Designe eksperimenter med den vitenskapelige metode

Hvordan forskerne vet ikke hva de vet? Når det gjelder å samle informasjon, forskere vanligvis stole på den vitenskapelige metode.

Den vitenskapelige metode er en plan som er fulgt i å utføre et vitenskapelig eksperiment og skrive opp resultatene. Det er ikke et sett med instruksjoner for bare ett eksperiment, heller ikke var det designet av bare én person. Den vitenskapelige metode har utviklet seg over tid etter mange forskere utførte eksperimenter og ønsket å formidle sine resultater for andre forskere. Den vitenskapelige metoden gjør eksperimenter som skal kopieres og resultatene skal formidles jevnt.

Som du er i ferd med å se, er formatet på den vitenskapelige metode meget logisk. Virkelig, mange mennesker løse problemer og svare på spørsmål hver dag på samme måte som eksperimenter er utformet.

Hypotetisk sett

Når du forbereder å gjøre forskning, må en vitenskapsmann danne en hypotese, som er en kvalifisert gjetning om et bestemt problem eller idé, og deretter jobbe for å støtte den, og bevise at det er riktig, eller motbevise det, og bevise at det er galt.

Vidt forskeren er rett eller galt er ikke så viktig som om han eller hun setter opp et eksperiment som kan gjentas av andre forskere, som forventer å komme til samme konklusjon.

Verdien av variabler

Eksperimenter må ha evne til å bli duplisert fordi de "svar" forskeren kommer opp med (om det støtter eller tilbakeviser den opprinnelige hypotesen) kan ikke bli en del av kunnskapsgrunnlaget med mindre andre forskere kan utføre nøyaktig samme eksperiment (er) og oppnå samme resultat; ellers er eksperimentet ubrukelig.

"Hvorfor er det ubrukelig", spør du? Vel, det er ting som kalles variabler Variabler variere. De forandrer seg, de er forskjellige, og de ​​er ikke det samme. En godt designet eksperiment må ha en uavhengig variabel og en avhengig variabel. Den uavhengige variable er det forskeren manipulerer i forsøket. De avhengige variable endringer basert på hvordan den uavhengige variabelen er manipulert. Derfor gir den avhengige variable dataene for eksperimentet.

Eksperimenter må inneholde følgende trinn for å bli betraktet som "god vitenskap."

1. En vitenskapsmann må holde orden på informasjon ved registrering av data.

De data som skal presenteres visuelt, hvis mulig, for eksempel gjennom en kurve eller tabell.

2. En styre må brukes.

På den måten kan resultatene sammenlignes med noe.

3. Konklusjoner må trekkes fra resultatene.

4. Feil må rapporteres.

Anta at du lurer på om du kan løpe maraton raskere når du spiser pasta kvelden før eller når du drikker kaffe om morgenen av løpet. Pukkel er at du legger opp på pasta vil gi deg energi til å kjøre fortere neste dag. En skikkelig hypotese ville være noe sånt som, "Tiden det tar å løpe maraton er forbedret ved å drikke store mengder karbohydrater pre-race." Den uavhengige variabelen er forbruket av pasta, og den avhengige variabelen er hvor fort du kjører løpet.

Tenk på det på denne måten: Hvor fort du løper avhenger av pasta, så hvor fort du kjører er avhengig variabel. Nå, hvis du spiser flere plater av spaghetti natten før du rase, men da får opp neste morgen og drikke to kopper kaffe før du hodet til startlinjen, er eksperimentet ubrukelig.

Hvorfor er det ubrukelig? Ved å drikke kaffe, presentere deg en ny uavhengig variabel, slik at du ikke vil vite om raskere rase tid skyldes pasta eller kaffe. Eksperimenter kan bare ha én uavhengig variabel. Hvis du ønsker å vite effekten av koffein (eller ekstra søvn eller forbedret opplæring) på din rase tid, ville du må lage en andre (eller tredje eller fjerde) eksperiment.

Sjekke dine statistikker

Selvfølgelig er disse eksperimentene vil måtte bli utført mange ganger ved mange forskjellige løpere å påvise noen gyldig statistisk signifikans. Statistisk signifikans er en matematisk mål på gyldigheten av et eksperiment. Hvis et eksperiment utført gjentatte ganger og resultatene er innenfor en smal margin, er resultatene sies å være betydelig når målt med den grenen av matematikken som kalles statistikk. Hvis resultatene er over hele brettet, de er ikke så viktig fordi en klar konklusjon ikke kan trekkes fra dataene.

Sporing av informasjon

Når et eksperiment er utformet på riktig måte, kan du begynne å holde styr på den informasjonen du samler gjennom forsøket. I et eksperiment teste om du spiser pasta kvelden før en maraton forbedrer driftstid, anta at du spiser en tallerken nudler natten før, og deretter drikker bare vann om morgenen av løpet. Du kan registrere dine ganger på hver kilometer langs 26-mile rute for å holde styr på informasjon. Deretter, for neste maraton du kjører (gutt, må du være i god form), du spiser bare kjøtt natten før løpet, og dere ned tre espressoer på rase morgen. Igjen, vil du spille inn din ganger på hver mil langs ruten.

Hva gjør du med den informasjonen du samler i løpet av eksperimenter? Vel, kan du tegne det for en visuell sammenligning av resultater fra to eller flere eksperimenter. Den uavhengige variabelen fra hvert forsøk plottes på x -aksen (den som går horisontalt), og den avhengige variabelen plottes på y -aksen (den som går loddrett). I forsøk som sammenligner den tid tok det å løpe maraton etter å ha spist pasta kvelden før, får ekstra søvn, drikker kaffe, eller hva andre uavhengige variable kan være lurt å prøve, ville miles 1-26 merkes opp y -aksen. Den faktoren som ikke endrer seg i alle forsøkene er at en maraton er 26 miles lang. Den tid det tok for å nå hvert mil ville bli avsatt langs x -aksen. Denne informasjonen kan variere basert på hva løperen endret før løpet, som kosthold, søvn, eller trening. Du kan plotte flere uavhengige variabler på samme grafen ved å bruke forskjellige farger eller forskjellige stiler av linjene. Grafen kan se noe som den i figur 1.

Figur 1: Grafen viser tid hver mil av en maraton ble nådd for en løper som forbrukes pasta (hvit stiplet linje), en løper som forbrukes kaffe (squared linje), og en løper som sov fire ekstra timer før løpet (svart prikket linje).

Tar kontroll over eksperimentet

Hvordan ville du vite om løpstiden ble forbedret enten ved å spise pasta eller drikker kaffe? Du må løpe maraton uten å spise pasta kvelden før eller drikker kaffe om morgenen av løpet. (Utmattet ennå?) Dette maraton ville være din kontroll. En kontroll er et sett av grunnverdier mot der du sammenligne data fra eksperimentene. Ellers ville du aner ikke om resultatene var bedre, verre, eller det samme.

Trekke konklusjoner

Så, kanskje det tok kortere tid å nå hver mil langs maraton rute etter natten av pasta spise, men løpstiden etter å ha drukket kaffe matchet de av kontroll. Som ville støtte din første hypotese, men det ville tilbakevise den andre hypotesen. Det er ingenting galt med å være feil, så lenge informasjonen er nyttig. Å vite hva som ikke fungerer er like viktig som å vite hva som gjør.

Konklusjonen til disse to forsøkene ville være noe sånt som: ". Forbruker pasta kvelden før en 26-kilometer maraton forbedrer rase tid, men forbruker koffein har ingen effekt"

Men i vitenskapelige eksperimenter du må tilstå dine feil. Denne bekjennelse lar andre forskere vet hva som kan påvirke resultatene. Så, hvis de velger å gjenta eksperimentet, kan de korrigere for disse feilene og gi ytterligere fordelaktig informasjon til kunnskapsbase. I pasta-koffein-race eksperiment, hvis du hadde konsumert pasta kvelden før, og deretter koffein om morgenen av løpet, vil din store feilen være at å inkludere mer enn én uavhengig variabel.

En annen feil ville være å ha for lite av en prøve. En mer nøyaktig bestemmelse kan gjøres ved å registrere rase ganger på hver mil for mange løpere under samme vilkår (dvs. ha dem spise samme mengde pasta kvelden før et løp eller spiser samme mengde koffein om morgenen av en rase ). Selvfølgelig ville de individuelle kontroll ganger uten disse variablene må tas i betraktning. Vitenskap. Det er i detaljene.