前言：中文期刊網精心挑選了科學現象及原理范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
科學現象及原理范文1
（湖北工程學院 計算機與信息科學學院，湖北 孝感 432100）
摘 要：借鑒CDIO工程教育理念，提出基于先修課程實踐項目的編譯原理教學方案。通過將編譯程序各階段分解成子任務，對應先修課程相關知識點，設計編譯原理先修課程的實踐項目。闡述如何引導學生進行自主研究性學習，以改善編譯原理課程的教學效果。
關鍵詞 ：編譯原理；先修課程；實踐項目；CDIO工程教育理念
基金項目：湖北省高等學校教學改革研究項目“基于CDIO工程教育理念的編譯原理課程教學改革”（2012367）。
第一作者簡介：李志敏，男，副教授，研究方向為計算機軟件與理論，2218538304@qq.com。
l 編譯原理課程簡介
編譯程序是重要的計算機系統軟件，它的設計和實現綜合應用了高級語言程序設計、計算機體系結構、形式語言與自動機理論、算法設計與分析、軟件工程等知識。編譯原理課程建立在高級語言或匯編語言的基礎上，運用編譯理論和技術來解決高級語言在機器上運行的實際問題[1]。
編譯原理的先修課程主要是高級語言程序設計、匯編語言程序設計、離散數學、數據結構與算法、操作系統等。編譯原理主要介紹編譯器實現過程中的詞法分析、語法分析、語義分析、中間代碼生成、目標代碼生成、代碼優化等各階段的核心算法，涉及形式語言與自動機等抽象概念，需要學生熟練掌握高級語言、數據結構、操作系統、軟件工程、匯編語言等課程的知識。精通高級語言及底層寄存器分配、內存管理等方面的內容。編譯原理課程在理論、技術、方法上為學生提供了系統而有效的訓練，有利于提高學生的計算機應用和系統開發能力。編譯理論中的形式化理論與技術不僅應用于編譯器設計，而且廣泛應用于人工智能、自然語言處理、網絡信息處理、多媒體技術及數據庫等領域。該課程的學習對于今后很多領域，如計算機軟件技術、計算機系統結構、人工智能系統的機器學習、并行處理技術等領域的理論研究具有深遠的意義。
2 基于先修課程教學方案的提出
由于編譯原理課程概念繁多、理論抽象、邏輯嚴密，廣泛而且深入地應用其他先修課程的知識。現行教材以編譯器各個階段的設計和實現為主，理論和實踐的起點都比較高，割裂了先修課程與編譯原理的內在聯系。學生普遍感覺不知從哪里找到學習的突破口，再加上從事編譯器設計工作的學生數量極少，絕大多數學生學習動力不足。
為提高編譯原理教學質量，借鑒CDIO工程教育模式的理念，提出基于先修課程實踐項目的編譯原理教學方案，如圖1所示。
CDIO模式倡導學生開展基于問題的學習、基于項目的學習、基于案例的學習等多種自主研究性學習方法，加強學生實踐創新能力訓練[2-6]。
由于編譯原理課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，通過實踐項目驅動，可以引導學生帶著問題，進行自主研究性學習，從而真正掌握編譯技術及其在各個領域中的應用。
如圖1所示，教師將編譯程序各階段分解成子任務，找出他們相關聯的先修課程實踐項目。在實驗前，教師提供編譯程序框架平臺和先修課程實踐項目，讓學生借鑒和分階段設計編譯程序，在編譯程序框架平臺上，整合集成前端和后端程序，構造出完整的編譯程序平臺。
3 先修課程實踐項目的設計
在教學中，以PL/0編譯程序為教學模型。PL/0是Pascal語言的子集，具備一般高級語言的典型特點。PL/0編譯程序包含了高級語言程序實現的基本組織、技術和步驟。為降低編譯程序設計的難度，針對編譯每個階段，結合C語言程序設計和數據結構課程，可以設計若干相關先修課程實踐項目[7]。
3.1 PL/0編譯程序的詞法分析
（1）識別保留字和標識符。設有一張保留字表。對每個字母開頭的字符串（包含若干字母和數字），都要查找保留字表。若查找到則為保留字，將對應的類別放在sym中，否則標記為用戶定義的標識符。標識符將ident放在sym中，標識符本身的值放在id中。
（2）拼數和拼復合詞。當所取單詞是數字時，將數的類別number放在sym中，數值本身的值存放在num中。對兩個字符組成的復合詞算符，識別后將類別送sym中。
（3）識別單字符單詞。識別單一運算符和界限符。
（4）濾空格?？崭袷浅绦虿豢扇鄙俚慕缦薹?，但在語法分析中無用，必須濾掉[8]。
依據以上詞法分析的任務，教學過程中設計如下先修課程實驗項目：
實驗1：字符類型統計。編寫程序，在終端用鍵盤輸入字符串，用符號#表示輸入結束。統計輸入的字符串中空格符、制表符、換行符的個數，并顯示統計結果。
實驗2：判斷程序中begin和end是否匹配，并統計匹配次數。程序存放在txt文件中或用鍵盤直接輸入。
實驗3（農夫過河問題）：本實驗項目用于自動機狀態轉換和單詞識別的實現。
實驗4：設計PL/0源程序掃描器，去除空格和注釋及其他無關字符后得到單詞的集合。
實驗5：用自動機識別無符號數；要求能夠識別整數，帶小數的無符號數以及帶指數形式的無符號數。
實驗6：設計識別
關鍵詞 、標識符等類型單詞的程序。
3.2 PL/0編譯程序的語法分析和語義分析
PL/0語法分析同時也根據程序的語義生成相應的代碼，并提供了出錯處理的機制。本階段一般采用自上而下的遞歸下降子程序法。
語法分析從讀入第一個單詞進行分析作為初始符號的非終結符“程序”，也就是從非終結符“程序”對應狀態轉換圖的初始狀態出發開始分析。假設當前單詞是a，分析器處于狀態p，若讀入單詞a后轉換到狀態q，則分析器進入狀態q。再讀取下一個單詞繼續分析。如果當前單詞是非終結符A，分析器處于狀態p，若讀入A后轉換到狀態q，則分析器調用A對應的處理子程序，分析完后，分析器進入狀態q。如果當前單詞是終結符，則判斷當前讀入的單詞是否與狀態轉換圖的終結符匹配。若匹配，則執行相應的語義分析程序（即翻譯程序）。并且繼續讀取下一個單詞進行分析。如果遇到分支點時，將對分支點上的多個符號逐個分析，若都不匹配時出錯[9]。
依據以上語法和語義分析的任務，教學過程中設計如下實驗項目，主要體現棧結構和遞歸的應用。
實驗7（數字翻譯器）：輸入一個正整數N，輸出它的英文表達。例如：輸入1，輸出one。輸入12，輸出twelve。輸入135，輸出one hundred thirty five。
實驗8（魔王語言翻譯）：有一個魔王總是使用自己的一種非常精練而又抽象的語言講話，沒有人能聽得懂，但他的語言是可以逐步解釋成人能聽懂的語言，因為他的語言是按照兩種形式的規則由人的語言逐步抽象上去的：
（1）α β1β2……βm
（2）（θδ1δ2……δn)θδnθδn-1……θδ1θ
在這兩種形式中，從左到右均表示解釋。試寫一個魔王語言的解釋系統，把他的話解釋成人能聽得懂的話。用下述兩條具體規則和上述規則形式（2）實現。設大寫字母表示魔王語言的詞匯；小寫字母表示人的語言詞匯；希臘字母表示可以用大寫字母或小寫字母代換的變量。魔王語言可含人的詞匯。
（1）B tAdA
（2）A sae
該實驗項目通過一組語法規則，將含有非終結符的單詞序列變為句子。
實驗9（表達式求值）：從鍵盤輸入中綴表達式，含+，-，*，/以及圓括號“（”和“）”。先將其轉換為后綴表達式，然后再利用后綴表達式求值。
3.3 PL/0編譯程序的錯誤處理
發現語法錯誤時，對于容易校正的錯誤，例如缺失逗號或分號的錯誤，則指出出錯位置，并補上逗號或分號。對于難以校正的錯誤，跳過一些單詞符號，直到讀入一個能使編譯程序恢復正常語法分析工作的單詞為止。
發現語義錯誤時，只給出錯誤信息和出錯位置，編譯工作繼續進行。
對運行錯誤，例如溢出越界等，只能在運行時給出錯誤信息，PL/0編譯程序無法給出源程序的錯誤位置。
依據以上PL/0編譯程序錯誤處理任務，教學過程中設計如下先修課程實驗項目：
實驗10（表達式求值）：從文本文件input.txt中讀取若干中綴表達式，中綴表達式之間用“；”隔開。轉換為后綴表達式存放在臨時temp.txt中，然后從temp.txt讀取后綴表達式，完成計算，將計算結果存在input.txt中。要求能進行錯誤處理。
3.4 PL/0編譯程序中符號表的設計與實現
PL/0編譯程序中符號表采用單表組織，所有嵌套的作用域共用一個全局符號表。為處理方便，符號表設計為棧結構。對符號表的維護主要有3種操作：登錄、查詢、刪除。
依據以上PL/0編譯程序符號表的設計與實現思路，教學過程中設計如下先修課程實驗項目，熟悉查找算法和棧的基本操作和應用：
實驗11（二叉樹的基本操作）：將詞法分析得到的記錄以二叉樹的結構存儲并給出查找、刪除算法。
實驗12（Hash表的基本操作）：將詞法分析得到的記錄進行散列存儲。
實驗13（停車場管理）：設停車場是一個可停放n輛汽車的狹長通道，且只有一個大門可供汽車進出。汽車在停車場內按車輛到達時間的先后順序，依次由北向南排列（大門在最南端，最先到達的第一輛車停放在車場的最北端），若車場內已停滿n輛汽車，則后來的汽車只能在門外的便道上等待，一旦有車開走，則排在便道上的第一輛車即可開入；當停車場內某輛車要離開時，在它之后進入的車輛必須先退出車場為它讓路，待該輛車開出大門外，其他車輛再按原次序進入車場，每輛停放在車場的車在離開停車場時必須按它停留的時間長短交納費用。試為停車場編制按上述要求進行管理的模擬程序。
3.5 PL/0程序運行時存儲組織與管理
在編譯階段進行的存儲空間分配工作稱為靜態存儲分配。在運行階段進行的存儲空間分配工作稱為動態存儲分配。PL/0采用棧式存儲分配方法。依據以上存儲組織與管理的任務，教學過程中設計如下實驗項目，主要體現棧結構的應用：
實驗14（N階Hanoi塔問題）：要求學生以N=3為例，顯示執行過程中遞歸工作棧狀態的變化情況。執行過程包括從主函數進入遞歸函數到退出遞歸函數返回主函數。
3.6 PL/0編譯程序完整設計
完整的編譯程序設計較為復雜，為了讓學生熟悉編譯程序各個階段，先要求學生改編實驗10（表達式求值），作為編譯器設計的預備實驗。
實驗15（簡單的表達式翻譯器）：給出C語言編寫的翻譯器，它將用分號隔開的若干個中綴表達式序列翻譯成后綴表達式序列。表達式由數字、標識符、操作符（+，-，*，/，div，mod）構成。要求翻譯器包括詞法分析、語法和語義分析、符號表、出錯處理等編譯程序模塊[10]。
4 結 語
通過對2012—2014年計算機科學與技術專業3屆學生觀察分析，絕大多數學生對該課程的重要性有比較清楚的認識，對課程的重視程度普遍提高，能保持濃厚的學習興趣。80%學生能完成詞法分析程序、語法分析程序、中間代碼生成等基礎實驗模塊。半數學生可以獨立完成編譯器設計工作流程。其余學生在教師的指導下，也能順利完成。
實踐表明，通過先修課程的實驗項目，將難懂的編譯原理與學生已有的基礎知識與技能相結合，起到降低編譯程序設計門檻的效果。同時進一步鞏固先修課程的理論和方法，使學生找到學習編譯原理的切入點和興趣點，提高了實際動手能力，增強了編譯原理課程教學實效。
參考文獻：
[1] 王改芳, 龔君芳, 李圣文, 等. 編譯原理課程實踐教學改革探索[J]. 實驗技術與管理, 2009(12): 130-131.
[2] 張彥春, 王孟鈞. 基于課程的教學質量保證體系構建與運行[J]. 中國大學教學, 2012(8): 73-75.
[3] 何炎祥, 伍春香. 現代教學理論指導下的“編譯原理”教學綜合改革[J]. 計算機教育, 2010(1): 46-49.
[4] 羅高涌, 張瑾. 基于CDIO 模式校企合作辦學工程應用型人才培養模式研究[J]. 高教探索, 2011(5): 71-75．
[5] 查建中. 工程教育改革戰略“CDIO”與產學合作和國際化[J]. 中國大學教學, 2008(5): 16-19.
[6] 陳艷, 魏星, 李志梅. CDIO工學教學模式在數據庫應用技術教學中的應用[J]. 教育探索, 2013(3): 136-137 .
[7] 蔣宗禮, 姜守旭. 形式語言與自動機理論[M]. 2版. 北京: 清華大學出版社, 2013: 269-276.
[8] 張素琴, 呂映芝. 編譯原理 [M]. 北京: 清華大學出版社, 2005: 13-27.
[9] 陳應明, 馬俊杰, 張懷慶. 編譯原理[M]. 北京: 冶金工業出版社, 2004: 13-43.
科學現象及原理范文2
（1）如圖1中甲所示，在一個配有活塞的厚玻璃筒里放一小團蘸了乙醚的棉花，將活塞迅速壓下去，觀察現象。
（2）如圖1中乙所示，在大口玻璃瓶內裝入少量水，并滴入幾滴酒精，用氣筒往瓶里打氣，當塞子跳出時，觀察瓶內的變化。
這兩個實驗的現象都比較明顯，實驗甲可以觀察到：棉花燃燒，玻璃筒內發光；實驗乙可以觀察到：活塞跳出的瞬間，瓶中出現白霧。
然而，教學中卻常常存在兩個問題，一是實驗現象雖然明顯，學生卻未能充分感知。尤其是實驗乙，學生往往只是注意到“活塞跳出”，而忽視“瓶內出現白霧”這一關鍵現象。二是實驗分析時，不少學生難以從實驗現象及有關知識，經邏輯推理得出實驗結論，只是機械地記住了實驗現象和結論。這兩個問題間又有著縱向聯系，即實驗觀察對實驗分析有直接影響。
2 原因分析——實驗原理不理解
以上問題的存在，是由于學生不理解相關實驗原理而導致的。這里所說的實驗原理，并不是僅僅指實驗所要說明的科學道理。廣義地講，實驗原理是實驗方法、實驗裝置和器材、實驗過程、實驗結果分析等所依據的科學道理。這樣說來，一個實驗中往往會包含多條實驗原理，其中實驗要說明的科學道理是核心原理，同時還有其它非核心的、但必須清楚的原理。這兩個實驗的核心原理是“外界對物體做功，可以使物體內能增加；物體對外做功，物體的內能會減少。”而“燃燒的條件、液化的方法、乙醚的理化性質、棉花和酒精在實驗中的作用”等都是實驗中必須清楚的、非核心的原理。對這些原理是否理解會直接影響實驗現象的觀察、分析和實驗結論的得出。
首先，由于不理解實驗原理，特別是不清楚乙醚、棉花、酒精等在實驗中的作用，會導致實驗觀察對象不明確，未能將觀察的焦點聚集在相應的對象上，這樣現象雖然發生了，卻沒有被捕捉到。一方面，這兩個實驗雖然現象比較明顯，但現象持續的時間很短。實驗時，如果不明確應該重點觀察什么，就容易錯過觀察實驗的最佳時機。另一方面，一個實驗中如果有多種現象同時發生，其它現象對關鍵現象的觀察會產生干擾。如實驗乙中，關鍵現象是“瓶內出現白霧”， 但實驗中“塞子跳出及其伴隨的響聲”和“出現白霧”的現象幾乎同時發生，且“塞子跳出及其伴隨的響聲”對學生的感官沖擊更大，干擾學生對“白霧”這一關鍵現象的觀察。對實驗現象缺乏充分的感知，最終對實驗分析構成障礙。
其次，這兩個實驗中，實驗現象和所研究問題的聯系是間接的，比如“壓縮空氣做功”實驗中，實驗對象是空氣，而實驗中并沒有直接顯示出空氣的內能變化，顯示的是棉花燃燒，需要結合燃燒的條件以及內能的有關知識，才能間接得出“壓縮空氣，空氣內能增加”這一結論。同樣，“氣體對外做功”實驗，要結合液化的條件進行分析，才能間接得出“對外做功，內能減小”的結論。學生雖然知道“燃燒條件、液化方法以及內能的基礎知識”等與這個實驗相關的原理，但要以逆向思維的方式應用這些原理來分析實驗，還有一定困難，從而導致一些學生只是機械記憶實驗現象和結論。
3 問題解決——實驗原理緊相扣
從分析可知：緊扣實驗原理，通過引導讓學生充分理解相關實驗原理，是有效解決以上問題的基礎。
3.1 聯系實際 初識核心原理
“做功能改變物體的內能”是這兩個實驗核心原理的上位原理，在實驗前，需先習得這一原理。人教版9年級《物理》教材中，安排了如圖2所示的圖片，就是為了讓學生在相關生活經驗的基礎上，通過教師引導，習得“做功可以改變物體的內能”這一原理，同時也對實驗的核心原理有了初步認識。
3.2 運用原理 引導實驗分析
案例甲：“壓縮氣體，內能增大”的實驗分析過程。
學生先通過閱讀，了解實驗內容和實驗操作步驟。
[釋疑]①乙醚是一種易燃物質，著火點160℃，易揮發；②“活塞迅速壓下去”的過程，是外力通過活塞對玻璃筒中空氣做功的過程。
[引導]已知“做功可以改變物體的內能”，而“改變”可能是內能增加，也可能是內能減少。請預測：如果“活塞迅速壓下去”，玻璃筒中空氣的內能增加，則可能會觀察到什么現象？
[學生預測]如果“活塞迅速壓下去”，玻璃筒中空氣的內能增加，可能會觀察到棉花燃燒。因為空氣內能增加，溫度升高，達到乙醚的著火點，再加上玻璃筒內有空氣，乙醚會燃燒，并引燃棉花。
案例乙：“氣體對外做功，內能減小”的實驗分析過程。
學生先通過閱讀，了解實驗內容和實驗操作步驟。
[釋疑]①酒精易揮發，密封的瓶內充滿著酒精和水混合蒸氣；②給瓶內打氣，瓶內氣壓不斷增大，導致瓶塞跳出。瓶塞跳出的瞬間，瓶內高壓氣體對瓶塞做功，這是瓶內氣體對外做功的過程，和上一個實驗是相反過程。
[引導]已知“做功可以改變物體的內能”，而“改變”可能是內能增加，也可能是內能減少。請預測：這個實驗中，瓶內蒸氣的內能是增加還是減少？
[引導]瓶內的混合蒸氣可以顯示此時瓶內氣體內能的變化情況，重點觀察此時瓶內出現什么變化。問：如果瓶內蒸氣內能減少，可能會觀察到什么現象？
[學生預測]如果瓶塞跳起的瞬間，瓶內蒸氣的內能減少，溫度會降低，蒸氣液化，可能看到白霧。
3.3 演示實驗 驗證實驗預測
每個實驗分析后，分別通過演示實驗來驗證學生的預測是否正確，并分別得出實驗結論：外界對物體做功，可以使物體內能增加；物體對外做功，物體的內能會減少。
3.4 綜合比較 理解核心原理
[討論]請用“能量轉化的觀點”來解釋以上實驗結論。
通過討論，學生理解了做功改變物體內能的實質。
4 反思感悟——實驗分析有方法
理解實驗原理，是進行實驗分析的基礎。緊扣實驗原理來分析實驗，基本過程如下：首先，明確實驗的目的、內容和要求；其次，認真研究實驗涉及的各種相關原理，明確實驗要素；再次，確定操作要點、注意事項和實驗重點觀察對象；最后，進行實驗操作及分析。實驗分析可以是實驗后對現象的分析，也可以是實驗前的預測性分析，再通過實驗來驗證。其中“明確實驗要素”和“預測性分析”具體闡述如下。
4.1 緊扣實驗原理 剖析實驗要素 明確觀察對象
大量實驗事實說明，一個成功的物理實驗一般由3個部分組成，即實驗對象、實驗源、實驗效果顯示器。實驗對象，也就是實驗的研究對象，當它接受作用到它上面的“信號”后，會產生一定的效應，從而顯示某些現象或者揭示某些規律。實驗源，也就是實驗的“信號”發生器，由它發出的“信號”作用到實驗對象上，會產生一定的實驗效果。實驗效果顯示器，是用來顯示實驗對象接受“信號”后產生的效應或實驗效果的裝置。比如“氣體對外做功”實驗中，實驗對象是酒精和水混合的蒸氣，實驗源是混合蒸氣膨脹，實驗效果顯示器是混合蒸氣發生液化。
在實驗原理的基礎上，剖析實驗的三要素，則為實驗觀察、實驗分析奠定了良好的基礎。
科學現象及原理范文3
實驗題一直是高考的熱點，同時也是考生備考的難點。而隨著課改的深入，生物實驗命題不斷呈現出新的發展動向：如從對實驗現象和結果的分析、解釋向實驗設計方向發展；從驗證性實驗的考查向探究性實驗及研究性課題方向發展；從單純的實驗題向主干知識與實驗相結合的綜合性試題發展等。以實驗為命題素材的試題，其考查內容主要包括實驗原理、實驗目的和假設、實驗方法和步驟、實驗現象的觀察、結果的預測以及相應的結論和分析等，要求設計出科學、合理、嚴謹、簡單的實驗方案，培養使考生終生受益的生物學素養。備考時，考生應該結合教材中的實驗類型進行分類歸納：
1.以教材實驗內容為背景的實驗題，主要考查的是對教材實驗的實驗目的、原理、方法和操作步驟的理解，以及對實驗材料及試劑作用的認識。因此，熟知每個實驗的目的、原理、方法和步驟、試劑的濃度及作用、實驗材料的選取原則等，是解答此類試題的關鍵。
實驗目的的確定，常依據實驗原理，結合實驗材料，從試題提供的信息中找到解題的切入點，并用恰當的語言進行描述。在具體書寫時，一般是“觀察什么”“探究什么”或“驗證什么”。本題中，依題題目要求，“設計一個檢測稻米新鮮程度的簡易實驗”可獲得本實驗目的是判斷待測稻米的新鮮程度。
實驗原理是實驗設計的依據和思路。實驗原理的運用是解題的根本，每一道實驗題都有其原理，充分理解和運用其原理，就能找到問題之所在。
2.驗證性實驗是指實驗者針對已知的實驗結果而進行的以驗證試驗結果、鞏固和加強有關的知識內容、培養基本的實驗操作能力為目的而進行的重復性實驗。分析型驗證實驗，以“對實驗現象和結果的解釋、分析”為主要的考查內容，同時也涉及一些簡單的實驗方法及技能的考查，因此，此類試題應借助于所學基礎知識，結合題目信息，作出合理的解釋。對于設計型驗證實驗，則需要明確一般的解題思路：明確實驗目的弄清實驗的原理及相關的知識點確立完成實驗的關鍵條件考慮每一材料用具可能的作用設計實驗方案（①實驗步驟或實驗裝置圖；②觀察記錄試驗結果；③分析討論，得出結論）。
科學現象及原理范文4
關鍵詞：探究性實驗；驗證性實驗；解題方法
生物是一門實驗性科學，生物學實驗是學生掌握生物科學理論的最重要輔助手段。實驗設計及實驗原理，步驟，結果與結論分析是歷年高考分值最重，區分度最大，學生失分最嚴重的部分，把握實驗設計的常規規律方法，熟習實驗考查的幾種典型模式的解題技巧是減少本題型失分的重要舉措，特別是針對探究性實驗與驗證性實驗的解題策略，更是每位考生必備的功底。以下就如何答好這兩種題型，談一談我自己的看法。
一、探究性實驗與驗證性實驗的區別
1.探究性實驗：指實驗者在不知曉實驗結果的前提下，通過自己的實驗，探究分析和研究得出的結論，從而形成科學概念的一種認識活動。
2.驗證性實驗：指實驗者針對已知的實驗結果而進行的以驗證實驗結果，鞏固和加強有關知識內容，培養實驗操作能力為目的的重復性實驗。以下是兩類實驗比較的項目：
1）實驗目的前者探索研究對象的未知屬性，特征及其與其他因素的關系；后者驗證已知對象的已知屬性，特征及其與其他因素的關系
2）實驗假設前者假設的形式表達，是根據現有科學理論事實，對所有要研究的對象設想出一種或幾種可能性的答案解釋設一般采用“如果A，則B”；后者因結論是已知的故不存在假設問題
3）實驗原理前者因探究內容而異；后者因驗證內容而異
4）實驗步驟前者應有的實驗步驟實際未完成，實驗步驟要自己設計；后者應有的實驗步驟，可以是曾經做過的或尚未做過的
5）實驗現象和預期結果前者未知，應對應假設分類討論；后者已知
6）實驗結論前者對應實驗目的作出探究結論；后者對應實驗目的作出肯定結論
二、兩類實驗設計中遵循的原則
1.科學性原則。包括實驗原理的科學性，實驗材料的科學性，實驗方法及實驗結果處理的科學性。
2.對照性原則。生物學實驗中為增強實驗的可靠性與可信度，設置科學，合理的對照可以使實驗方案簡潔明了且使實驗結論更有說服力。對照組類型如下:
1）空白對照:不給對照組以任何處理.
2）自身對照:實驗組和對照組都在同一實驗對象上進行.如植物細胞質壁分離和復原實驗
3）條件對照：給實驗對象施以某種實驗處理，這種處理是作為對照意義的?；蛘哒f這種處理不是實驗假設所給定的實驗變量意義的。
4）相互對照：不單獨設置對照組，而是幾個實驗相互對照。
3.單因子變量。要驗證誰則把誰作為變量。
4.平行重復原則。在使用中可以通過在一組實驗中同時處理多個材料來體現重復性原則。
5.隨機性原則。被研究的樣本是從總體中任意抽取的，可以消除或減少系統誤差，平衡各種條件，避免實驗結果中的偏差。
［1］實驗設計的思路及方法
⒈了解題目要求，從題干中找答案。
⒉寫出實驗名稱：指出是什么實驗，判斷是驗證性還是探究性實驗。一般有“驗證，證明”等詞為驗證性實驗；有“探究，能否，是否”等詞為探究性實驗。
⒊寫出實驗目的:在判斷基礎上，明確目的，一般在題干中有“驗證……”，“證明……”，“探究……”其后內容就是實驗目的，但有些要提煉要點。
⒋實驗原理。這對所學知識運用要求較高，需多方考慮完成此實驗的理論依據是什么。
⒌設計實驗方案（步驟），一般情況要出現以下幾點：
①．如果需要提取，配制，處理實驗材料則把提取，配制等操作放在第一步。
②．分組編號。研究對象，器皿等要編組標號，設立實驗組和對照組；注意控制無關變量，在措辭中往往有“相同”“一致”等字眼。如果有測量應測量記錄初始值。
③．實驗處理。分別對實驗組和對照組施加單一變量；實驗處理要遵循“單一變量和對照原則”。
④．培養（或飼養），觀察，記錄等。依然在措辭中體現對無關變量的控制，經常有“相同條件下”，以上條件滿足后，要明確注明“其他條件適宜且相同?！?/p>
⒍通過對實驗結果（現象）的處理，綜合分析得出實驗結論
實驗結果即實驗過程中觀察到的實驗現象或收集到的數據，實驗結論則是通過對實驗結果的分析得出的定性表述，結論要依據實驗原理并與實驗目的相對應。驗證性實驗一般有一種結論，而探究性實驗可能有多種結論。
四、例題比較
以鑒定某人是否出現糖尿病為例對兩種實驗類型進行對比。兩類實驗的原理（斐林試劑與可溶性還原糖作用出現磚紅色沉淀）、步驟相同（與教材同），不同表現如下：實驗名稱前者為鑒定某人是否出現糖尿；后者是驗證某糖尿病患者尿液中含還原糖
實驗現象與預期結果前者出現或不出現磚紅色沉淀；后者出現磚紅色沉淀
科學現象及原理范文5
【關鍵詞】氧化說；現代氧化還原理論；比較研究
拉瓦錫的“氧化說”和現代“氧化-還原理論”的形成都是建立在大量的實驗事實和理論假設之上的，拉瓦錫的“氧化說”作為現代“氧化-還原理論”的雛形，又為現代“氧化-還原理論”的發展推開了一扇大門。歷史證明無論是對已有經驗進行理論總結，還是對假說和理論進行實踐檢驗，都會對科學的發展產生積極的影響。
一、理論內容比較
1.拉瓦錫的“氧化說”的理論內容
1777年9月，拉瓦錫綜合了前五年間的研究成果，向巴黎科學院提交了篇名為《燃燒概論》的論文，批判了燃素說的錯誤，全面、系統地闡述了新理論，即“燃燒的氧化學說”。其要點如下：（1）物質燃燒時放出光和熱；（2）物質只有在氧存在時才能燃燒；（3）空氣由兩種成分組成。物質在空氣中燃燒時吸收了其中的氧，因而增重；燃燒后所增加的重量恰等于吸收的氧氣的重量；（4）非金屬燃燒后變為酸，氧是酸的本質，一切酸中都含有氧元素。金屬煅燒后變為煅灰即金屬氧化物。[1]這一以氧為中心的燃燒理論徹底顛覆了整個化學領域的面貌，正如恩格斯所言，它“使過去在燃素說形式上倒立著的全部化學正立過來”。
2.現代“氧化-還原理論”的理論內容
現代“氧化-還原理論”的內容主要分為兩個階段，前期的現代“氧化-還原理論”是以化合價為基礎的發展階段，后期則發展為現代“氧化-還原”的電子理論階段。前期的現代“氧化-還原理論”從化合價的角度揭示了氧化還原反應的宏觀表現，主要內容歸納如下：在化學反應過程中，元素化合價（氧化數）升高的過程叫做氧化，元素化合價（氧化數）降低的過程叫做還原。在化學反應過程中，如果有元素化合價變化，即為氧化還原反應。后期的現代“氧化-還原理論”則從微觀上揭示了氧化還原反應的本質，主要內容歸納如下：若一個化學反應發生了電子的轉移，即包括電子的得失或偏移，則該化學反應是氧化還原反應?；蟽r（氧化數）升高，即失電子的反應是氧化反應，發生該反應的物質是還原劑；化合價（氧化數）降低，即得電子的反應是還原反應，發生該反應的物質是氧化劑。
二、研究方法比較
1.拉瓦錫的“氧化說”建立過程中應用的研究方法
（1）重視觀察和實驗的研究方法。1774年，拉瓦錫用錫和鉛做了化學史上著名的金屬煅燒實驗，在實驗事實面前，拉瓦錫向燃素說提出了挑戰，他認為金屬煅灰的增重是金屬與空氣化合導致的結果，與燃素無關。氧氣的發現促使拉瓦錫成功地完成了加熱汞煅灰的實驗，再次證明了拉瓦錫上述觀點的合理性和正確性，同時證明了質量守恒定律。此后，拉瓦錫又做了大量的燃燒試驗，包括金屬的煅燒，非金屬的燃燒，氧化物的熱分解，以及大量有機物的燃燒試驗，來證明其觀點。由此可見，拉瓦錫極其重視觀察和實驗的研究方法。[2]唯物辯證法認為，任何事物都是質和量的統一體，化學物質亦是如此。在拉瓦錫之前的波義耳、普利斯特里、卡文迪許等著名化學家就已經開始在化學實驗中運用天平進行定量研究了，但是拉瓦錫將以量求質的思想應用到定量實驗中，否定了燃素的存在，揭示了燃燒過程的本質。對于金屬煅燒的增重來源，非金屬燃燒是否增重等一系列問題，燃素說已經無法給出定性的解釋。拉瓦錫通過金屬煅燒實驗，尤其是加熱汞煅灰的實驗進行定量分析，證明了是氧氣參加了變化。十八世紀的化學家們用天平以量求量，而拉瓦錫卻用其作為揭示自然界規律的重要科學手段。[3]
（3）運用化學史的研究方法。拉瓦錫“氧化說”的建立不是完全嶄新的革命，而是以某種方式對舊理論揚棄（或重新組合）后再提出新理論的過程。為了研究在燃燒過程中空氣所起的作用，拉瓦錫對大量的化學史料進行了研究，在前人的研究成果中尋求理論支持，去偽存真，在各種不同的理論解釋中找到最適合自己的研究方向，最終建立一座嶄新的化學理論大廈。
2.現代“氧化-還原理論”建立過程中體現的研究方法：
（1）從宏觀到微觀，從現象到本質的研究思想。最初的氧化反應僅僅局限于燃燒反應，直到氫氣在氯氣中可以燃燒等實驗事實的發現之后，人們才開始意識到沒有氧氣的存在，燃燒同樣可以進行，氧化反應的概念由此拓展開來。化合價概念的提出，使氧化-還原理論有了突破性的發展。以化合價為核心的氧化-還原理論揭示了氧化還原反應的宏觀特征，即在任何一個氧化還原反應中都存在化合價的變化?；蟽r電子理論的建立，更是讓氧化-還原理論有了質的飛躍。以電子為核心的氧化-還原理論揭示了氧化還原反應的微觀本質，即任何一個氧化還原反應中都存在電子的轉移。從宏觀特征到微觀本質的探索歷程，充分體現了從宏觀到微觀，從現象到本質的研究思想和方法。
（2）由定性到定量的研究方法。現代“氧化-還原理論”建立的過程中體現了由定性到定量的研究方法。筆者認為拉瓦錫的“氧化說”可以作為現代“氧化-還原理論”發展歷程中的第一階段，以化合價為基礎的氧化還原理論是現代“氧化-還原理論”發展歷程中的第二階段，以電子為基礎的氧化還原理論則是現代“氧化-還原理論”發展歷程中的第三階段。雖然在第一階段的發展歷程中雖然也體現了定量研究，但那是粗糙的，原始的，更多的則是定性研究。在第二階段和第三階段的發展歷程中，伴隨著化合價理論的發展，化學家們對原子之間相互化合的形式、結構、性質等方面的認識逐步深化和發展?；蟽r電子理論的建立，發展了氧化還原概念，將氧化還原作用與得失電子相聯系。最為重要的是，對化合價的認識也從定性解釋過渡到定量計算，從半經驗性、半精確計算發展為全電子計算。[4]對現代“氧化-還原理論”的研究正式進入了微觀的定量計算階段。
（3）辯證統一的思想方法?，F代“氧化-還原理論”的建立過程中體現了辯證統一的哲學思想。作為氧化反應的對立反應，還原反應概念的提出與氧化反應并不是在同一個時期，它的提出是在氧化反應之后。最初，氧化反應和還原反應的對立關系并不被化學界認可，但在大量的實驗事實驗證之后，氧化反應和還原反應的對立關系得到了充分的肯定。在二十世紀初，電子發現后，人們發現氧化反應包含電子的失去，而不一定得到氧，并且氧化反應和還原反應都涉及到電子的轉移。在氧化反應被定義是失去電子的反應，還原反應是得到電子的反應后，研究發現，這兩個反應總是同時出現。此時，兩個反應聯合在一起稱為氧化還原反應。氧化反應和還原反應既存在共性的一面，即反應都涉及電子的轉移，并且在任何一個氧化還原反應中，兩者是同時發生，同時存在的。與此同時，兩者又存在對立的一面，即一方失去電子，另一方則得到電子的相反的反應歷程。辯證統一的哲學思想在這一科學發展歷程中體現的淋漓盡致。
三、理論及現實意義比較
1.拉瓦錫的“氧化說”建立的理論及現實意義
拉瓦錫“氧化說”的建立，堪稱一場全面的“化學革命”，在化學發展的歷史進程中具有里程碑式的意義，主要體現在以下幾個方面：
第一，拉瓦錫“氧化說”的建立了燃素說的百年統治，使過去以燃素說形式倒立著的化學正立過來。拉瓦錫“氧化說”的建立意味著神秘虛幻的燃素已經被真實的化學物質—氧所替代，拉瓦錫徹底擺脫了舊理論的禁錮，從根本上顛覆了百年來被倒置的觀念，建立了嶄新的科學的燃燒理論。
第二，在化學領域證實了物質不滅原理或質量守恒定律，并引入了現代化學方程式的雛形。古希臘哲學家一直堅信的“物質不能無中生有和有中變無”的思想，在拉瓦錫的定量分析實驗中得到了證實。他還寫出了現代化學方程式的雛形：葡萄汁=碳酸+酒精。質量守恒定律的提出、證實和運用在拉瓦錫“氧化說”的建立過程中得到了充分的論述。
第三，確立了新的元素觀。元素概念經過了一個混沌的時期：元素被當成了化合物，化合物又被當成了元素等等。過去，燃素論者認為錫、鐵等金屬是由燃素和煅渣構成的化合物，“氧化說”則認為煅渣是金屬和氧結合的化合物，金屬才是元素。拉瓦錫制定了化學史上第一張化學元素表，使人們在根本上改變了對元素觀念的認識，促進了化合物系統命名法的產生。
2.現代“氧化-還原理論”建立的理論及現實意義
現代“氧化-還原理論”的建立是一個漫長而艱辛的過程，其建立過程就是人類對氧化還原的認知逐漸系統化的過程。時至今日，現代“氧化-還原理論”已經發展成為現代化學的核心理論之一，在科學領域具有極其重要的理論和現實意義，具體表現在以下幾個方面：
第一，現代“氧化-還原理論”為我們進行化學研究提供了重要的理論工具。有了現代“氧化-還原理論”的理論支持，我們可以從宏觀到微觀，從現象到本質，對一系列氧化還原現象進行深入探究，把握其實質。現代“氧化-還原理論”是被實踐證明是正確的理論，也必將經歷實踐，認識，再實踐，再認識的過程?，F代“氧化-還原理論”作為化學研究的重要理論工具，在被不斷使用的過程中也同樣在經受實踐的考驗。
第二，現代“氧化-還原理論”在實際生產和生活中應用廣泛，具有重要的社會價值和現實意義。煤炭、石油、天然氣等燃料的燃燒為人類的生產和生活提供了必需的能源；通過氧化還原的方法可以從礦石中提煉各種金屬；利用氧化還原的電子理論可以將化學能和電能進行轉化等。現代“氧化-還原理論”作為重要的理論支柱，來源于實踐，又反過來指導實踐，在各個領域中發揮著無可替代的作用。
第三，對于現代“氧化-還原理論”的研究有助于幫助研究者建立從宏觀到微觀，由現象到本質的哲學思維。縱觀氧化還原理論發展的歷程，氧化還原的化合價理論到氧化還原的電子理論的深入，充分體現了從宏觀到微觀，由現象到本質的哲學思維。對氧化還原理論認識的不斷深入、不斷充實、不斷具體，充分反映了人們對化學物質運動認識不斷深化的過程。人們的認知越深入化學物質運動的本質，其理論的表現形式就越抽象化，理論所揭示的客觀規律也就越深刻。
通過拉瓦錫的“氧化說”和現代“氧化-還原理論”的比較研究，筆者深刻地體會到，在科學的探索旅程中，我們要尊重事實、不迷信權威，勇于實踐。實踐是發現真理、檢驗真理的唯一標準?，F在大家公認的理論，也不是百分之百的正確，也存在某些缺點或錯誤，在科學的實踐中，要勇于克服缺點、糾正錯誤，向前發展。
參考文獻：
[1]張家治.化學史教程[M].第三版.太原：山西教育出版社，2004.
[2]郭寶章.世界化學史[M].廣西：廣西教育出版社，1992.
[3]袁翰青，應禮文.化學重要史實[M].北京：人民教育出版社，1989.
科學現象及原理范文6
關鍵詞：自主學習、實驗、探究
一、高中化學實驗自主引導式教學模式的指導思想
《基礎教育課程改革綱要（試行）》在論及基礎教育課程改革的具體目標時指出：“改變課堂實施過于強調接受學習、死記硬背、機械的現狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力”。
自主學習是與傳統的跟隨式教學相對應的一種現代化教學方式，以學生作為學習的主體，學生自己做主，不受別人支配，不受外界干擾，通過閱讀、聽講、研究、觀察、實踐等手段，使學生在知識與技能、過程與方法、情感、態度與價值觀等方面得到進一步發展。學生通過自主學習，學會如何去發現問題、解決問題；學會如何去總結經驗教訓；學會如何去觀察和了解世界；學會審美；學會與人交往；學會生存；學會獨立；也學會了如何團隊協作。自主學習是素質教育的內在要求。
高中化學是一門以實驗為基礎的學科，讓學生親自動手來進行實驗活動探究，在實驗過程中進行觀察現象、記錄數據、分析原理、合作探究，最后得出實驗的結論，以達到教學的目的。在整個實驗教學過程中，學生們會以全身心的狀態投入到自主學習中，愉快地完成學習任務，這也是自主學習的魅力所在。
二、高中化學實驗自主引導式教學模式教學流程
高中化學實驗自主引導式教學模式的教學流程基本為：分析實驗原理――明確實驗目的――創設問題情景――預設實驗過程――實驗實踐――記錄實驗數據和觀察實驗現象――分析實驗結論――反思與表達――制作實驗報告。
第一階段要求教師給學生提供一個實驗內容，比如金屬與非金屬的反應、氨的物理性質等。學生按照實驗內容來分析本次實驗的反應原理是什么。實驗原理是學生開展實驗活動的理論基礎，必須深刻理解實驗原理，并對實驗原理進行深入的分析和研究，這是開展化學實驗的前提。學生依據化學實驗原理寫出相應的化學反應方程式，以此做為理論依據，開展化學實驗的實踐活動。
第二階段要求學生要明確實驗目的。實驗目的是實驗的最終指向，在整個實驗過程中，一切都以實驗目的為導向，只有明確了實驗目的，學生在實驗過程中才能有意識的去記錄相關的實驗現象，去重點分析這些實驗現象，進而得出實驗結論。
第三階段要求教師給學生提供一個問題情境，并講解探究的步驟。設計問題情境一定要經過深刻的思考，問題情境一定要符合問題實際，并能讓學生容易理解和接受，讓學生們能夠感受到科學家們創造新知識的過程。
第三階段是實驗過程。在這個階段，老師們僅僅是對學生進行安全指導，以防止化學意外（爆炸、腐蝕等）的發生。整個實驗過程是由學生們獨立或合作來完成，以此來培養學生們的動手能力和團隊精神，實驗完成后，學生們會很有成就感，還能以此增強學生們對化學學科的興趣。
第四階段分析實驗結果、得出實驗結論。實驗過程中所記錄的實驗現象和數據，都是總結實驗結論的重要依據，實驗結果在一定的`差范圍內要求準確性和真實性，這就要求實際操作的學生具備良好的嚴謹性和客觀性，這也是一種搞科學的人員所必須具備的精神，對于學生們將來從事科學研究是一種財富。
1.實驗原理分析
焰色反應是某些金屬或它們的化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特征的顏色的反應。其原理是每種元素都有其個別的光譜。樣本通常是粉或小塊的形式。以一條清潔且對化學惰性的金屬線（例如鉑或鎳鉻合金）盛載樣本，再放到無光焰（藍色火焰）中。在化學上，常用來測試某種金屬元素是否存在于化合物中。
2.創設問題情境
逢年過節我國有放煙花的習俗，五顏六色的煙花在天空中綻放，景色十分美麗迷人。同學們玩過煙花嗎？同學們知道煙花是怎么制造的嗎？煙花發出的五顏六色是如何形成的？煙花發出各種顏色的原理是什么？同學們想不想親自做一下煙花的實驗呢？想不想自己通過實驗把顏色的原理搞清楚呢？通過以上情景的創設，想必很多學生已經在摩拳擦掌、躍躍欲試了。
3.實驗過程
首先是要準備各種實驗器材，實驗器材包括各種燈（酒精燈、酒精噴燈等）、各種金屬絲（鉑絲、燈泡鎢絲、回形針等）、多種金屬鹽（Ca、Li、Ba、Sr、Na、K、Cu等）、鈷玻璃片等。然后同學之間分工合作，有的同學負責實驗操作，有的同學負責記錄實驗現象等。
4.總結實驗結果
實驗結果整理可以由同學們獨立完成，也可以由同學們集體合作完成，如果是獨立完成，則需要各人分別完成后，同學間再相互對比各自的結果，通過比較找出產生不同現象的原因，以此達到完成實驗目的的效果。
三、高中化學自主引導式教學模式的教學實例
在《金屬及其化合物》這一章中，實驗3―1至實驗3―3是鈉的系列性質實驗，剛拋出實驗問題，同學之間就展開了討論：鈉什么顏色？會像銅？還是像鐵？鋁？鐵不會與水反應，鈉可以與水反應嗎？；鈉放進水中會像鐵一樣沉底嗎？諸如此類學生的問題接二連三的就出來了。學習就怕提不出問題，帶著問題去學習可以大大提高學生的學習興趣，課堂就活了！接下來的實驗操作及實驗結果的處理學生就能真正用心的完成。真正體現了教師主導學生自主的課堂氛圍。
四、高中化學實驗自主引導式教學模式對教師的要啟示
在高中化學課堂教學中，如何開展好實驗探究性教學，使新課程改革精神真正落到實處，教師必須認真做到以下幾點：
1.對學生要進行鼓勵。有的同學剛開始接觸實驗時是不敢操作的，總是擔心會出現意外，或者實驗的結論和別的同學不一樣，這時老師要對同學們進行鼓勵，，在探索中碰撞，在探討中進步。
2.要吃透教材。教師和學生都要吃透教材，教材是實驗操作的基礎，實驗具有一定的危險性，要嚴格遵守實驗操作規程，不可胡亂操作，安全第一。吃透教材更利于把握實驗中可能出現的各種實驗現象，對實驗結果就有了一種預判，便于掌控整個實驗教學課堂。
3.更新教學觀念。改變以往以教師為主體的教學模式，自主學習是以學生為主體，教師為主導的教學模式，以探索、研討為主線，以培養學生正確的科學態度和科學精神為終極目標。
參考文獻：
