概观
现在您已经提出了一个假设,您需要开发一个实验程序来测试它是真还是假。
设计实验程序的第一步包括规划如何更改自变量以及如何衡量此更改对因变量的影响。为了确保在进行实验时进行公平的测试,您需要确保您更改的唯一内容是自变量。并且,所有受控变量必须保持不变。只有这样,您才能确定对自变量所做的更改实际上会导致您在因变量中观察到的更改。
科学家不止一次地进行实验,以验证结果是否一致。换句话说,每次使用相同的自变量值重复实验时,必须验证是否获得了基本相同的结果。这可以确保您的问题的答案不仅仅是一个意外。每次执行实验都称为运行或试用。因此,您的实验程序还应指定您打算运行的试验次数。大多数教师希望您至少重复三次实验。重复实验三次甚至更好,甚至可能需要在一些实验中测量非常小的变化。
在某些实验中,您可以一次性运行试验。例如,如果您正在种植植物,您可以将三个相同的植物(或种子)放在三个独立的盆中,这将被视为三次试验。
在涉及测试或调查不同人群的实验中,您不需要多次重复实验。但是,为了确保您的结果可靠,您需要对足够多的人进行测试或调查,以确保您的结果可靠。有多少参与者就足够了,理想的样本量是多少?请参阅Science Buddies资源,我需要多少调查参与者?,找出来。
每个好的实验也会将不同的试验组相互比较。这种比较有助于确保您在更改自变量时看到的更改实际上是由自变量引起的。有两种类型的试验组:实验组和对照组。
该实验组由在那里你改变自变量的试验。例如,如果您的问题询问肥料是否使植物变大,那么实验组包括植物接受肥料的所有试验。
在许多实验中,重要的是在特殊设置下使用自变量进行试验以与其他试验进行比较。该试验称为对照组。对照组由所有那些将自变量保持在自然状态的试验组成。在我们的例子中,重要的是进行一些植物完全没有施肥的试验。这些没有肥料的试验提供了比较的基础,并且可以确保您在添加肥料时看到的任何变化实际上都是由肥料引起的而不是其他因素。
然而,并非每个实验都像我们的肥料例子。在另一种实验中,许多组试验在不同的自变量值下进行。例如,如果你的问题是在增加电压时问电动机是否转速更快,你可以做一组1.5伏的三次试验,另一组三次试验,2.0伏,三次试验,2.5伏,等等。在这样的实验中,您将实验组相互比较,而不是将它们与单个对照组进行比较。您必须评估您的实验是否更像肥料示例,这需要一个特殊的控制组,或更像是没有的电机示例。
无论您的实验是否有对照组,请记住每个实验都有许多受控变量。受控变量是我们在进行实验时不想改变的变量,在每个试验和每组试验中它们必须相同。在我们的肥料示例中,我们希望确保每次试验都获得相同数量的水,光和温暖。尽管测量电压对电机旋转速度的影响的实验可能没有控制组,但它仍然具有受控变量:每次试验都使用相同的电机,并保持电机上的负载(它所做的工作)相同。
一点点提前准备可以确保您的实验顺利进行,并且您不会在最后一分钟遇到任何意外的惊喜。您需要为实验准备详细的实验程序,以确保从始至终的一致性。把它想象成为你的实验写一个食谱。如果他们有兴趣了解您的实验结果,这也可以让其他人更轻松地测试您的实验。
实验程序清单
什么是一个好的实验程序? | 对于良好的实验程序,您应该对每个问题回答“是” |
您是否包含了所有实验组和对照组的描述和大小? | 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变量以及如何衡量该变化? | 是/否 |
您是否解释了如何衡量因变量或变量的最终变化? | 是/否 |
您是否解释了控制变量如何保持恒定值? | 是/否 |
您是否指定了您打算重复实验的次数(应该至少三次),并且重复次数是否足以为您提供可靠的数据? | 是/否 |
最终测试:另一个人可以根据您编写的实验程序复制实验吗? | 是/否 |
如果您正在进行工程或编程项目,您是否完成了几项初步设计? | 是/否 |