研究性學習方法指導

1、 研究性學習方法指導 實驗法的應用 主講人：1一、實驗法的概念和類型 1.概念：實驗法是指人們根據(jù)一定的研究目的，利用儀器和其他物質(zhì)手段，在人為地控制或干預研究對象、使某種事件或現(xiàn)象在有利于觀察的條件下發(fā)生或重演，從而獲得科學事實、研究自然規(guī)律的研究方法。 “人為地控制”是指事件或現(xiàn)象的發(fā)生是在人們預先控制的條件下發(fā)生而非自然發(fā)生的。 從19世紀下半葉起，實驗法逐漸被社會科學研究廣泛采用。2一、實驗法的概念和類型 2.類型按照實驗中量和質(zhì)的關系定性實驗定量實驗結(jié)構(gòu)分析實驗按照實驗的組織方式不同單組實驗 等組實驗（對照組實驗、平行組實驗 、對比實驗）輪組實驗3 1.單組實驗：是以一個實驗組為研究

2、對象，觀察施加某一實驗因子與不施加實驗因子的時期對比效果上有何不同。 它的操作模式是： 前測施加某實驗因子后測。一、實驗法的概念和類型 4 2.等組實驗： 是把實驗對象分成兩個情況相等或相似的組，一個組施加某實驗因子，叫實驗組，另一個組不施加某種實驗因子叫控制組。把兩組所得的結(jié)果進行比較，以判定實驗因子發(fā)生的作用。它的操作模式是：（1）實驗組：隨機分組施加某實驗因子后測。（2）控制組：隨機分組不施加某實驗因子后測。一、實驗法的概念和類型 5 3.輪組實驗設計： 又稱循環(huán)實驗法，它是把各實驗因子輪換施加于各組，控制其它條件不變，然后，根據(jù)各個實驗因子所發(fā)生的變化的總和來決定實驗的結(jié)果。一、實驗法

3、的概念和類型 61.假設：就是根據(jù)一定的觀察事實和科學知識，對研究的問題提出假定性的看法和說明。假設是研究問題的暫時答案，具有一定的猜測性和假定性。一個科學假設，必須能被實驗所驗證。假設要有一定的科學依據(jù)，有一定的事實或理論根據(jù)，假設不是憑空的瞎想，它和神話、幻想、迷信有原則的區(qū)別。二、相關概念：假設、常量和變量7 2.常量：在某一數(shù)學或自然科學問題討論過程中(或在某些條件下)保持不變的量就是常量。例如，圓周率314l59 在社會科學研究中，常量是指研究課題中所有個體都具有的特征和條件。例如，比較兩種不同教學方法對五年級學生學習成績效果的研究中，年級水平就是一個常量，因為五年級這一特征對每一個

4、個體都是相同的，它是研究課程中不變的條件。 二、相關概念：假設、常量和變量8 3.變量：一般指研究者操縱、控制或觀察的條件或特征。變量也稱“變數(shù)”。 在數(shù)學或自然科學問題的討論中，可以取不同數(shù)值的量。如物體運動所經(jīng)過的距離就是一個變量。在社會科學研究中，變量指不同的個體具有不同的價值或條件的特征。如研究兩種不同教學方法對五年級學生成績的影響中，學生的分數(shù)就是一個變量。 二、相關概念：假設、常量和變量9 （1）自變量：又稱刺激變量。是引起或產(chǎn)生變化的原因，是研究者操作的假定的原因變量。當兩個變量存在某種聯(lián)系，其中一個變量對另一變量具有影響作用，我們稱那個具有影響作用的變量為自變量。 例如，研究不

5、同的教學方法與學業(yè)成績的關系，采用不同的教學方法后，學生的學業(yè)成績發(fā)生了變化，這當中，教學方法就是該項研究中的自變量，是研究者要操縱的變量。二、相關概念：假設、常量和變量10 （2）因變量：因變量又稱反應變量，也稱依變量。是受自變量影響的變量，是自變量作用于被試后產(chǎn)生的效應，是研究者要測定的假定的結(jié)果變量。當兩個變量存在某種聯(lián)系，其中一個變量對另一個變量具有影響作用，我們稱那個被影響的變量為因變量。 例如，我們想研究噪聲對學習效果的影響，噪聲就是自變量，研究者可以通過改變噪聲的時間或程度來操縱這個變量。而學習效果則是因變量，它是噪聲這個自變量作用于被試后產(chǎn)生的效應，是研究者要測量的結(jié)果變量。二

6、、相關概念：假設、常量和變量11 （3）無關變量：有時也稱控制變量。是指與特定研究目標無關的非研究變量，即除了研究者操縱的自變量和需要測定的因變量之外的所有變量。是研究者不想研究，但會影響研究進程的需要加以控制的變量。 例如，研究兩種不同的教學方法對學生學業(yè)成績的影響，在這里教學方法是自變量，學業(yè)成績是因變量，除此之外的其它各種因素，如教學時間、教學環(huán)境、學生的智力、原有的知識基礎、家教輔導等都是無關變量。二、相關概念：假設、常量和變量12三、如何做好受控實驗 受控實驗： 研究者常常先是尋找出影響整個事件的變量（我們也把它們稱為影響因素），然后限定自變量，只允許一個自變量按照實驗意圖進行變化，

7、再觀察由于這一個自變量的變化所帶來的因變量的變化，接下來可以考察其他變量，如此繼續(xù)，最終找出該事件變化的本質(zhì)。 這種在控制某一變量的條件下進行的實驗我們稱之為受控實驗。 受控實驗是尋找事件因果關系的一個很好的方法。13 例1：靜脈注射的速度跟什么因素有關？ 吊瓶高度、閥門大小、血壓、針頭粗細、大氣壓、病人姿勢等。 實驗一：吊瓶高度怎樣影響靜脈注射速度 三、如何做好受控實驗 自 變 量：吊瓶高度 因 變 量：靜脈注射速度 無關變量：閥門大小、血壓、針頭粗細、大氣壓、 病人姿勢等。14 例2：問題：楓樹的葉子為什么在秋天會變色? 分析：季節(jié)變化會使楓樹的外環(huán)境發(fā)生哪些方面的變化。結(jié)論是：溫度、日照

8、時間會隨著季節(jié)變化而變化。 提出假設： A：楓葉變色可能與溫度有關。 B：楓葉變色可能與日照時間有關。 C：楓葉變色可能與溫度和日照時間這兩個因素都有關。 分析：如果能控制日照時間，而僅僅讓溫度變化；或控制溫度，僅僅讓日照時間變化，進而觀察結(jié)果，那么，你就能斷定究竟是溫度影響了楓葉的顏色，還是日照時間影響了楓葉的顏色；或者溫度和日照時間都對楓葉顏色有影響，還是二者均沒有影響。 15 實驗一：證明假設A：楓葉變色可能與溫度有關。 把一棵小楓樹種在一個花盆里并放入生長溫室。盡管是夏天，室外溫度很高，仍舊可以把生長溫室調(diào)節(jié)到秋天的溫度，白天約14，夜晚約3。 如果確實看到了葉子顏色的變化，就能確定僅

9、靠溫度的變化便能使葉子發(fā)生變化嗎?畢竟實驗室中的樹和外界的樹還是有差別的，實驗中的楓樹葉子的變紅是不是因為它生長在小的花盆中所引起的呢?是不是因為自然光和溫室中的光不一樣而引起的呢? 這種不確定性表明必須設計一些更復雜些的實驗，至少應該種兩棵樹。應該選擇相似的樹，且花盆的大小應該保持一致，把它們放置在相同的溫室中，在同一時間澆水。然后，再做這樣一個實驗，一個保持在正常的夏季溫度(22)，而另一個的溫度調(diào)節(jié)到秋天的溫度(14)。（單組實驗）（等組實驗、對比實驗）設計等組實驗是控制無關變量的好方法。16值得注意的問題1.任何“猜測”都能成為實驗假設嗎？ 案例：某同學了解到很多動物的聽覺器官并不是長

10、在頭部，比如蟋蟀的聽覺器官就長在腿上。他忽然聯(lián)想到自己從未看到過青蛙的耳朵，猜想：青蛙的耳朵會不會也長在腿上？實驗如下： 用榔頭猛擊鐵塊，制造出較大的聲響，看到青蛙聽到聲音后，馬上向前跳躍了一大步。 依次切除青蛙的左前腿、右前腿、左后腿、右后腿，觀察到青蛙聽到聲音后向前跳躍的距離依次減小，最后不動了。 通過以上實驗，他認為自己的假設得到了驗證。17值得注意的問題2.讓實驗假設更具體、更明確案例：高壓電線輻射對人體健康會產(chǎn)生影響3.重復實驗是減小偶然誤差的好辦法18四、實驗法的一般步驟 選定研究問題建立實驗假設選定實驗對象和實驗的范圍實施前測實施實驗因子選擇適當?shù)臏y量方法，采取控制無關因素的措施

11、進行后測比較前、后測的差異，分析數(shù)據(jù)驗證假設，撰寫實驗報告或論文19五、運用實驗法的基本要求全面衡量實驗的主客觀條件是否具備。一定要有科學的理論作指導實驗之前，學生課題組長還應做好實驗所需的實驗室、電教室等專用教室和儀器設備的申請工作在實驗過程中，注意對整個實驗過程中各種無關變量的控制，盡量避免和減小誤差以實事求是的態(tài)度，準確記錄各種數(shù)據(jù)和資料20練習：如何設計受控實驗 21.為了驗證“鎂是植物生活的必需元素”，三位同學進行了實驗設計，下列是實驗的基本思路。請分別指出三個實驗思路能否達到實驗目的，為什么？再寫出你的設計思路。 （1）實驗一：取生長一致的大豆幼苗，用符合實驗要求的容器進行培養(yǎng)。對

12、照組容器內(nèi)只盛有蒸餾水，實驗組盛有用蒸餾水配置的鎂鹽溶液。兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng)，并對溶液通氣,觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況.21 （2）實驗二：取生長一致的大豆幼苗，栽培在盛有砂性土壤中（砂性土壤肥力均勻，容器符合盛有要求），對照組澆以蒸餾水，實驗組澆以蒸餾水配置的鎂鹽溶液，兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng)，并對溶液通氣，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況。 （3）實驗三：取生長一致的大豆幼苗，栽培在有砂性土壤的容器中（砂性土壤肥力均勻，容器符合盛有要求），對照組澆以含有植物必需的各種元素的完全營養(yǎng)液，實驗組澆以不含鎂離子的完全營養(yǎng)液，兩組置于相同適宜條件下培養(yǎng)，并對溶液通氣，觀察比較兩組植

13、物的生長發(fā)育情況。練習：如何設計受控實驗22本實驗的變量分析變量分析因變量：植物是否正常生活可以通過“大豆幼苗生長狀態(tài)”來觀察自變量：植物生活必需元素中的鎂的有無無關變量：A.植物生活必需元素中除了鎂外的所有元素B.植物生活必需條件中除了“必需元素”以外的所有條件練習：如何設計受控實驗23無關變量的控制分析（受控）（）根據(jù)題目中提供的“兩組置于相同的適宜條件下培養(yǎng)，并對溶液通氣，觀察比較兩組植物的生長發(fā)育情況”的背景可知，“植物生活必需條件中除了必需元素以外的所有條件”已經(jīng)得到控制；（）因為“完全營養(yǎng)液”中含有植物必需的各種元素，而蒸餾水中不含有植物必需的任何元素，同時，已經(jīng)有資料表明“砂性土壤中都可能含有鎂離子”。所以，上述三位同學的實驗設計方案都是錯誤的。練習：如何設計受控實驗24這是因為：“實驗一”不能。因為蒸餾水和鎂鹽溶液均缺乏植物必須的礦質(zhì)元素而使兩組植物生長都不正常?！皩嶒灦辈荒?。因為第一，蒸餾水和鎂鹽溶液均缺乏植物必需的礦質(zhì)元素而使兩組植物生長都不正常；第二，兩組容器中的砂性土壤中都可能含有鎂離子?！皩嶒炄辈荒?。因為兩組容器中的砂性土壤中都可能含有鎂離子。實驗組與對比組的條件分析A.對比組應該在完全正