研究性学习常用方法系列实验研究法科 学 方 法 并 不 神 秘从一个脑筋急转弯说起：小明打开电视，却没有声音，也没有图像，当时家里也没有停电，而电视机也是好的，这是为什么？不断假设，不断验证，直至得到结论 没有图像 没有声音没有声音没有声音没有声音 电视机坏了 没插电 停电 （假设） （验证）实验法的概念和类型实验法的概念和类型 1.1.概念：概念：概念：概念：实验法是指人们为了证实某一假设或实验法是指人们为了证实某一假设或实验法是指人们为了证实某一假设或实验法是指人们为了证实某一假设或说明某一种现象，创造一种特定的条件（即利用实说明某一种现象，创造一种特定的条件（即利用实说明某一种现象，创造一种特定的条件（即利用实说明某一种现象，创造一种特定的条件（即利用实验器具，根据所确定的实验原理，人为地控制研究验器具，根据所确定的实验原理，人为地控制研究验器具，根据所确定的实验原理，人为地控制研究验器具，根据所确定的实验原理，人为地控制研究对象），以便科学观察这个现象的变化，从而证明对象），以便科学观察这个现象的变化，从而证明对象），以便科学观察这个现象的变化，从而证明对象），以便科学观察这个现象的变化，从而证明或否定以前的假设。或否定以前的假设。或否定以前的假设。或否定以前的假设。 从从19世纪下半叶起，实验法逐渐被社会科世纪下半叶起，实验法逐渐被社会科学研究广泛采用。学研究广泛采用。实例 赫洛克关于“教师评价态度与学生学习成绩之间关系“的实验实验过程：挑选106名小学生作为被试，把他们分成四个基础相等的小组（A/B/C/D），要求他们练习难度相同的加法习题，每天15分钟，连续进行5天。但对四组采用不同的评价方式： A组 表扬；B组 训斥；C组 受忽视；D组 对照 2.类型类型按照实验的组按照实验的组按照实验的组按照实验的组织方式不同织方式不同织方式不同织方式不同单组实验单组实验单组实验单组实验 等组实验等组实验等组实验等组实验（对照组实（对照组实（对照组实（对照组实验、验、验、验、平行组实验平行组实验平行组实验平行组实验 、对比实验）对比实验）对比实验）对比实验）轮组实验轮组实验轮组实验轮组实验实验法的要求：可操作性可控制性可重复性受控实验 研究者常常先是寻找出影响整个事件的变量（我们研究者常常先是寻找出影响整个事件的变量（我们研究者常常先是寻找出影响整个事件的变量（我们研究者常常先是寻找出影响整个事件的变量（我们也把它们称为影响因素），然后限定自变量，只允也把它们称为影响因素），然后限定自变量，只允也把它们称为影响因素），然后限定自变量，只允也把它们称为影响因素），然后限定自变量，只允许一个自变量按照实验意图进行变化，再观察由于许一个自变量按照实验意图进行变化，再观察由于许一个自变量按照实验意图进行变化，再观察由于许一个自变量按照实验意图进行变化，再观察由于这一个自变量的变化所带来的因变量的变化，接下这一个自变量的变化所带来的因变量的变化，接下这一个自变量的变化所带来的因变量的变化，接下这一个自变量的变化所带来的因变量的变化，接下来可以考察其他变量，如此继续，最终找出该事件来可以考察其他变量，如此继续，最终找出该事件来可以考察其他变量，如此继续，最终找出该事件来可以考察其他变量，如此继续，最终找出该事件变化的本质。变化的本质。变化的本质。变化的本质。 这种在控制某一变量的条件下进行的实验我们这种在控制某一变量的条件下进行的实验我们这种在控制某一变量的条件下进行的实验我们这种在控制某一变量的条件下进行的实验我们称之为称之为称之为称之为受控实验受控实验受控实验受控实验。 受控实验是寻找事件因果关系的一个很好的方法受控实验是寻找事件因果关系的一个很好的方法受控实验是寻找事件因果关系的一个很好的方法受控实验是寻找事件因果关系的一个很好的方法。 例例例例1 1：静脉注射的速度跟什么因素：静脉注射的速度跟什么因素：静脉注射的速度跟什么因素：静脉注射的速度跟什么因素有关？有关？有关？有关？ 吊瓶高度、阀门大小、血压、针吊瓶高度、阀门大小、血压、针吊瓶高度、阀门大小、血压、针吊瓶高度、阀门大小、血压、针头粗细、大气压、病人姿势等。头粗细、大气压、病人姿势等。头粗细、大气压、病人姿势等。头粗细、大气压、病人姿势等。 实验一：吊瓶高度怎样影响静脉实验一：吊瓶高度怎样影响静脉实验一：吊瓶高度怎样影响静脉实验一：吊瓶高度怎样影响静脉注射速度注射速度注射速度注射速度 如何做好受控实验如何做好受控实验 自自 变变 量：量：吊瓶高度吊瓶高度 因因 变变 量：量：静脉注射速度静脉注射速度 无关变量：无关变量：阀门大小、血压、针头粗细、大气压、阀门大小、血压、针头粗细、大气压、 病人姿势等。病人姿势等。 例例2：问题：枫树的叶子为什么在秋天会变色：问题：枫树的叶子为什么在秋天会变色? 分析：季节变化会使枫树的外环境发生哪分析：季节变化会使枫树的外环境发生哪些方面的变化。结论是：温度、日照时间会随些方面的变化。结论是：温度、日照时间会随着季节变化而变化。着季节变化而变化。 提出假设：提出假设： A：枫叶变色可能与温度有关。：枫叶变色可能与温度有关。 B：枫叶变色可能与日照时间有关。：枫叶变色可能与日照时间有关。 C：枫叶变色可能与温度和日照时间这两个：枫叶变色可能与温度和日照时间这两个因素都有关。因素都有关。 分析：如果能控制日照时间，而仅仅让温度变分析：如果能控制日照时间，而仅仅让温度变化；或控制温度，仅仅让日照时间变化，进而观化；或控制温度，仅仅让日照时间变化，进而观察结果，那么，你就能断定究竟是温度影响了枫察结果，那么，你就能断定究竟是温度影响了枫叶的颜色，还是日照时间影响了枫叶的颜色；或叶的颜色，还是日照时间影响了枫叶的颜色；或者温度和日照时间都对枫叶颜色有影响，还是二者温度和日照时间都对枫叶颜色有影响，还是二者均没有影响。者均没有影响。 实验一：证明假设实验一：证明假设实验一：证明假设实验一：证明假设A A：枫叶变色可能与温度有关。：枫叶变色可能与温度有关。：枫叶变色可能与温度有关。：枫叶变色可能与温度有关。 把一棵小枫树种在一个花盆里并放入生长温室。尽管是把一棵小枫树种在一个花盆里并放入生长温室。尽管是把一棵小枫树种在一个花盆里并放入生长温室。尽管是把一棵小枫树种在一个花盆里并放入生长温室。尽管是夏天，室外温度很高，仍旧可以把生长温室调节到秋天的温夏天，室外温度很高，仍旧可以把生长温室调节到秋天的温夏天，室外温度很高，仍旧可以把生长温室调节到秋天的温夏天，室外温度很高，仍旧可以把生长温室调节到秋天的温度，白天约度，白天约度，白天约度，白天约1414，夜晚约，夜晚约，夜晚约，夜晚约3 3。 如果确实看到了叶子颜色的变化，就能确定仅靠温度如果确实看到了叶子颜色的变化，就能确定仅靠温度的变化便能使叶子发生变化吗的变化便能使叶子发生变化吗?毕竟实验室中的树和外界毕竟实验室中的树和外界的树还是有差别的，实验中的枫树叶子的变红是不是因为的树还是有差别的，实验中的枫树叶子的变红是不是因为它生长在小的花盆中所引起的呢它生长在小的花盆中所引起的呢?是不是因为自然光和温是不是因为自然光和温室中的光不一样而引起的呢室中的光不一样而引起的呢? 这种这种不确定性不确定性表明必须设计一些更复杂些的实验，至表明必须设计一些更复杂些的实验，至少应该种两棵树。应该选择相似的树，且花盆的大小应该少应该种两棵树。应该选择相似的树，且花盆的大小应该保持一致，把它们放置在相同的温室中，在同一时间浇水。保持一致，把它们放置在相同的温室中，在同一时间浇水。然后，再做这样一个实验，一个保持在正常的夏季温度然后，再做这样一个实验，一个保持在正常的夏季温度(22)，而另一个的温度调节到秋天的温度，而另一个的温度调节到秋天的温度(14)。（单组实验）（单组实验）（等组实验、对比实验）（等组实验、对比实验）设计等组实验是控制无关变量的好方法。设计等组实验是控制无关变量的好方法。实验结果：测定四个组每次练习的平均成绩。把成实验结果：测定四个组每次练习的平均成绩。把成绩汇总整理，制成了一个曲线图。表明：绩汇总整理，制成了一个曲线图。表明：A A（受表（受表扬）组成绩最好，其次扬）组成绩最好，其次B B（受训斥）组，再次（受训斥）组，再次C C组组（受忽视组），最差的是（受忽视组），最差的是D D组（即对照组）。组（即对照组）。结论：教师的评价态度对学生学习成绩提高之间具结论：教师的评价态度对学生学习成绩提高之间具有因果关系，而表扬比批评训斥对提高学习成绩更有因果关系，而表扬比批评训斥对提高学习成绩更有效。有效。值得注意的问题值得注意的问题任何任何任何任何“ “猜测猜测猜测猜测” ”都能成为实验假设吗？都能成为实验假设吗？都能成为实验假设吗？都能成为实验假设吗？ 案例：某同学了解到很多动物的听觉器官并不是长在案例：某同学了解到很多动物的听觉器官并不是长在头部，比如蟋蟀的听觉器官就长在腿上。他忽然联想到自头部，比如蟋蟀的听觉器官就长在腿上。他忽然联想到自己从未看到过青蛙的耳朵，猜想：青蛙的耳朵会不会也长己从未看到过青蛙的耳朵，猜想：青蛙的耳朵会不会也长在腿上？实验如下：在腿上？实验如下： 用榔头猛击铁块，制造出较大的声响，看到青蛙听到用榔头猛击铁块，制造出较大的声响，看到青蛙听到声音后，马上向前跳跃了一大步。声音后，马上向前跳跃了一大步。 依次切除青蛙的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿，依次切除青蛙的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿，观察到青蛙听到声音后向前跳跃的距离依次减小，最后不观察到青蛙听到声音后向前跳跃的距离依次减小，最后不动了。动了。 通过以上实验，他认为自己的假设得到了验证。通过以上实验，他认为自己的假设得到了验证。科普小知识科普小知识青蛙确实没有外耳，这一点和我们人类很不相同。青蛙确实没有外耳，这一点和我们人类很不相同。但它们是有耳鼓以及内耳的，而且大多数青蛙有中但它们是有耳鼓以及内耳的，而且大多数青蛙有中耳，和我们一样，大多数青蛙的耳鼓是一圈软骨包耳，和我们一样，大多数青蛙的耳鼓是一圈软骨包围着的隔膜，当声波撞击耳鼓时，就会带动一根连围着的隔膜，当声波撞击耳鼓时，就会带动一根连接到中耳的小棒，进而触动神经纤维产生电信号，接到中耳的小棒，进而触动神经纤维产生电信号，传至大脑。这些结构能帮助它们听声音。而且你可传至大脑。这些结构能帮助它们听声音。而且你可能不会想到的一点是，青蛙的肺其实也参与到了这能不会想到的一点是，青蛙的肺其实也参与到了这一工作中来，它会对声波产生谐振，而且敏感度仅一工作中来，它会对声波产生谐振，而且敏感度仅仅比耳鼓稍逊。仅比耳鼓稍逊。 来源:新发现2004年第5期实验法的一般步骤实验法的一般步骤 选定研究问题选定研究问题选定研究问题选定研究问题 （酸雨对现代建筑墙面有腐蚀作用吗？酸雨对现代建筑墙面有腐蚀作用吗？酸雨对现代建筑墙面有腐蚀作用吗？酸雨对现代建筑墙面有腐蚀作用吗？）建立实验假设建立实验假设建立实验假设建立实验假设选定实验对象和实验的范围选定实验对象和实验的范围选定实验对象和实验的范围选定实验对象和实验的范围实施前测实施前测实施前测实施前测实施实验因子实施实验因子实施实验因子实施实验因子选择适当的测量方法，采取控制无关因素的措施选择适当的测量方法，采取控制无关因素的措施选择适当的测量方法，采取控制无关因素的措施选择适当的测量方法，采取控制无关因素的措施进行后测进行后测进行后测进行后测比较前、后测的差异，分析数据比较前、后测的差异，分析数据比较前、后测的差异，分析数据比较前、后测的差异，分析数据验证假设，撰写实验报告或论文验证假设，撰写实验报告或论文验证假设，撰写实验报告或论文验证假设，撰写实验报告或论文运用实验法的基本要求运用实验法的基本要求全面衡量实验的主客观条件是否具备。全面衡量实验的主客观条件是否具备。全面衡量实验的主客观条件是否具备。全面衡量实验的主客观条件是否具备。一定要有科学的理论作指导一定要有科学的理论作指导一定要有科学的理论作指导一定要有科学的理论作指导实验之前，学生课题组长还应做好实验所需的实验实验之前，学生课题组长还应做好实验所需的实验实验之前，学生课题组长还应做好实验所需的实验实验之前，学生课题组长还应做好实验所需的实验室、电教室等专用教室和仪器设备的申请工作室、电教室等专用教室和仪器设备的申请工作室、电教室等专用教室和仪器设备的申请工作室、电教室等专用教室和仪器设备的申请工作在实验过程中，注意对整个实验过程中各种无关变在实验过程中，注意对整个实验过程中各种无关变在实验过程中，注意对整个实验过程中各种无关变在实验过程中，注意对整个实验过程中各种无关变量的控制，尽量避免和减小误差量的控制，尽量避免和减小误差量的控制，尽量避免和减小误差量的控制，尽量避免和减小误差以实事求是的态度，准确记录各种数据和资料以实事求是的态度，准确记录各种数据和资料以实事求是的态度，准确记录各种数据和资料以实事求是的态度，准确记录各种数据和资料实验法作业作业：一篇实验报告要求：1。实验时间、地点、对象、参加人员2。实验目的3。建立实验假设和可行性报告4。实验工具和实施法案5。实验数据的分析6。验证假设，撰写实验报告祝同学在研究性学习中有所收获谢谢大家！