Ako vykonať vedecký experiment?

Vyberte konkrétnu tému. Experimenty, ktorých výsledky spôsobujú rozsiahle zmeny vedeckej paradigmy, sú veľmi, veľmi zriedkavé. Prevažná väčšina experimentov odpovedá na malé, konkrétne otázky. Vedecké znalosti sú postavené na zhromažďovaní údajov z nespočetných experimentov. Vyberte tému alebo nezodpovedanú otázku s malým testovateľným rozsahom. Ak chcete získať nápady, hľadajte medzery v súčasnej vedeckej literatúre.

• Napríklad, ak chcete urobiť experiment s poľnohospodárskymi hnojivami, nepokúšajte sa odpovedať na otázku „Aký druh hnojiva je najlepší pre pestovanie rastlín?“ Na svete existuje mnoho rôznych druhov hnojív a mnoho rôznych druhov rastlín - jeden experiment ani o jednom nemôže vyvodiť univerzálne závery. Oveľa lepšou otázkou na navrhnutie experimentu by bolo „Aká koncentrácia dusíka v hnojive produkuje najväčšie plodiny kukurice?“
• Moderné vedecké poznatky sú veľmi, veľmi rozsiahle. Ak máte v úmysle vykonať seriózny vedecký výskum, podrobne preskúmajte svoju tému, než začnete plánovať experiment. Odpovedali predchádzajúce experimenty na otázku, ktorú chcete, aby váš experiment študoval? Ak áno, existuje spôsob, ako upraviť vašu tému tak, aby sa zaoberala otázkami, ktoré existujúci výskum nezodpovedal?

Izolujte svoje premenné. Dobré vedecké experimenty testujú špecifické, merateľné parametre nazývané premenné. Vo všeobecnosti vedec vykonáva experiment pre rozsah hodnôt premennej, pre ktorú testuje. Jednou z najdôležitejších starostí pri vykonávaní experimentu je upraviť iba konkrétne premenné, ktoré testujete (a žiadne ďalšie premenné).

• Napríklad v našom experimente s hnojivami by náš vedec pestoval viac kukuričných plodín v pôde doplnenej hnojivami, ktorých koncentrácia dusíka sa líši. On by mal každý kukuricu na presne rovnaké množstvo hnojiva. Zabezpečil by, aby sa chemické zloženie jeho použitých hnojív okrem koncentrácie dusíka nijako nelíšilo - napríklad by na jednu zo svojich plodín kukurice nepoužil hnojivo s vyššou koncentráciou horčíka. Pri každej replikácii svojho experimentu by tiež pestoval presne rovnaký počet a druhy kukuričných plodín súčasne a na rovnakom type pôdy.

Urobte si hypotézu. Hypotéza je v podstate predikciou výsledku experimentu. Nemalo by ísť o slepý odhad - dobré hypotézy sú podložené výskumom, ktorý ste vykonali, a/alebo predbežnými údajmi, ktoré ste už mohli vygenerovať v laboratóriu pri výbere témy experimentu. Svoju hypotézu založte na výsledkoch podobných experimentov, ktoré robili rovesníci vo vašom odbore, alebo, ak riešite problém, ktorý nebol dostatočne preštudovaný, založte na akejkoľvek kombinácii výskumu literatúry a zaznamenaného pozorovania, ktoré nájdete. Pamätajte si, že napriek vašej najlepšej výskumnej práci, vaša hypotéza nemusí byť dostatočne podložená vašimi výsledkami - v tomto prípade ste stále rozšírili svoje znalosti v tom zmysle, že ste dokázali, že vaša predpoveď nebola správna.

• Hypotéza je spravidla vyjadrená ako kvantitatívna deklaratívna veta. Hypotéza tiež zohľadňuje spôsoby, ktorými sa budú merať experimentálne parametre. Dobrá hypotéza pre náš príklad hnojiva je: „Kukuričné plodiny doplnené 0 kg dusíka na bušel povedú k vyššej úrodovej hmotnosti ako ekvivalentné plodiny kukurice pestované s rôznymi doplnkami dusíka.“

Naplánujte si zber dát. Vopred vedieť, kedy budete zbierať údaje a aký druh údajov budete zbierať. Tieto údaje merajte v stanovenom čase alebo v ostatných prípadoch v pravidelných intervaloch. V našom experimente s hnojivami napríklad budeme merať hmotnosť plodín kukurice (v kilogramoch) po stanovenom vegetačnom období. Porovnáme to s obsahom dusíka v hnojive, s ktorým bola ošetrená každá plodina. Pri iných experimentoch (napríklad pri tých, ktoré merajú zmenu v určitej premennej v priebehu času) je potrebné zbierať údaje v pravidelných intervaloch.

• Načasovanie je mimoriadne dôležité, preto sa svojho plánu držte čo najbližšie. Ak tak vo svojich výsledkoch uvidíte zmeny, môžete ako príčinu zmeny vylúčiť rôzne časové obmedzenia.
• Vytvorenie tabuľky s údajmi vopred je skvelý nápad - hodnoty svojich údajov budete môcť do tabuľky jednoducho vložiť pri ich zaznamenávaní.
• Poznáte rozdiel medzi svojimi závislými a nezávislými premennými. Nezávislá premenná je premenná, ktorú zmeníte, a závislou premennou je tá, na ktorú má vplyv nezávislá premenná. V našom prípade je "obsah dusíka" nezávislou premennou a "výťažok (v kg)" je závislou premennou. Základná tabuľka bude mať stĺpce pre obe premenné, pretože sa časom menia.

Vykonajte svoj experiment metodicky. Spustite experiment a testujte svoju premennú. To takmer vždy vyžaduje, aby ste experiment vykonali viackrát pre viacero hodnôt premenných. V našom prípade hnojiva budeme pestovať viac rovnakých kukuričných plodín a doplniť ich hnojivami obsahujúcimi rôzne množstvá dusíka. Všeobecne platí, že čím širší rozsah údajov môžete zhromaždiť, tým lepšie. Zaznamenajte čo najviac údajov.

• Dobrý experimentálny dizajn zahŕňa to, čo je známe ako ovládací prvok. Jedna z vašich experimentálnych replikácií by vôbec nemala obsahovať premennú, pre ktorú testujete. V našom prípade hnojiva zahrnieme jednu plodinu kukurice, ktorá prijíma hnojivo bez dusíka. Toto bude naša kontrola - bude to východiskový bod, proti ktorému budeme merať rast našich ostatných plodín z kukurice.
• Dodržujte všetky bezpečnostné opatrenia súvisiace s nebezpečnými materiálmi alebo procesmi vo vašom experimente.

Zhromažďujte svoje údaje. Ak je to možné, zaznamenajte svoje údaje priamo do tabuľky - ušetrí vám to bolesť hlavy pri neskoršom opätovnom zadávaní a konsolidácii údajov. Vedieť posúdiť odľahlé hodnoty vo vašich údajoch.

• Ak je to možné, vždy je vhodné svoje údaje vizuálne znázorniť. Dátové body zakreslite do grafu a vyjadrite trendy čiarou alebo krivkou, ktorá najlepšie vyhovuje. To vám (a každému ďalšiemu, kto vidí graf) pomôže vizualizovať vzory v dátach. Pri väčšine základných experimentov je nezávislá premenná znázornená na horizontálnej osi x a závislá premenná na vertikálnej osi y.

Analyzujte svoje údaje a urobte záver. Bola vaša hypotéza správna? Boli v údajoch pozorovateľné trendy? Stretli ste sa s neočakávanými údajmi? Máte nejaké nezodpovedané otázky, ktoré by mohli byť základom pre budúci experiment? Pokúste sa odpovedať na tieto otázky pri hodnotení svojich výsledkov. Ak vaše údaje nedávajú vašej hypotéze definitívne „áno“ alebo „nie“, zvážte spustenie ďalších experimentálnych pokusov a zozbieranie ďalších údajov alebo zapíšte svoje výsledky s budúcimi pokynmi pre ďalší výskum.

• Ak sa chcete podeliť o svoje výsledky, napíšte komplexný vedecký dokument. Vedieť napísať vedeckú prácu je užitočná zručnosť - výsledky väčšiny nových výskumov musia byť napísané a publikované podľa konkrétneho formátu, často diktovaného príručkou štýlu pre príslušný, recenzovaný akademický časopis.