V. Thí nghiệm minh hoạ
Phụ lục 2.4 VỚI NGƯỜI HỌC VÀ QUY ĐỊNH VIẾT TƯỜNG TRÌNH Với người học
...Với người học
Muốn đạt được hiệu quả tốt nhất trong thực hành, bạn phải luôn tự đặt câu hỏi: Tại sao thí nghiệm lại được thực hiện theo cách như nó được mô tả?
Chuẩn bị lên phòng thí nghiệm
Trước khi đến phòng thí nghiệm, sinh viên được yêu cầu phải đọc trước thật cẩn thận bài thí nghiệm sẽ làm, đặc biệt tập trung xem kĩ phương pháp, thiết bị và quy trình tiến hành thí nghiệm. Đôi khi sẽ cần phải thay đổi cách thức tiến hành bởi vì có thể thiết bị và máy móc được sử dụng khác với thiết bị và hệ thống thí nghiệm được mô tả trong giáo trình. Việc suy nghĩ trước như vậy, hoặc thậm chí để thực hiện thành công bài thí nghiệm như được mô tả đúng trong giáo trình đòi hỏi phải hiểu rõ về phương pháp thực nghiệm. Thí nghiệm Hoá lí đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp và đắt tiền. Nhiều hệ thiết bị thí nghiệm được lắp sẵn (các bài số 4, 7, 12, 20, 21, 26, 30, 37, 32) và không dễ dàng thay thế. Mỗi nhóm sinh viên cần nhận trách nhiệm với thiết bị của mình và cần kiểm tra kĩ trước khi bắt đầu sử dụng.
Trong khi làm thí nghiệm
Các kĩ năng thực hành chỉ có thể được hình thành qua một quá trình làm việc, vì thế, khi thực hiện bất kì một thí nghiệm nào việc làm thử nghiệm trước để kiểm tra thiết bị và để lập kĩ năng cho riêng mình là cần thiết.
Tuỳ thuộc vào nội dung của mỗi bài thực nghiệm mà yêu cầu cần lấy số điểm thực nghiệm và số lần lặp lại thí nghiệm sẽ khác nhau. Điều cần thiết là sự lặp lại số lần thực nghiệm sẽ hữu ích cho việc ước tính các sai số ngẫu nhiên cũng như giúp cho những thao tác vận hành với thiết bị trở nên thuần thục hơn.
Trong khi tiến hành thí nghiệm, không chỉ ghi lại số liệu mà cần suy nghĩ về chúng ngay. Nếu cần đo một đại lượng y là hàm của một biến x, ví dụ đo áp suất p của một thể tích khí nhất định theo nhiệt độ T, hãy vẽ nháp số liệu thu được. Bản nháp có thể chỉ ra một số vấn đề nào đó: một điểm đo bị lệch khỏi “quỹ tích” của các điểm đo khác, hoặc một tập số liệu không ổn định (nhiễu). Nếu điều đó xảy ra thì tốt hơn là dừng lại và tìm cách khắc phục sự cố thay vì tiếp tục để thu lại một bộ dữ liệu rất kém chính xác hoặc thậm chí là không có nghĩa. Kiểm tra một số phép đo tiêu chuẩn hoặc lặp lại
một vài điểm dữ liệu. Nếu một bộ phận nào đó của thiết bị bị nghi ngờ là trục trặc, hãy thay thế nếu có thể hoặc “mượn” từ một thiết bị đang hoạt động tốt để kiểm tra nhanh và sau đó thử sửa chữa bộ phận hỏng nếu xác định được lỗi. Hãy để ý đến những tác động của môi trường xung quanh như độ ẩm, nhiệt độ, những rung cơ học,... cũng sẽ dẫn đến việc đọc số liệu phép đo không chính xác hoặc một số sai ở dạng lỗi hệ thống. Xem Phần A của Giáo trình (Xử lí số liệu thực nghiệm và phép phân tích sai số) để thảo luận chi tiết hơn về các sai số mắc phải.
Thu số liệu
Giá trị của số liệu ghi được sẽ bao gồm cả sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống. Có thể giảm sai số ngẫu nhiên bằng cách lặp lại số lần N đo, nhưng đây là một cách không hiệu quả vì như trong Phần A, sai số trung bình của tập N các giá trị là 1/N. Do đó, người ta phải tăng gấp bốn lần số lượng các phép đo để giảm một nửa lỗi ngẫu nhiên. Một cách tiếp cận tốt hơn nhiều là cải thiện thiết kế thí nghiệm và nâng cao độ nhạy của thiết bị. Mặc dù sau đó cần phải thực hiện sự hiệu chỉnh để tránh sai số hệ thống và chú ý tới sai số chủ quan của người đọc kết quả.
Trong nhiều các thí nghiệm, số liệu được thu tuần tự thay vì theo thứ tự ngẫu nhiên. Ví dụ, trong các bài thí nghiệm nghiên cứu động hoá học, cần phải đo sự thay đổi nồng độ chất phản ứng hoặc sản phẩm tuần tự như một hàm của thời gian. Hay việc đo pH trong quá trình chuẩn độ phải được thực hiện tuần tự như là một hàm của thể tích axit hoặc bazơ được thêm vào. Do đó, trong quá trình thực hành cần lưu ý đến khả năng một số yếu tố không được kiểm soát (ví dụ: áp suất hoặc nhiệt độ môi trường) bị thay đổi, mặc dù dao động này chỉ là một hiệu ứng nhỏ nhưng lại dẫn đến một sai số hệ thống trong kết quả đo. Trong khi chúng ta khó có thể tác động được đến chuỗi thu thập số liệu, thì lại có thể kiểm soát khoảng giữa các điểm ghi số liệu. Nguyên tắc chung là: Lấy các điểm cách gần nhau hơn khi đại lượng quan sát thay đổi nhanh. Do đó, các thời điểm thu số liệu cần được thực hiện thường xuyên hơn vào thời gian đầu khi nghiên cứu động học và gần điểm tương đương khi chuẩn độ acid – base, như minh hoạ ở hình dưới đây.
Nhật kí thí nghiệm
Sổ ghi chép trong phòng thí nghiệm là liên kết thiết yếu giữa phòng thí nghiệm và thế giới bên ngoài và là tài liệu tham khảo cuối cùng liên quan
đến những gì diễn ra trong phòng thí nghiệm. Thông lệ bất di bất dịch trong
nghiên cứu thực nghiệm là ghi lại mọi thứ liên quan (dữ liệu, tính toán, ghi chú và nhận xét, khảo sát tài liệu và thậm chí một số biểu đồ) trực tiếp trong một cuốn sổ tay có số trang. Tuyệt đối không sử dụng các mẩu giấy vụn lẻ để ghi lại các dữ liệu ngẫu nhiên ví dụ như trọng lượng, chỉ số áp kế và nhiệt độ với ý tưởng sao chép chúng vào sổ ghi chép sau đó. Bút chì là không phù hợp để ghi dữ liệu chính.
Ghi chép thế nào?
Mỗi trang cho một thí nghiệm phải có tiêu đề rõ ràng bao gồm tên các thành viên trong nhóm, tên bài thí nghiệm, ngày và trang số. Sổ ghi chép phải chứa tất cả thông tin cần thiết để một người khác có thể thực hiện lại thí nghiệm đó theo cùng một cách. Ngoài các phép đo và quan sát liên quan trực tiếp đến kết quả thí nghiệm, tất cả các dữ liệu khác có liên quan đến việc giải thích kết quả phải được ghi lại. Cần đảm bảo ghi lại bất kì sự thay đổi nào so với quy trình đã nêu trong sách và ghi rõ thiết bị được sử dụng (nguồn chế tạo, model, sơ đồ thiết bị). Nếu các bộ phận khác nhau của thiết bị có số nhận dạng hoặc số sê-ri, thì chúng nên được ghi lại. Cũng cần ghi lại thời gian (ngày, tháng) sửa đổi thiết bị. Đối với mỗi chất hoá học được sử dụng, hãy ghi lại tên, công thức, nguồn, độ tinh khiết và nồng độ (trong trường hợp dung dịch).
Số liệu thực nghiệm nên được ghi trực tiếp vào sổ ghi chép, ở dạng bảng bất cứ khi nào có thể. Sử dụng các tiêu đề đầy đủ, rõ ràng. Hãy đảm bảo rằng tất cả các giá trị số được kèm theo các đơn vị thích hợp. Trong nhiều trường hợp,
cần thiết hoặc ít nhất là nên ghi lại các điều kiện phòng thí nghiệm như nhiệt độ môi trường, áp suất khí quyển hoặc độ ẩm tương đối,...
Như đã đề cập ở trên, nên vẽ phác thảo dữ liệu trong sổ ghi chép trong phòng thí nghiệm. Để thuận lợi cho việc vẽ phác thảo này, sổ nhật kí thí nghiệm nên dùng loại có kẻ ô để cả hai biến x và y có thể được vẽ nhanh chóng và chính xác. Nếu dữ liệu được thực hiện trong hai lần riêng biệt thì nên sử dụng các kí hiệu khác nhau để biểu thị các điểm trên các lần thực hiện riêng biệt đó. Các dữ liệu khác như quang phổ, sơ đồ dữ liệu máy tính hoặc bản in của các tệp máy tính cần ghi ngày, tháng và chữ kí của giáo viên hướng dẫn. Các dữ liệu này có thể ghim vào sổ nhật kí thí nghiệm nếu chúng có kích thước phù hợp. Tuy nhiên nếu có quá nhiều dữ liệu kiểu như vậy thì không nên ghim vào sổ nhật kí mà nên đánh số thứ tự rồi kẹp vào một file riêng.
Tra cứu, so sánh
Sinh viên muốn so sánh kết quả của họ với các kết quả được công bố sẽ cần phải thực hiện việc tra cứu thư viện. Theo nguyên tắc chung, tốt nhất là tham khảo trực tiếp một bài báo gốc. Người ta thường cho rằng các phép đo gần đây chính xác hơn các phép đo cũ; giả định này dựa trên thực tế là các phương pháp và thiết bị liên tục được cải tiến. Nhưng điều này không có nghĩa là có lí do hợp lệ để từ chối hoặc nghi ngờ một kết quả được công bố chỉ vì nó đã cũ. Chất lượng số liệu thực nghiệm phụ thuộc mạnh vào tính chu toàn, cẩn thận và cả sự kiên nhẫn của người làm. Trích dẫn các giá trị trong tài liệu tham khảo vào báo cáo kết quả là rất hấp dẫn vì nó cho phép so sánh kết quả của bản thân với kết quả được công bố, cho phép đánh giá mức độ thành công của thí nghiệm.
Báo cáo kết quả thí nghiệm (Tường trình)
Việc đánh giá bất kì một bài thực hành chủ yếu dựa trên nội dung của bản tường trình. Các báo cáo phải được trình bày tốt, dễ đọc, để bất kì ai không biết thí nghiệm này vẫn có thể dễ dàng theo dõi bản tường trình và có được ý tưởng rõ ràng về những gì đã thực sự được thực hiện và kết quả thu được.
Hãy cố gắng viết bằng một văn phong khoa học. Không nên coi thường chính tả và ngữ pháp bởi vì báo cáo sẽ được đọc bởi một nhà khoa học thay vì một bạn đọc thông thường. Bản tường trình nên ngắn gọn và thực tế nhất có thể nhưng lại không được làm mất đi sự rõ ràng. Cụ thể, các phương trình toán học phải được kèm theo đủ tài liệu bằng lời để làm cho ý nghĩa của chúng rõ ràng.
Quan trọng nhất trong tất cả, tường trình phải là một bản gốc của người viết. Sao chép hoặc thậm chí diễn giải các tài liệu từ sách giáo khoa hoặc các báo cáo khác là không trung thực và phải tránh. Nếu trích dẫn ngắn gọn, kèm theo dấu ngoặc kép và kèm theo một tài liệu tham khảo đầy đủ thì được cho phép trong trường hợp cần thiết. Chỉ cần tóm tắt ngắn gọn về lí thuyết hoặc các chi tiết của quy trình thí nghiệm nếu những điều này được mô tả đầy đủ trong một số tài liệu tham khảo có sẵn.
Ngoại trừ các hằng số vật lí hoặc các phương trình lí thuyết nổi tiếng, bất kì dữ liệu hoặc tài liệu nào được lấy từ nguồn bên ngoài phải được kèm theo trích dẫn đầy đủ đến nguồn đó. Nội dung và độ dài của bản tường trình sẽ phụ thuộc vào nội dung của bài thí nghiệm và các tiêu chuẩn được đưa ra bởi giáo viên hướng dẫn. Trong một số trường hợp, bản tường trình phải khá đầy đủ và bao gồm cả việc phân tích định lượng về độ tin cậy và thảo luận chi tiết về ý nghĩa của kết quả. Còn đối với nhiều thí nghiệm, một báo cáo ngắn gọn về kết quả kèm theo xử lí định tính các sai số có thể được coi là đầy đủ. Trong bất kì trường hợp nào, việc trình bày rõ ràng dữ liệu, tính toán xử lí dữ liệu và kết quả là điều cần thiết cho mọi bản tường trình.
Đạo đức
Việc xử lí các số liệu thu được trong phòng thí nghiệm và phân tích độc lập dữ liệu đó cũng như chuẩn bị độc lập các báo cáo đòi hỏi phải tuân thủ một tiêu chuẩn đạo đức cao.
Sự an toàn
Thực nghiệm có thể đối diện với nhiều mối nguy hiểm và mọi người làm việc trong phòng thí nghiệm cần chú ý mọi vấn đề liên quan đến an toàn. Một khi chúng ta nhận thức được các mối nguy hiểm cụ thể liên quan đến một quy trình thực nghiệm, bản năng tự bảo vệ thường cho ta đủ động lực để tìm cách tránh chúng. Mối nguy hiểm chính là nằm ở sự thiếu hiểu biết cụ thể về các mối nguy hiểm và sự không chú ý.
Phụ lục 2.1 về an toàn khi làm việc trong phòng thí nghiệm, khi tiếp xúc với hoá chất, làm việc với các thiết bị, máy móc cần được đọc trước khi bắt đầu khoá học thực hành hoá lí và cần được đọc lại cẩn thận trước mỗi một buổi thực hành.
Quy định viết tường trình
Bài tường trình PHẢI gồm đầy đủ các phần sau:
TÊN BÀI THÍ NGHIỆM
– Họ tên sinh viên – Người làm cùng – Ngày làm thí nghiệm