la parcela de caja es una buena manera de mostrar la variación en los rangos de disparo de cada combustible.

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6. Haz tus conclusiones. Reflexionar sobre sus resultados experimentales y proporcionar cualquier estadística de apoyo. Sobre la base de nuestros datos, podemos decir con confianza de que nuestra hipótesis fue correcta. También podemos decir que descubrimos algo que no predecimos, que el aerosol de cocina produjo los resultados más consistentes. Podemos informar cualquier problema o snafus que encontramos: digamos que la pintura de la pintura en aerosol se acumuló dentro de la cámara de disparo de la papa Cañón, lo que dificulta la disparo repetido. Finalmente, podemos recomendar áreas para una mayor investigación, por ejemplo, tal vez con mayores cantidades de combustible, podemos lograr un mayor rango.

Incluso podemos compartir nuestros resultados con el mundo en forma de un documento científico, dado el tema de nuestro experimento, puede ser más apropiado presentar esta información en forma de un Trip-Fold Science Fairdisplay.