اگر شیمی کاملاً نظری یا انتزاعی بود، علم واقعی نخواهد بود. شیمی همیشه در مورد دنیای واقعی خواهد بود و آن را به یک موضوع عملی تبدیل می کند که نیاز به مهارت های عملی دارد. همانند سایر علوم طبیعی، یافته‌های آن مبتنی بر شواهد تجربی و تجربی است.
روش علمی شالوده شیمی است و مهارت‌های عملی مورد نیاز برای توسعه و تسلط بر شیمی GCSE کلید تحقیقات علمی است، به‌ویژه زمانی که نوبت به برنامه‌ریزی یا طراحی تحقیق، جمع‌آوری داده‌ها، تجزیه و تحلیل داده‌ها، و ارزیابی یا تفسیر آن داده‌ها می‌رسد. .
برنامه ریزی یک تحقیق علمی
شناسایی مشکل
هر تحقیق علمی مبتنی بر یک مشکل خاص و با فرضیه است. مشکل می تواند هر چیزی باشد که ناشناخته است یا نیاز به تایید دارد. لزوماً نباید چیزی انقلابی باشد. می تواند به اندازه آزمایش آلایندگی یک خودرو بر اساس نوع سوخت مصرفی معمولی و معمولی باشد.
یک فرضیه صرفاً یک توضیح پیشنهادی برای چیزی است که شما می خواهید بررسی کنید. یک فرضیه علمی باید بیانیه ای ارائه دهد که بتوان آن را آزمایش کرد و به عنوان یک پیش بینی برای آنچه انتظار دارید در طول تحقیق اتفاق بیفتد عمل می کند.
تدوین یک فرضیه
شما نمی توانید بدون داشتن یک تحقیق علمی طراحی یا شروع کنید فرضیه علمی. پس از شناسایی یک مشکل، باید توضیحی در مورد مسئله ارائه دهید و پیش بینی کنید. سپس می توانید یک آزمایش یا یک مشاهده روشمند برای آزمایش فرضیه خود طراحی کنید.
در مقایسه با سایر علوم رصدی مانند نجوم، می توانید کنترل کاملی بر متغیرهای پدیده ای که می خواهید در شیمی بررسی کنید داشته باشید. به عنوان مثال، می توانید یک آزمایش آزمایشگاهی طراحی کنید که متغیرها را به طور جداگانه اندازه گیری و آزمایش کند.
شناخت متغیرهای خود
جداسازی متغیرها برای جلوگیری از سردرگمی در مورد همبستگی علت و معلولی مفید است. این به ما امکان می دهد دقیقاً ببینیم هر متغیر چه کاری انجام می دهد تا درک دقیق تری از تأثیر آن بر آزمایش داشته باشیم.
همچنین می توانید به تدریج شدت یک متغیر را برای تعیین آستانه افزایش دهید. یک مثال کامل از این است آزمایش تیتراسیون، جایی که می توان غلظت مشخصی از یک محلول تیتراتور را به تدریج به محلول آنالیت اضافه کرد تا زمانی که به یک مقدار آستانه رسید و در نتیجه غلظت آنالیت را تعیین کرد.
هنگام برنامه ریزی یک تحقیق علمی، باید هر بار بر روی یک عامل یا متغیر خاص تمرکز کنید. متغیرها به عنوان متغیرهای وابسته، متغیرهای مستقل و متغیرهای کنترل طبقه بندی می شوند.
- متغیرهای وابسته: اینها متغیرهایی هستند که در حال بررسی هستند. آنها معمولاً در پاسخ به متغیرهای مستقل تغییر می کنند. به بیان ساده، متغیرهای وابسته اثرات هستند. برای مثال، اگر در حال انجام آزمایش تیتراسیون هستید، تغییر رنگ محلول آنالیت متغیر وابسته است.
- متغیر مستقل: این متغیرها آنهایی هستند که شما کنترل می کنید تا ببینید چه نوع تأثیراتی روی متغیرهای وابسته دارند. با بازگشت به مثال آزمایش تیتراسیون، متغیر مستقل مقدار تیترانی است که به تدریج به محلول آنالیت اضافه می‌کنید تا رنگ آن را تغییر دهید. شما می توانید مقدار تیترانت را دقیقاً بر حسب میلی لیتر اندازه گیری کنید. مثال دیگری از یک متغیر مستقل دمای اجاق گاز یا مشعل بونزن است که می توانید به تدریج آن را افزایش دهید تا نقطه جوش مایع را تعیین کنید.
- متغیرهای کنترل: این متغیرها آنهایی هستند که برای مقایسه با سایر متغیرها ثابت نگه می دارید. متغیرهای کنترل در کالیبره کردن یک آزمایش مهم هستند. برای مثال، اگر حلالیت کلرید سدیم در آب را در رابطه با دما و غلظت آزمایش می‌کنید، باید دمای گروه کنترل خود را ثابت نگه دارید و در گروه متغیر وابسته دما را افزایش دهید.
انتخاب تجهیزات و روش
پس از شناسایی مشکل، فرموله کردن یک فرضیه و تعیین متغیرهای مورد آزمایش، باید آزمایشی را طراحی کنید. شما باید ابزار و ابزار اندازه گیری صحیح را وارد کنید. بسیار مهم است که ابزار و ابزار شما مناسب و به خوبی کالیبره شده باشند.
به عنوان مثال، اگر می خواهید میزان پتاسیم موجود در موز را تعیین کنید، باید این کار را انجام دهید استخراج فلز پتاسیم از موز. سپس باید وزن موز و وزن فلز پتاسیمی را که قرار است استخراج کنید، مقایسه کنید. بنابراین، یک ترازو بسیار دقیق و کالیبره شده برای این آزمایش ضروری است.
هرچه اندازه گیری های شما دقیق تر و دقیق تر باشد، داده های شما قابل اعتمادتر خواهد بود. ابزار و ابزار آزمایشگاهی شما نقش مهمی در جمع آوری داده های قابل اعتماد ایفا می کنند.
در برخی موارد، ممکن است نیاز به استفاده از ابزارهای پیچیده ای مانند طیف سنج جرمی یا تحلیلگر اندازه ذرات داشته باشید. از سوی دیگر، اگر آرزو دارید شیمیدان شودبرای تعیین ساختار مولکول های پیچیده مانند DNA، همچنین باید روش های پیچیده ای مانند کریستالوگرافی اشعه ایکس را یاد بگیرید.
جمع آوری داده ها
دانشمندان داده ها را به روش های مختلف جمع آوری می کنند. از طریق مشاهده، اندازه گیری و آزمایش. هنگامی که متغیرهای خود را شناسایی کردید، می توانید پارامترهای داده های خود را تنظیم کنید. پارامترهای رایج شامل دما، فشار، pH، تغییر رنگ، جرم، حجم و واحدهای مولی.
شما باید این پارامترها را به دقت رعایت کنید و بر اساس آزمایشات خود اندازه گیری های دقیقی را انجام دهید. داده ها را با دقت ثبت کرده و به صورت جدولی سازماندهی کنید. تا جایی که می توانید در جمع آوری داده ها کمی عمل کنید. همچنین می توانید از داده های کیفی مانند تغییر رنگ یا بو استفاده کنید.
با این حال، حتی داده های کیفی را می توان تا حدی کمی سازی کرد. به عنوان مثال، در آزمایش‌های اسیدیته-بازی با استفاده از نشانگرهای رنگ، می‌توانید مقادیر عددی را به شدت تغییر رنگ با کالیبره کردن تغییرات رنگ با استفاده از نمودار pH در صورت در دسترس نبودن PH متر اختصاص دهید.
همچنین می توانید داده های جدول بندی شده خود را بر روی نمودارها رسم کنید. اگر داده ها پیوسته هستند، مانند همبستگی بین دما و حلالیت، می توانید از a استفاده کنید نمودار پراکندگی. اگر داده ها گسسته و دسته بندی شده باشند، می توانید از نمودار نمودار میله ای استفاده کنید. اگر می‌خواهید روابط متناسب، مانند ترکیب مخلوط‌ها را تجسم کنید، می‌توانید از نمودار دایره‌ای نیز استفاده کنید.
تجزیه و تحلیل داده ها
اگر ابزارهای ریاضی یا چارچوب مفهومی مناسبی نداشته باشید، تجزیه و تحلیل داده ها آسان نیست. در این موارد، ممکن است برای تجزیه و تحلیل صحیح داده ها به کمک رایانه نیاز داشته باشید. آمار در تجزیه و تحلیل حجم زیادی از داده ها بسیار مفید است. از نظر فنی، تمام داده های علمی را می توان به صورت آماری برای اعتبار و پایایی تجزیه و تحلیل کرد.
در برخی موارد، تجزیه و تحلیل داده‌ها در شیمی نیازمند ایجاد مدل‌های دیجیتال مولکولی برای درک واکنش‌ها و فرآیندهای پیچیده درگیر، مانند اعمال آنزیم‌ها یا نحوه تا شدن پروتئین‌ها است. اگر داده های بزرگ و پیچیده را تجزیه و تحلیل می کنید، مهارت های کامپیوتری ضروری خواهد بود. همچنین ممکن است به دانش زبان های برنامه نویسی برای سفارشی کردن برنامه های کاربردی نرم افزار برای تحقیقات خود نیاز داشته باشید.
ارزیابی داده ها
ارزیابی داده ها نیازمند عینیت و تفکر انتقادی است. شما باید بتوانید خطاهای تصادفی و سیستماتیک را شناسایی کنید. به عنوان یک دانشمند، نباید از نظر عاطفی به تحقیقات خود وابسته باشید، در غیر این صورت نقاط کور زیادی خواهید داشت.
فرآیند علمی دارای ابزار داخلی برای بررسی خطاهای احتمالی و به حداقل رساندن سوگیری است. همچنین می‌توان از بررسی همتایان برای از بین بردن خطاها استفاده کرد.
- خطاهای تصادفی: اینها خطاهایی هستند که شما کنترلی روی آنها ندارید. برای مثال، حتی اگر بخواهید پارامترها را ثابت یا ثابت کنید، عوامل محیطی ممکن است بر آزمایش‌های شما تأثیر بگذارند.
- خطاهای سیستماتیک: اینها به خطاهای ناشی از کالیبراسیون اشتباه تجهیزات یا خطاهای ناشی از طراحی تحقیق اشاره دارد.
مهارت‌های عملی که یاد می‌گیرید و به آنها مسلط می‌شوید، به شما کمک می‌کند تا یک مورد را دنبال کنید شغل در شیمی. اگر می خواهید یک محقق یا دانشمند مؤثر باشید، این مهارت ها بسیار مفید خواهد بود.