概觀
現在您已經提出了一個假設,您需要開發一個實驗程序來測試它是真還是假。
設計實驗程序的第一步包括規劃如何更改自變量以及如何衡量此更改對因變量的影響。為了確保在進行實驗時進行公平的測試,您需要確保您更改的唯一內容是自變量。并且,所有受控變量必須保持不變。只有這樣,您才能確定對自變量所做的更改實際上會導致您在因變量中觀察到的更改。
科學家不止一次地進行實驗,以驗證結果是否一致。換句話說,每次使用相同的自變量值重復實驗時,必須驗證是否獲得了基本相同的結果。這可以確保您的問題的答案不僅僅是一個意外。每次執行實驗都稱為運行或試用。因此,您的實驗程序還應指定您打算運行的試驗次數。大多數教師希望您至少重復三次實驗。重復實驗三次甚至更好,甚至可能需要在一些實驗中測量非常小的變化。
在某些實驗中,您可以一次性運行試驗。例如,如果您正在種植植物,您可以將三個相同的植物(或種子)放在三個獨立的盆中,這將被視為三次試驗。
在涉及測試或調查不同人群的實驗中,您不需要多次重復實驗。但是,為了確保您的結果可靠,您需要對足夠多的人進行測試或調查,以確保您的結果可靠。有多少參與者就足夠了,理想的樣本量是多少?請參閱Science Buddies資源,我需要多少調查參與者?,找出來。
每個好的實驗也會將不同的試驗組相互比較。這種比較有助于確保您在更改自變量時看到的更改實際上是由自變量引起的。有兩種類型的試驗組:實驗組和對照組。
該實驗組由在那里你改變自變量的試驗。例如,如果您的問題詢問肥料是否使植物變大,那么實驗組包括植物接受肥料的所有試驗。
在許多實驗中,重要的是在特殊設置下使用自變量進行試驗以與其他試驗進行比較。該試驗稱為對照組。對照組由所有那些將自變量保持在自然狀態的試驗組成。在我們的例子中,重要的是進行一些植物完全沒有施肥的試驗。這些沒有肥料的試驗提供了比較的基礎,并且可以確保您在添加肥料時看到的任何變化實際上都是由肥料引起的而不是其他因素。
然而,并非每個實驗都像我們的肥料例子。在另一種實驗中,許多組試驗在不同的自變量值下進行。例如,如果你的問題是在增加電壓時問電動機是否轉速更快,你可以做一組1.5伏的三次試驗,另一組三次試驗,2.0伏,三次試驗,2.5伏,等等。在這樣的實驗中,您將實驗組相互比較,而不是將它們與單個對照組進行比較。您必須評估您的實驗是否更像肥料示例,這需要一個特殊的控制組,或更像是沒有的電機示例。
無論您的實驗是否有對照組,請記住每個實驗都有許多受控變量。受控變量是我們在進行實驗時不想改變的變量,在每個試驗和每組試驗中它們必須相同。在我們的肥料示例中,我們希望確保每次試驗都獲得相同數量的水,光和溫暖。盡管測量電壓對電機旋轉速度的影響的實驗可能沒有控制組,但它仍然具有受控變量:每次試驗都使用相同的電機,并保持電機上的負載(它所做的工作)相同。
一點點提前準備可以確保您的實驗順利進行,并且您不會在最后一分鐘遇到任何意外的驚喜。您需要為實驗準備詳細的實驗程序,以確保從始至終的一致性。把它想象成為你的實驗寫一個食譜。如果他們有興趣了解您的實驗結果,這也可以讓其他人更輕松地測試您的實驗。
實驗程序清單
什么是一個好的實驗程序? | 對于良好的實驗程序,您應該對每個問題回答“是” |
您是否包含了所有實驗組和對照組的描述和大小? | 是/否 |
您是否包含了所有程序的逐步列表? | 是/否 |
您是否描述了如何更改自變量以及如何衡量該變化? | 是/否 |
您是否解釋了如何衡量因變量或變量的最終變化? | 是/否 |
您是否解釋了控制變量如何保持恒定值? | 是/否 |
您是否指定了您打算重復實驗的次數(應該至少三次),并且重復次數是否足以為您提供可靠的數據? | 是/否 |
最終測試:另一個人可以根據您編寫的實驗程序復制實驗嗎? | 是/否 |
如果您正在進行工程或編程項目,您是否完成了幾項初步設計? | 是/否 |