实验设计方法范文

时间:2023-03-18 03:37:17

实验设计方法

实验设计方法范文第1篇

[关键词] 形式变化 策略与方法 说明的内

一、中考实验考查的形式变化

新课标对学生的培养方向更趋向于能力的培养,更趋向于运用物理知识解决问题的能力和方法的培养,这方面的变化从近几年的中考实验题的考查形式可见一斑.以前,实验的考查形式偏向于实验操作技能,偏重于测量性实验,根据实验现象,数据归纳出已知结论,随着新课程的改革,要求学生要从简单的模仿者转化为富有创造力的创新者,实验的考查也从简单的操作,读值转向应用物理知识设计实验的例如2005年中考题33。某同学利用图14所示电路进行实验,记录数据如下表:

(1)根据表中实验次数1、2、3的数据,分析电流跟电压的关系可以初步得到:( )

(2)根据表中实验次数245的数据,分析电流跟电阻的关系,可初步得出()

2008海淀一模35.实验桌上有如下器材:符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、滑动变阻器一个、单刀单掷开关一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材,在实验过程中不能拆改电流表的接线,请设计一个实验证明:“在电阻两端电压保持不变时,通过电阻的电流与该电阻的阻值成反比”。请画出实验电路图,并写出实验步骤。

(1)实验电路图:

(2)实验步骤

同样是考查欧姆定律的问题,近几年发生很大变化,不再是操作,读值,归纳,总结,而是以所学的知识为基础,进行实验设计,这种变化,对于学生的能力提出了更高的要求,这既是新课标的要求,又有利于学生的终身发展,学会设计实验的方法非常必要

二、实验设计的策略与方法

1.实验设计的方法

虽然实验设计对于学生的能力要求较高,但是,它还是以物理知识为基础.因此,首先要明确所要设计的实验应用了什么物理知识,其次,鉴于初中学生的认知水平和知识储备,所要设计的实验内容一般不会很开放.都是学生了解的规律,根据这些方面,在做实验设计的题目时,可以按以下步骤进行

(1)明确要探究的问题是什么?(公式或具体内容)

(2)找出自变量(即变化的因素)寻找改变自变量的方法,用什么仪器如何测量自变量

(3)找出因变量(即探究的问题)用什么仪器如何测量或观察因变量

(4)明确要控制的变量,找出控制其不变的方法

例1实验桌上有如下器材:符合实验要求的电源一个,电流表和电压表各一只,开关一个,各种阻值已知的定值电阻,导线若干。设计一个实验证明:当通过电阻的电流保持不变时,电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比,画出电路图,写出实验步骤,设计出实验表格

(1)探究的问题:当通过电阻的电流保持不变时,电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比

(2)自变量:(电阻) 如何改变自变量(多个阻值不同的电阻或电阻箱)(阻值已知)

(3)因变量:(电功率) 如何测量或观察因变量(伏安法测电功率)

(4)控制变量:电流如何控制其不变(串联_或用滑动变阻器)

2.实验电路图:(下图)

3.实验步骤

①按电路图将调好的电流表、电压表和六个阻值不同的电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6接入电路中,并把这六个电阻的阻值记录在表格中;

②闭合开关S,用电压表,电流表测出R1两端的电压 U1和通过R1的电流I1,并把数据记录在表格中;

③断开开关S,把电压表并联在R2两端,仿照步骤②,测出R2两端的电压U2和通过R2的电流I2,并把数据记录在表格中;

④仿照步骤③,分别测出电阻R3、R4、R5、R6两端的电压U3U4U5 U6和相应的电流I3 I4 I5I6,并把数据记录在表格中;

⑤根据公式 P=UI分别计算出R1、R2、R3、R4、R5和R6消耗的电功率P1P2P3P4P5P6,并把数据记录在表格中。

4.实验表格

5.实验步骤中必须说明的内容

(1)对于实验仪器要调节或说明已经调节好

(2)对于电路图要画出:按电路图连接实物

(3)电路所处状态要交代:开关断开或闭合

(4)注意的地方要说明:滑片放在最大值,电表示数与上次示数相同

(5)自变量的改变方法,因变量的测量(计算公式)控制变量的控制方法要说明

(6)说清楚:用什么,测什么,记为什么.记在哪

(7)实验数据记录表必须写明的内容

表头格式:物理量/单位(符号)

需要有中间量,表格中必须包括

实验设计方法范文第2篇

一、化学实验设计的意义

化学实验设计对于发展学生的科学探究能力、提高他们的科学素养具有重要意义。实验设计是运用知识和求新创造的过程。在这个过程中,不仅有旧知识的运用,而且有对新知识的探求。学生实验设计技能的发展,往往说明他们的迁移能力、创造性和思维能力有较快的发展。通过科学实验,他们能学会如何控制或改变实验条件,选择什么样的仪器来实施实验,如何运用规律来解释自然现象,如何由诸多的现象归纳出本质的结论,如何探索科学规律,等等。实验设计让学生直接接触科学研究的方法,使学生对预感、推测、试验以及独立解决问题的可能性有正确的认识。实验设计是各种科学知识的综合运用,是较高层次的实验能力。实验设计的教学意义主要有以下几点:

(一)激发学生的化学学习兴趣。学生根据自己所学的化学知识,独立或在教师启发下,设计出各种实验方案,成功地解决化学实验问题,从而产生成功后的喜悦,激发起更大的学习热情,成为进一步学习的强劲动力。

(二)获得亲身参与研究探索的体验。美国教育家波利亚曾指出:“获取知识的最佳途径是自己的体验,因为自身体验最清楚,也最容易得出其中的内在规律、性质和联系。”科学实验强调学生通过自主参与一些类似于科学家从事科学研究的学习活动,获得亲身体验和产生积极情感,逐步形成一种在日常学习和生活中喜爱质疑、乐于探究、努力求知的心理倾向,产生运用所学知识解决实际问题,并且有所发现、有所发明、有所创造的积极欲望。

(三)提高发现问题和解决问题的能力。设计化学实验方案需要学生灵活地、创造性地运用所学的化学基础知识和化学实验基本技能,可以发展他们解决化学实验问题的能力和创造能力。实验的过程围绕着一个需要解决的问题而展开,学生直接参与研究,并最终使问题得以解决。学生在实验研究过程中,会激活自身储备的知识,通过解决实际问题的探索性活动,提高自己解决问题的能力。

(四)学会分享与合作。合作的意识与能力是现代人所应具备的基本素质。在以往的课堂教学情境中,学生间的交流与合作缺乏充分的机会与条件,而实验则为学生提供一个有利于沟通与合作的良好空间,学生得以在这个过程中发展乐于合作的团队精神,学会交流和分享研究的信息、创意及成果,并在欣赏自己的同时,也学会欣赏别人。

(五)培养科学态度,增强社会责任感。学生在实验的过程中,通过认真、踏实的探究,会逐渐养成严肃认真、一丝不苟、尊重他人意见的正确实验态度,形成严谨的科学作风和克服困难的意志品质,有利于学生认识和掌握科学过程与科学方法、不满足于现状的进取精神,同时也懂得了科学知识对于自然、社会与人的意义和价值。

二、中学化学实验设计的原则

在学生具备了一定的化学基础知识、掌握了一定的化学实验操作技能的基础上,有目的的提出一些实验问题,要求学生按照实验目的要求,根据已学过的实验原理和方法,设计出新的实验方案,这是培养学生实事求是、独立思考、开拓创新精神和能力的重要途径。

(一)目的性原则。目的性原则是指在科学实验设计的整个过程中,对实验原理、用品、装置、步骤、方法以及实验结果等方面的设计,都应围绕实验的目的与要求进行。例如,一氧化碳还原氧化铜的实验中,实验的目的是说明一氧化碳具有还原性,可把氧化铜中的铜还原成单质,本身被氧化成二氧化碳。因此,实验设计的立足点就是如何将黑色的氧化铜转化为红色的铜,如何将一氧化碳转化为二氧化碳,并将其检验出来。然后据此选择实验试剂、仪器、装置、反应条件、操作步骤和方法,并组装多种有利于黑色氧化铜转化为红色铜的实验装置。

(二)科学性原则。科学性原则是指设计的实验原理、实验方法、实验装置、实验操作等必须与科学理论知识和科学实验方法相一致。例如,检验某种无色溶液中是否含有CO32-离子,就不能通过加入盐酸,看是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生的方法来检验。因为若有HCO3-离子、SO32-离子、HSO3-离子的存在,此实验中都可以产生相似的现象,因而有失原理、方法的科学性。

(三)可行性原则。可行性原则是指在设计科学实验时,从实验原理、实验实施到实验结果的产生,在实施时切实可行,所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学化学实验条件下能够得到满足。例如NaCl、Na2SO4的鉴别,有的学生常选用AgNO3做试剂,认为AgCl难溶、Ag2SO4微溶,从而把两者加以区分。事实上,这种方法所依据的原理在实施时是不可行的。因为硫酸银不稳定很易分解成难溶的氧化银。

(四)安全性原则。安全性原则是指在设计实验方案时必须考虑实验过程中的安全,尽量避免使用有毒药品和进行具有危险性的实验操作,如果必须使用,应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项,以防造成环境污染和人身伤害。

(五)简便性原则。简便性原则要求在实验设计时,要考虑到实验材料容易获得、实验装置简化、实验药品便宜、实验操作简便、实验量化简单、实验步骤少和实验时间短等问题。这样,可以避免学生在实验设计中陷入一些繁琐的过程中,而忽视科学实验中的关键问题,如对实验原理的思考,对实验现象的分析等。

(六)绿色化原则。绿色化学是二十一世纪化学科学的一个重要发展方向,也是中学化学教学中学生应树立的基本化学观念之一。绿色化学倡导从源头上就尽可能地消除或减少有毒、有害化学物质对环境的影响,要想实现这一目标,必须从化学实验设计做起。在化学实验设计中体现绿色化学思想,要求在化学反应原料的选择、化学反应条件的选择、化学反应的产物、化学实验的操作等环节都要贯彻绿色化学思想。

三、中学化学实验设计方法举要

传统的中学化学实验大多以验证性为主,由此招致不少的批评,许多人主张应将验证性实验改为探索性或研究性实验。其实,验证性实验和探索性、研究性实验各有不可替代的作用,关键是如何有效地发挥它们的功效,不管哪种形式的实验都可有创新的设计。中学化学实验设计的常用方法有:

(一)缺陷改进法。缺陷改进法指通过发现现有实验的缺陷,把现有实验的缺陷进行改革或革新的方法。改进首先是发现问题,而创新就是要解决现有的问题,每发现一个缺陷、提出一个问题,也就是找到了一个创新的课题。

如:空气中氧气的含量的实验测定。如图1所示,利用红磷燃烧消耗空气中的氧气(4P+5O2 2P2O5),从而使容器内形成压力差,打开止水夹后,水进入容器内。进入容器中的水的体积,可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。

该实验在设计原理上就存在不合理之处。我们知道,反应物浓度越小,反应的速率越慢。燃烧进行时,集气瓶中氧气的浓度越来越小,到一定的限度(此时还残留一定量的氧气)时,燃烧就会停止。这也是有些物质不能在空气中燃烧,但能在氧气中燃烧的原因。因此,从这个意义上说,利用燃烧试图除尽空气中的氧气,是难以达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高,因此就更无法除尽氧气了。另外,该实验装置可能发生气体泄漏的地方也较多,加之将燃烧着的红磷伸入集气瓶中时会加热了内部的空气,使之外逸,这些都会导致实验现象达不到预期的效果。

要做好该实验,关键要注意以下几点:①用更易燃烧的可燃物代替红磷(如白磷);②装置的气密性要好;③燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快,并塞紧塞子(最好没有这一步骤)。

基于以上分析与思考,可将原实验进行如下改进设计:

(1)用凸透镜将太阳光聚焦到白磷,使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图2。

(2)用水浴加热的办法使白磷燃烧,也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅400C,水温稍高,足以使白磷着火燃烧。如图3。做此实验时,盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中,也以免广口瓶因骤热而爆裂。可先用温水淋浴后,再将热水注入外面的大烧杯中。

(3)用钟罩代替集气瓶进行实验,如图4所示。钟罩下方敞口,气体受热膨胀时,可将水压出一部分从产生减压作用。用此法可减少了气体泄漏的可能,准确性比原实验方案高。

(4)在一端封闭的粗玻璃管内放一小粒白磷,用胶塞塞住,并将其推入到玻璃管中部,记下位置。用酒精灯微微加热白磷,使之燃烧,可观察到白磷燃烧有大量白烟生成,胶塞被推向外侧(右侧)。待装置冷却,胶塞逐渐向内侧(左侧)移动,根据胶塞停止时的位置,确定空气中氧气的体积。如图5。

对化学实验进行观察、研究、分析,发现其缺陷,并在此基础上探索改进,就可以对化学实验进行创新。缺陷改进法创新化学实验的一般步骤为:①选定化学实验;②找出实验的缺陷;③针对缺陷研究改进方案。

(二)整合法。就是将一些相关的化学实验按某些内在联系或特征进行新的整合,设计新的实验方案的实验创新方法。爱因斯坦曾说过:“为了满足人类的需要而找出已知装置的新的组合的人就是发明家。”同样,将已有的化学实验按一些共同特征或功能进行合理整合,使其具有某种新的功能也是对原有化学实验的一种创新。

例如验证“二氧化碳与水的反应”的化学性质,一般教材上都是将二氧化碳气体通入到滴加了紫色石蕊试液的蒸馏水的试管里,振荡,观察到紫色石蕊变成红色的现象。同此作出判断,二氧化碳与水发生了反应,反应后生成了一种酸。这对于学习化学不久的初三学生来说,会存在很大的困惑:首先是第一次接触到酸碱指示剂,对酸能使紫色石蕊变红色的事实不知道;其次,干燥的二氧化碳能不能也使石蕊也变成红色呢?为了能更好的解释清楚这些问题,可以将这个实验设计成如下图所示方案:

用吸水性较好且有一度强度的纸折四朵小花,将其完全浸入石蕊试液中,取出晾干后,再浸入石蕊试液中,取出晾干。直到纸花变成明显的紫色为止。

向第一朵小花上喷稀醋酸(或稀盐酸等),纸花变红色。说明石蕊试液遇酸变红色;

向第二朵小花喷水,纸花不变色。说明水不能使石蕊变红色;

将第三朵纸花放入集满二氧化碳的集气瓶中。纸花也不变色,说明二氧化碳不能使石蕊变色。

第四朵纸花先喷水湿润,再放入集满二氧化碳的集气瓶中。纸花变红色。说明此时有酸存在,是二氧化碳与水反应的产物碳酸。

取出第一朵和第四朵变色的纸花,分别放在酒精灯火焰上加热。第一朵纸花不变色,第四朵纸花变紫色。由此说明碳酸不稳定,遇热分解。

这个实验设计将酸使酸碱指示剂(石蕊)变色实验、二氧化碳与水反应生成酸、碳酸不稳定等实验巧妙的整合在一起。装置简单、操作简便、无污染、实验现象明显、趣味性浓,学生容易接受。

运用整合法创新化学实验时应注意:①整合实验应是在对原先实验进行变形的基础上再将它们进行的有机融合,并不是简单的拼凑在一起;②整合后的实验应易于操作,仪器装置应简明;③要有新的实验效果。

(三)反向思维法。对于某一化学实验,其仪器装置都有特定的要求和用途,但并非绝对不可改变。同样,完成某一实验也绝非只能用某一种仪器装置。进行化学实验设计,涉及仪器装置应遵循“一装(置)多用”或“一用多装(置)”的原则,做到“变式思考”,达到科学合理、简单易行、便于操作。反向思维法是沿着事物的相反方向,用反方向探求的思维方式对现有的实验设计进行思考,从而提出新的实验设计的一种实验创新方法。如从实验的相反功能或性质,去设想和寻求解决问题的新途径,从而获得新的实验设计。例如在演示完用碳棒(惰性电极)电解CuCl2溶液的实验后,引导学生弄清电解原理后,将原实验中阴阳两根电极(此时阴极碳棒上已附着红色的铜)调换再进行电解,可观察到一段时间后已改成阳极的碳棒上附着的铜消失了。显然,将阴阳两极调换后,可以为非惰性电极作阳极时的电解原理的学习打下基础。又如,课本中制备溴苯的实验中是将溴和苯先加入烧瓶,然后向烧瓶中再加入铁粉(即溴和苯静、铁粉动),由于反应物已全部加入烧瓶,加入催化剂后,反应剧烈无法控制,导制溴挥发并从导管溢出而达不到预期目的。基于这个考虑,可将实验操作改为:先将铁粉加入烧瓶,将溴和苯的混合液加入分液漏斗,通过分液漏斗的活塞来控制滴加液体的速度,从而克服原实验的不足。

化学实验设计的方法很多,在实际设计过程中,所使用的方法也并不是单一的,往往是多种方法的综合应用。化学实验设计的创新永无止境,各种现代化媒体与化学实验的结合也为实验创新提供了广阔的领域,只要勇于探索,一定会有更多更好的创新实验设计方案涌现出来。

(作者单位:江苏省苏州市吴江区八坼中学)

实验设计方法范文第3篇

关键词:等量 单因子变量 对照

实验题一直是生物高考试题中一个必不可少的组成部分,但长期以来一直停留在对实验材料、原理、目的、方法、步骤、注意事项等方面的考查,而很少涉及实验设计、实验分析评价等。近几年的高考试题中,实验设计题和实验分析评价题所占的比例开始加大,这不仅因为它的区分能力很强,更因为它能充分体现学生的生物科学素质。而很多学生在做实验题时总找不到分析题目的重点知识,也不能很好地运用生物学中的关键词去进行对实验过程的表达。究其原因,关键是学生对实验过程的理解能力、实验设计思维能力和实验设计步骤的表达能力的缺乏及实验结果的归纳总能力有一定的差距。因此,在复习中应加强对实验的复习,完成教材规定的实验,并重视以下方面:

一、了解实验设计的基本原则

实验设计的常用原则包括:1. 单因子或单一变量原则。2. 对照原则。3. 等量原则。4. 科学性原则。5. 随机性原则。6. 平行重复原则等等。在真正进行解题的实验设计书写过程中,在保证科学性原则的基础上,文字叙述中有三个原则即可,即:等量原则,单因子或单一变量原则,对照原则。

1. 等量原则

即在进行实验过程中所用的材料要相同(若为动物则要考虑所取性别、年龄、体重)、所用的试剂量及总量要相同、进行实验时的环境条件要相同、进行实验所用的时间要相同等。例(1):“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中,取两支试管,试管1加入2ml淀粉液,试管2加入2ml蔗糖液;后各加入2ml唾液淀粉酶。或者,取两支试管,试管1、2各加入2ml淀粉液,试管1加入2ml唾液淀粉酶,试管2加入2ml蒸馏水。

例(2):“验证甲状腺激素能促进幼小动物发育”的实验中,在取蝌蚪进行实验过程中,所取的蝌蚪生长状况、大小要相同,饲喂饲料的时间、数量要相同,蝌蚪生活的外界条件(水质、温度等)要相同。这些相同的各种条件一定要用文字表达出来。

2. 单因子或单一变量原则

在进行实验过程中控制其他因素不变,只改变其中一个因素(要研究的因素),观察其对实验结果的影响。实验中一定要注意控制变量,即在实验中,一般只能确定一个变量,即唯一一个对实验产生影响的变量。而其它条件在实验组和对照组中应该是完全一样。

A. 变量的种类

①实验变量。实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件,由实验变量而引起的变化结果则为反应变量。

例如:关于“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中,温度就是实验变量,而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。温度是变量,那怎样处理变量呢?单一的温度无法说明温度对酶的影响,因此应该设计不同的温度对酶的影响,可设计“低温(冰块)、适温(37℃)、高温 (沸水)”,实验旨在获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。

②无关变量。无关变量是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。

例如:“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”中,除实验变量(温度)外,试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、pH值、温度处理的时间长短等等就属于无关变量。 如无关变量中的任何一个或几个对三组实验不等同、不均衡,就会产生不同的结果(即额外变量),影响实验的真实结果。因此,在一个实验设计中,所有的无关变量原则上一定要相同。

B. 变量的控制

变量的控制,是指控制其他因素不变,只改变其中一个要研究因素的变化,保证实验不受干扰或将干扰因素降低到最低程度,常用方法有:改变某条件、去除某物质、施加某种条件等。而控制其他因素的不变,只要运用等量原则即可。例如:“温度影响唾液淀粉酶水解淀粉”实验中,要控制其他因素不变,只要所用试管的洁净程度、唾液的新鲜程度、淀粉浓度、pH值、温度处理的时间长短相同就达到目的了。

3. 对照性原则

一般情况下,一个实验设计里要有实验组和对照组。实验组,是接受实验变量(改变某条件)处理的对象组;对照组,是不接受实验变量(不改变某条件)处理的对象组。从理论上说,由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的,被平衡了的,故实验组与对照组两者之差异可认定为是来自实验变量的效果,这样的实验结果是可信的。

在实验中,为了排除无关条件的干扰,常常要设立对照实验。所谓对照实验是指有一个关键条件不同,而其他实验条件都相同的情况下所进行的一组实验,以此了解条件与结果之间的关系,增强实验结论的可靠性。其中,直接用于论证结果的一组称之为实验组,用于对比的一组称之为对照组。

(1)对照实验组通常包括以下四种类型:

①空白对照:设计一个不加任何处理的实验,但要保证等量原则的存在。

例:“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中,实验组滴加了唾液淀粉酶,而对照组只加了等量的蒸馏水,起空白对照。

②条件对照:给实验组某种处理,给对照组另一种条件的处理。

例:“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”实验中,可存在以下实验组和对照组:

甲组:饲喂甲状腺激素(实验组)

乙组:饲喂甲状腺素抑制剂(条件对照组)

丙组:对蝌蚪不做任何处理(空白对照)

③自身对照: 实验组和对照组在同一个对象上进行,不另设对照组。

例:“植物质壁分离和复原实验”就是典型的自身对照,关键是观察实验前后的动态变化。

④相互对照:不设对照组,而另设实验组相互对照。

例1:“胚芽鞘向光性实验”中,利用若干组燕麦胚芽鞘受不同条件处理的实验组之间的对照,说明了生长素与植物生长弯曲的关系。

例2:“证明玉米根的生长方向与地心引力的关系”实验,利用在垂直方向上,不同方向放置的玉米种子之间根的生长相互对照,说明了根的生长与地心引力的关系。

(2)如何设置对照实验呢?

对照实验设置的正确与否,关键就在于如何尽量去保证“除一关键条件与实验组不同外,其它实验条件与实验组完全相同”。具体来说有如下四个方面:

①所有用生物材料要相同,即所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。

②所用实验器具要相同,即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。

③所用实验试剂要相同,即试剂的成分、浓度、体积要相同。尤其要注意体积上等量的问题。

④所用处理方法要相同,如保温或冷却、光照或黑暗、搅拌或振荡都要一致。

有时尽管某种处理对对照实验来说,看起来似乎是毫无意义的,但最好还是要作同样的处理。所有的处理最终均体现在语言表达上。

二、生物实验设计解题技巧

1. 实验设计题一般分为两种类型:

验证类实验设计:对于实验现象可以由要验证的结论直接得出,不用讨论。

例:验证甲状腺激素的作用;验证胰岛素的作用;验证酶的专一性;验证植物的向光性;验证温度对酶催化性的影响等待。

探究研究类实验设计:对于实验现象一般要讨论并得出相应的结论。(一般从正、反、中间去讨论,例:温度对甲状腺激素的作用是否有影响。)

得到题目后仔细阅读,从题干内容确定实验属于哪种类型,确定该题的结论是直接得出还是要进行讨论得出。

2. 解题思路:实验目的实验变量实验步骤实验结论

(1)明确实验目的;通过实验目的确定实验变量;(题中可变的单一因素)找到实验变量是整个解题的关键。

(2)设计对照实验应遵循:单一因素不同;其他因素相同且最适。

3. 实验设计过程中实验步骤的一般文字描述(步骤设计一般不宜连续描述,需要分段叙说,并加以编号);一般方案如下:

实验步骤:

(1)取样本材料数量n或实验器械数量n,编号1、2、……(或A、B、……/或甲、乙)

(在这里实验材料包含实验中用到的各种动植物,取材时要注意数量和生理及发育状态相同;一般要用的文字:生长状况、大小相似、发育状态相同等。实验用具有烧杯、培养皿、饲养动物的容器等等。这些材料用具在试题中都会给出,注意要结合实验的目的、原理合理利用。)

(2)设置实验组和对照组,两组所取的材料数量要相同(可用n株或n只),或两组加入的物质总量要相同(可用“等量”)。

(3)实验组和对照组在除一关键条件不同外,其它条件相同,并在适宜条件下进行实验,实验所用的时间要相同。

(4)观察实验组和对照组出现的实验现象或结果并记录。

(预测)实验结果:若为验证性实验,根据相关原理解题,结果唯一。若为探究性实验,将所有的可能符合实际的结果排列出来。

分析实验结果:(1)先写原理。(2)运用原理进行分析怎样得出相应的结果。

三、简明地组织语言文字

1. 叙说中尽量要用规范的实验术语,不能用含糊的口语,如:“盖玻片”不能说是“薄的玻璃片”;“等量的”不宜说成“一样多的”;“振荡”不宜说成“晃动”、“摇动”等等。

2. 准确地预测实验结果,实验设计的最后往往还需要预测实验结果,在结果预测上要全面、准确。而在这一环节上,学生往往会出现各种各样的错误。例如:

(1)测交结果预测,除了全黑、有白有黑外,还有全白。

(2)加碘后,“不变蓝”不等于“无色”或“没有颜色变化”;另外“不变”也不能说成“无现象”。

(3)用亚甲基蓝做菌量检测时,不能把“褪色”说成“无色”。

(4)在验证甲状腺激素对促进幼小动物发育的作用时,不能把“发育”说成“生长”。

(5)研究光对种子萌发的影响时,不能把“有无光照”说成“阳光”、“阴暗”。

3. 常用的表达词汇:适宜、适应、等、相同、等量、各、分别、显著差异、相同一段时间、依次等词。

实验设计方法范文第4篇

一、设计和完成实验的基本方法

做实验设计题前要弄清的问题主要有如下几个方面:①实验目的是什么?是验证性实验还是探究性实验?②是定性实验还是定量实验?③自变量、因变量、因变量的体现指标分别是什么?④如何设计实验组与对照组?⑤要求预测实验结果还是实验结论?

从解题技巧的角度来看,总体上可以分以下几步进行:了解题目要求明确实验目的分析实验原理确定实验思路设计实验步骤预期结果与分析。

1明确实验目的

实验的目的是解答实验题的指南。根据实验目的不同实验分为验证性实验和探究性实验两种。

实验目的在题目中往往以“验证……”“证明……”“探究……”“观察……”“调查……”“鉴定……”“分离提纯……”等形式呈现出来。

2变量的确定和原理

首先要确认变量。变量包括自变量、因变量、无关变量等。自变量又称之为操作变量、实验变量、实验因子,是实验中实验者所操纵的、对被测的反应产生影响的变量。

自变量往往就隐藏在实验目的中。确定方法是:往往要“验证什么”,“证明什么”,“探究什么”,“什么”就是自变量。

明确实验到底要解决什么问题,要用到生物学上的什么知识为实验的原理。

3确定实验思路

即根据实验原理,并充分利用实验材料确定实验方案。对实验作出假设,对可能产生的现象作出预测。

4设计实验步骤

根据实验目的、原理和思路,设计出合理的实验装置和实验操作步骤。要思考题中所给出的实验材料和试剂分别起什么作用,怎样运用。要注意以下两点:一是题中给出的实验试剂和材料一般应充分利用;二是除非题目条件允许,否则不能自己随意增加实验试剂和材料。由于实验设计是一种开放性试题,可能存在多种实验步骤。此时应遵循以下原则:科学性、简便性、可行性、可重复性。这些原则虽不用在答题中直接写出来,但却必须体现出来!

5预期实验结果

由于是正式实验前的设计,实验结果是根据实验目的和有关的生物学知识为基础的原理推理出来的,预期实验结果要求全面而正确。只有预期实验结果正确,才能得出正确的实验结论。

由于验证性实验结果在“预料之中”,所以只需顺理推之,将预料之中的结果写下即可,当然实验结论也只有一个,即实验要验证的问题;由于探究性实验结果未知,实验结果预测就有多种可能,因此必须将可能出现的实验结果都写下来,结论当然也就有多种可能,一般有正相关、负相关、无关三种。书写方法一般为:“如果出现……(结果――实验现象),则说明……(结论)。”

二、实验的分组方法

1对照实验必不可少,且最好安排在第一组或最后一组并注明作对照。

2定性实验:一个变量分两组(如探究青霉素对酵母菌生长的影响),两个变量分三组(如探究水和氧气对种子萌发的影响)。定量实验:实验组至少分三组,最好分五组,且设置变量要有梯度、有规律(如探究p对酶活性的影响)。

3分组要求:随机、等量(数量)、相同(无关变量)、正常(健康)。

4分组后要编号,实验组要连续、按规律排列。

5特例:仅有一个实验材料时,先测定正常做对照,后施加变量做实验组。

三、从解题的角度出发,实验步骤中应该特别突出以下两种实验设计的原则

1对照原则

对照是实验控制的手段之一,通过设置对照实验,可消除无关因子对结果的影响,增加实验结果的可信度和说服力。对照按形式和内容不同,设置对照组有4种方法:

(1)空白对照:是指不做任何实验因素处理的对照组。值得注意的是,不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的,实际上对照组还是要做一定的处理,只是不加实验组的处理因素。

(2)条件对照:给实验组某种处理,给对照组另外一个条件处理,例如“验证甲状腺激素促进小动物发育”实验中,其对照如下表示:[6][BG(!][BDG2,K3,K5,K8,K6]缸别饲料方式对照[BG3,K3,K5,K8ZQ,K6]

A等量饲料适量未经处理的甲状腺激素实验组[BG2]

B等量饲料不加激素空白对照组[BG3]

C等量饲料饲喂甲状腺激素抑制剂条件对照组

(3)自身对照:自身对照是指不另设对照组,实验组与对照组在同一对象上进行。如植壁分离与复原实验。例如鸡的实验――处理前鸡的状况作为对照组,处理后的鸡作为实验组。

(4)相互对照:不单独设置对照组,而是几个实验相互为对照,例如不同温度对酶活性的影响。

2单一变量原则

控制其他因素不变,而只改变其中某一因素,观察其对实验结果的影响。单因子变量原则有两层含义:一是确保“单因子变量”的实验观察,即不论一个实验有几个实验因子,都应做到一个实验因子对应观察一个反应因子。二是确保“单因子变量”的操作规范,即实验中尽可能避免无关因子及额外因子的干扰。

例如“探究光对种子萌发的影响”,实验变量就是光。对照与实验组的变量是无和有“光”。其他对种子萌发的因素(水、氧、温、种子大小种类等)不是本实验的实验因素,属于无关变量,无关变量是指除了自变量和因变量外,其他对该实验有影响的所有变量均视为无关变量。排除无关变量干扰的方法是:在对照组和实验组中,无关变量必须做到“相同且适宜”。

实验设计方法范文第5篇

一、实验设计教学的必要性

1996年上海高考第四(5)题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度,就属于设计型实验.但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量,使实验定位在电阻或电阻率的测定上,又大大降低了实验难度,只属于局部设计型实验.无论命题者出于何种考虑,设计型实验毕竟半遮半掩地出现了,这多少给教学工作者提了个醒.

1.从小处着眼,加强实验设计教学

上海作为高考改革的试点城市,其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向,甚至一些新颖的题型和情境,都可能为全国高考所借鉴.如1996年全国高考第21题就是从1995年上海高考第一(5)题脱胎而来的.无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措,极有在全国推广的价值.而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”,也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能.

2.从大处着眼,加强实验设计教学

著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中,曾严厉指出:“今天我们科学界有一个弱点,这就是思想不很活泼,这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”;我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件,最后只有一个小小的空格“是……”.这样培养选的人才在学校是好学生,步入社会是好职员,大脑中只是机械地跳动着两个问题:“你要我做什么?你要我怎么做?”工作常常:“完成”的相当漂亮,但思想僵化,毫无创见.这正是我们的悲哀!长期以来的这种教育选拔模式,致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪!

思想不活跃,是因为我们给了学生太多的“必须”的限制;思想僵化,是因为我们留给学生太少的“可能”的余地.实验设计的教学,正是活跃思想,培养能力的一种好方法,授以实验的基本方法,让学生自己去考虑有哪些可能的做法,自己会怎么做.

二、实验设计的基本方法

1.明确目的,广泛联系

题目或课题要求测定什么物理量,或要求验证、探索什么规律,这是实验的目的,是实验设计的出发点.实验目的明确后,应用所学知识,广泛联系,看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过,与哪些物理现象有关,与哪些物理量有直接的联系.对于测量型实验,被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示;对于验证型实验,在相应的物理现象中,怎样的定量关系成立,才能达到验证规律的目的;对于探索型实验,在相应的物理现象中,涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的.

举例来说,要测定地球表面附近的重力加速度,我们就应检索:在所学知识范围内,哪些内容涉及到重力加速度,它与其他物理量有何定量关系,并一一罗列出来:

(1)在静力学中,静止物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小就等于重力,即T=N=mg.若T(或N)和m能测出,则重力加速度g可测定.

(2)在超重或失重(但不完全失重)系统中,F-mg=±ma.若F、a和m可测出,则重力加速度g可测定.

(3)在运动学中,物体从光滑斜面上由静止下滑,s=12gsinθt2.若s、θ和t可测定,则重力加速度g也可测定.

(4)在运动学中,物体从粗糙斜面上由静止下滑,s=12(gsinθ-μgcosθ)t2.若s、θ、μ和t可测,则重力加速度g也可测定.

(5)自由落体运动中,h=12gt2.若h和t可测出,则重力加速度g也可测定.

(6)用重力加速度测定仪测定.

(7)在平抛运动中,竖直方向在连续相等的时间内位移之差Δy=gt2.若Δy和t可测,重力加速度g同样可以测出.

(8)在斜抛运动中,水平射程可以表示为x=v02sin2θ/g.若x、v0和θ可测出,则重力加速度g也可测出.

(9)单摆做简谐振动时,其周期可以表示为T=2πl/g.若T和l可测,则g可测.

(10)在焦耳测定热功当量的实验中,若能测出水的质量和升高的温度,算出水增加的内能,再测出重物的质量和下落的高度,同样可测定重力加速度.

(11)带电粒子在的匀强电场平行板电容器中平衡时,mg=qU/d.若U、d和带电粒子的荷质比(q/m)可测定,则g可测出.

(12)假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动,mg=GMm/R2,g=GM/R2.

…………

2.选择方案,简便精确

对于每一个实验目标,都可能存在多条思路、多种方案.教材中关于某个实验目标的实验方案,也只是众多方案中的一种,而且不一定是最好的一种,而只是较可行的一种.那么在众多实验方案中,我们应如何选择呢?一般来说,选择实验方案主要有三条原则:

(1)简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便,各量易测.应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案.

(2)可行性原则实验方案的实施要安全可靠,不会对人身和器材造成危害;所需装置和器材要易于置备,不能脱离实际,不能超出现有条件.

(3)精确性原则不同的实验方案,其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的.在选择方案时,应对各种可能的方案进行初步的误差分析,尽可能选用精确度高的实验方案.

以上三原则通常要综合考虑.

在前述方案中,方案(1)中常用的测力计误差较大;(2)中F和a均不易测定;(3)中θ和t不易测定且难以保证斜面足够光滑;(4)中θ、t和μ均不易测定;(5)中若用秒表计时人为因素较大,若用打点计时器计时,纸带受振针阻力与通常小物块所受重力相比不能忽略;(6)中仪器先进但一般中学没有;(7)中若用闪光照像技术则是一种好方案,但设备和技术都达不到要求,若用平抛运动的研究方法误差较大;(8)中θ和v0的测量难度较大;(9)中相对而言较切合中学实际;(10)中需测定的物理量多且很难采取绝热措施;(11)中学阶段不易测定荷质比;(12)只是一个思想实验,无法付诸实践,但可估算,代入数据得g=9.857m/s2,与标准值9.81m/s2只相差4.8.综上所述,中学阶段通常采用单摆法测定重力加速度.

3.依据方案,选定器材

实验方案选定之后,考虑该方案需要哪些装置,被测量与哪些物理量有直接的定量关系,这些物理量分别需用什么仪器来测定,从而确定整个实验需要哪些器材.

在“用单摆测定重力加速度”的实验中,是利用单摆装置来进行实验的,故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆.重力加速度可表示为g=4π2l/T2,周期需用秒表测定;摆长l是从悬点到摆球中心的距离,因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度l和摆球直径d.从实验原理表达式可以看出,实验与摆球质量无关,故毋需使用天平.

当然,从实验方便性和精确性角度考虑,还需对所选器材作进一步要求,以期把系统误差降到最小.如上述器材中,摆线的伸缩性和质量应较小,摆球的质量应较大.摆线伸缩性大,其长度会随拉力变化而变化;摆球与摆线质量相差越小,系统(摆线和摆球)质心偏离摆球中心越远,误差就越大.为了便于观察,摆球振动的路径宜长,但又要确保单摆做简谐振动,故摆线宜长些,常取1米左右.

4.拟定步骤,合理有序

实验之前,要做到心中有数:如何组装器材,哪些量先测,哪些量后测,应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤.对一些可直接测量的物理量,可先行测量;对需通过实验装置才能测定的物理量,须先组装器材,再进行实验、观察和测量.

在“利用单摆测定重力加速度”的实验中.原理表达式g=4π2l/T2中的l和T分别为单摆的摆长和单摆做简谐振动的周期.因此应先组装单摆,再测定摆长,最后让单摆做简谐振动,测定周期T.根据所测数据计算出重力加速度g的值.至于过程细节不再赘述.

5.数据处理,误差分析

高考对此要求不高,但常用的数据处理和误差分析的方法还是应该掌握,在设计实验时也应予考虑.

三、建议

我们不能说全国高考对中学教学起一种指挥棒的作用,但也无法低估高考对中学教学的导向作用,正确认识并充分利用这种导向作用,对改善中学教学现状是大有裨益的.因此在高考命题上做点文章,使试题内涵精些,外延宽些,少些“是什么”,多些“怎么样”,思想自然活跃,花样自然增多.以1996年全国高考第15题为例,若把问题改为:“根据以上数据,能否验证机械能守恒定律?试用必要的文字和简明的算式阐明你的观点.”这样一改,同样可考查即时速度、ΔEP和ΔEK的计算,但为学生提供的可能性增多了.为什么非得从“第一个点”开始考虑呢?见微知著,我们完全可以通过证明ΔEP(BC)与ΔEK(BC)相等来验证机械能守恒定律,至少可说明BC过程机械能守恒.

实验设计方法范文第6篇

1 认识物理实验教学的重要意义

实验是人们根据研究的具体目的,利用一定的仪器设备,人为地制造、控制或模拟自然现象,使某些现象反复再现以便让人们反复进行观察研究的一种方法。实验直观具体、形象生动;实验教学从感性到理性,从具体到抽象,适合学生的身心特点,符合学生的认识规律。在物理教学中运用实验能给学生学习物理创造一个良好的环境,使学生能主动获取物理知识,掌握实验基本方法和实验技能,发展各种能力,促进学生科学品质和世界观的形成。中学物理教学必须以实验为基础,这是由实验在物理教学中具有的独特作用决定的。

2 实验设计的基本方法

与传统物理实验教学不同,在物理实验探究教学中,学生不再是一未听教师讲、看教师做,而是围绕教师提出的问题或创设的若干条件,作出假设并进行实验证明,或者学生在教师指导下,通过观察、寻找资料,进行实验操作,对实验的事实加以分析并作出结论。因而,学生学习的自主性得到加强,学习物理的兴趣也将更浓,只要教师安排合理、引导恰当,必将有利于提高学生的物理实验设计能力。

2.1 观察法。观察法是人们为了认识事物的本质和规律有目的有计划的对自然发生条件下所显现的有关事物进行考察的一种方法,是人们收集获取记载和描述感性材料的常用方法之一,是最基本最直接的研究方法。简单的讲观察法就是看仔细地看。但它和一般的看不同,观察是人的眼睛在大脑的指导下进行有意识的组织的感知活动。

实例:水的沸腾。在使用温度计前,应该先观察它的量程,认清它的刻度值。实验过程中要注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程的两种情况,温度计在沸腾前和沸腾时的示数变化。

2.2 比较法。比较法就是在一定的实验条件下找出研究对象之间的同一性和差异性。比较是认识事物的基础,因而广泛用于物理实验中,从而来探索物理规律。在高一册物理教材中,“平抛物体的运动”教学中运用演示实验将平抛运动和自由落体运动相比较,从而说明了平抛运动在竖直方向上是自由落体运动,水平方向速度的大小并不影响平抛物体在竖直方向上的运动,在此基础上学生就较易理解平抛运动的规律了。

2.3 控制变量法。控制变量法是中学物理实验中常用的方法,在一些实验中要对物理量取不同的值进行探究,探究这些物理量之间的关系,这种方法为控制变量法。

三个物理量之间的比例关系。物理规律中经常出现有三个物理量之间的比例关系问题,如在探究物体加速度与合外力和质量间的关系时,我们所用的方法是先控制质量一定,改变物体受到的合外力,找到物体加速度与合外力之间的关系后,再控制物体受到的合外力一定,改变物体的质量,找到加速度与物体质量之间的比例关系,最终得到a∝■。

中学物理中探究三个物理量间关系的实验还有:胡克定律,摩擦定律,欧姆定律,气体实验定律等。在这些关系中,物理量之间存在比例关系,因此较容易想到用控制变量法。

2.4 等效替代法。等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。

掌握等效替代法法及应用,体会物理等效思想的内涵,有助于提高考生的科学素养,初步形成科学的世界观和方法论,为终身的学习、研究和发展奠定基础。新高考的选拔愈来愈注重考生的能力和素质,其命题愈加明显地渗透着物理思想、物理方法的考查,等效思想和方法作为一种迅速解决物理问题的有效手段,仍将体现于高考命题的突破过程中。

2.5 转换法。有些物理现象直接通过感官看不见,摸不着很难直接进行观测加以认识,于是我们通过它们所产生或表现出来的其他看的见,摸的着的现象就能间接的认识它的一种方法。比如:马德堡半球实验间接反映了大气压不但存在且很大;研究电流产生热量的多少是通过观察温度计的变化而间接反映出来的;研究影响动能大小因素时通过观察木块被小球推动的距离来反映小球动能大小的;研究电磁铁的磁性是通过它吸引铁钉的数目多少来判断它的磁性强弱的;研究滑动摩擦力时通过观察匀速拉动物体的弹簧测力计的示数就反映了摩擦力的大小等等。

3 利用实验教学,引导学生掌握探究方法

实验教学本身就渗透着科学方法的教育,教师要有意识的交给学生打开知识宝库的钥匙,启发学生从接触物理知识开始,主动探求物理规律,学习探究方法。如在研究焦耳定律中电流通过导体产生的热量与通过导体的电流,导体的电阻,通电时间三者之间的关系时,教师要突出实验过程,让学生掌握控制其他量不变,研究其中一个量与另一个量的变化关系,这种变复杂问题为简单问题的探究方法——“控制变量法”。

实验设计方法范文第7篇

1材料与方法

1.1材料1.1.1材料Balb/c小鼠:由广州医学院动物中心提供,4~6周龄,雄性,清洁级,体质量20~25g,无卵清蛋白(OVA)饮食。致敏液:由0.08%OVA0.1mL(美国Sigma公司)和等体积液态铝(美国Pierce公司)混合。LY294002(PI3K抑制剂):美国Sigma公司提供。1.1.2动物分组分组方法:随机数字表法。组别:OVA组、LY294002组和对照组。1.1.3实验方法OVA组:本组小鼠于第0、7、14天腹腔注射致敏液0.2mL,第15天将小鼠置于透明密闭容器中以1%OVA溶液10mL雾化吸入,每次20min,隔日一次,连续5周。LY294002组:同期同时给予注射致敏液和吸入OVA,第13天开始经尾静脉给予LY294002,用量为7.5mg/kg,连续3d每天1次,第15天于吸入OVA前30min给药。对照组:同期同时给予相同体积生理盐水腹腔注射及雾化吸入。观察指标:支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞分类计数、骨髓悬液和肺组织学检查。通过实验检测LY294002对OVA致敏哮喘小鼠肺组织病理、BALF和骨髓中细胞分类的影响,计数细胞总数和嗜酸性粒细胞(Eos)并进行统计学分析[3]。1.1.4实验目的运用公式法、PASS软件Simple法和Stata软件计算法求得本实验的样本含量,并通过实验所得数据验证其检验效能,判断3种方法确定的样本含量的有效性。1.2方法1.2.1公式法介绍n=[(Zα/2+Zβ)*σ/δ]2,n为所需要的样本含量,δ为总体差值,σ为总体标准差,Zα/2为标准正态分布的双侧临界值;Zβ为正态分布的单侧临界值。1.2.2PASS软件介绍PASS是样本含量估计和效能分析中常用的一款优秀的统计分析软件[4]。它界面良好、功能齐全,可以进行描述性统计、相关及回归分析、实验设计、生存及可靠性分析、统计图表绘制等操作,只需要输入相应的参数,即可实现对样本含量或检验效能的预测。常用方法有Com-poundSymmetry法、AR法、Banded法和Simple法。本实验研究选用Simple法。1.2.3Stata软件介绍Stata是一个功能强大的统计分析软件,它可以进行t检验、参数估计、协方差分析、单因素和多因素的方差分析、方差齐性检验、缺项数据的处理、正态性检验等一般分析。它采用具亲和力的窗口接口,操作灵活简便、学习方便,使用者可以通过Stata官方网站学习使用方法。该软件用于样本含量和检验效能估计的主要命令是sampsi(samplesizeandpower),命令格式为:.sampsi#1#2[,一般选择项][重复测量选择项]。#1表示处理前测量的均数,#2表示处理后测量的均数。一般选择项包括:检验效能、检验水平、n1与n2样本量的比值、sd1/sd2(sd为标准差)、单侧/双侧检验、单样本(缺省时为两样本比较)。常用方法有change法、post法和ancova法,本试验研究选用ancova法。

2结果

2.1参数设置Ⅰ类错误概率大小α越小,所需要的样本含量越大,通常情况下α取0.05,可取单侧或双侧用统计学检验。选择双侧检验的条件是研究结果高和低于效应指标的界限均有意义,所需样本量就大;选择单侧检验条件是研究结果仅高或低于效应指标的界限有意义,所需样本量就小。Ⅱ类错误概率大小β越小,检验效能1-β越大,所需样本量也越大,一般要求检验效能不低于0.80,一般只取单侧,本实验取β=0.1。n1与n2样本量的比值常用的为4∶1、2∶1、1∶1,考虑成本最低取1∶1。总体标准差σ或总

体率π,常根据预实验及前人的研究结果或统计理论进行估计,根据何胜东等[5]的研究结果和其他资料,取π=0.7,σ=7.87。容许误差δ是指研究者要求的或客观实际存在的样本统计量与总体参数间或样本统计量间的差值,本实验认为Eos百分比降低80%以上为有效,取δ=0.8σ。2.2计算结果公式计算值为12只,PASS软件Simple法计算值为8只(见图1),Stata软件计算值为10只(由于软件界面图较复杂,本文不截取界面图)。2.3实验结果本实验研究向广州医学院病理教研室咨询了实验材料的费用,根据以往的文献研究经验并考虑统计方便,最终确定样本含量为10只。但考虑样本的非正常失效(如取样失败、死亡等),笔者增加2只作为备份,将样本编号为1~12号。本实验在实验过程中未出现样本的非正常失效,12只小鼠都取到了真实有效的实验数据。实验研究结束后,笔者验证了LY294002组对OVA组的检验效能,样本数为8只取样本编号为1~8号的数据,定为A组;样本数为10只,取样本编号为1~10号的数据,定为B组;样本数为12只,取样本编号为1~12号的数据,定为C组。其计算结果:所有组别1-β>0.90(数据见表1),说明这3种方法计算的样本数都是合适有效的。

3讨论

医学试验研究设计包含专业设计和统计设计两部分内容,统计设计对于保证研究结果的可靠性、科学性、重现性,具有非常重要的意义[6]。样本含量估计与检验效能估算是统计设计中最重要的环节之一。只有科学地确定样本含量才能确保研究的可靠性和研究结果的可信性。样本含量的估计原则:在保证试验研究结果具有一定可信度(1-α),又具有一定检验效能(1-β)的前提下,估算出能够达到主要研究目标所需要的研究对象最小例数,以便通过样本研究结果来推断总体特征。其中α和β的取值大小是由试验设计人员希望达到的可信性和检验效能而确定。有时试验者会考虑到样本意外丢失(如动物的非正常生病或死亡,人员的失访等),会在估算出的最少样本例数上比例不能太大,增加10%~20%即可,因为盲目追求大样本量可能导致更多混杂因素的产生(如动物个体体质相差太大等),导致更大或更多的偏倚发生。医学工作者习惯用公式计算法、查表法、文献法和专家咨询法等方法估算样本含量,这些方法主观因素对估算结果影响大,而统计软件由于操作简单,考虑的客观因素多,计算结果相对合理。统计软件除了本文介绍的PASS软件和Stata软件外,还有nQueryAdvisor软件、SamplePower软件(SPSS公司研发)、SASA软件和SAS软件等,使用方法都大同小异。本文采取的3种方法计算结果不相同但却都是合理有效的,因为医学试验研究中样本含量不是唯一的,不同的研究方法、研究目的,研究要求和研究资料决定了不同的样本含量,从表1中可看出样本含量也并不是越大越精确。这些样本含量估算方法参考了研究个体的变异度、研究结果的精确度(抽样误差),但未考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响。

总之,估算样本含量的方法有许多,统计软件具有更客观、更全面和简单方便的优势,在参数选择正确的情况下其计算结果都是合理有效的,试验研究人员要熟练掌握和运用,并以其计算结果为依据,正确分析试验研究性质,再综合考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响,最终确定合适的样本数。

实验设计方法范文第8篇

一、实验设计的基本原则

在生物实验设计中,一般要遵循十项基本原则。第一,科学性原则,即明确生物实验目的、使用正确的实验原理,选择科学的实验材料及实验方法,实验方案要能够符合生物学科的基本原则与原理。第二,可行性原则,即生物实验设计方案要具有可操作性。第三,严谨性原则,即生物实验设计方案内容无漏洞。第四,简便性原则,即生物实验设计所需要的材料、器材要尽可能易获取,实验操作要尽可能简单,实验时间要尽可能短。第五,可重复性原则,即生物实验要能够准备多次,这样才能够确保实验结论的正确性。第六,随机性原则,即生物实验对象的样本是随机抽取的,这样才能够减少系统误差,才能够减少实验结果的偏差。第七,实验条件一致性原则,指在生物实验过程中,除了需要改变的因素外,其余实验条件都必须保持一致性,不能任意改变实验条件,这样能够有效地避免干扰因素。第八,单一变量原则。在实验中变量可以分为实验变量与反应变量,实验变量是实验操作中的自变量,反应变量是因变量。这就需要在生物实验中,一方面,做到一个实验比那里对应一个反应变量;另一方面,要能够确保单一变量的操作规范性,尽量避免无关因素的干扰,即控制无关变量不变,只改变实验变量。第九,控制与平衡控制的原则。在生物实验中,除了要改变实验变量来观察反应变量外,还要能够避免无关变量的干扰。一般来说,生物实验中的无关变量是无法避免的,这就需要通过平衡控制来抵消影响,通常采用增设对照组的方法来抵消无关变量的影响。第十,设立对照原则。生物实验中增设对照实验,不仅能够消除无关变量的影响,还能够提高实验结果的科学性。在对照实验中,通常设置实验组与对照组,一般有以下几种对照方法:空白对照、条件对照、自身对照、相互对照、标准对照及阳性对照。

二、高中生物实验设计的改进方法

生物实验设计是探索性教学活动,探索始于问题,教师要能够认识到发现问题的重要性。因此,确定需要通过实验来解决的问题并提出实验假设,是进行生物实验的基础,这也是生物实验设计的难点。教师要能够让学生学会提问题,这样才能够激发学生的思维。因此,教师要能够巧妙地将生物实验内容转化为问题,以问题的方式来诱导学生提出解决对策,这样能够激发学生的求知欲,能够集中学生的注意力。教师要能够鼓励学生提问题,提有新意的问题,教师可以通过学生自我提问、学生之间相互提问、师生之间相互提问的方式,让学生提出疑惑。教师要能够及时收集汇总学生的问题信息,再指导学生利用比较分析、归纳总结等方法来解决问题,学生在这一过程中会学会以科学的思维来解决问题,能够提出具有新意的问题。例如,在《影响酶活性的条件》这一生物实验中,学生在思考后能提出许多问题:用什么试剂能够研究温度对酶活性的影响?温度高低对酶活性的影响作用关系如何?温度达到多少会使酶失去活性?温度达到多少能够使酶的活性达到最高,等等。从这些问题,我们可以看出,学生在探究温度对酶活性的影响时,不再是局限于书本知识,提出的问题具有探究价值。这种提出问题的训练,能够培养学生的科学思维,能够让生物实验设计更具研究价值。

教师在生物实验设计中,要能够不断优化实验设计。生物实验设计是解决实验问题、得出实验结果的重要途径,因此,设计科学可行的实验方案非常重要。设计生物实验方案的过程其实也是一个解决实验问题的过程。实验设计的重点是指导学生、根据学生的想法来设计实验方案,而不是替学生设计实验方案。教师的主要职责是训练学生以解决问题的科学思维来进行实验设计。首先,教师要能够明确实验目的、说明实验需要解决的问题,指出实验设计的关键点。教师要能够说明实验变量与反应变量之间的关系,指导学生设计对照实验,教会学生正确观察实验结果与实验变量的方法,详细列出实验所需的器材、材料及步骤,指导学生写下实验预测结果,详细记录实验数据,等等。其次,教师要能够找出实验设计的重点,要能够找出解决问题的方法。在设计生物实验方案时,教师要能够运用多种方法来确定实验的变量,例如求同法、求异法,等等。教师要能够训练学生的思维,要能够训练学生使用对比的方法来设置对照实验;要能够指导学生设计生物实验步骤,进行共性处理、变量处理之后,再记录下差异性结果;教师在生物实验设计中,要能够训练学生以发展的思维来不断调整原有的生物实验方案;教师要能够训练学生的辩证性思维,指出实验设计的不足。只有这样,才能够优化高中生物实验设计,才能够培养学生的科学思维,才能够保证高中生物实验设计的科学性。

总之,在高中生物实验设计中,教师要遵循相关原则,以确保实验设计的科学合理性。教师要转变教学模式,学会引导学生提出问题,有效培养学生的创新思维,改进高中生物实验设计。

参考文献:

[1]郭江暖.浅谈新课改下高中生物实验教学的困难与对策.中国校外教育,2013,(05).

[2]田巧云.优化高中生物实验教学进行实验设计能力的培养研究.中国校外教育,2008,(03).

实验设计方法范文第9篇

关键词:小学科学教学 观察实验设计 依据

中图分类号:G623.6 文献标识码: C 文章编号:1672-1578(2014)7-0234-01

观察和实验成为小学生探究科学的主要方式,教师要遵循一定的科学依据和方法对学生施以科学课程教学,以达到引领学生对科学有正确认知的目的。本文论述了观察实验在小学科学教学中的作用,并从三个方面分析了小学阶段科学教学的观察实验设计依据和具体的操作方法。

1 观察实验在小学科学教学中的作用

小学生的科学课程学习主要以探究式学习为主,由此,观察实验对小学生学习科学课程具有重要的辅助作用。我国教育部门对小学科学学科的设置更加侧重于与生活实际相联系,引导学生观察周围的环境和生活,因而对小学科学教学活动没有明确的规定性要求,也没有相对应的仪器和设备。而科学理论是基于事实而言的,有客观事实和科学经验事实两种状态。客观事实与科学经验事实存在较大的区别,二者不等同,但又存在密切的联系,客观事实是科学经验事实的基础。小学生在科学认知方面不够完善,与成年人相比缺乏严谨的思维方式,因此,小学生通过观察实验加强科学认知具有必要性。观察和实验在小学科学教学活动中的作用主要表现在两个方面:首先,观察实验可以证实科学理论的合理性。在小学科学教学活动中,教师和学生通过对事物进行观察和实验,进而可以得出相应的结论,其结论正是对科学理论的一种检验,从而可以加强学生对科学理论的认知程度。其次,观察实验可以使学生加深对科学理论的理解。小学生对于万事万物都充满好奇,而通过观察实验,可以提高学生学习科学学科的积极主动性,进而提高学生的动手动脑能力,有利于促进学生对科学理论的深入探究和加深理解[1]。

2 观察实验设计的依据和操作方法

2.1 探寻因果关系的观察实验

事物是普遍联系的,科学界的万事万物都存在着一定的因果关系,因此遵循因果联系进行实验设计是一种较为合理的方式。探寻因果关系的观察和实验设计依据主要为科学归纳法。尽管科学理论中的科学归纳并不是绝对的归纳,但是通过有效的归纳总结,进一步得出相关推理,以证实科学理论的正确性。探寻因果关系的观察和实验设计方法主要有三种,即:求同法、求异法、共变法。首先,求同法,即创设不同情境以形成多个实验,然后去验证一个科学理论的正确性的方法。师生通过此种方法对结论进行总结归纳和推理,从而形成了科学认识的过程。其次,求异法,即在进行科学实验过程中,验证一个因素的有无对实验产生的不同效果问题,将多种不同实验进行有效对比,从而得出较为正确的结论。最后,共变法就是在条件相同的基础上,一个因素随着另一个因素的变化而变化,对两个因素是否具有因果联系进行有效判定。在此实验过程中,需要各个小组共同实验,进而得到统一结论,以此判定。

2.2证实因果关系的观察实验

证实因果关系的观察实验依据和方法主要是归纳法与演绎法。归纳法的观察实验设计可以使师生得到一般性的因果关系原理,即得到了科学认识的普遍性和共性。演绎法的观察实验设计可以逐步增强科学理论的可信度,以进一步证实科学原理的正确性。归纳法主要从观察和实验出发,进而对结论进行有效归纳;而演绎法则是从结论出发,通过观察和实验对结论进行验证。为此,我国小学科学课堂教学中,在开展观察实验教学时一定要以一般性的科学理论为大前提,观察实验设计要选择与科学理论相联系的实验案例,以确保实验的正确性和遵循客观事实。在观察实验中,对因果关系的证实,要么增强科学理论的可信度,要么为科学理论提出质疑以促进科学的进一步研究。在我国小学科学教学中,对观察实验的设计主要遵循归纳法和演绎法,两种方法虽然存在着较大的差别,但都可以为证实科学原理发挥重要作用[2]。

2.3利用学生知觉特性的观察实验设计

小学科学课程的教学活动中,要想进行观察实验设计,一定要遵循小学生的感觉和知觉特点规律,从而才能充分发挥观察实验的效果。观察环节充分调动了学生的感觉和知觉系统,进而对实验有一个整体感知。进行观察实验设计时,要考虑学生的知觉选择性和理解性,进而可以激发学生对观察实验的兴趣和求知探索的欲望,以达到学习探究的目的。利用学生知觉特性的观察实验设计主要遵循三种方法,其一是放大法,将观察实验的对象进行有效放大,进而可以使学生更为明显的感觉到对象的结构特点等;其二是转换法,将观察对象由不清晰转为清晰;其三是对比法,学生通过对比实验作出更为确切的判断[3]。

3 结论

综上所述,对小学生进行科学学科教学具有重要意义,有利于促进学生培养对科学正确的认知,也有利于激发学生对科学探索的求知欲。通过观察和具体实验,学生在发挥知觉特性的基础上可以理清和证实科学理论的因果关系,以求得正确的科学理论。为此,在小学科学教学活动中,教师一定要根据具体的科学内容选择有效的观察和实验方法。

参考文献:

[1]王丽云.基于小学科学与初中地理教学整合的小学生地理科学素养培养研究[D].山东师范大学,2014.

[2]龚伟.义务教育阶段(7~9年级)科学学科能力测评框架构建及应用研究[D].华东师范大学,2014.

实验设计方法范文第10篇

一、分清实验的类型

化学实验分为定性实验和定量实验两种,定性实验就是根据某种物质的性质鉴定该物质的存在与否。定量实验是测定某种物质的各种成分的含量。在整个高中化学的教学中,定性实验比较多,像制取某种物质,物质鉴别、鉴定、推断,物质性质检验,实验操作顺序或装置排列顺序的连接,分离混合物或从混合物中提取某物质。定性要求能排除其他的干扰并有明显的现象;定量实验遇到的比较少,主要像测定物质的纯度,确定物质的组成(某化合物的定量组成、混合物中各组分的质量分数),测定化学反应中的能量变化,测定某些中学化学常用计量(某元素的相对原子质量、阿伏加德罗常数等),定量实验要求准确地测定物质的量。

二、定性实验和定量实验设计的基本步骤

1.提出实验研究课题(实验目的)。实验目的要求是实验的出发点和归宿,因此在实验设计前,必须对实验的目的要求相当明确。

2.确定实验原理。要求在明确实验目的的基础上,综合运用学过的知识,通过类比、迁移、分析,主要是从原理合理、操作简单、原料易得且利用率高、无污染而确定(选择或拟出)实验原理的。

3.选择实验用品。根据实验的目的和原理,以及反应物和生成物的性质、反应条件等,合理选择实验所需的仪器和药品。

4.设计装置步骤。根据实验目的和原理,以及选用的实验仪器和用品,设计合理的实验装置和实验操作步骤,并绘制或识别相应的实验装置图。

5.观察现象和数据。根据实验目的原理和过程,预测实验将观察到的现象,以及实现实验目的将要记录哪些数据等。

6.分析得出结论。根据实验观察的现象和数据,通过分析、计算、图表、推理等处理,得出正确的实验结论。

7.对实验方案作出评价。根据题目所要求的实验目的,对实验所采取的原理、实验装置、实验现象、实验过程、实验结果等作出优与劣、好与坏等的分析和评判,并在评价的基础上作出改进。

三、实验设计必须遵循的原则

1.科学性原则。这是实验设计的首要原则。它指设计实验原理、操作顺序、操作方法等时,必须与化学理论知识以及化学实验方法论相一致。如验证卤代烃中的卤素原子,不能直接加入硝酸银溶液,因为卤代烃中的卤素原子不是可以自由移动的离子,故必须先加入强碱水溶液或强碱的醇溶液使卤素原子变成卤素离子,再加入稀硝酸中和过量的碱,最后加入硝酸银溶液看沉淀的颜色。

2.可行性原则。可行性原则是指设计实验时,所运用的实验原理在实施时切实可行,而且所选用的化学药品、仪器、设备、实验方法等在现行的条件下能够满足。

3.简约性原则。这是指化学实验的设计要尽可能地采用简单的装置或方法,用较少的步骤及实验药品,在较短的时间内来完成实验的原则。

4.安全性原则。这是指实验设计时应尽量避免使用有毒药品或具有一定危险性的实验操作。如需要点燃可燃性气体应先检验气体的纯度再点燃,防治发生爆炸;需要用到有毒气体的反应,最后一定要进行尾气处理:可燃性气体的点燃,氯气可用氢氧化钠溶液吸收。

四、实验操作的一般步骤

1.连接组装仪器,按照从下到上,从左到右的顺序。

2.检验装置的气密性,先使仪器和大气不再直接相通,然后形成气压差,再根据现象能保持压差的,气密性良好。

3.装入药品进行实验。这一步需要认真观察现象,需要测量数据的要进行几次求平均值以减少误差。

4.拆卸装置,需要注意防止发生倒吸,像用排水制备气体的装置需要先从水中撤出导气管再撤酒精灯。

总之,掌握科学的方法,充分利用所学的化学知识,遵循上述实验设计的各个方面,运用严谨精密的语言,实验设计会成为你在高中学习化学的乐趣和创造性学习的源泉。

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