La experimentación es un método mediante el cual los científicos examinan los fenómenos naturales con la esperanza de obtener nuevos conocimientos. Los buenos experimentos siguen un diseño lógico para aislar y probar una variable específica que está definida con precisión. Al aprender los principios fundamentales detrás del diseño experimental, podrá aplicar estos principios a sus propios experimentos. No importa el alcance, todos los buenos experimentos operan de acuerdo con los principios lógicos y deductivos del método científico, desde proyectos de reloj de papa de quinto grado hasta investigaciones avanzadas sobre el bosón de Higgs.
Paso
Método 1 de 2: Diseño de experimentos científicos
Paso 1. Elija un tema específico
Los experimentos cuyos resultados conducen a un cambio en la mentalidad científica son muy, muy raros. La mayoría de los experimentos responden a ciertas pequeñas preguntas. El conocimiento científico se construye a partir de los datos acumulados de muchos experimentos. Elija un tema o una pregunta sin respuesta que sea de alcance reducido y fácil de probar.
- Por ejemplo, si desea experimentar con fertilizantes agrícolas, no intente responder a la pregunta: "¿Qué tipo de fertilizante es mejor para cultivos en crecimiento?" Hay muchos tipos diferentes de fertilizantes y muchos tipos diferentes de plantas en el mundo; un experimento no puede arrojar conclusiones universales para ambos. Una mejor pregunta para diseñar el experimento sería "¿Qué concentración de nitrógeno en el fertilizante produjo la mayor cosecha de maíz?"
- El conocimiento científico moderno es muy, muy amplio. Si tiene la intención de realizar una investigación científica, investigue su tema en profundidad antes de comenzar a diseñar su experimento. ¿Algún experimento anterior ha respondido preguntas que fueron el tema del aprendizaje de su experimento? Si es así, ¿hay alguna forma de adaptar su tema para responder preguntas que no han sido respondidas por experimentos existentes?
Paso 2. Aísle sus variables
Los buenos experimentos científicos prueban parámetros específicos y medibles llamados variable.
En términos generales, un científico realiza un experimento por el valor de la variable que está probando. Una cosa vital al realizar experimentos es ajustar solamente la variable específica que está probando (y ninguna otra variable).
Por ejemplo, en nuestro ejemplo de experimento con fertilizantes, nuestro científico plantará varias plantas de maíz grandes en un suelo fertilizado con diferentes concentraciones de nitrógeno. Le dará a cada planta la cantidad requerida de fertilizante. exactamente mismo. Se asegurará de que la composición química de los fertilizantes utilizados no difiera más que la concentración de nitrógeno; por ejemplo, no utilizará fertilizantes con concentraciones más altas de magnesio para ninguno de sus cultivos de maíz. También plantará la misma cantidad y especie de plantas de maíz al mismo tiempo y en el mismo tipo de suelo en cada una de sus réplicas experimentales.
Paso 3. Cree una hipótesis
La hipótesis es una predicción de los resultados experimentales. Esto debería ser algo más que conjeturas: una buena hipótesis se basa en la investigación que ha realizado al elegir un tema de experimento. Base su hipótesis en los resultados de experimentos similares realizados por otros colegas en su campo, si está resolviendo un problema que no ha sido estudiado en profundidad, basándose en cualquier combinación de investigación literaria y observaciones registradas que pueda encontrar. Recuerde que incluso si hace su mejor investigación, es posible que se demuestre que su hipótesis es incorrecta; en este caso, aún está ampliando su conocimiento al demostrar que su predicción "no" es correcta.
Normalmente, las hipótesis se expresan como oraciones declarativas cuantitativas. Una hipótesis también utiliza la forma en que se miden los parámetros experimentales. Una buena hipótesis para nuestro ejemplo de fertilizante es: "Una planta de maíz alimentada con una libra de nitrógeno por bushel producirá una mayor masa de rendimiento que una cosecha de maíz equivalente cultivada con un suplemento de nitrógeno diferente
Paso 4. Planifique su recopilación de datos
Sepa de antemano "cuándo" recopilará datos y "qué tipo de" datos recopilará. Mida estos datos en momentos predeterminados o, en otros casos, a intervalos regulares. En nuestro experimento con fertilizantes, por ejemplo, mediremos el peso de nuestra planta de maíz d (en kilogramos) después de un período de crecimiento. Compararemos esto con el contenido de nitrógeno del fertilizante aplicado a cada planta. En otros experimentos (como los que medirán los cambios en una variable a lo largo del tiempo), es necesario recopilar datos a intervalos regulares.
- Crear una tabla de datos con anticipación es una buena idea; simplemente ingrese los valores de sus datos en la tabla a medida que la registra.
- Conoce la diferencia entre variables dependientes e independientes. La variable independiente es la variable que cambia y la variable dependiente es la que se ve afectada por la variable independiente. En nuestro ejemplo, "contenido de nitrógeno" es la variable "independiente" y "rendimiento (en kg)" es la variable "dependiente". La tabla base tendrá columnas para ambas variables a medida que cambien con el tiempo.
Paso 5. Realice su experimento metódicamente
Ejecute su experimento, pruebe sus variables. Esto casi siempre requiere que experimente repetidamente con algunos valores de variable. En nuestro ejemplo de fertilizante, cultivaremos varios cultivos de maíz idénticos y aplicaremos un fertilizante que contiene diferentes cantidades de nitrógeno. Por lo general, cuanto más extensa sea la información, mejor. Registre la mayor cantidad de datos posible.
- Un buen diseño experimental incorpora lo que se conoce como control. Uno de sus experimentos de réplica "no" debe incluir la variable que está probando en absoluto. En nuestro ejemplo de fertilizante, incluiremos una planta de maíz que recibe fertilizante sin nitrógeno. Este será nuestro control, será la línea de base con la que mediremos el crecimiento de otros cultivos de maíz.
- Observe todas y cada una de las sustancias o procesos relacionados con la seguridad en su experimento.
Paso 6. Recopile sus datos
Registre los datos directamente en la tabla, si es posible; esto evitará que tenga que volver a ingresar y fusionar los datos más tarde. Aprenda a evaluar lo extraño en sus datos.
Siempre es una buena idea representar sus datos de la manera más visual posible. Cree puntos de datos en el gráfico y exprese tendencias con la línea o curva más adecuada. Esto le ayudará a usted (y a cualquier otra persona que vea este gráfico) a visualizar patrones en los datos. Para la mayoría de los experimentos básicos, la variable independiente se traza en el eje x horizontal y la variable alterna en el eje y vertical
Paso 7. Analice sus datos y saque conclusiones
¿Tu hipótesis es correcta? ¿Existen tendencias observables en los datos? ¿Encontraste algún dato inesperado? ¿Tiene preguntas sin respuesta que podrían formar la base para experimentos futuros? Intente responder estas preguntas mientras evalúa los resultados. Si sus datos no proporcionan una hipótesis definitiva de "sí" o "no", considere la posibilidad de realizar ensayos experimentales adicionales y recopilar más datos.
Para compartir sus resultados, escriba un artículo científico completo. Saber cómo escribir artículos científicos es una habilidad útil: los resultados de investigaciones recientes deben escribirse y publicarse en un formato determinado
Método 2 de 2: ejecución de experimentos de ejemplo
Paso 1. Elija un tema y defina sus variables
Por la razón de este ejemplo, tendremos un experimento pequeño y simple. En nuestro experimento, examinaremos el efecto de diferentes combustibles en aerosol en el campo de tiro de la pistola de patatas.
- En este caso, el tipo de combustible en aerosol que estamos usando es la "variable independiente" (la variable que cambiaremos), donde la distancia de la bala es la "variable dependiente".
- Algo a considerar en este experimento: ¿hay alguna manera de asegurarse de que cada bala de papa pesa lo mismo? ¿Hay alguna forma de utilizar la misma cantidad de combustible para cada disparo? Ambos pueden afectar el campo de tiro del arma. Primero mide el peso de cada bala y usa la misma cantidad de aerosol para cada disparo.
Paso 2. Crea una hipótesis
Si probamos laca para el cabello, laca para cocinar y la pintura en aerosol, digamos que la laca para el cabello contiene combustible en aerosol con un contenido de butano mayor que otros aerosoles. Como sabemos que el butano es inflamable, podemos suponer que la laca para el cabello producirá más empuje cuando se encienda, disparando una bala de papa más lejos. Escribiremos la hipótesis: "El mayor contenido de butano en el combustible en aerosol en laca para el cabello, en promedio, producirá un rango de disparo más largo cuando se disparen balas de papa que pesen entre 250 y 300 gramos".
Paso 3. Configure su recopilación de datos anterior
En nuestro experimento, probaremos cada combustible en aerosol 10 veces y calcularemos el rendimiento promedio. También probaremos un combustible en aerosol que no contenga butano como control experimental. Para prepararlo, armaremos nuestro cañón de papa, lo probaremos para asegurarnos de que funciona, compraremos un aerosol y luego cortaremos y pesaremos nuestra bala de papa.
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También crearemos primero una tabla de datos. Tendremos cinco columnas verticales:
- La columna de la izquierda tendrá la etiqueta "Test #". Las celdas de esta columna contendrán los números del 1 al 10, indicando cada intento de disparo.
- Las siguientes cuatro columnas estarán etiquetadas con el nombre del aerosol que usamos en el experimento. Diez celdas debajo de cada encabezado de columna que contendrán la distancia (en metros) de cada intento de disparo.
- Debajo de cada una de las cuatro columnas de combustible, deje espacio para escribir el valor promedio de cada distancia.
Paso 4. Haz el experimento
Usaremos cada aerosol para disparar diez balas, usando la misma cantidad de aerosol para disparar cada bala. Después de cada disparo, usaremos una cinta métrica para medir la distancia entre cada bala. Registre estos datos en una tabla de datos.
Como muchos experimentos, nuestro experimento tiene algunos problemas de seguridad que debemos observar. El combustible en aerosol que utilizamos es inflamable, debemos cerrar bien la tapa del tirador de la pistola de patatas y usar guantes gruesos al encender el combustible. Para evitar lesiones accidentales por balas, también debemos asegurarnos de que nosotros (u otros transeúntes) permanezcamos junto al arma mientras disparamos, no delante ni detrás de ella
Paso 5. Analice los datos
Digamos, encontramos que, en promedio, el spray para el cabello dispara las papas más lejos, pero el spray para cocinar es más consistente. Podemos visualizar estos datos. Una buena manera de ilustrar la distancia promedio por rociado es un gráfico de barras, donde un diagrama de dispersión es una excelente manera de mostrar variaciones en la distancia de disparo de cada combustible.
Paso 6. Saque sus conclusiones
Vea los resultados de sus experimentos. Con base en nuestros datos, podemos decir con confianza que nuestra hipótesis es correcta. También podemos decir que encontramos algo que no predijimos: que el aerosol para cocinar produjo los resultados más consistentes. Podemos informar cualquier problema o desorden que encontremos, digamos que la pintura de la pintura en aerosol se acumula en la cámara de disparo de un cañón de patatas, lo que dificulta los disparos repetidos. Finalmente, podemos sugerir áreas para una mayor investigación; por ejemplo, tal vez con más combustible, podamos alcanzar una distancia más larga.
Incluso podríamos compartir nuestros resultados con el mundo en forma de artículos científicos; dado que el tema de nuestros experimentos, puede ser más apropiado presentar esta información en forma de un triple de exposiciones científicas
Consejos
- Diviértete y cuidate.
- La ciencia se trata de hacer grandes preguntas. No tema elegir un tema que no haya visto antes.
Advertencia
- Use protección para los ojos.
- Si le entra algo en los ojos, enjuáguelos abundantemente durante al menos 5 minutos.
- No coloque alimentos ni bebidas cerca de su lugar de trabajo.
- Lávese las manos antes y después del experimento.
- Cuando use cuchillos afilados, productos químicos peligrosos o fuegos calientes, asegúrese de que un adulto lo esté mirando.
- Use guantes de goma al manipular productos químicos.
- Ate el cabello hacia atrás.
