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1、研究性学习方法指导 实验法的应用,主讲人：崂山一中 邢雪梅,一、实验法的概念和类型,1.概念：实验法是指人们根据一定的研究目的，利用仪器和其他物质手段，在人为地控制或干预研究对象、使某种事件或现象在有利于观察的条件下发生或重演，从而获得科学事实、研究自然规律的研究方法。,“人为地控制”是指事件或现象的发生是在人们预先控制的条件下发生而非自然发生的。,从19世纪下半叶起，实验法逐渐被社会科学研究广泛采用。,一、实验法的概念和类型,2.类型,1.单组实验：是以一个实验组为研究对象，观察施加某一实验因子与不施加实验因子的时期对比效果上有何不同。它的操作模式是：前测施加某实验因子后测。,一、实验法的概
2、念和类型,2.等组实验：是把实验对象分成两个情况相等或相似的组，一个组施加某实验因子，叫实验组，另一个组不施加某种实验因子叫控制组。把两组所得的结果进行比较，以判定实验因子发生的作用。它的操作模式是：（1）实验组：随机分组施加某实验因子后测。（2）控制组：随机分组不施加某实验因子后测。,一、实验法的概念和类型,3.轮组实验设计：又称循环实验法，它是把各实验因子轮换施加于各组，控制其它条件不变，然后，根据各个实验因子所发生的变化的总和来决定实验的结果。,一、实验法的概念和类型,1.假设：就是根据一定的观察事实和科学知识，对研究的问题提出假定性的看法和说明。假设是研究问题的暂时答案，具有一定的猜测
3、性和假定性。一个科学假设，必须能被实验所验证。假设要有一定的科学依据，有一定的事实或理论根据，假设不是凭空的瞎想，它和神话、幻想、迷信有原则的区别。,二、相关概念：假设、常量和变量,2.常量：在某一数学或自然科学问题讨论过程中(或在某些条件下)保持不变的量就是常量。例如，圆周率314l59 在社会科学研究中，常量是指研究课题中所有个体都具有的特征和条件。例如，比较两种不同教学方法对五年级学生学习成绩效果的研究中，年级水平就是一个常量，因为五年级这一特征对每一个个体都是相同的，它是研究课程中不变的条件。,二、相关概念：假设、常量和变量,3.变量：一般指研究者操纵、控制或观察的条件或特征。变量也称
4、“变数”。在数学或自然科学问题的讨论中，可以取不同数值的量。如物体运动所经过的距离就是一个变量。在社会科学研究中，变量指不同的个体具有不同的价值或条件的特征。如研究两种不同教学方法对五年级学生成绩的影响中，学生的分数就是一个变量。,二、相关概念：假设、常量和变量,（1）自变量：又称刺激变量。是引起或产生变化的原因，是研究者操作的假定的原因变量。当两个变量存在某种联系，其中一个变量对另一变量具有影响作用，我们称那个具有影响作用的变量为自变量。例如，研究不同的教学方法与学业成绩的关系，采用不同的教学方法后，学生的学业成绩发生了变化，这当中，教学方法就是该项研究中的自变量，是研究者要操纵的变量。,二
5、、相关概念：假设、常量和变量,（2）因变量：因变量又称反应变量，也称依变量。是受自变量影响的变量，是自变量作用于被试后产生的效应，是研究者要测定的假定的结果变量。当两个变量存在某种联系，其中一个变量对另一个变量具有影响作用，我们称那个被影响的变量为因变量。例如，我们想研究噪声对学习效果的影响，噪声就是自变量，研究者可以通过改变噪声的时间或程度来操纵这个变量。而学习效果则是因变量，它是噪声这个自变量作用于被试后产生的效应，是研究者要测量的结果变量。,二、相关概念：假设、常量和变量,（3）无关变量：有时也称控制变量。是指与特定研究目标无关的非研究变量，即除了研究者操纵的自变量和需要测定的因变量之外
6、的所有变量。是研究者不想研究，但会影响研究进程的需要加以控制的变量。例如，研究两种不同的教学方法对学生学业成绩的影响，在这里教学方法是自变量，学业成绩是因变量，除此之外的其它各种因素，如教学时间、教学环境、学生的智力、原有的知识基础、家教辅导等都是无关变量。,二、相关概念：假设、常量和变量,三、如何做好受控实验,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称之
7、为受控实验。受控实验是寻找事件因果关系的一个很好的方法。,例1：静脉注射的速度跟什么因素有关？吊瓶高度、阀门大小、血压、针头粗细、大气压、病人姿势等。实验一：吊瓶高度怎样影响静脉注射速度,三、如何做好受控实验,自 变 量：吊瓶高度 因 变 量：静脉注射速度 无关变量：阀门大小、血压、针头粗细、大气压、病人姿势等。,例2：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。提出假设：A：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。C：枫叶变色可能与温度和日照时间这两个因素都有关。,分析：如果能控制日照时间，
8、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。,实验一：证明假设A：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14，夜晚约3。,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?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它生长在小的花盆中所引起的呢?是不是因为自然光和温室中的光不一样而引起的呢?,这种不
9、确定性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(22)，而另一个的温度调节到秋天的温度(14)。,（单组实验）,（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。,值得注意的问题,1.任何“猜测”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，看到青蛙听到声音后，马上向前跳
10、跃了一大步。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，最后不动了。通过以上实验，他认为自己的假设得到了验证。,值得注意的问题,2.让实验假设更具体、更明确案例：高压电线辐射对人体健康会产生影响3.重复实验是减小偶然误差的好办法,四、实验法的一般步骤,选定研究问题建立实验假设选定实验对象和实验的范围实施前测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进行后测比较前、后测的差异，分析数据验证假设，撰写实验报告或论文,五、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。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
11、验室、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,练习：如何设计受控实验,21.为了验证“镁是植物生活的必需元素”，三位同学进行了实验设计，下列是实验的基本思路。请分别指出三个实验思路能否达到实验目的，为什么？再写出你的设计思路。（1）实验一：取生长一致的大豆幼苗，用符合实验要求的容器进行培养。对照组容器内只盛有蒸馏水，实验组盛有用蒸馏水配置的镁盐溶液。两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气,观察比较两组植物的生长发育情况.,（2）实验二：取生长一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤中（砂
12、性土壤肥力均匀，容器符合盛有要求），对照组浇以蒸馏水，实验组浇以蒸馏水配置的镁盐溶液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。（3）实验三：取生长一致的大豆幼苗，栽培在有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均匀，容器符合盛有要求），对照组浇以含有植物必需的各种元素的完全营养液，实验组浇以不含镁离子的完全营养液，两组置于相同适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。,练习：如何设计受控实验,本实验的变量分析变量分析因变量：植物是否正常生活可以通过“大豆幼苗生长状态”来观察自变量：植物生活必需元素中的镁的有无无关变量：A.植物生活必需元素中除了镁外
13、的所有元素B.植物生活必需条件中除了“必需元素”以外的所有条件,练习：如何设计受控实验,无关变量的控制分析（受控）（）根据题目中提供的“两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况”的背景可知，“植物生活必需条件中除了必需元素以外的所有条件”已经得到控制；（）因为“完全营养液”中含有植物必需的各种元素，而蒸馏水中不含有植物必需的任何元素，同时，已经有资料表明“砂性土壤中都可能含有镁离子”。所以，上述三位同学的实验设计方案都是错误的。,练习：如何设计受控实验,这是因为：“实验一”不能。因为蒸馏水和镁盐溶液均缺乏植物必须的矿质元素而使两组植物生长都不正常。“实验二”不
14、能。因为第一，蒸馏水和镁盐溶液均缺乏植物必需的矿质元素而使两组植物生长都不正常；第二，两组容器中的砂性土壤中都可能含有镁离子。“实验三”不能。因为两组容器中的砂性土壤中都可能含有镁离子。实验组与对比组的条件分析A.对比组应该在完全正常的人为设置的理想状态下生长（环境、条件、营养、时间都符合）；B.实验组除了缺少镁元素条件外，其余条件应该与对比组一样,练习：如何设计受控实验,本题正确的解答之一应该是：取生长一致的大豆幼苗，用符合要求的实验仪器，对照组盛有含植物必须的各种元素的完全营养液，实验组盛有不含镁离子的完全营养液，两组置于相同的适宜条件下培养，并对溶液通气，观察比较两组植物的生长发育情况。,练习：如何设计受控实验,Thank You!,联系方式：,
