L'expérimentation est une méthode par laquelle les scientifiques examinent des phénomènes naturels dans l'espoir d'acquérir de nouvelles connaissances. Les bonnes expériences suivent une conception logique pour isoler et tester une variable spécifique qui est définie avec précision. En apprenant les principes fondamentaux de la conception expérimentale, vous serez en mesure d'appliquer ces principes à vos propres expériences. Quelle que soit la portée, toutes les bonnes expériences fonctionnent selon les principes logiques et déductifs de la méthode scientifique, des projets d'horloge de pommes de terre de cinquième année à la recherche avancée sur le boson de Higgs.
Étape
Méthode 1 sur 2: Concevoir des expériences scientifiques
Étape 1. Choisissez un sujet spécifique
Les expériences dont les résultats conduisent à un changement de mentalité scientifique sont très, très rares. La plupart des expériences répondent à certaines petites questions. Les connaissances scientifiques sont construites à partir des données accumulées de nombreuses expériences. Choisissez un sujet ou une question sans réponse de petite portée et facile à tester.
- Par exemple, si vous voulez expérimenter des engrais agricoles, n'essayez pas de répondre à la question « Quel type d'engrais est le meilleur pour la culture ? » Il existe de nombreux types d'engrais et de nombreux types de plantes dans le monde - une seule expérience ne peut pas donner de conclusions universelles pour les deux. Une meilleure question pour concevoir l'expérience serait « Quelle concentration d'azote dans l'engrais a produit la plus grande récolte de maïs ?
- Les connaissances scientifiques modernes sont très, très larges. Si vous avez l'intention de faire de la recherche scientifique, faites des recherches approfondies sur votre sujet avant de commencer à concevoir votre expérience. Des expériences précédentes ont-elles répondu aux questions qui faisaient l'objet de l'apprentissage de votre expérience ? Si oui, existe-t-il un moyen d'adapter votre sujet pour répondre à des questions auxquelles les expériences existantes n'ont pas répondu ?
Étape 2. Isolez vos variables
De bonnes expériences scientifiques testent des paramètres spécifiques et mesurables appelés variable.
En termes généraux, un scientifique mène une expérience pour la valeur de la variable qu'il teste. Une chose essentielle lors de la conduite d'expériences est d'ajuster seul la variable spécifique que vous testez (et aucune autre variable).
Par exemple, dans notre exemple d'expérience sur les engrais, notre scientifique plantera plusieurs gros plants de maïs dans un sol fertilisé avec différentes concentrations d'azote. Il donnera à chaque plante la quantité d'engrais nécessaire exactement même. Il veillera à ce que la composition chimique des engrais utilisés ne diffère pas autre que la concentration en azote - par exemple, il n'utilisera pas d'engrais avec des concentrations plus élevées en magnésium pour aucune de ses cultures de maïs. Il plantera également le même nombre et les mêmes espèces de plants de maïs en même temps et sur le même type de sol dans chacune de ses répliques expérimentales.
Étape 3. Créez une hypothèse
L'hypothèse est une prédiction des résultats expérimentaux. Cela devrait être plus qu'une simple conjecture - une bonne hypothèse est éclairée par la recherche que vous avez effectuée lors du choix d'un sujet d'expérience. Basez votre hypothèse sur les résultats d'expériences similaires menées par d'autres collègues dans votre domaine, si vous résolvez un problème qui n'a pas été étudié en profondeur, sur la base de toute combinaison de recherche littéraire et d'observations enregistrées que vous pouvez trouver. N'oubliez pas que même si vous faites vos meilleures recherches, votre hypothèse peut s'avérer fausse.
En règle générale, les hypothèses sont exprimées sous forme de phrases déclaratives quantitatives. Une hypothèse utilise également la manière dont les paramètres expérimentaux sont mesurés. Une bonne hypothèse pour notre exemple d'engrais est la suivante: « Une plante de maïs nourrie d'une livre d'azote par boisseau produira une plus grande masse de rendement qu'une culture de maïs équivalente cultivée avec un supplément d'azote différent
Étape 4. Planifiez votre collecte de données
Sachez à l'avance " quand " vous collecterez des données, et " quel type de " données vous collecterez. Mesurez ces données à des moments prédéterminés, ou dans d'autres cas, à intervalles réguliers. Dans notre expérience d'engrais, par exemple, nous mesurerons le poids de notre plant de maïs d (en kilogrammes) après une période de croissance. Nous allons comparer cela avec la teneur en azote de l'engrais appliqué à chaque plante. Dans d'autres expériences (comme celles qui mesureront les changements d'une variable au fil du temps), il est nécessaire de collecter des données à intervalles réguliers.
- Créer un tableau de données à l'avance est une bonne idée - vous entrez simplement les valeurs de vos données dans le tableau au fur et à mesure que vous l'enregistrez.
- Connaître la différence entre les variables dépendantes et indépendantes. La variable indépendante est la variable que vous modifiez et la variable dépendante est celle qui est affectée par la variable indépendante. Dans notre exemple, « teneur en azote » est la variable « indépendante » et « rendement (en kg) » est la variable « dépendante ». La table de base aura des colonnes pour les deux variables au fur et à mesure qu'elles changent au fil du temps.
Étape 5. Menez votre expérience méthodiquement
Exécutez votre expérience, testez vos variables. Cela vous oblige presque toujours à expérimenter à plusieurs reprises pour certaines valeurs de variables. Dans notre exemple d'engrais, nous allons faire pousser plusieurs cultures de maïs identiques et appliquer un engrais contenant des quantités variables d'azote. En règle générale, plus vous obtenez de données complètes, mieux c'est. Enregistrez autant de données que possible.
- Une bonne conception expérimentale intègre ce que l'on appelle contrôler. L'une de vos expériences dupliquées ne doit "pas" du tout inclure la variable que vous testez. Dans notre exemple d'engrais, nous inclurons un plant de maïs qui reçoit un engrais sans azote. Ce sera notre contrôle - ce sera la base de référence par rapport à laquelle nous mesurerons la croissance d'autres cultures de maïs.
- Observez toutes les substances ou processus liés à la sécurité dans votre expérience.
Étape 6. Collectez vos données
Enregistrez les données directement sur la table, si possible - cela vous évitera d'avoir à ressaisir et fusionner les données plus tard. Apprenez à évaluer les éléments superflus dans vos données.
C'est toujours une bonne idée de représenter vos données aussi visuellement que possible. Créez des points de données sur le graphique et exprimez les tendances avec la ligne ou la courbe la plus appropriée. Cela vous aidera (ainsi que toute autre personne visualisant ce graphique) à visualiser des modèles dans les données. Pour la plupart des expériences de base, la variable indépendante est tracée sur l'axe horizontal des x et la variable en alternance sur l'axe vertical des y
Étape 7. Analysez vos données et tirez des conclusions
Votre hypothèse est-elle correcte ? Y a-t-il des tendances observables dans les données ? Avez-vous trouvé des données inattendues ? Vous avez des questions sans réponse qui pourraient servir de base à de futures expériences ? Essayez de répondre à ces questions pendant que vous évaluez les résultats. Si vos données ne fournissent pas une hypothèse définitive « oui » ou « non », envisagez de mener des essais expérimentaux supplémentaires et de collecter plus de données.
Pour partager vos résultats, rédigez un article scientifique complet. Savoir rédiger des articles scientifiques est une compétence utile - les résultats de recherches récentes doivent être rédigés et publiés dans un certain format
Méthode 2 sur 2: Exécuter des exemples d'expériences
Étape 1. Choisissez un sujet et définissez vos variables
Pour la raison de cet exemple, nous aurons une expérience simple et petite. Dans notre expérience, nous examinerons l'effet de différents combustibles aérosols sur la portée de tir du pistolet à pomme de terre.
- Dans ce cas, le type de carburant aérosol que nous utilisons est la "variable indépendante" (la variable que nous allons changer), où la distance de la balle est la "variable dépendante".
- Quelque chose à considérer dans cette expérience - y a-t-il un moyen de s'assurer que chaque balle de pomme de terre pèse le même poids ? Existe-t-il un moyen d'utiliser la même quantité de carburant pour chaque tir ? Ces deux éléments peuvent affecter la portée de tir de l'arme. Mesurez d'abord le poids de chaque balle et utilisez la même quantité d'aérosol pour chaque tir.
Étape 2. Créez une hypothèse
Si nous testons la laque pour les cheveux, l'aérosol de cuisson et la peinture en aérosol, disons que le spray capillaire contient du carburant en aérosol avec une teneur en butane supérieure à celle des autres sprays. Puisque nous savons que le butane est inflammable, nous pouvons émettre l'hypothèse que la laque pour cheveux produira plus de poussée lorsqu'elle est allumée, tirant une balle de pomme de terre plus loin. Nous écrirons l'hypothèse: "La teneur plus élevée en butane dans le carburant aérosol de la laque pour cheveux, en moyenne, produira une plus longue portée de tir lors du tir de balles de pomme de terre pesant entre 250 et 300 grammes."
Étape 3. Configurez votre précédente collecte de données
Dans notre expérience, nous testerons chaque carburant aérosol 10 fois et calculerons le rendement moyen. Nous testerons également un carburant aérosol ne contenant pas de butane comme témoin expérimental. Pour préparer, nous allons assembler notre canon à pommes de terre, le tester pour s'assurer qu'il fonctionne, acheter un aérosol puis couper et peser notre balle de pomme de terre.
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Nous allons également créer d'abord une table de données. Nous aurons cinq colonnes verticales:
- La colonne la plus à gauche sera intitulée "Test #". Les cellules de cette colonne contiendront les nombres 1 à 10, indiquant chaque tentative de tir.
- Les quatre colonnes suivantes seront étiquetées avec le nom du spray aérosol que nous avons utilisé dans l'expérience. Dix cellules sous chaque en-tête de colonne qui contiendront la distance (en mètres) de chaque tentative de tir.
- Sous chacune des quatre colonnes pour le carburant, laissez un espace pour écrire la valeur moyenne pour chaque distance.
Étape 4. Faites l'expérience
Nous utiliserons chaque aérosol pour tirer dix balles, en utilisant la même quantité d'aérosol pour tirer chaque balle. Après chaque tir, nous utiliserons un ruban à mesurer pour mesurer la distance entre chaque balle. Enregistrez ces données dans un tableau de données.
Comme de nombreuses expériences, notre expérience présente des problèmes de sécurité que nous devons observer. Le carburant en aérosol que nous utilisons est inflammable - nous devons bien fermer le couvercle du pistolet à pomme de terre et porter des gants épais lors de l'allumage du carburant. Pour éviter les blessures accidentelles causées par les balles, nous devons également nous assurer que nous (ou d'autres spectateurs) restons à côté de l'arme pendant le tir - et non devant ou derrière elle
Étape 5. Analysez les données
Disons que nous constatons qu'en moyenne, la laque pour cheveux pousse les pommes de terre le plus loin, mais la pulvérisation de cuisson est plus cohérente. Nous pouvons visualiser ces données. Un bon moyen d'illustrer la distance moyenne par pulvérisation est un graphique à barres, où un nuage de points est un excellent moyen de montrer les variations de la distance d'allumage de chaque combustible.
Étape 6. Tirez vos conclusions
Visualisez les résultats de vos expériences. Sur la base de nos données, nous pouvons dire avec certitude que notre hypothèse est correcte. Nous pouvons également dire que nous avons trouvé quelque chose que nous n'avions pas prévu - que les aérosols de cuisson ont produit les résultats les plus cohérents. Nous pouvons signaler tous les problèmes ou dégâts que nous trouvons - disons que la peinture en aérosol s'accumule dans la chambre de tir d'un canon à pommes de terre, ce qui rend les tirs répétés difficiles. Enfin, nous pouvons suggérer des domaines pour des recherches plus approfondies - par exemple, peut-être qu'avec plus de carburant, nous pouvons parcourir une plus longue distance.
Nous pourrions même partager nos résultats avec le monde sous forme d'articles scientifiques - puisque le sujet de nos expériences, il peut être plus approprié de présenter ces informations sous la forme d'un triple d'expositions scientifiques
Des astuces
- Amusez-vous et restez en sécurité.
- La science consiste à poser de grandes questions. N'ayez pas peur de choisir un sujet que vous n'avez jamais vu auparavant.
Avertissement
- Portez des lunettes de protection.
- Si quelque chose entre dans vos yeux, rincez abondamment pendant au moins 5 minutes.
- Ne placez pas de nourriture ou de boisson à proximité de votre lieu de travail.
- Se laver les mains avant et après l'expérience.
- Lorsque vous utilisez des couteaux tranchants, des produits chimiques dangereux ou des feux brûlants, assurez-vous qu'un adulte vous surveille.
- Portez des gants en caoutchouc lorsque vous manipulez des produits chimiques.
- Attachez les cheveux en arrière.
