การทดลองเป็นวิธีที่นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบปรากฏการณ์ทางธรรมชาติโดยหวังว่าจะได้รับความรู้ใหม่ การทดลองที่ดีเป็นไปตามการออกแบบเชิงตรรกะเพื่อแยกและทดสอบตัวแปรเฉพาะที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ ด้วยการเรียนรู้หลักการพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังการออกแบบการทดลอง คุณจะสามารถนำหลักการเหล่านี้ไปใช้กับการทดลองของคุณเองได้ ไม่ว่าขอบเขตจะเป็นอย่างไร การทดลองที่ดีทั้งหมดจะดำเนินการตามหลักการทางตรรกะและการอนุมานของวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่โครงการนาฬิกามันฝรั่งเกรด 5 ไปจนถึงการวิจัยขั้นสูงของ Higgs Boson
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 2: การออกแบบการทดลองทางวิทยาศาสตร์
ขั้นตอนที่ 1 เลือกหัวข้อเฉพาะ
การทดลองซึ่งผลลัพธ์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความคิดทางวิทยาศาสตร์นั้นหายากมาก การทดลองส่วนใหญ่จะตอบคำถามเล็กๆ น้อยๆ บางอย่าง ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สร้างขึ้นจากข้อมูลที่สะสมมาจากการทดลองต่างๆ เลือกหัวข้อหรือคำถามที่ไม่มีคำตอบซึ่งมีขอบเขตน้อยและง่ายต่อการทดสอบ
- ตัวอย่างเช่น หากคุณต้องการทดลองปุ๋ยทางการเกษตร อย่าพยายามตอบคำถามว่า "ปุ๋ยชนิดใดดีที่สุดสำหรับการปลูกพืชผล" ปุ๋ยมีหลายประเภทและพืชหลายชนิดในโลก การทดลองหนึ่งไม่สามารถให้ข้อสรุปที่เป็นสากลสำหรับทั้งสองอย่าง คำถามที่ดีกว่าสำหรับการออกแบบการทดลองคือ "ความเข้มข้นของไนโตรเจนในปุ๋ยที่ผลิตข้าวโพดที่ใหญ่ที่สุดคืออะไร"
- ความรู้ทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่นั้นกว้างมาก หากคุณตั้งใจจะทำวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ให้ค้นคว้าหัวข้อของคุณให้ยาวขึ้นก่อนที่คุณจะเริ่มออกแบบการทดสอบของคุณ มีการทดลองก่อนหน้านี้ตอบคำถามที่เป็นหัวข้อของการเรียนรู้ของการทดสอบของคุณหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น มีวิธีปรับหัวข้อของคุณเพื่อตอบคำถามที่ยังไม่มีคำตอบจากการทดสอบที่มีอยู่หรือไม่
ขั้นตอนที่ 2 แยกตัวแปรของคุณ
การทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่ดีจะทดสอบพารามิเตอร์ที่วัดได้เฉพาะที่เรียกว่า ตัวแปร.
โดยทั่วไปแล้ว นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลองเพื่อหาค่าของตัวแปรที่เขากำลังทดสอบ สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งเมื่อทำการทดลองคือการปรับตัว เท่านั้น ตัวแปรเฉพาะที่คุณกำลังทดสอบ (และไม่มีตัวแปรอื่น)
ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างการทดลองปุ๋ย นักวิทยาศาสตร์ของเราจะปลูกต้นข้าวโพดขนาดใหญ่หลายต้นในดินที่มีการปฏิสนธิด้วยความเข้มข้นของไนโตรเจนต่างกัน มันจะให้ปุ๋ยตามปริมาณที่ต้องการแก่พืชแต่ละต้น อย่างแน่นอน เหมือนกัน. เขาจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าองค์ประกอบทางเคมีของปุ๋ยที่ใช้ไม่แตกต่างไปจากความเข้มข้นของไนโตรเจน - ตัวอย่างเช่น เขาจะไม่ใช้ปุ๋ยที่มีความเข้มข้นของแมกนีเซียมสูงกว่าสำหรับพืชข้าวโพดใดๆ ของเขา นอกจากนี้เขายังจะปลูกข้าวโพดในจำนวนและสายพันธุ์เดียวกันในเวลาเดียวกันและบนดินประเภทเดียวกันในแบบจำลองการทดลองแต่ละแบบของเขา
ขั้นตอนที่ 3 สร้างสมมติฐาน
สมมติฐานเป็นการทำนายผลการทดลอง สิ่งนี้ควรเป็นมากกว่าแค่การคาดเดา - สมมติฐานที่ดีจะได้รับการแจ้งจากงานวิจัยที่คุณทำเมื่อเลือกหัวข้อการทดสอบ ตั้งสมมติฐานของคุณตามผลของการทดลองที่คล้ายคลึงกันซึ่งดำเนินการโดยเพื่อนร่วมงานคนอื่น ๆ ในสาขาของคุณ หากคุณกำลังแก้ปัญหาที่ยังไม่ได้รับการศึกษาในเชิงลึก โดยอาศัยการผสมผสานระหว่างการวิจัยวรรณกรรมและการสังเกตที่บันทึกไว้ที่คุณสามารถหาได้ จำไว้ว่าแม้ว่าคุณจะทำการวิจัยอย่างดีที่สุดแล้ว สมมติฐานของคุณอาจได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผิด ในกรณีนี้ คุณยังคงเพิ่มพูนความรู้ของคุณโดยพิสูจน์ว่าการทำนายของคุณ "ไม่" ถูกต้อง
โดยปกติ สมมติฐานจะแสดงเป็นประโยคประกาศเชิงปริมาณ สมมติฐานยังใช้วิธีวัดค่าพารามิเตอร์ทดลองด้วย สมมติฐานที่ดีสำหรับตัวอย่างปุ๋ยของเราคือ: "ต้นข้าวโพดที่เลี้ยงไนโตรเจน 1 ปอนด์ต่อบุชเชลจะให้ผลผลิตเป็นจำนวนมากกว่าพืชข้าวโพดที่เทียบเท่ากันซึ่งปลูกด้วยการเสริมไนโตรเจนที่แตกต่างกัน
ขั้นตอนที่ 4 วางแผนการเก็บรวบรวมข้อมูลของคุณ
รู้ล่วงหน้า " เมื่อไหร่ " คุณจะรวบรวมข้อมูล และ " ข้อมูลประเภทใด " ที่คุณจะเก็บรวบรวม วัดข้อมูลนี้ตามเวลาที่กำหนดไว้ หรือในกรณีอื่นๆ ตามช่วงเวลาปกติ ตัวอย่างเช่น ในการทดลองปุ๋ย เราจะวัดน้ำหนักของต้นข้าวโพดของเรา d(เป็นกิโลกรัม) หลังจากช่วงการเจริญเติบโต เราจะเปรียบเทียบสิ่งนี้กับปริมาณไนโตรเจนของปุ๋ยที่ใช้กับพืชแต่ละต้น ในการทดลองอื่นๆ (เช่น การทดลองที่จะวัดการเปลี่ยนแปลงของตัวแปรเมื่อเวลาผ่านไป) จำเป็นต้องรวบรวมข้อมูลเป็นระยะอย่างสม่ำเสมอ
- การสร้างตารางข้อมูลล่วงหน้าเป็นความคิดที่ดี คุณเพียงแค่ป้อนค่าข้อมูลลงในตารางในขณะที่คุณบันทึก
- รู้ความแตกต่างระหว่างตัวแปรตามและตัวแปรอิสระ ตัวแปรอิสระคือตัวแปรที่คุณเปลี่ยน และตัวแปรตามคือตัวแปรที่ได้รับผลกระทบจากตัวแปรอิสระ ในตัวอย่างของเรา "ปริมาณไนโตรเจน" เป็นตัวแปร "อิสระ" และ "ผลผลิต (เป็นกิโลกรัม)" เป็นตัวแปร "ขึ้นกับ" ตารางฐานจะมีคอลัมน์สำหรับตัวแปรทั้งสองเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
ขั้นตอนที่ 5. ทำการทดสอบของคุณอย่างมีระเบียบ
ทำการทดสอบ ทดสอบตัวแปรของคุณ ซึ่งเกือบทุกครั้งจะทำให้คุณต้องทดลองซ้ำๆ เพื่อหาค่าตัวแปรบางค่า ในตัวอย่างปุ๋ยของเรา เราจะปลูกพืชข้าวโพดที่เหมือนกันหลายต้นและใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนในปริมาณที่แตกต่างกัน โดยทั่วไป ยิ่งคุณได้รับข้อมูลมากเท่าไหร่ก็ยิ่งดีเท่านั้น บันทึกข้อมูลให้ได้มากที่สุด
- การออกแบบทดลองที่ดีได้รวมเอาสิ่งที่เรียกว่า ควบคุม. หนึ่งในการทดลองจำลองของคุณควร "ไม่" รวมตัวแปรที่คุณกำลังทดสอบเลย ในตัวอย่างปุ๋ย เราจะรวมต้นข้าวโพดหนึ่งต้นที่ได้รับปุ๋ยที่ไม่มีไนโตรเจนในนั้น นี่จะเป็นการควบคุมของเรา - จะเป็นพื้นฐานที่เราจะวัดการเติบโตของพืชข้าวโพดชนิดอื่นๆ
- สังเกตสารหรือกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยใดๆ และทั้งหมดในการทดลองของคุณ
ขั้นตอนที่ 6 รวบรวมข้อมูลของคุณ
บันทึกข้อมูลลงบนโต๊ะโดยตรง ถ้าเป็นไปได้ การทำเช่นนี้จะป้องกันไม่ให้คุณป้อนใหม่และรวมข้อมูลในภายหลัง เรียนรู้วิธีประเมินสิ่งที่ไม่เกี่ยวข้องในข้อมูลของคุณ
เป็นความคิดที่ดีเสมอที่จะอธิบายข้อมูลของคุณให้เห็นภาพมากที่สุด สร้างจุดข้อมูลบนแผนภูมิและแสดงแนวโน้มด้วยเส้นหรือเส้นโค้งที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งจะช่วยให้คุณ (และใครก็ตามที่ดูกราฟนี้) เห็นภาพรูปแบบในข้อมูล สำหรับการทดลองพื้นฐานส่วนใหญ่ ตัวแปรอิสระจะถูกพล็อตบนแกน x แนวนอน และตัวแปรที่สลับกันบนแกน y แนวตั้ง
ขั้นตอนที่ 7 วิเคราะห์ข้อมูลของคุณและสรุปผล
สมมติฐานของคุณถูกต้องหรือไม่? มีแนวโน้มที่สังเกตได้ในข้อมูลหรือไม่? คุณพบข้อมูลที่ไม่คาดคิดหรือไม่? คุณมีคำถามที่ยังไม่ได้คำตอบซึ่งอาจเป็นพื้นฐานสำหรับการทดลองในอนาคตหรือไม่? ลองตอบคำถามเหล่านี้ในขณะที่คุณประเมินผลลัพธ์ หากข้อมูลของคุณไม่มีสมมติฐาน "ใช่" หรือ "ไม่ใช่" ที่แน่ชัด ให้พิจารณาดำเนินการทดลองทดลองเพิ่มเติมและรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม
หากต้องการแบ่งปันผลลัพธ์ของคุณ ให้เขียนบทความทางวิทยาศาสตร์ที่ครอบคลุม การรู้วิธีเขียนบทความทางวิทยาศาสตร์เป็นทักษะที่มีประโยชน์ - ผลการวิจัยล่าสุดจะต้องเขียนและตีพิมพ์ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง
วิธีที่ 2 จาก 2: เรียกใช้ตัวอย่างการทดลอง
ขั้นตอนที่ 1 เลือกหัวข้อและกำหนดตัวแปรของคุณ
ด้วยเหตุผลของตัวอย่างนี้ เราจะมีการทดลองที่เรียบง่ายและเล็ก ในการทดลองของเรา เราจะตรวจสอบผลกระทบของเชื้อเพลิงละอองต่างๆ ที่มีต่อระยะการยิงของปืนมันฝรั่ง
- ในกรณีนี้ ชนิดของเชื้อเพลิงสเปรย์ที่เราใช้คือ "ตัวแปรอิสระ" (ตัวแปรที่เราจะเปลี่ยน) โดยที่ระยะกระสุนเป็น "ตัวแปรตาม"
- สิ่งที่ต้องพิจารณาในการทดลองนี้ - มีวิธีใดที่จะแน่ใจได้ว่ากระสุนมันฝรั่งแต่ละลูกมีน้ำหนักเท่ากันหรือไม่ มีวิธีการใช้เชื้อเพลิงในปริมาณเท่ากันสำหรับการยิงแต่ละครั้งหรือไม่? ทั้งสองสิ่งนี้สามารถส่งผลต่อระยะการยิงของปืนได้ วัดน้ำหนักของกระสุนแต่ละนัดก่อน และใช้สเปรย์สเปรย์ในปริมาณเท่ากันสำหรับการยิงแต่ละครั้ง
ขั้นตอนที่ 2 สร้างสมมติฐาน
ถ้าเราทดสอบสเปรย์ฉีดผม สเปรย์ทำอาหาร และสีสเปรย์ สมมติว่าสเปรย์ฉีดผมมีเชื้อเพลิงสเปรย์ที่มีปริมาณบิวเทนมากกว่าสเปรย์อื่นๆ เนื่องจากเรารู้ว่าบิวเทนเป็นสารไวไฟ เราจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าสเปรย์ฉีดผมจะสร้างแรงขับได้มากกว่าเมื่อจุดไฟ โดยยิงกระสุนมันฝรั่งออกไปไกลออกไป เราจะเขียนสมมติฐานที่ว่า "โดยเฉลี่ยแล้ว ปริมาณบิวเทนในน้ำมันเชื้อเพลิงสเปรย์ฉีดผมจะสูงขึ้น จะทำให้ระยะการยิงยาวขึ้นเมื่อยิงกระสุนมันฝรั่งที่มีน้ำหนักระหว่าง 250-300 กรัม"
ขั้นตอนที่ 3 ตั้งค่าการรวบรวมข้อมูลก่อนหน้าของคุณ
ในการทดลองของเรา เราจะทดสอบเชื้อเพลิงละอองแต่ละชนิด 10 ครั้ง และคำนวณผลผลิตเฉลี่ย เราจะทดสอบเชื้อเพลิงสเปรย์ที่ไม่มีบิวเทนเป็นตัวควบคุมทดลองด้วย ในการเตรียมการ เราจะประกอบปืนใหญ่มันฝรั่ง ทดสอบเพื่อให้แน่ใจว่าใช้งานได้ ซื้อสเปรย์ฉีดสเปรย์ จากนั้นตัดและชั่งน้ำหนักหัวมันฝรั่งของเรา
-
เราจะสร้างตารางข้อมูลก่อนด้วย เราจะมีห้าคอลัมน์แนวตั้ง:
- คอลัมน์ซ้ายสุดจะมีข้อความว่า "Test #" เซลล์ในคอลัมน์นี้จะมีตัวเลข 1-10 ซึ่งบ่งบอกถึงความพยายามในการยิงแต่ละครั้ง
- สี่คอลัมน์ถัดไปจะติดป้ายชื่อสเปรย์ละอองที่เราใช้ในการทดลอง สิบเซลล์ใต้ส่วนหัวของคอลัมน์แต่ละอันซึ่งจะมีระยะทาง (เป็นเมตร) ของความพยายามในการยิงแต่ละครั้ง
- ข้างใต้แต่ละคอลัมน์สำหรับเชื้อเพลิง ให้เว้นที่ว่างไว้เพื่อเขียนค่าเฉลี่ยสำหรับแต่ละระยะทาง
ขั้นตอนที่ 4. ทำการทดลอง
เราจะใช้ละอองลอยแต่ละอันเพื่อยิงกระสุนสิบนัด โดยใช้ปริมาณละอองเท่ากันในการยิงกระสุนแต่ละนัด หลังจากการยิงแต่ละครั้ง เราจะใช้เทปวัดเพื่อวัดระยะห่างระหว่างกระสุนแต่ละนัด บันทึกข้อมูลนี้ในตารางข้อมูล
เช่นเดียวกับการทดลองหลายๆ ครั้ง การทดลองของเรามีปัญหาด้านความปลอดภัยบางอย่างที่เราต้องสังเกต เชื้อเพลิงสเปรย์ที่เราใช้ติดไฟได้ - เราต้องปิดฝาปืนยิงมันฝรั่งให้ดีและสวมถุงมือหนาเมื่อจุดไฟเชื้อเพลิง เพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บจากกระสุนปืน เราต้องแน่ใจว่าเรา (หรือผู้ยืนดูคนอื่นๆ) ยืนข้างปืนขณะทำการยิง ไม่ใช่ข้างหน้าหรือข้างหลัง
ขั้นตอนที่ 5. วิเคราะห์ข้อมูล
สมมติว่าเราพบว่าโดยเฉลี่ยแล้ว สเปรย์ฉีดผมยิงมันฝรั่งได้ไกลที่สุด แต่สเปรย์ทำอาหารมีความสม่ำเสมอมากกว่า เราสามารถเห็นภาพข้อมูลนี้ วิธีที่ดีในการแสดงระยะทางเฉลี่ยต่อการพ่นสเปรย์คือกราฟแท่ง ซึ่งแผนภาพกระจายเป็นวิธีที่ดีเยี่ยมในการแสดงความแตกต่างของระยะการยิงของเชื้อเพลิงแต่ละชนิด
ขั้นตอนที่ 6 วาดข้อสรุปของคุณ
ดูผลการทดลองของคุณ จากข้อมูลของเรา เราสามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าสมมติฐานของเราถูกต้อง เราสามารถพูดได้ว่าเราพบบางอย่างที่เราไม่ได้คาดการณ์ไว้ นั่นคือสเปรย์ทำอาหารให้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอที่สุด เราสามารถรายงานปัญหาหรือความยุ่งเหยิงที่เราพบได้ - สมมติว่าสีจากสีสเปรย์สะสมอยู่ในห้องเผาของปืนใหญ่มันฝรั่ง ทำให้การยิงซ้ำทำได้ยาก สุดท้าย เราสามารถแนะนำพื้นที่สำหรับการวิจัยเพิ่มเติมได้ ตัวอย่างเช่น อาจมีเชื้อเพลิงมากขึ้น เราอาจจะได้ระยะทางที่ไกลขึ้น
เรายังสามารถแบ่งปันผลลัพธ์ของเรากับโลกในรูปแบบของเอกสารทางวิทยาศาสตร์ - เนื่องจากหัวข้อของการทดลองของเรา การนำเสนอข้อมูลนี้ในรูปแบบของนิทรรศการวิทยาศาสตร์สามเท่าจึงอาจเหมาะสมกว่า
เคล็ดลับ
- ขอให้สนุกและปลอดภัย
- วิทยาศาสตร์คือการถามคำถามใหญ่ อย่ากลัวที่จะเลือกหัวข้อที่คุณไม่เคยเห็นมาก่อน
คำเตือน
- สวมอุปกรณ์ป้องกันดวงตา
- หากมีสิ่งเข้าตา ให้ล้างออกให้สะอาดเป็นเวลาอย่างน้อย 5 นาที
- อย่าวางอาหารหรือเครื่องดื่มไว้ใกล้ที่ทำงานของคุณ
- ล้างมือก่อนและหลังการทดลอง
- เมื่อใช้มีดมีคม สารเคมีอันตราย หรือไฟที่ร้อนจัด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าผู้ใหญ่กำลังเฝ้าดูคุณอยู่
- สวมถุงมือยางเมื่อจัดการกับสารเคมี
- มัดผมกลับ.
