Observația, experimentul și variabilele

Observația descrie un fapt; ipoteza propune o explicație care poate fi testată. Într-un experiment, variabila independentă este cea modificată deliberat, variabila dependentă este rezultatul măsurat, iar variabilele controlate sunt păstrate cât mai constante. Un grup martor sau o măsurare inițială poate oferi termen de comparație. Datele se notează cu unități și condiții de măsurare, nu doar cu o concluzie. O concluzie bună spune ce arată datele și unde rămâne incertitudine.

Repetarea măsurărilor reduce influența variațiilor întâmplătoare și permite observarea valorilor neobișnuite. Corelația dintre două mărimi nu dovedește singură cauzalitate; trebuie controlate alte cauze posibile. O reprezentare grafică pune variabila independentă pe axa orizontală și rezultatul pe axa verticală, cu unități. Dacă ipoteza nu este susținută de date, o modifici sau propui un test nou, fără a elimina rezultate incomode.

Etapele unei investigații.

1. Se formulează întrebarea de cercetat, de pildă „Influențează lumina creșterea plantelor?”.
2. Se enunță ipoteza, ca un răspuns testabil.
3. Se stabilesc variabilele: cea independentă, cea dependentă și cele controlate.
4. Se alcătuiește planul: materialele, pașii și normele de protecție.
5. Se notează datele într-un tabel, cu unități.
6. Se reprezintă datele grafic și se calculează, unde este cazul, media.
7. Se formulează concluzia, care spune ce arată datele și ce rămâne incert.

Instrumente și măsurări. Lungimea se măsoară cu rigla sau ruleta, volumul cu cilindrul gradat sau pipeta, masa cu balanța, temperatura cu termometrul. Un termometru se etalonează cu două puncte fixe: topirea gheții, la $0{}^{\circ }\mathrm{C}$, și fierberea apei, la $100{}^{\circ }\mathrm{C}$, la presiune normală. Observația poate fi calitativă (culoare, miros) sau cantitativă (valori măsurate).

Prezentarea rezultatelor. Un tabel de date are coloane cu titlul mărimii și unitatea ei. Pe grafic, pe axa orizontală se trece variabila independentă, pe cea verticală variabila dependentă, iar scala se alege astfel încât punctele să ocupe cea mai mare parte a graficului. Un referat de laborator conține: scopul, materialele, modul de lucru, observațiile și concluziile.

Ipoteza testabilă. Enunțul „Plantele cresc mai bine într-o cameră luminoasă” este prea vag. Varianta testabilă este „Plantele de fasole ținute 12 ore pe zi la lumină ating după 14 zile o înălțime mai mare decât cele ținute 4 ore pe zi”.

Exemplu lucrat 1. Compari germinarea semințelor la două intensități de lumină. Păstrezi aceeași specie, cantitate de apă, temperatură și durată. Schimbi numai intensitatea luminii și numeri semințele germinate. Dacă obții 8 din 10 și 6 din 10, diferența observată este de două semințe; repeți testul înainte de a atribui sigur cauza luminii.

Exemplu lucrat 2: media măsurărilor. Lungimea unui caiet se măsoară de trei ori: $21,0\mathrm{cm}$, $21,1\mathrm{cm}$ și $20,9\mathrm{cm}$. Media este $(21,0+21,1+20,9)/3=63,0/3=21,0\mathrm{cm}$. Dacă a treia valoare ar fi $24,0\mathrm{cm}$, ea se abate mult de celelalte două; măsurarea se repetă, nu se elimină fără verificare.

Exemplu lucrat 3: identificarea variabilelor. Investigația: „Cresc plantele mai repede la lumină mai multă?” Variabila independentă este durata de iluminare pe zi. Variabila dependentă este înălțimea plantei, măsurată în centimetri. Variabilele controlate sunt specia, cantitatea de apă, solul, vasul și temperatura. Dacă ar diferi și cantitatea de apă, diferența de înălțime nu ar putea fi atribuită numai luminii.

Greșeli frecvente

• Greșit: ipoteza este o concluzie deja dovedită.
  Corect: ipoteza este testabilă.
• Greșit: schimbi simultan lumina și apa pentru a măsura efectul luminii.
  Corect: controlezi apa și modifici doar variabila urmărită.
• Greșit: o singură diferență numerică dovedește cauza.
  Corect: repeți și controlezi alte variabile.

Înainte și după