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實驗設計方法范文1
1996年上海高考第四（5）題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬于設計型實驗．但由于題目給出了全部實驗器材和所有相關量，使實驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實驗難度，只屬于局部設計型實驗．無論命題者出于何種考慮，設計型實驗畢竟半遮半掩地出現了，這多少給教學工作者提了個醒．
1．從小處著眼，加強實驗設計教學
上海作為高考改革的試點城市，其成功的改革將為全國高考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為全國高考所借鑒．如1996年全國高考第21題就是從1995年上海高考第一（5）題脫胎而來的．無疑上海高考關于實驗設計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值．而物理《考試說明》中要求“會用在這些實驗中學過的實驗方法”，也為實驗設計的考查在全國的推廣提供了可能．
2．從大處著眼，加強實驗設計教學
著名核物理學家錢三強先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關系……”我們常常教育學生“應該……”“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個小小的空格“是……”．這樣培養選的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，大腦中只是機械地跳動著兩個問題：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相當漂亮，但思想僵化，毫無創見．這正是我們的悲哀！長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時才有一種借來的榮光與自豪！
思想不活躍，是因為我們給了學生太多的“必須”的限制；思想僵化，是因為我們留給學生太少的“可能”的余地．實驗設計的教學，正是活躍思想，培養能力的一種好方法，授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做．
二、實驗設計的基本方法
1．明確目的，廣泛聯系
題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規律，這是實驗的目的，是實驗設計的出發點．實驗目的明確后，應用所學知識，廣泛聯系，看看該物理量或物理規律在哪些內容中出現過，與哪些物理現象有關，與哪些物理量有直接的聯系．對于測量型實驗，被測量通過什么規律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應的物理現象中，怎樣的定量關系成立，才能達到驗證規律的目的；對于探索型實驗，在相應的物理現象中，涉及哪些物理量……這些都是應首先分析的．
舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應檢索：在所學知識范圍內，哪些內容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關系，并一一羅列出來：
（1）在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或對水平支持物的壓力大小就等于重力，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能測出，則重力加速度g可測定．
（2）在超重或失重（但不完全失重）系統中，F－mg＝±ma．若F、a和m可測出，則重力加速度g可測定．
（3）在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可測定，則重力加速度g也可測定．
（4）在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可測，則重力加速度g也可測定．
（5）自由落體運動中，h＝12gt2．若h和t可測出，則重力加速度g也可測定．
（6）用重力加速度測定儀測定．
（7）在平拋運動中，豎直方向在連續相等的時間內位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可測，重力加速度g同樣可以測出．
（8）在斜拋運動中，水平射程可以表示為x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可測出，則重力加速度g也可測出．
（9）單擺做簡諧振動時，其周期可以表示為T＝2πl／g．若T和l可測，則g可測．
（10）在焦耳測定熱功當量的實驗中，若能測出水的質量和升高的溫度，算出水增加的內能，再測出重物的質量和下落的高度，同樣可測定重力加速度．
（11）帶電粒子在的勻強電場平行板電容器中平衡時，mg＝qU／d．若U、d和帶電粒子的荷質比（q／m）可測定，則g可測出．
（12）假設一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．
…………
2．選擇方案，簡便精確
對于每一個實驗目標，都可能存在多條思路、多種方案．教材中關于某個實驗目標的實驗方案，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種．那么在眾多實驗方案中，我們應如何選擇呢？一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：
（1）簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測．應盡量避免實施那些原理復雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案．
實驗設計方法范文2
【關鍵詞】高中 物理 演示實驗 設計創新
中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.09.166
物理演示實驗對加強學生的理解能力至關重要，也是培養學生創新意識的最佳途徑，物理教學不能脫離開演示實驗這一重要的教學形式。那么，如何讓演示實驗切實有效地發揮它的作用呢？這就需要物理教師在實驗設計方面多下工夫，多結合生活中常見的問題，增加一些教材上學不到的內容，拓寬學生們的思路，才能進一步激發出來自于學生們的創新思維。因此只有教師先創新，才能帶動和引導學生們去創新。
一、加深演示實驗的知識層面
首先，高中生雖然已經開始學習較高難度的物理知識，但是相對于物理這門學科的深度和廣度而言，還是具有很強的片面性和局限性的；另外，物理教材在演示實驗方面也偏于單一和淺顯。從提升學生知識層面的角度來看，需要物理教師給學生開辟一條了解物理學科全貌的途徑，對實驗的內容進行拓展和填充，讓實驗的過程變得豐富起來，盡量讓學生能夠深層次、多角度、全方位的了解物理學知識。
比如，在以往的“超重和失重”這項實驗中，物理教師會拿一個易拉罐，然后在靠近其底部的側面做一個出水的小孔，然后用手指按住這個小孔，在易拉罐里面裝滿水；隨后將手指快速地移開，水則立即從小孔射出來。這時將拿著易拉罐的手松開，易拉罐就會變一個自由落體，在下落過程中，從小孔中射出的水也瞬間停止。這樣僅僅是讓學生們看到了一個無可厚非的事實而已，并沒有引發出太多的思考。為了加深實驗的知識層面，物理教師在實驗設計上進行了創新：在易拉罐的底部靠邊緣處制造一個小的出水孔，當罐中的水量較少時，沒有足夠的壓力讓水從小孔射出；這時給易拉罐一個向上的作用力，水則會立即從孔中噴出，這就是失重現象；然后，在另一個透明的塑料瓶里倒進半瓶水，再將瓶蓋擰嚴；將塑料瓶保持水平狀態時，瓶內上方是空氣，下方是水，水面是平靜的；隨即再給塑料瓶一個向上的作用力，就可以看到瓶中的空氣在水中形成了一個或幾個大小不同的圓形氣泡，這就是超重現象。創新之后的演示實驗過程變跌宕起伏，生動形象，涉及到的知識不局限于“超重和失重”層面，同時對學生們的創造力也是一個很好的啟迪。
二、將實驗形式從驗證式轉換為探索式
在以往的物理教學中，基本是教師將本次實驗的結論先告訴學生，然后再開始進行實驗操作，這個過程有點類似于驗證一件事情，目的性很強，導致實驗中用到的知識點很有局限。通過對演示實驗的進行設計創新以后，教師可以組織學生們進行探索式的實驗，讓學生們嘗試運用不同的實驗方法來解決問題。這種開放式的實驗就具有很強的思維發散性，在實驗中運用到的物理知識范圍自然大了很多，對學生們的物理知識掌握情況是一種真實有力的考察。
例如“探索式求合力的方法”實驗。如圖所示：第一次實驗，在水平的木板上放置一張白紙，把橡皮筋的一端固定在圖中P點的位置上，另一端用兩條繩子連接，通過繩子同時用兩個測力器互成角度地拉動橡皮筋，使橡皮筋與繩子的連結點到達圖中0的位置；再記下兩個測力器上讀數和它們各自拉動的方向；在白紙上按比例畫出兩個拉力的示意圖；在第二次實驗中只用一個測力器，仍然通過繩子將連結點拉到O的位置；記下測力器的讀數和拉力的方向，按同一比例畫出@個力的示意圖，觀察第二次實驗合力和第一次實驗合力的共同作用點O與這三個力圖示的箭頭端的位置，看它們構成了什么圖形，多次重復實驗，看看結論是否相同。
三、對演示實驗的條件進行創新
物理教師可以通過對實驗條件進行改進讓學生獲得更多的知識體驗。例如在“平拋運動規律”這一實驗中。采用塑料瓶和透明塑料瓶作為實驗的器材，先讓水從塑料管中流出形成一條弧形的拋物線，通過水的流動線條看平拋運動的軌跡，這時就可以定性、定量的研究平拋運動的規律。但在這個實驗的過程中會出現了一個必須解決的問題，就是隨著水位的下降水壓也會隨之減小，水線的射程自然也會變短，這就給研究帶來了很大的難度。于是，教師和學生們就需要共同努力想出一個辦法，讓水壓在一個時間段內保持恒定狀態，使得從塑料管中流出的水柱形狀不變。在經過一番討論之后，大家決定采用浮標來解決這一難題，就是將塑料管口與浮標相連，這樣就能保持水壓可以在一定時間內恒定不變了。解決了難題，學生們根據水流拋物線的形狀順利的計算出水柱的運動速度，進而收到好的實驗效果，這都是改進實驗條件的功勞。
四、通過創造情境使實驗生動化
例如在講授牛頓第一定律時，由于高中生的推理能力比較有限，讓他們理解抽象的物理規律存在很大的難度。這時，物理教師可以設計一個生動的演示實驗情境，讓學生們在情境中進行觀察：讓一輛小車分別從同一斜面上自由滾動到另外三種不同材質的平面上，第一次是滾到地毯上，第二次滾到水泥地面上，第三次滾到木板上，在小車三次滾動中觀察每次從滾動到靜止下來的距離并做好記錄。學生們通過觀察，發現小車一次比一次滾動的距離遠。此時，教師把握時機問道：為什么小車每次靜止的距離會有所不同？因為之前在課堂上講過摩擦力的作用，學生們馬上就想到了是摩擦力不同導致的這種結果。于是，教師又提出第二個問題，如果小車滾動到一個沒有摩擦力的平面上，結果會是怎樣呢？學生們經過一番討論之后得出結論：如果沒有摩擦力，小車永遠不會靜止下來。這個時候，再講授牛頓第一定律，學生們的接受能力就強大了很多。這種實驗方式，不僅得到了很好的教學效果，也為日后更進一步的創新思維提供了良好的基礎。
實驗設計方法范文3
【關鍵詞】酶 動物生理 植物生理 光合作用 生物實驗
【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2015）04-0142-01
一 酶相關實驗的常見設計方法
酶的相關實驗包括探究（或驗證）酶的催化作用、酶的高效性、酶的專一性和需要適宜的條件等題目，其解題方法歸納如下：
1.酶的催化作用
實驗組：底物+一定量的酶溶液，檢測底物分解情況或生成物生成情況；對照組：底物+等量的蒸餾水，檢測底物分解情況或生成物生成情況。
2.酶的高效性
酶的高效性是指酶的催化作用相對于無機催化劑效率要高很多，所以在設計實驗時，一組加入一定量的酶，另一組加入等體積的無機催化劑，因為實驗遵循單一變量原則，所以底物應該相同，兩組的實驗條件應相同，觀察、記錄實驗結果進行比較后可得出結論。
3.酶的專一性
酶的專一性是指每一種酶只能催化一種化合物或一類化合物的化學反應，這種類型的實驗基本分為兩種思路：（1）不同的組底物不同，但酶相同；（2）不同的組酶不同，但底物相同。實驗過程中的溫度、pH等條件保持在最適狀態且各組相同，遵循等量原則和單一變量原則。
4.酶的適宜溫度或pH
在探究酶的最適溫度或pH時，應設計一個系列的溫度或pH為自變量，通過對照找出最適溫度或最適pH，如果在兩種溫度或pH的條件下酶的催化活性相同，則最適溫度或最適pH應該在這兩種溫度或pH之間，此時可再在兩者間取一定梯度變化的溫度或pH進行進一步的實驗，最終確定出最適溫度或最適pH。
二 生物生理實驗的研究方法
生物生理實驗的研究方法可以大致分為“加法”和“減法”?！凹臃ā笔侵笇嶒炛屑尤肽撤N變量，如植入器官或注射某種物質等；“減法”是指實驗中去除某種變量，如切除器官。
1.動物生理實驗的研究方法
切除法和植入法常用于研究動物某器官的生理作用。如研究性腺與的關系時，實驗操作方法：切除器官觀察、記錄生理變化植入器官觀察、記錄相應生理活動在消失后是否會重現。注射法和飼喂法往往用于研究某種物質的生理作用。如果所研究物質的化學本質是蛋白質，則必須用注射法，而不能用飼喂法，因為該物質會被消化分解，如研究胰島素具有降血糖的生理作用，必須選用注射法，對成年個體注射胰島素后觀察、記錄血糖濃度的變化情況；如果是脂質或氨基酸類等小分子物質可以注射，也可飼喂。此外，在動物生理實驗中，選擇實驗動物時要考慮其生長發育的情況、年齡、性別、體重等，如研究甲狀腺激素能促進生物生長發育的實驗應該選擇年幼的動物，研究甲狀腺激素可以提高神經系統的興奮性的實驗應該選用成年動物為實驗材料。
2.植物生理實驗的研究方法
研究植物體中的生理作用可以選擇噴灑、涂抹或浸泡等方法。如將扦插枝條用不同濃度的生長素類似物浸泡后，概括生根情況可以研究促進插條生根的最適濃度。切除法可以用于研究植物體某器官或部位的生理作用，如研究向光性生長與頂芽有關時，可以用去掉頂芽的植株和正常植株對照。
下列關于生命活動調節相關實驗操作的敘述正確的是（ ）。A.探究植物頂端優勢產生原因的實驗中，應該設置具有頂芽的植株、切除頂芽的植株和切除頂芽后的斷口處涂上生長素的植株三組實驗；B.用適宜濃度的生長素涂抹受粉后的雌蕊柱頭證明生長素可以促進果實發育；C.用靜脈注射法驗證甲狀激素可以促進成年雄鼠的發育；D.用飼喂法可以驗證胰島素具有降血糖的作用。
解析：探究頂端優勢產生原因應該設置三組實驗，一組是具有頂芽的植株，作為對照，另一組植株去掉頂芽，第三組植株去掉頂芽后在斷口處涂抹生長素，三組對照可以說明頂端優勢的產生原因。發育著的種子也會合成生長素，所以驗證生長素可以促進果實發育的實驗中，雌蕊必須是未受粉的。驗證甲狀腺激素的作用，不能用成年個體，因為成年個體的發育已經不明顯。胰島素的化學本質是蛋白質，不能用飼喂法驗證胰島素的生理功能。答案：A。
易錯點撥：生理實驗中，實驗組與對照組的設置、實驗材料的選擇、對激素的處理方法等是實驗成功的關鍵，下面就這幾個易錯的方面進行提示說明：（1）對對照組的設置不重視，認為已經知道了正常生長發育的個體情況，所以實驗中不需要再設置對照組；（2）對實驗材料的選擇不恰當，不能依據實驗的因變量選擇理想的實驗材料；（3）對動物激素的人為操作不重視，不聯想激素的化學本質而隨意選用注射法或飼喂法。
三 光合作用的相關實驗方法
實驗設計方法范文4
關鍵詞：物理教學；實驗設計；實驗方法
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2007)5(S)-0053-3
物理學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是物理學最基本、最重要的研究方法。在中學物理教學的過程中加強實驗教學，不僅是向學生傳授科學知識的需要，而且是對學生進行實驗技能訓練、培養學生科學思維能力、使學生掌握科學研究方法、全面發展學生素質的需要。然而，多年來實驗教學仍是一個薄弱環節。一方面，有些學校具備一定的實驗條件，但實驗教學未受到足夠的重視；另一方面，有些學校想開展實驗教學，卻苦于缺乏實驗設備。不論是哪種情況，要想開展好物理實驗教學，都應當先做好兩件事情：一是端正實驗教學態度；二是做好教學實驗設計。態度是做好實驗教學工作的前提，設計是做好教學實驗的保證。一個實驗往往有多種不同的方法和手段來實現，“壇壇罐罐當器材、拼拼湊湊做實驗”、“科學就在身邊、實驗就在手中”也說明了這個道理。利用現有實驗器材或者再添置、開發一些器材，經過精心設計，也可以很好地完成實驗教學任務?？梢?，實驗設計在實驗教學中起著重要作用。中學物理教學實驗設計的方法有很多種，可將其歸納為以下類別：
1 模擬法：也叫再現法，就是抓住事物的本質特征，模擬自然現象發生的條件，在實驗室里重現自然物理現象和過程，從而揭示物理規律的一種實驗設計方法。
例如：用棱鏡對光進行色散可以模擬彩虹；自然界海市蜃樓的景象持續的時間短促、轉瞬即逝，利用人工方法模擬海市蜃樓，把大自然的壯觀幻景再現出來，使人能較長時間觀察與研究這種現象，并由此揭示其形成機制就是光在非均勻媒質中傳播時光線彎曲所產生的景象；模擬法測繪靜電場，是用電流場模擬靜電場，且它與原靜電場的分布完全一樣，當用探針去測模擬場時，它不受干擾，因此可以通過測量模擬場而間接地達到測量靜電場的目的。2 比較法：比較法是通過實驗對一些物理現象或物理量的對照比較和分析研究，達到異中求同或同中求異的目的，以揭示所研究事物的某種性質或規律的一種實驗設計方法。比較可以采取橫向對比和縱向對比。橫向對比一般是把研究對象分為兩個或兩個以上的組群，一個是對照組，作為比較的標準。另一個是實驗組，通過某種實驗處理確定對實驗組的影響；縱向對比是實驗時間前后的對比，即對同一組進行施加影響因素前和施加影響因素后的對比。
例如：研究物體的沉浮條件時，用重量相等的鋁盒與鋁團作比較；研究自由落體運動時，要否定亞里士多德關于“重的物體先落地”的錯誤觀點，可用質量相等的紙團和紙片做比較演示其下落，進而用牛頓管做實驗比較羽毛與鐵片的下落；把兩種不同的金屬片鉚在一起做成雙金屬片進行受熱膨脹的比較；用黑白顏色截然不同的兩種物體表面來對比物體吸熱本領的不同；在自感現象觀察的實驗中，通過燈泡亮度的比較，顯示自感現象的存在；光譜分析也是運用比較法設計的；用電位差計測電源電動勢，就是在輔助電路上用待測電源與標準電源進行比較的方法。
3 平衡法：所謂平衡，就是矛盾雙方的平衡，分析平衡就是分析矛盾的雙方。在一個平衡的系統中，總存在著偏離平衡的因素，平衡就是指偏離平衡的不同因素的作用相互抵消的效應。在物理教學中，各種不同的平衡情況總對應著一個數學方程式，據此，就可由已知的物理量去尋求未知的物理量。平衡原理應用于實驗設計的例子很多。
例如：利用天平測質量，是依據等臂杠桿平衡時兩邊質量相等的原理；用彈簧秤測力，是根據二力平衡的原理；用托里拆利實驗測大氣壓強，是根據管內一定高度的液柱所產生的壓力與大氣壓力相等；用惠斯登電橋測電阻，是利用電橋的平衡條件R1/R2=Rx/R0來測定；測定金屬的比熱容，是利用系統達到熱平衡時吸熱與放熱相等來實現的；用電位差計測電源電動勢，也是在輔助電路上利用了平衡方法。4 放大法：在物理實驗觀測過程中，有些物理量由于太小而不能直接觀測時，就要借助聲、光、電或疊加等方法，將待測量放大后再進行觀測。中學物理實驗中常用的放大法有：
(1)電放大。例如：用單根導線切割磁感線來產生感應電流的演示實驗，由于感應電流很微弱，可以在示教電表上附加一個放大電路，使感應電流放大從而能在示教電表上明顯地顯示出來。
(2)光放大。例如：利用投影放大驗電器的驗電實驗、電解過程中的化學反應現象、水波的干涉現象；載流導體磁相互作用的實驗投影演示；金屬線脹系數測定實驗中，利用光杠桿放大法將金屬棒的微小膨脹放大后進行測量。
(3)機械放大。例如：熱膨脹的實驗演示中，銅棒受熱膨脹時，其長度的微小變化可以利用機械杠桿機構加以放大后觀察。
(4)疊加放大。例如：用搖繩切割地磁場的磁感線來產生感應電流的演示實驗，由于感應電流太微弱，所以可以用很多股導線捆綁在一起組成搖繩，通過搖繩上多股導線的感應電流的疊加，便可以在示教電表上明顯地顯示出來。
5 轉換法：轉換法是一種間接測量或間接觀察的方法。在物理實驗中，常有一些現象因為不明顯而不易觀察或者不易直接觀察，這時可運用等效的思想，遵循等效的原則，借助力、熱、電、光、機械等方法之間的相互轉換以間接地達到可觀察、容易觀察或觀察效果明顯的目的。
例如：彈簧秤是把力的大小轉換為彈簧的伸長量來測量；固體的熱脹冷縮現象不明顯，可以轉換為指針偏轉或拉斷鋼釘來觀測；伏安法測電阻是把測電阻轉換為測量電壓和電流；邁克爾遜干涉儀則是把測光速轉換成測光的干涉條紋。
6 圖像法：根據實驗所獲得的物體運動軌跡、直觀圖形或數據，借助數學手段建立相應的坐標系，將這些軌跡、圖形或數據反映成坐標系下的圖像，然后加以分析研究，以揭示所研究事物的某種性質或規律的一種實驗設計方法。
例如：研究單擺的振動規律，可以借助沙擺或墨擺在勻速運動紙板上留下的軌跡來實現；研究彈簧振子的振動規律，可以借助傳感器和計算機處理軟件，將其離開平衡位置的位移隨時間的變化規律形成圖像后進行分析；研究波的干涉規律時，借助水波干涉的投影圖像進行觀測分析。
7 極限法：極限法是物理實驗中常用的一種方法(有人稱之為極限思想)。在許多實際情況中，理論是在極限情況(或理想情況)下得到的，而實際上都不可能實現，于是就用極限法來解決。
例如：氣墊導軌上的許多物理實驗都與瞬時速度有關。然而，在這些實驗中所測定的瞬時速度往往是極短時間(或極短距離)內的平均速度=δs/δt(δs是第一、第二擋光邊之間的距離，δt是兩次擋光之間的時間間隔)，由于無法做到δt0，所以后者只能是前者的近似值。為了測得真正意義下的瞬時速度，可以采用極限法來解決：測出從待測點A起逐漸變短(即擋光距離δs不斷變小)的若干個δt內的，畫出-δt圖線。對于勻變速直線運動，它是一條方程為=vA+a/2δt的直線。將圖線延伸(外推)到坐標δt=0處，對應的值(直線截距)就等于A點的瞬時速度vA。
8 理想化方法：理想化方法就是通過實驗，同時借助邏輯思維和想象力，有意識地突出研究對象的主要條件，完全排除次要因素和無關因素的干擾，在大腦中形成理想化的研究客體或各因素之間的相互聯系，從而探索物理世界內在奧秘的一種科學抽象的方法。理想化方法一般有三種形式：對物理條件理想化――抓住起主要作用的條件，完全忽略其它條件的影響；建立理想模型――分為對象模型和過程模型；進行理想實驗。
例如：用紙帶落體法研究自由落體運動規律，是忽略空氣阻力和撞針對紙帶阻力影響后的理想化實驗；探究單擺振動規律的實驗，首先是用變式實驗抽象出單擺模型，然后是在擺角小于5°的情況下、且在忽略空氣阻力影響后進行的理想化實驗；實驗室里所做的有關研究理想氣體狀態變化規律的實驗也都是理想化實驗；對于伽利略，很多人都知道其比薩斜塔實驗，但他更為重要的實驗應當是斜面理想實驗，由此得到了慣性定律，并為物理學奠定了重要的方法論基礎。
當然，實驗設計方法遠不止這些，而且一個實驗中可能會貫穿多個方法。關鍵是明確并掌握了這些實驗設計方法，就可以在物理教學的過程中，運用現有實驗器材或經適當配置，通過恰當的實驗設計而很好地完成實驗教學任務。
參考文獻：
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實驗設計方法范文5
實驗課程再建設是教師在實驗教學過程中依據課程標準，調整實驗內容、優化實驗設計、改進實驗方法和完善實驗素材，從而使之更好地適應具體的實驗情境和學習需求的課程二次開發。
一、教學資源的再開發
1. 傳遞科學思想
（1）改進實驗方案，滲透可持續發展思想
可持續發展思想要求實驗的設計、操作和產物“綠色化”；形成化學是改善環境、提高生活質量重要手段的觀點。教學途徑如表2。
（2）引入化學史實，體驗科學精神
科學精神是在長期科學實踐中形成的共同信念、價值標準和行為規范。引導學生重演歷史上的科學研究歷程，能夠感受科學態度；研讀情境史料，可以體會科學家的優秀品質。
2. 獲取科學方法
（1）摒棄繁復操作，組建對照實驗
對照實驗是通過控制變量的方法獲取分析資料的途徑，能培育信息的搜集和處理能力，為形成優選技能提供經驗借鑒。
（2）改編驗證實驗，開展探究實驗
探究實驗不是按照既定的實驗方案，單一地重復教材范例，而是依靠積極探索，在實驗過程中發現、思考、解決問題。
3. 形成科學意識
（1）發掘身邊的化學，傳遞生活化意識
取用生活中的器材做實驗，研究身邊的化學；具有感受親切、材料易得、氣氛寬松的優點。
（2）關注新穎的實驗手段，強化科技意識
科學是第一生產力，技術則能直接轉化成生產力。讓學生了解實驗中的新技術，既是科普的需要，也是感受科學魅力的途徑。
二、教學活動的再整合（以“原電池”教學為例）
1. 打破編排限制，重新設計教學框架
部分實驗分散編排在多本教材中。初學時，機械記憶的內容較多；深入學習時，新鮮感減弱，探究欲望降低。因此，打破教材編排限制，嘗試教學活動中的再整合，如圖4。
2. 以史料和實驗為導引，創設情境
【化學史料】迦法尼偶然發現蛙腿痙攣現象，經過十年觀察，寫成《關于電對筋肉運動的作用》的論著。
【模擬實驗1】銅制5角和鋁制1角的硬幣結成V形，輕觸舌尖，感受電流的味道。
【模擬實驗2】用硬幣制作水果電池。
【發現問題】構成原電池的要素有哪些？
【實驗探索】用銅片和鋅片作電極，硫酸作電解質，探索原電池的形成原理。
【情感體驗】用化學史和模擬實驗引課，體會迦法尼細致入微的觀察品質和持之以恒、深入探究的科學精神，蘊含著化學聯系生活的學科價值。
3. 以對照實驗為手段，分析探究（原電池電動勢影響因素的探究）
【提出假設】分析原電池的構成因素，影響電動勢的變量可能是：①電極活潑性；②電解液差異。
【對照實驗】電極活潑性與電動勢關系（圖5）。
【探究實驗】電解質溶液濃度與電動勢關系（圖6）。
【交流分享】電池不僅要有較高的電動勢，還要能夠持續供電。如何消除極化，長時間點亮燈泡？
【實驗比賽】試驗等濃度的過氧化氫、重鉻酸鉀、高錳酸鉀作為去極化劑，結合減少極化作用的操作（如震蕩），比比誰的電池亮燈時間更久（圖7）。
【情感交流】通過對照實驗，培養了用實驗解決問題的科學精神，傳遞了學以致用的思想。
4. 以反思詰問為途徑，深化結論（對構成原電池要素的反思）
【結論反思】形成原電池的電極必須不同嗎？
【深化認識】可以電極相同、電解質不同；如濃差電池。
【問題追思】電極和電解質溶液（包括濃度）都相同，能制得原電池嗎？
【實驗再證】飽和食鹽水作電解質溶液，螺旋狀鐵絲作電極，用塑料滴管向其中的一極輕輕鼓入空氣（圖8），用微電流傳感器測量（圖9）。
【情感啟迪】通過構成原電池要素的反思，發現舊認知的偏差。數字實驗向學生詮釋了高靈敏度、定量化的實驗發展趨勢，并為鋼鐵生銹腐蝕的后續教學預留空白。
5. 以實踐能力為標準，評價成效
調查顯示：多數學生對這節課感興趣和較感興趣（分別25人和12人），感到一般的較少（9人），不感興趣的為零。課后，有學生串聯水果電池，點亮了發光二極管；也有收集歷史上的各種電池資料，贈予教學參考。更有用釘子打穿已經失效的電池（圖10），灌入飽和食鹽水和氯化銨溶液，蠟燭封口，使廢電池復活！這說明，教學激發了學習興趣，培養了方法情感。
三、教學實踐的體會
1. 挖掘隱含的情感方法
教材以物質的分類和轉化作為編寫的主線，方法情感往往處于相對隱性的地位。例如教材雖然沒有明確指出實驗的綠色化追求，但對所有有害氣體都加裝了尾氣處理裝置，潛移默化地滲透著可持續發展的思想。引導學生發掘實驗裝置、操作和說明中的隱含信息，能夠幫助學生從多個角度理解實驗，創造性地用好教材。
2. 順應情感技能的發展
社會學習論指出：自信的人會產生較高的自我效能感，進而成為良好的情感體驗。所以教學設計不但要落在知識的最近發展區，還要順應情感技能的發展?！霸姵亍苯虒W中，創設情境激發了學生模擬科學家探究的欲望。探索原電池工作原理時，與鋅片相連的銅片竟然冒出了氣泡；與學生已有的認知產生了沖突，激發出分析氣泡成分的求知欲。進而發現了電子通過外電路轉移的事實（電化學腐蝕和化學腐蝕的最大區別），其情感體驗也達到了巔峰。順勢探索影響電子遷移能力的因素，將新認知同化到已有的知識體系當中。最后用改進的吸氧腐蝕實驗結尾，懸置疑問，為下一課時的發展預設鋪墊。
3. 開放而批判地教學
教師是學習的引領者，需要提供開放的學術視野，供學生批判地體驗。“原電池”教學展示了微型實驗技術：用塑料滴管代替滴瓶， 6孔井穴板代替燒杯；新穎的儀器和使用方法，激發了學生的好奇心，提高了變式思維能力。用身邊的硬幣和水果作為材料，增強了實驗的親切感。藥品用量的減少提升了操作的安全性，擔心事故傷害而不敢動手的學生也開始大膽探究，去體驗成功的愉悅……
活用教材能輕負高質地教學，拘泥于教材反被其束縛。因地制宜地開展課程再建設，定能實現教學形式的多樣化和學生發展的個性化。
參考文獻：
實驗設計方法范文6
關鍵詞：工科類專業;試驗設計方法;教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）36-0144-02
一、試驗設計方法
在生產和科研中，為了研制新產品，改革生產工藝，尋找優良的生產條件，需要做大量多因素的試驗。因而選用正確的試驗設計方法則尤其重要。目前通常的試驗設計方法有：配對設計、完全隨機化、均衡設計、正交設計等。實踐證明，正交試驗設計法就是研究與處理多因素試驗的一種科學有效的方法。這種方法的優點是能通過代表性很強的少數次試驗，摸清各個因素對試驗指標的影響情況，確定因素的主次順序，找出較好的生產條件或最優的參數組合。
二、試驗設計方法在工科類專業中的教學實踐
（一）色紡紗生產工藝改進案例
問題提出：色紡紗可以實現多種成分纖維的混合和利用，并可獲得獨特的混色效果與產品風格，故具有一定的科技含量，符合當前社會節能環保的需求，因此具有較好的市場發展前景。但是對纖維染色后，棉纖維表層棉蠟熔化，加上染料分子的滲透會導致纖維發澀、彈性較差、容易扭結在一起，纖維單強有所下降，纖維間抱合力減弱，可紡性能明顯下降。采用賽絡紡的工藝進行紡紗，在紡紗過程中，纖維會經過兩次包纏，因此減少纖維在紗體上的外露，從而達到降低毛羽、提高單紗強力、改善紗線條干CV值等目的。目前色紡是紡織業中的朝陽產業，所以對優選生產賽絡滌棉色紡紗的細紗工藝，找出最合適的生產工藝，具有一定的實際意義。
試驗條件：賽絡A紗的粗紗定量為3.1g/10m，賽絡B紗為純棉精梳紗，粗紗定量分別為3.6g/10m、4.0g/10m、4.6g/10m。紡紗時溫度25℃，濕度76%，滌棉實際回潮率6.5%。
試驗方案：在采用相同成分的原料、相同的錠速，試驗采用L9（34）正交設計，為粗紗定量（A）、粗紗中心距（B）和細紗捻系數（C）三因素三水平正交試驗。其中賽絡B紗粗紗定量因素三水平：A1（3.6g/10m）、A2（4.0g/10m）、A3（4.6g/10m）;粗紗中心距因素三水平：B1（6mm）、B2（8mm）、B3（10mm）;細紗捻系數因素水平：C1（330）、C2（350）、C3（370）。
當選用的賽絡B紗粗紗定量為3.6g/10m時，則賽絡紡粗紗總定量和為6.7g/10m，所以選用細紗機的機械牽伸倍數為23.39;當選用的賽絡B紗粗紗定量為4.0g/10m時，則賽絡紡粗紗總定量和為7.1g/10m，所以選用細紗機的機械牽伸倍數為24.48;當選用的賽絡B紗粗紗定量為4.6g/10m時，則賽絡紡粗紗總定量和為7.7g/10m，所以選用細紗機的機械牽伸倍數為28.30。
紗線的性能測試是在標準的恒溫恒濕實驗室進行的，所有的紗線實驗在溫度22℃，相對濕度62%的環境下進行測試。單紗的斷裂強力和斷裂伸長率等性能測試采用YG068C全自動單紗強力儀，上下夾持50cm，拉伸速度為0.5m/min，測試次數為10次，取其平均值。測試指標：單紗斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂功。單紗的條干均勻度測試采用Uster Tester 5條干測試儀，測試速度為400mm/min，測試時間為0.5分鐘，測試次數為3次，取其平均值。選擇條干均勻度變異系數、細節-50%、粗節+50%及棉結+200%作為評價指標。采用YG172A型紗線毛羽測試儀測試紗線毛羽，測試速度為30m/min，取10個片段，每個片段的長度為10米，測10組。
結果分析：紗線斷裂強力和斷裂伸長率在試驗2時明顯最好，其他試驗號波動較小且遠遠低于試驗2;紗線條干CV值波動較大，試驗1、2、3、5條干低于12%較好，而實驗4、6條干過差;3mm以上有害毛羽數量除試驗1過大外其他試驗變化較小，試驗2有害毛羽數最少。整體看來，試驗2各項紗線性能較好;試驗1紗線毛羽較多，試驗4＼6斷裂強力和伸長率較小且紗線條干較差，各項紗線性能較差。
各因素對20s賽絡滌棉色紗紗線斷裂強力影響程度排序為A>C>B，粗紗定量為顯著影響最大，細紗捻度次之，粗紗中心距影響最小。由于各因素對單紗斷裂強力影響使得其越大越好，則斷裂強力之和大為較好水平，因此對于20s賽絡滌棉色紗其較優工藝方案為A1B2C3。各因素對20s賽絡滌棉色紗紗線斷裂伸長率影響程度排序為C>A>B，細紗捻系數顯著影響因素，粗紗定量次之，粗紗中心距影響較小。由于各因素對單紗斷裂伸長率影響使得其越大越好，則斷裂伸長率之和大為較好水平，對于20s賽絡滌棉色紗其較優工藝方案為A1B2C3。
對于20s賽絡滌棉色紗，粗紗定量對紗線強力、伸長、CV等各項性能有較大的影響，且選用較小的粗紗定量有利于提高紗線強力、降低紗線毛羽等;粗紗中心距對紗線毛羽影響較大，對其他紗線性能影響較小;細紗捻系數對于紗線強力、伸長、毛羽等各項性能有較大的影響且選用較大的細紗捻系數提高紗線強力、毛羽等性能。較小的粗紗定量、適中的粗紗間距和較大的細紗捻系數有利于提高賽絡滌棉色紗的紗線性能。
通過采用正交實驗紡制20s紗線，可以知道紡制20s賽絡滌棉色紗，粗紗定量是影響紗線強力和紗線條干的主要影響因素，適當降低粗紗定量有助于提高紗線強力和紗線條干;粗紗中心距是3mm以上有害紗疵的主要影響因素，適當提高粗紗中心距有助于降低3mm以上有害毛羽;對紗線伸長率影響最大的是細紗捻系數，較大的細紗捻系數有助于提高紗線伸長率。
（二）零件改進設計案例
問題提出：研究導套的外徑、過渡圓角、底板壁厚對零件破損處（即過渡圓角處）應力集中的影響。
試驗方案：選用三個可變因素：導套外徑A（mm）、過渡圓角B（mm）、底板壁厚C（mm）。每個因素分別取三個水平數。特安排了三因素三水平的正交試驗，水平尺寸的選取充分考慮到了零件在部件中的允許空間尺寸。選用L9（34）正交表進行試驗設計，這樣僅需要進行9次不同的計算。
結果分析：導套外徑203mm時圓角處應力最小，總體而言該因素影響不大;隨著過渡圓角半徑的增大，圓角處應力呈顯著的減小趨勢;底板厚度為32mm時圓角處應力最小，總體而言該因素影響也不大，加大厚度并不能有效減小過渡圓角處的應力。綜合上述三點，這是一個應力集中的問題，最有效的解決辦法就是增大圓角半徑，降低應力集中程度。
綜合起來A=203、B=15、C=32最好，這與極差分析得出的結論一致。而上述9次試驗并未出現該方案，故需追加試驗，試驗的結果是69MPa，這比前面9次試驗所得的結果都小，且明顯小于許用應力。
經過試驗得出該零件破損的主要原因是過渡圓角半徑過小引起較大的應力集中，進而找出了應力集中最小的解決方案，按所確定的尺寸制成的零件在使用中未出現任何問題。
（三）廢水處理改進案例
問題提出：納米TiO2光催化-SBR工藝處理印染廢水的研究。
試驗方案：采用偶聯劑法將納米TiO2附于聚丙烯多面小球上制備出小球填料，運用自行設計的“TiO2光催化-SBR”聯合工藝對實際印染廢水進行處理。假設：在正交試驗中光源強度和反應時間兩個因素都選取了由單因素試驗確定的最佳水平進行試驗操作。光源強度為4*30W，光照時間為120分鐘。進水水質穩定，SBR系統的水利負荷較低，短周期運行，則微生物的數量和性能、溶解氧都相對恒定。納米TiO2光催化小球膜層相對均勻，不易脫落。兩者其他條件相同，光催化試驗設計只考慮催化劑添加量、pH值、溶解氧濃度三個因素，SBR工藝的試驗設計只考慮暴氣時間和沉淀時間對試驗結果的影響。
試驗分為兩個部分的設計：一個是光催化實驗設計，另一個是SBR工藝的實驗設計。在光催化試驗設計中由于光催化的影響因素較多，最終選取了催化劑添加量、pH值、溶解氧濃度3個因素為正交實驗的因素，故本試驗采用正交法L9（34）進行試驗設計，以確定印染廢水光催化預處理工藝的最佳工藝條件。
結果分析：催化劑投加量、pH、溶解氧濃度為因素，因素有三個水平，文中計算出了K值、極差，最后做出了最有水平的組合及主要影響因素。在SBR工藝處理試驗結果的數據中，由于只有兩個因素，試驗指標只有一個，因此沒有做正交實驗，只作了線性相關實驗，可以較明顯的看到兩個因素對降解效果的影響。本試驗進行了單獨工藝的處理研究，然后再進行了聯合工藝的研究，印染廢水通過光催化處理后色度得到了大量的去除，同時B/C的值也得到了提高，表明光催化反應器提高了廢水的可生化性能，為后續的生物反應器的處理效果奠定了基礎;同時因為一部分CODCr、BOD5得到去除，使得后續的SBR工藝的進水負荷得到降低，大大提高了后續工藝的處理效果，使得整個工藝脫色率達到90%，CODCr去除率達到85%，其處理效果比單獨使用光催化或SBR均顯著，保證了出水的達標排放。
三、結論
通過案例教學，使得教學與科研相輔相成、相互促進，兩者實現了雙向互動，這對于培養新世紀研究型專業人才有很大的作用。
參考文獻：
[1]盛永莉.正交試驗設計及其應用[J].濟南大學學報，1997，7（3）：69-73.
