實驗設計方法精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇實驗設計方法范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

1. 直接型根據假設的需要，用物理儀器直接測量某個物理量。例如：用刻度尺測長度，用溫度計測物體的溫度，用電流表測電流，電壓表測電壓等。這類實驗是最基本的實驗，主要要求學生能熟練掌握基本儀器使用。

2. 轉換型由于器材的限制或者有些物理量是不能直接測量的，要把所測的物理量轉換成測其它的物理量。這類實驗主要注意轉換的條件，轉換的條件是轉換和被轉換的對象必須是學生熟知的、能夠便于測量的關系。

例1：沒有天平，只有彈簧，怎樣測出一金屬塊的質量：那么轉換的原理是m=G/g ，意思就是把測質量轉換成測重力。

例2：測量某金屬塊的密度。器材有以下兩組：①天平（含砝碼）、量杯、水、細線；②彈簧秤、細線、足夠的水。這里轉換的原理就分別是ρ=m / v 和ρ=ρ水G / F浮。同樣一個物理問題，可以有多種轉換途徑。轉換原理不同，所需器材及實驗操作就不同。

又如：在探究焦耳定律時，由于電流產生的熱量很難準確測量，因而要把觀察的對象進行轉換。教材把判斷電流產生熱量的多少轉換成煤油體積增大的多少，當然也可以轉換成觀察煤油溫度的變化。轉換需要一定的技巧，并要不斷地嘗試，這就要求學生熟悉前面內容及具有一定應用知識的能力。

3. 靜態型和動態型物理規律包括靜態型和動態型的兩種規律，實驗研究時，必須采用不同的實驗方法。

例1：探究串聯電路中電壓的規律。這就是一種靜態型的實驗研究。只要明確探究的物理對象跟哪些因素有關，就可以設計實驗，選擇器材。

例2：研究“彈簧的伸長與拉力的關系”時，這就是一種動態型的實驗研究，這類實驗的研究，要求假設一定要合理。只有假設“在彈性限度內，彈簧的伸長與拉力成正比”，這樣學生在設計實驗時才會讓拉力成倍數地增加，從而收集“彈簧的伸長是否成倍數地增加”這樣的數據信息。

4. 控制變量法由于研究的對象可能跟兩個或兩個以上的因素有關，這就要用到控制變量法。

篇(2)

一、實驗越改越好

實驗不應一成不變，須要適當修改。科學源于實踐，小學科學也是如此。如今科學配套的儀器與實驗袋有部分實驗缺乏可操作性，這容易挫傷學生的熱情與積極性。教科版小學科學五年級上冊《光》單元第三課《光是怎樣傳播的》的第二個實驗：三位小朋友，一個眼睛對著一根暖氣管一端，一個負責在另一端用手電筒照射，一個負責記錄現象。這本來是教材中的一個明確的實驗，但是又有什么問題呢？不足之處：實際操作下來，我發現了其中的種種不妥之處：第一，暖氣管無論彎與直，想要批量給各個小組都比較困難，這不僅僅是一個成本問題；第二，教材中的男孩用的是老式手電筒，采用老式普通低亮度燈泡，發光較暗，可以用眼睛直視。但我校目前儀器室中全都是高亮LED手電筒，明顯不可以這樣操作，否則會對眼睛造成傷害。改進之法：既然金屬的暖氣管選材困難，那我就先從材料開始思考，我選取了造價十分低廉的電工用的塑料管，兩塊錢能買超長的一根，再用V線器（一根長彈簧）制作成我想要的彎管（兩道彎），直管直接截取，這就解決了問題一。然后，我禁止學生用眼睛緊盯管的一端，改用本課實驗一中的光屏承接，這樣既可以看到清晰的現象，又能有效避免對眼睛的傷害。教科版小學科學五年級下冊《熱》單元第三課《液體的熱脹冷縮》中的第二個實驗，驗證其他液體的熱脹冷縮，在實際操作中，困難重重。不足之處：第一，學生對牛奶、醬油、可樂、果汁、醋等液體材料需求較大，課后浪費嚴重；第二，重新組裝裝置，十分耗費時間，很容易課上完不成教學任務；第三，實驗效果不夠明顯。改進之法：實驗前，教師準備廢舊的青霉素小瓶，清洗干凈，去封口處的鐵皮，在瓶體用膠布貼上“牛奶、可樂、果汁、醬油、醋”等標簽，膠布大塊覆蓋，做到防水效果。瓶口膠塞出，用口服液的吸管插入，越細的效果越好。用注射器填裝液體材料，再在吸管液面處用皮套固定作為記號。這樣學生可以拿來就用，不但節約了大量的液體材料，也使操作十分方便簡單，現象的明顯程度更上一層樓。

二、眼前的假鳥也遠勝于想象的雄鷹

海闊憑魚躍，天高任鳥飛。學生的想象力是大自然賜予人類的禮物，教師應該放手讓學生去大膽想象，但在方法上須要積極地引導。兒童的思維發展還有很多尚未成熟之處，因此，在教學中，我們應該根據學生的興趣愛好，生動形象地設計實驗。教科版小學科學五年級上冊《生物與環境》單元第四課《蚯蚓的選擇》中有一個對比實驗，是讓學生通過觀察，了解蚯蚓喜歡什么樣的生活環境。但實際操作起來有一定的困難。不足之處：未要求蚯蚓、土壤的品質，濕度、時間等因素不準確。改進之法：教師在課前為學生準備足夠干燥的土壤，不要有沙子、石子等雜物，為學生準備小燒杯和滴管，以濕潤的土壤控制滴水的量，例如20滴或30滴。計時方面，可以為學生配置秒表，準確計時。教材中要求五分鐘后揭開蓋子觀察，這五分鐘時間，不要浪費，要讓學生積極地去設想、去猜測。教科版小學科學六年級下冊《微小世界》第四課《放大鏡下的晶體》中有一個觀察實驗，用放大鏡觀察食鹽、白糖、味精的幾何結構，尋找規律。在具體操作中，學生遇到了很大的困難。不足之處：學校實驗室配備的放大鏡一般都是五倍或十倍的，放大效果十分有限，觀察食鹽與味精時，問題并不大，很容易觀測，但觀察白糖的六棱兩端尖頂形狀，則很難觀測。改進之法：將白糖換為它的“好朋友”冰糖，冰糖的分子結構與白糖極其類似，教師要在課前提前挑選好盡可能規則的“六棱兩端尖頂”的冰糖，分發給每個小組，這樣就解決了觀測方面的難題，幫助學生很容易地得出結論，但要注意的是禁止食用?？傊?，即使一個并不完美的實驗，也遠勝于教師空洞的語言敘述。讓學生動起手來最重要。

三、傻瓜化并不是貶義詞

現實中，人們總是追求華麗的辭藻，卻鮮有人欣賞簡短的詩篇。不如把有些復雜的實驗簡單化，還學生一個自由的空間。教科版小學科學五年級下冊《沉和浮》單元第六課《下沉的物體會受到水的浮力嗎》中有一個實驗，要求學生設計實驗，測量下沉物體受到的浮力。實驗時，學生分不清“小部分”是多小，彈簧測力計讀數特別小時怎么辦等也無從知曉。不足之處：我們實驗室配備的鉤碼都是50克的，大約0.5牛頓，所受的浮力太小難以讀數。改進之法：將鉤碼更換為其他材料，例如三個大小相等的電池或者鐵塊等下沉的物體，把它們用膠布綁在一起，三分之一下沉為小部分，三分之二下沉為大部分，三分之三下沉為全部。材料的選擇要重一些，例如電池應該選擇一號大電池。注意要用廢舊的電池，不要浪費。

教科版小學科學三年級上冊《水和空氣》單元第六課《空氣占據空間嗎》中有一個實驗，要求杯子內塞紙巾，倒扣入水中，取出后紙巾為干的。這是一個很經典的實驗，但實際操作中，卻有很多問題。不足之處：第一，紙巾容易濕，三年級學生難以做到垂直操作；第二，現象不夠明顯，需要進一步推理與分析；第三，資源有一定的浪費。改進之法：用廢舊礦泉水瓶裁剪一半，選擇上半部分。在礦泉水瓶內壁畫上刻度。取半水槽水，將水中用滴管滴幾滴紅墨水，染色使現象非常直觀。改用乒乓球替代紙巾，節省材料。這樣操作，學生能在一個全透明的環境中去觀察空氣是否占據空間，而且，即使失敗了，也可以反復實驗，避免了浪費現象。

教科版小學科學三年級下冊《磁鐵》單元第三課《磁鐵的兩極》中有一個實驗，教材中只給了兩條莫名其妙的線，懸掛了一根條形磁鐵，利用磁鐵不同位置吸上去的回形針數量判斷磁力強弱。不足之處：按課文的實驗設計，學生在操作時往往不知所措，不知如何將一塊磁鐵憑空穩定地懸掛在空中，他們往往想到的是鐵架臺，但是鐵架臺等儀器由于其本身是鐵制的，所以往往會對磁鐵產生干擾，無法實驗。改進之法：利用儀器室中六年級的杠桿尺材料去加以改造，由于杠桿尺材料全是塑料的，這就解決了干擾的問題，底座穩定，杠桿尺上還有刻度，只需在左右相同刻度處拴上細線，將條形磁鐵穿過其中，這樣便可以輕松穩定地懸掛磁鐵，使后續實驗簡單方便。

篇(3)

一、小學科學教學觀察實驗設計的作用

教師對小學生展開科學教學活動中，使用觀察實驗設計，主要目的是培養學生自主學習探究能力，給學生充分的發展空間，觀察實驗設計對小學科學教學具有一定的輔。在素質教育背景下，要求教師在對學生展開科學教學活動中，注重與實際生活相結合，教師在實際教學中，注重引導學生主動去觀察生活周圍的環境，使小學科學觀察實驗沒有固定的要求，也不需要專業的實驗儀器。小學科學教學觀察實驗能夠打破以往的教學模式，有效改變了課堂教學以教師為中心的教學模式，教師不再只是憑借教材對小學生展開教學，觀察實驗能夠突出學生的主體地位，有效改變學生被動接受知識的狀態，使學生能夠在實驗觀察中，提高自主學習能力，學生有充足的時間去思考，發散學生創造性思維，對學生日后的發展具有積極的促進作用。在教學小學科學中，存在客觀事實與科學經驗事實兩種概念，客觀事實是科學經驗事實的基礎，在開展實驗中，要有一定的客觀事實作為理論基礎。觀察實驗能夠有效證明客觀事實的合理性，教師在組織學生進行觀察實驗中，能夠通過實驗的結果證明客觀的理論，進而提高學生的認知水平，充分調動學生學習的積極性，使學生將掌握的知識能夠有效運用到實際生活中。

二、小學科學教學觀察實驗設計的依方法

1.尋求因果關系的觀察實驗設計

世間萬物有因必有果，自然界的一切事物都存在著一定的聯系。因此，教師組織學生進行觀察實驗中，可以通過尋求因果關系展開教學。尋求因果關系的觀察實驗設計可以依據科學歸納法，在實驗中有效進行歸納總結，能夠驗證客觀事實的理論基礎。例如，教師在教學《周圍的空氣》中，不需要專業的實驗儀器，教師準備透明塑料袋、扇子、氣球、海綿、粉筆、土塊、碎磚塊、水槽、礦泉水瓶、塑料吸管、大燒杯、錐子即可。第一，采用求同法。教師為學生創建不同的情境，會形成多種實驗現象，以便學生進行觀察，然后根據實驗現象，去驗證客觀科學理論知識的準確性。在這一過程中，教師能夠對學生進行有效指導，通過對實驗現象的觀察，并做出有效的歸納總結，培養學生具有一定的推理能力，進而使學生對科學知識有一個認識的過程。第二，采用求異法。在進行實驗過程中，可以利用不同的實驗進行比較，進而驗證哪些因素對實驗產生作用，然后，將多種實驗作對比，進而獲得相關結論。第三，采用共變法。要在共同環境下，對其產生的影響，進而判斷存在的因果聯系。在采用此類方法中，需要教師組織學生進行小組實驗，統一完成進而獲得結論。

2.驗證因果關系的觀察實驗設計

在驗證科學理論知識的因果關系中，所依據的是客觀事實。在尋求因果關系基礎上，采用演繹法展開實驗教學。利用歸納法，得出相關的理論知識，使學生對科學知識具有一定的認知。采用演繹法，是以基本的科學結論為基礎，從而開展實驗活動，進而對其展開驗證。例如，教師在教學《電磁鐵的磁力》這一實驗中，準備若干電池、兩根帶有絕緣層的導線（粗細各一根）、大小鐵釘、若干回形針。在驗證電磁鐵磁力大小與哪些因素有關中，教材給出的結論是磁性大小與電池節數有關，電池節數越多，磁性越強。根據這一結論，教師可以組織學生進行分組實驗，每組所使用的電視節數不同，然后根據每組實驗的現象，驗證相應的結論。學生在具體實驗中，能夠清楚感受到實驗的變化，并能更好地理解科學基本結論，提高學生自主學習能力以及探究能力。

3.充分調動學生的知覺系統

篇(4)

關鍵詞：高中生物 探究性實驗 實驗設計 教學方法

生物學實驗是生物科學探究的基礎，生物學實驗一般可以分為兩類，一類是驗證性實驗，另一類是探究性實驗。探究性實驗是指實驗者在不知曉實驗結果的前提下，通過自己實驗、探索、分析、研究得出結論，從而形成科學概念的一種認知活動。它比驗證性實驗更具有靈活性和未知性。

探究性實驗設計是對學生在學習思維的一種很好的訓練和開發，是培養科學型實驗人才的一種最基礎的訓練。教師在教學中如何進行探究性實驗設計和指導學生掌握探究性實驗設計的方法和規律呢，筆者在多年的高中教學中總結出了以下幾點，以供大家參考和借鑒：

一、理清思路，頭腦中有一條明確的主線

剛進入高中的學生，邏輯思維的能力很有限，自主實驗和探究的能力非常差。如何讓他們逐步掌握探究性實驗的特點和規律，學會探究呢？在我的實踐中我發現，首先要讓他們認識實驗探究的基本原理，在頭腦中形成一條明確的主線。

我引導學生這樣思考問題，我們想干什么，研究光對種子萌發有什么影響；想一想，影響種子萌發的因素有哪些？光對種子萌發有影響嗎？誰做過實驗證明過，都沒有。因為在初中所學知識中研究過水、適宜的溫度和充足的氧氣對種子萌發的影響，還真沒有研究過光對種子萌發的影響。也就是說這是一個我們未知的問題，那么我們怎樣才能知道光對種子萌發有沒有影響呢？讓它在光下萌發，看光對它有沒有影響，那么它原先不是在光下的嗎？這實際上就是我們平時說的環節中的“提出問題”和“作出假設”，并依據此設計實驗步驟的過程。

二、認識在探究性實驗中的各種變量及其含義

變量，或稱因子，是指實驗過程中所作的特定因素或條件。按性質不同，通?？煞譃槿悾簩嶒炞兞俊⒎磻兞亢蜔o關變量。

實驗變量，也稱為自變量，指實驗中由實驗者所操縱的因素或條件。反應變量，亦稱因變量，指實驗中由于實驗變量而引起的變化和結果。通常，實驗變量是原因，反應變量是結果，二者具有因果關系。實驗的目的在于獲得和解釋這種前因后果。例如，在“探究光對植物種子萌發的影響”實驗中，有沒有光就是實驗變量，種子萌發的結果就是反應變量（因變量）。而由于低溫、適溫、高溫條件變化，唾液淀粉酶水解淀粉的活性也隨之變化，這就是反應變量，該實驗即在于獲得和解釋溫度變化（實驗變量）與酶的活性（反應變量）的因果關系。

無關變量，也稱控制變量，指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現象或結果的因素或條件。顯然，無關變量會對反應變量有干擾作用，例如，“探究光照對種子萌發的影響”的這一實驗中，水分、溫度及氧氣都是需要控制的量，即都是無關變量。又如“探究溫度對酶活性的影響”實驗中除實驗變量（低溫、適溫、高溫）以外，PH、試管潔凈程度、唾液新鮮程度、可溶性淀粉濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度，實驗操作程度，溫度處理的時間長短等等，都屬于無關變量。

三、明白對照實驗的概念和意義

對照是實驗控制的手段之一，目的還是在于消除無關變量對實驗結果的影響。實驗對照原則是設計和實施實驗的準則之一。通過設置實驗對照對比。既可排除無關變量的影響，又可增加實驗結果的可信度和說服力。

通常，一個實驗總分為實驗組和對照組。實驗組，是接受實驗變量處理的對象組，說的通俗些就是指對生物或材料進行了與原生活狀態不同的改變，可以是增加條件，也可以是減少條件；對照組，也稱控制組，對實驗假設而言，是不接受實驗變量處理的對象組，即保持生物或材料原有狀態的分組，如上面所設計的“光對種子萌發的影響”實驗組是光下的那一組，而如果是“光對植物幼苗的影響”，那么實驗組就是暗處的那一組了。因為種子的萌發是通常是不見光的，而幼苗的生長通常是在光下進行的。這樣，從理論上說，由于實驗組與對照組的無關變量的影響是相等的，被平衡了的，故實驗組與對照組兩者之差異，則可認定為是來自實驗變量的效果，這樣的實驗結果是可信的，設置實驗對照是為了增強實驗的可信度。

四、對探究性實驗的步驟有一個明確的輪廓

設計探究實驗的步驟是學生最為頭疼的問題，為了減少學生設計上的困難，我在教學中首先將探究性實驗的步驟列了一個通用模式，即所有的探究性實驗都有這么三個步驟：

第一步，設計對照（也就是把該準備好的都準備好，如試管、培養皿等編號，材料等分）

第二步，對照組和實驗組的具體操作，主要體現兩者的區別；

第三步，記錄實驗結果，并確定檢驗結果所用的衡量標準。

總之，探究性實驗設計的教學是一個訓練學生思維的方法和過程，也是一個艱苦的過程，需要教師努力去實踐和探索。實驗設計是實驗的起點，需要一步步引導學生從認識到掌握最后達到靈活運用的程度。

參考文獻：

[1]余亞蕾.高中生物探究性實驗教學設計思路《中學時代》.2012（06）

[2]陶海濱.高中生物學實驗題中的理論及解題探討《生物學通報》2008年07期

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摘要：針對目前專業課程實驗教學與企業實際需求脫節的情況，指出傳統專業課程實驗教學中存在的弊端，闡述針對企業需求改進專業

>> 面向一線教師實驗設計的思考 《醫學基礎》課程的實驗設計 探討新課程下化學實驗設計的作用 網絡工程課程的綜合實驗設計 基于AP課程理念的探究實驗設計 基于插件的編譯原理課程實驗設計 “操作系統”課程實驗設計的思考 數據結構課程的實驗設計研究 面向企業需求的電子商務教學改革 面向企業需求 “機械設計基礎”課程改革 面向應用的地理信息系統實驗設計研究 面向教務管理的計算機網絡課外實驗設計 IE專業ERP課程實驗設計 面向智能科學的機器感知實驗課程建設 程序設計類課程綜合實驗設計的探索與實踐 實驗設計技能的培養 燃燒條件的探究實驗設計 物理實驗設計的基本方法 實驗設計的策略與方法 物理實驗設計的幾種方式 常見問題解答 當前所在位置：。

3 結語

針對傳統專業課程實驗教學與企業實際應用脫節的情況，探索面向企業需求的實驗課程改革非常必要。我們通過產學結合，將產業界典型的軟件平臺、應用案例和實際數據引入專業課實驗教學，在商務智能教學中經過幾年嘗試，效果明顯。這種實驗教學方法盡管對師生都是一種挑戰，但提高了學生的工程應用能力，增強了就業能力。由于版權和項目應用案例保密的限制，如何改編實際的數據和項目資料，使其既適應教學又體現專業知識在實際項目的應用，還需要做很多工作。另外，軟件平臺一般都有一定的試用期，如何保持版本的更新可用，也是一個需要考慮的問題。

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【關鍵詞】準實驗研究;實驗設計;教育技術;實驗效度

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097(2009)12―0031―04

引言

教育技術中的研究方法主要可分為科學實證主義和人文主義兩種研究范疇,其中科學實證主義研究也稱為實證主義研究,實證主義研究的具體方法有實驗研究法和調查研究法,在實驗研究中,又可按實驗被試是否隨機分組分為準實驗研究和真實驗研究[1]。

教育科學的研究不能脫離現實的社會文化背景,但在實際的社會情境中,不能用真實驗研究的方法進行研究。從嚴格意義上來說,教育實驗只能是準實驗[2-3],因此在教育領域內必然需要對準實驗研究的方法做充分的研究和推廣。與真實驗相比,兩者最大的區別在于準實驗對實驗條件和變量的控制水平比真實驗低,因此,較易被廣大教育研究者所掌握。自從引入到教育技術領域后,準實驗研究的方法就被廣泛使用,極大地促進了教育技術的發展。

一 準實驗研究的特點

真實驗的控制水平很高,操縱和測定變量很精確,但是它對研究人員和被試的各方面要求較高,在操作上的困難較大。準實驗研究是指在無須隨機安排被試時,運用原始群體,在較為自然的情況下進行實驗處理的研究方法,控制水平較低,比較容易實現和掌握[4-5]。下面將準實驗研究和真實驗研究進行對比,說明準實驗研究的特點:

1 被試

準實驗研究不要求對被試進行隨機安排,而使用原始的被試群體,在接近現實的條件下進行實驗處理,控制水平較低。而真實驗要求對被試進行隨機分組,并在“人工環境”中進行實驗,操縱和測定變量很精確,對實驗控制水平很高。

2 處理因素

準實驗研究的對象主要為不能與現實環境相脫離的因素,或者與現實環境關系密切的因素,這些因素在真實驗的“人工環境”中也可進行研究,但會削弱實驗結果對實踐應用的指導意義。

3 效度

內部效度方面,準實驗研究利用原始組進行研究,缺少隨機組合,因此無法證明實驗組是否為較大群體的隨機樣本,另外其它因素也可能對被試群體起作用,所以研究結果需要進一步分析以確定其普適性。外在效度方面,準實驗研究低于真實驗研究。但是準實驗研究沒有過多的人工干預,實驗在接近自然情境的環境中進行,因此,其外部效度優于真實驗研究。

4 實驗控制

由于教育研究的特殊性,準實驗研究對實驗條件和變量的控制都只能算是準控制,實驗變量、實驗對象、實驗教師和實驗投入各方面的控制不同于真實驗研究,較易被廣大教育工作者所掌握。

二 準實驗研究的幾種常用方法分析

準實驗研究中的實驗設計方法有多種,這些準實驗設計的方式、效度和控制水平有所不同。從準實驗研究中多種實驗方法的特點和應用案例來看,準實驗研究可以得出較為可靠的研究結果,具有較大的實踐價值[6]。下面按有無對照組對常用的準實驗設計方法進行分類,并結合若干應用案例介紹其應用,表中符號“O”是指“測量”,下標是指測量的次序,符號“X”指“實驗處理”。

1 單組實驗

(1)單組僅施后測準實驗設計

這種實驗設計是指:一組被試經過某種處理以后,測量其因變量,進而得出實驗結論。這是最簡單的實驗方法,但是可靠性也最低,因為盡管自變量和因變量可以聯系在一起,但是沒有前測、缺少比較組而無法做出較準確的因果推斷,因而這種實驗方法很少被采用,也不建議采用。其實驗設計方法如表1所示:

(2)單組前測后測準實驗設計

這種實驗設計是指:在進行前測后,對實驗對象施加處理,再測量因變量,對比前測、后測中的數據,進而得出結論。與前一種實驗設計相比,此設計多了一個前測,但是實驗仍然缺少對照組,且測量次數較少,無法肯定因變量的變化是否由所施加的處理引起,因此,此方法也不常采用。其實驗設計方法如表2所示:

(3) 單組前測后測時間序列準實驗設計

這種實驗設計是指:將時間變量因素引入實驗設計,在一段時間內間隔地對實驗組和控制組進行多次前測,對實驗組進行實驗處理后,再進行多次后測,最后對實驗結果進行比較。實驗采用回歸方程來判斷一系列前后測數據之間的關系。其實驗設計方法如表3所示:

表3 單組前測后測時間序列準實驗設計

單組實驗只安排一被試組,沒有對照組,實驗以被試組處理前和處理后的測量數據作為比較的依據。單組實驗由于缺少對照組而使得實驗效度大大降低,因此建議采用多組實驗,如果現實條件不允許,則可考慮采用單組前測后測時間序列準實驗設計,或者修補法準實驗設計,以提高實驗效度。

1 多組實驗

(1)多組前測后測準實驗設計

這種設計中,將被試分為實驗組和控制組,檢驗某種處理產生的效果,其實驗設計方法如表4所示。

表4 多組前測后測準實驗設計

例1:陜西師范大學在教育技術專業本科生的《教育技術研究方法》這門課程的教學中采用PBL教學方法,并以該校教育技術系2000級本科生一班和二班的全體同學為研究對象,將其按行政班級分組進行準實驗研究,研究內容為PBL教學方法的教學效果,這篇論文中對多組前測后測準實驗設計的方法進行了詳細的研究步驟說明[7],其實驗方案如圖1所示。

圖1 PBL在本科生教學中的準實驗研究及思考實驗方案

如果被試來自不同地區,則可采用“不同區組前測后測準實驗設計”。不同區組前測后測準實驗設計與多組前測后測準實驗設計的區別在于實驗組是否來自不同的地域。例如《數字化聚合環境中的課堂教學研究》中的實驗對象就是來自Z學校和F學校的不同年級的學生[8]。實驗對象來自不同區組,這樣的實驗方式在某種程度上使得實驗數據更加可靠,提高其研究成果的可推廣性。

(2)多組前測后測時間序列準實驗設計

在多組前測后測準實驗設計的基礎上引入時間變量因素,可以有一組或多組實驗組,也可以有一個或多個處理,具體情況要視研究問題而定,表5所示為兩組實驗組、分別施加不同處理的條件下的準實驗設計示意圖。

表5 多組前測后測時間序列準實驗設計-多處理

例2:華南師范大學的李有華設計的“基于電子學檔的發展性評價的準實驗研究”驗證基于電子學檔的發展性評價的實施策略和方法的有效性,以一個中學班級和一個小學班級為研究對象,采用了多組時間序列準實驗設計的方法進行研究,在實驗處理前對學生的學習狀況進行了兩次測量,在實驗處理后對學生的學習狀況進行了三次測量,作為前測和后測的數據[9]。其研究操作過程如圖2所示:

圖2 基于電子學檔的發展性評價的準實驗研究操作過程

以上的兩個實驗組來自不同的地區,稱為不同區組前測后測時間序列準實驗設計。如果多個實驗組或者實驗組和控制組來自同一個地區,則可稱為多組前測后測時間序列準實驗設計。

例3:英國佩斯利大學的Thomas M. Connolly教授等人利用準實驗研究法,花了三年時間,利用多組前測后測時間序列準實驗設計研究在線學習和面對面授課在高等教育中的不同效果[10]。

(3)修補法準實驗設計

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在有些情況下,研究者暫時找不到相似的實驗組,則可先對已有的實驗組進行處理和后測,之后再尋找相似的實驗組,進行前測、處理和后測,對O1和O3、O2和O3進行分析、比較后得出實驗結論。

另一些需要采用修補法準實驗設計的情況如:①沒有多余的實驗對象可以作為控制組;②實驗時間很緊,只能先進行實驗處理再做后測。修補法準實驗設計如表6所示:

三 提高準實驗效度的方法

準實驗研究在低控制水平的條件下進行實驗,其實驗效度問題歷來被研究者所關注,在教育技術領域曾經圍繞何克抗教授的一個準實驗研究有過討論[11-14]。如何提高準實驗研究的效度是目前的一個關注熱點。提高準實驗研究效度的方法有多種,除了采用多組實驗,增加測驗次數等方式之外,在實驗過程控制和實驗結果處理上還有一些有效的方法:

1 實驗過程控制

(1)挑選合適的教師

實驗處理通常由教師完成,因此,有時需要對教師進行相關的專業培訓,并挑選合適的教師參與實驗研究。合適的教師不一定要有很高的學科造詣,但要能保持研究的激情,不會中途退出或者懈怠,并有扎實的進行實驗研究的基礎知識和技能。

(2)避免“霍桑效應”

“霍桑效應”是指實驗組成員由于從日常團體中被挑選出來加入實驗組,感到自己受到了特殊的關注,于是在心理和行為上都發生變化,這種虛假的效應會影響因變量的數值,降低實驗可信度,進而又影響實驗效度。通常的解決辦法是對實驗組和控制組的實驗情況進行保密,在常態下進行準實驗研究,抑或在兩地選取實驗組和控制組。

(3)避免“羅森塔爾效應”

“羅森塔爾效應”是指課堂教學中教師對學生能力或行為的信念影響其對學生的期望,而學生通過感受教師的熱愛和期望,變得更加自尊、自信、自強,從而使教師的期望變成學生的現實表現[15]。為避免“羅森塔爾效應”,除了對參與實驗研究的教師進行專業培訓,尋找實驗研究能力較強的教師之外,還可以安排研究小組之外的教師參與研究,負責對實驗組施加處理,他們不知道所進行的是一個實驗研究,自然可以降低此效應。

2 實驗結果處理

(1)使用共變數分析方法

準實驗不對被試進行隨機化處理,因此實驗組與控制組的多個方面會存在差異,影響實驗效果的歸因分析,使用教育統計學中的“共變數分析”方法可以幫助降低甚至消除原有的實驗組與控制組的差異。

共變數分析是一種統計程序,它把偏相關的原理推廣到方差分析,主要是用來消除兩組或多組被試在前測或其它變量方面的差異。從某種程度上來說,共變數分析比方差分析具有更高的精確性,并且對于大多數樣本初始狀態不同的教育實驗,共變數分析是一種重要的統計方法,它可以使準實驗的研究結果更接近于真實驗[16]。

(2)注意循環形式問題

有的時候,因變量的明顯變化是屬于循環性質的變化。即在一段時間內,因變量的變化是呈循環形式的,有高低起伏的變化,并不是由施加的處理所引起,注意到這種現象有助于分析實驗的處理和因變量的因果關系[17]。

(3)注意基準線不穩定問題

基準線本身不穩定也會影響實驗結果分析。有些時候,研究者會在情況發展到極致時為了采取對策而進行試驗研究,而根據隨機漲落原理,顛覆之后便有回歸的現象發生,即不需要采取任何措施,因變量也會向巔峰值之前的方向變化,這種變化同樣不是由所施加的處理引起,或者所施加的處理本身并有沒有這么大的效應。

避免循環形式和基準線不穩定的問題,除了對因變量和實驗處理進行更多的理論和數值分析外,更有效的是增加對照組,如果已經做完先前部分的實驗,則可采用修補法準實驗設計,以提高準實驗研究的效度[18]。

四 總結

準實驗研究降低了實驗控制的難度,使實驗研究和實踐間的跨度變小。同時,使用一些統計學和邏輯分析的方法可減少干擾因素對實驗結果的影響,提高準實驗研究的效度。準實驗研究符合教育研究的特性,其在教育技術領域的推廣和應用,將極大促進教育技術領域實驗方法的發展和教育問題的研究。

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參考文獻

[1]馬紅亮.教育技術研究中的科學實證主義和人文主義[J].電化教育研究,2004,(3):30-33.

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1 加強實驗設計思想的教學，培養實驗設計能力

科學家完成一個成功的實驗需要經歷曲折的探索、設計過程，因此引導學生領會前人的實驗設計思想，體驗科學家所經歷的探索過程，是一條培養學生具有設計實驗能力的有效途徑。每一個實驗都有各自的設計思想，每一個成功的實驗其設計思想總是包含著對已有知識的靈活應用與創造性的科學構想。如萬有引力常量測定的實驗、觀察桌面微小形變實驗中所體現出放大的設計思想等；研究加速度與合外力、質量的關系，研究勻速圓周運動中向心力與質量、角速度、半徑的關系等實驗中所體現出控制的設計思想；平拋運動規律的探究等實驗中體現出的對比的設計思想等。所以在教學只有加強設計思想的教學，才能更好地培養設計實驗的能力，這是每一位物理教師在平時教學中都必須要注意的。

2 增強實驗的探索性，形成實驗設計能力

現行山東科學技術出版社發行的高一物理新教材中的實驗，探索性實驗的比例有所增加，這種安排有利于培養學生的設計實驗能力。因此教師應根據學生的實際情況，本著循序漸進的原則，精心安排并引導學生做好課本上的每個探索性實驗，就研究什么問題?設計什么方案?使用什么儀器?觀察什么現象?記錄什么數據?如何處理數據?如何進行誤差分析等一系列問題引導學生進行實驗設計，讓學生在教師引導下，通過設計實踐來提高自己的設計實驗的能力。下面以“探索彈力和彈簧伸長的關系”實驗為例，列表如下：

最終形成了該實驗的構想，從而完成整個實驗的方案設計和操作。

3 編擬實驗設計題，強化實驗設計能力

目前，中學物理教學中的實驗設計性試題，一般是根據課本中已出現的物理實驗的基本原理，所使用的基本器材以及實驗中學過的有關方法，設計一些新的實驗，按照實驗的設計方案及要求，完成實驗有關內容；或者是提供有關的實驗器材以及實驗的目的要求，根據有關知識以及在實驗中學過的方法，自己設計實驗方案，并完成實驗要求。在中學生初步具備了設計實驗能力的基礎上，教師可以有針對性地編擬一些設計性實驗題來強化學生的設計能力。限于中學生的知識和能力，編擬題目要求不宜過高，過程不宜太復雜，一般可從三個角度考慮編題。

3.1 從測量物理量來編題

如在講完自由落體運動規律后，可提出用什么方法測重力加速度?(滴水法、落桿法、頻閃照相法等)；講完滑動摩擦后，提出如何測一張紙與桌面間的動摩擦因數等。這類題較容易，便于結合學生所學的物理知識，促進學生利用基礎知識來進行實驗設計。

3.2 改變現有實驗條件來編題

如超重和失重規律的探究實驗中，除了用彈簧秤做演示實驗外還可以用什么來做實驗。這類題有一定難度，有利于培養學生的發散性思維，學生所設計的方案只要有道理的，教師均應鼓勵。

3.3 從實驗應用來編題

如設計一個測自行車所受阻力的方案、如何利用自由落體運動的規律來測量樓房的高度等，這類問題要求較高，只有學生具備了較強的實驗設計能力后才可出現。

4 通過實際操作，提高實驗設計能力

學生在進行實驗設計的過程中，經常會出現在理論上可行，但實際操作卻無法做到的情況。比如，在勻變速直線運動的實驗探究中，有的同學不用帶滑輪的長木板，直接在實驗桌上做實驗，理論上是可行，但實驗誤差較大。在實際操作中會發現：有的同學對打點計時器的用法不知如何使用、有的同學電源使用錯誤、有的同學對紙帶不知如何使用、有的同學對帶滑輪的長木板使用錯誤、有的同學不知如何處理紙帶等等，導致無法做成這個實驗。

只有通過實踐檢驗是正確的實驗設計，才是一個成功的實驗。因此在教學中應盡可能創造條件讓學生在設計好實驗方案后進行實際操作，增強學生的感性認識，這樣才能使他們的實驗設計更加合理、更切合實際，從而提高他們的實驗設計能力。

5 通過課外小實驗來加強設計實驗能力的培養

課外小實驗常需要學生自己設計實驗原理、尋找器材和裝配儀器等，它有利于培養學生克服困難，利用簡單設備做好實驗的精神，也是培養學生設計實驗能力不可忽視的一環?！坝米钇匠５膬x器作出最好的成果才算真本事”（卡文迪許實驗室看法），這是一個實驗者應有的信念。

如講完高中物理必修一中滑動摩擦力一節后，可安排學生這樣的一道實驗，請同學們設計一個測量紙與桌面之間動摩擦因素的實驗。有一些設計性課外小實驗是以“討論與交流”的形式在教材中單獨列出，如高中物理必修一中第49頁中“他們采用了什么方法測量井深”，這些設計性課外小實驗，方法靈活，取材容易，并因所給的測量工具不同，而要求尋找不同的實驗原理和方法，由學生獨立尋找和操作，易于發揮學生的主觀能動性，養成愛獨立設計實驗的好習慣。