درس ۴-۱ · استدلال علمی

روش علمی و طراحی آزمایش

متغیر، گروه شاهد، آزمایش منصفانه و این‌که داده‌ها واقعاً چه نتیجه‌ای را نشان می‌دهند

حدود ۳ دقیقه مطالعه · ۴۲ سؤال تمرینی در اپ · کامل و رایگان

۱آزمایش منصفانه چیست؟

دانشمند برای فهمیدن اثر یک عامل، فقط همان یک عامل را تغییر می‌دهد و بقیه را ثابت نگه می‌دارد. این را آزمایش منصفانه می‌گویند.

  • متغیر مستقل: چیزی که ما عمداً تغییر می‌دهیم (مثلاً مقدار نور).
  • متغیر وابسته: چیزی که اندازه می‌گیریم (مثلاً قد گیاه).
  • متغیرهای ثابت (کنترل‌شده): چیزهایی که باید یکسان بمانند (نوع گیاه، آب، خاک، گلدان).
  • گروه شاهد: گروهی که عامل مورد آزمایش را نمی‌گیرد تا با آن مقایسه کنیم.

مراحل روش علمی: مشاهده ← پرسش ← فرضیه (حدس قابل آزمایش) ← آزمایش ← جمع‌آوری داده ← نتیجه‌گیری. اگر نتیجه با فرضیه نخواند، فرضیه را اصلاح می‌کنیم.

مثال ۱: مریم می‌خواهد بداند آیا نمک، یخ زدن آب را کند می‌کند. دو لیوان آب برمی‌دارد: یکی با نمک، یکی بی‌نمک. چه چیزهایی باید یکسان باشد؟
حل: مقدار آب، نوع لیوان، دمای اولیه و جای لیوان‌ها در فریزر. فقط «نمک داشتن یا نداشتن» فرق می‌کند. لیوان بی‌نمک، گروه شاهد است.
مثال ۲: علی یک گیاه را کنار پنجره با آب زیاد و گیاه دیگری را در کمد با آب کم گذاشت. اولی بهتر رشد کرد. آیا می‌تواند بگوید نور باعث رشد بهتر شد؟
حل: نه. دو متغیر (نور و آب) با هم تغییر کرده‌اند؛ معلوم نیست کدام اثر داشته است. آزمایش منصفانه نیست.
مثال ۳: سه بار آزمایش تکرار شد و زمان‌ها ۱۲، ۱۳ و ۱۲ ثانیه بود. چرا تکرار می‌کنیم؟
حل: برای کم کردن اثر خطای اندازه‌گیری و اتفاق. نتیجه‌ی یک‌باره ممکن است شانسی باشد.
دام‌های آزمون: ۱) گزینه‌ای که «بیش از داده‌ها» ادعا می‌کند غلط است؛ اگر فقط سه دما آزمایش شده، درباره‌ی دمای خیلی بالاتر نمی‌توان مطمئن بود. ۲) همزمانی دو چیز همیشه به معنای علت بودن یکی برای دیگری نیست. ۳) یک آزمایش با یک نمونه کم‌اعتبار است؛ نمونه‌ی بیشتر و تکرار، اعتبار را بالا می‌برد. ۴) سؤال «کدام را باید ثابت نگه داشت؟» یعنی همه‌چیز جز متغیر مستقل.

۶ سؤال رایگان این درس

سؤال ۱آسان

سارا می‌خواهد بداند آیا نوع خاک روی رشد لوبیا اثر دارد. در آزمایشش فقط کدام را باید تغییر دهد؟

حل تشریحی: سؤال سارا درباره‌ی اثر «خاک» است؛ پس فقط نوع خاک را تغییر می‌دهد و آب، دانه و گلدان را یکسان نگه می‌دارد تا هر تفاوتی در رشد را بتوان به خاک نسبت داد. پاسخ: نوع خاک.
سؤال ۲آسان

در آزمایش «اثر مقدار نور بر رشد گیاه»، چه چیزی را اندازه می‌گیریم (متغیر وابسته)؟

حل تشریحی: مقدار نور را ما تغییر می‌دهیم (متغیر مستقل). نتیجه‌ای که می‌خواهیم ببینیم و اندازه بگیریم، رشد گیاه است؛ یعنی قد گیاه.
سؤال ۳متوسط

رضا یک توپ را از ارتفاع ۱ متر روی فرش و توپ دیگری را از ارتفاع ۲ متر روی موزاییک انداخت و بلندی برگشتن را مقایسه کرد. ایراد اصلی آزمایشش چیست؟

حل تشریحی: هم ارتفاع رها کردن و هم جنس سطح عوض شده است. اگر یکی بلندتر برگردد، معلوم نیست به خاطر ارتفاع بوده یا سطح. در آزمایش منصفانه فقط یک متغیر تغییر می‌کند.
سؤال ۴متوسط

کدام جمله یک فرضیه‌ی قابل آزمایش است؟

حل تشریحی: فرضیه باید پیش‌بینی‌ای باشد که بتوان با اندازه‌گیری درستی‌اش را سنجید. زمان حل شدن را در آب گرم و سرد می‌توان اندازه گرفت، اما «خوشمزه، زیبا، جالب» سلیقه‌ای‌اند.
سؤال ۵متوسط

در آزمایش اثر کود، به همه‌ی گلدان‌ها کود می‌دهیم جز یکی که همه‌چیزش مثل بقیه است. این گلدان چه نقشی دارد؟

حل تشریحی: گلدانی که عامل مورد آزمایش (کود) را نمی‌گیرد، گروه شاهد است. با مقایسه‌ی بقیه با آن می‌فهمیم کود چه اثری داشته است.
سؤال ۶سخت

نرگس به سه گلدان یکسان روزانه ۱۰۰، ۲۰۰ و ۳۰۰ میلی‌لیتر آب داد. بعد از دو هفته قدها ۸، ۱۲ و ۱۵ سانتی‌متر شد. کدام نتیجه را داده‌ها پشتیبانی می‌کنند؟

حل تشریحی: داده‌ها فقط از ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلی‌لیتر است و در همین بازه قد بیشتر شده. «همیشه» و «۶۰۰ میلی‌لیتر» بیرون از داده‌هاست (آب خیلی زیاد ممکن است ریشه را خراب کند) و نور هم اصلاً آزمایش نشده است.

۳۶ سؤال دیگر این درس در تیزهوش است.

ببین الان کجای کاری

آزمون تعیین سطح رایگان: ۲۰ سؤال، ۲۰ دقیقه، و کارنامه‌ای که می‌گوید از کدام فصل شروع کنی.