实验设计方法精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇实验设计方法范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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1. 直接型根据假设的需要，用物理仪器直接测量某个物理量。例如：用刻度尺测长度，用温度计测物体的温度，用电流表测电流，电压表测电压等。这类实验是最基本的实验，主要要求学生能熟练掌握基本仪器使用。

2. 转换型由于器材的限制或者有些物理量是不能直接测量的，要把所测的物理量转换成测其它的物理量。这类实验主要注意转换的条件，转换的条件是转换和被转换的对象必须是学生熟知的、能够便于测量的关系。

例1：没有天平，只有弹簧，怎样测出一金属块的质量：那么转换的原理是m=G/g ，意思就是把测质量转换成测重力。

例2：测量某金属块的密度。器材有以下两组：①天平（含砝码）、量杯、水、细线；②弹簧秤、细线、足够的水。这里转换的原理就分别是ρ=m / v 和ρ=ρ水G / F浮。同样一个物理问题，可以有多种转换途径。转换原理不同，所需器材及实验操作就不同。

又如：在探究焦耳定律时，由于电流产生的热量很难准确测量，因而要把观察的对象进行转换。教材把判断电流产生热量的多少转换成煤油体积增大的多少，当然也可以转换成观察煤油温度的变化。转换需要一定的技巧，并要不断地尝试，这就要求学生熟悉前面内容及具有一定应用知识的能力。

3. 静态型和动态型物理规律包括静态型和动态型的两种规律，实验研究时，必须采用不同的实验方法。

例1：探究串联电路中电压的规律。这就是一种静态型的实验研究。只要明确探究的物理对象跟哪些因素有关，就可以设计实验，选择器材。

例2：研究“弹簧的伸长与拉力的关系”时，这就是一种动态型的实验研究，这类实验的研究，要求假设一定要合理。只有假设“在弹性限度内，弹簧的伸长与拉力成正比”，这样学生在设计实验时才会让拉力成倍数地增加，从而收集“弹簧的伸长是否成倍数地增加”这样的数据信息。

4. 控制变量法由于研究的对象可能跟两个或两个以上的因素有关，这就要用到控制变量法。

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一、实验越改越好

实验不应一成不变，须要适当修改。科学源于实践，小学科学也是如此。如今科学配套的仪器与实验袋有部分实验缺乏可操作性，这容易挫伤学生的热情与积极性。教科版小学科学五年级上册《光》单元第三课《光是怎样传播的》的第二个实验：三位小朋友，一个眼睛对着一根暖气管一端，一个负责在另一端用手电筒照射，一个负责记录现象。这本来是教材中的一个明确的实验，但是又有什么问题呢？不足之处：实际操作下来，我发现了其中的种种不妥之处：第一，暖气管无论弯与直，想要批量给各个小组都比较困难，这不仅仅是一个成本问题；第二，教材中的男孩用的是老式手电筒，采用老式普通低亮度灯泡，发光较暗，可以用眼睛直视。但我校目前仪器室中全都是高亮LED手电筒，明显不可以这样操作，否则会对眼睛造成伤害。改进之法：既然金属的暖气管选材困难，那我就先从材料开始思考，我选取了造价十分低廉的电工用的塑料管，两块钱能买超长的一根，再用V线器（一根长弹簧）制作成我想要的弯管（两道弯），直管直接截取，这就解决了问题一。然后，我禁止学生用眼睛紧盯管的一端，改用本课实验一中的光屏承接，这样既可以看到清晰的现象，又能有效避免对眼睛的伤害。教科版小学科学五年级下册《热》单元第三课《液体的热胀冷缩》中的第二个实验，验证其他液体的热胀冷缩，在实际操作中，困难重重。不足之处：第一，学生对牛奶、酱油、可乐、果汁、醋等液体材料需求较大，课后浪费严重；第二，重新组装装置，十分耗费时间，很容易课上完不成教学任务；第三，实验效果不够明显。改进之法：实验前，教师准备废旧的青霉素小瓶，清洗干净，去封口处的铁皮，在瓶体用胶布贴上“牛奶、可乐、果汁、酱油、醋”等标签，胶布大块覆盖，做到防水效果。瓶口胶塞出，用口服液的吸管插入，越细的效果越好。用注射器填装液体材料，再在吸管液面处用皮套固定作为记号。这样学生可以拿来就用，不但节约了大量的液体材料，也使操作十分方便简单，现象的明显程度更上一层楼。

二、眼前的假鸟也远胜于想象的雄鹰

海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。学生的想象力是大自然赐予人类的礼物，教师应该放手让学生去大胆想象，但在方法上须要积极地引导。儿童的思维发展还有很多尚未成熟之处，因此，在教学中，我们应该根据学生的兴趣爱好，生动形象地设计实验。教科版小学科学五年级上册《生物与环境》单元第四课《蚯蚓的选择》中有一个对比实验，是让学生通过观察，了解蚯蚓喜欢什么样的生活环境。但实际操作起来有一定的困难。不足之处：未要求蚯蚓、土壤的品质，湿度、时间等因素不准确。改进之法：教师在课前为学生准备足够干燥的土壤，不要有沙子、石子等杂物，为学生准备小烧杯和滴管，以湿润的土壤控制滴水的量，例如20滴或30滴。计时方面，可以为学生配置秒表，准确计时。教材中要求五分钟后揭开盖子观察，这五分钟时间，不要浪费，要让学生积极地去设想、去猜测。教科版小学科学六年级下册《微小世界》第四课《放大镜下的晶体》中有一个观察实验，用放大镜观察食盐、白糖、味精的几何结构，寻找规律。在具体操作中，学生遇到了很大的困难。不足之处：学校实验室配备的放大镜一般都是五倍或十倍的，放大效果十分有限，观察食盐与味精时，问题并不大，很容易观测，但观察白糖的六棱两端尖顶形状，则很难观测。改进之法：将白糖换为它的“好朋友”冰糖，冰糖的分子结构与白糖极其类似，教师要在课前提前挑选好尽可能规则的“六棱两端尖顶”的冰糖，分发给每个小组，这样就解决了观测方面的难题，帮助学生很容易地得出结论，但要注意的是禁止食用。总之，即使一个并不完美的实验，也远胜于教师空洞的语言叙述。让学生动起手来最重要。

三、傻瓜化并不是贬义词

现实中，人们总是追求华丽的辞藻，却鲜有人欣赏简短的诗篇。不如把有些复杂的实验简单化，还学生一个自由的空间。教科版小学科学五年级下册《沉和浮》单元第六课《下沉的物体会受到水的浮力吗》中有一个实验，要求学生设计实验，测量下沉物体受到的浮力。实验时，学生分不清“小部分”是多小，弹簧测力计读数特别小时怎么办等也无从知晓。不足之处：我们实验室配备的钩码都是50克的，大约0.5牛顿，所受的浮力太小难以读数。改进之法：将钩码更换为其他材料，例如三个大小相等的电池或者铁块等下沉的物体，把它们用胶布绑在一起，三分之一下沉为小部分，三分之二下沉为大部分，三分之三下沉为全部。材料的选择要重一些，例如电池应该选择一号大电池。注意要用废旧的电池，不要浪费。

教科版小学科学三年级上册《水和空气》单元第六课《空气占据空间吗》中有一个实验，要求杯子内塞纸巾，倒扣入水中，取出后纸巾为干的。这是一个很经典的实验，但实际操作中，却有很多问题。不足之处：第一，纸巾容易湿，三年级学生难以做到垂直操作；第二，现象不够明显，需要进一步推理与分析；第三，资源有一定的浪费。改进之法：用废旧矿泉水瓶裁剪一半，选择上半部分。在矿泉水瓶内壁画上刻度。取半水槽水，将水中用滴管滴几滴红墨水，染色使现象非常直观。改用乒乓球替代纸巾，节省材料。这样操作，学生能在一个全透明的环境中去观察空气是否占据空间，而且，即使失败了，也可以反复实验，避免了浪费现象。

教科版小学科学三年级下册《磁铁》单元第三课《磁铁的两极》中有一个实验，教材中只给了两条莫名其妙的线，悬挂了一根条形磁铁，利用磁铁不同位置吸上去的回形针数量判断磁力强弱。不足之处：按课文的实验设计，学生在操作时往往不知所措，不知如何将一块磁铁凭空稳定地悬挂在空中，他们往往想到的是铁架台，但是铁架台等仪器由于其本身是铁制的，所以往往会对磁铁产生干扰，无法实验。改进之法：利用仪器室中六年级的杠杆尺材料去加以改造，由于杠杆尺材料全是塑料的，这就解决了干扰的问题，底座稳定，杠杆尺上还有刻度，只需在左右相同刻度处拴上细线，将条形磁铁穿过其中，这样便可以轻松稳定地悬挂磁铁，使后续实验简单方便。

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一、小学科学教学观察实验设计的作用

教师对小学生展开科学教学活动中，使用观察实验设计，主要目的是培养学生自主学习探究能力，给学生充分的发展空间，观察实验设计对小学科学教学具有一定的辅。在素质教育背景下，要求教师在对学生展开科学教学活动中，注重与实际生活相结合，教师在实际教学中，注重引导学生主动去观察生活周围的环境，使小学科学观察实验没有固定的要求，也不需要专业的实验仪器。小学科学教学观察实验能够打破以往的教学模式，有效改变了课堂教学以教师为中心的教学模式，教师不再只是凭借教材对小学生展开教学，观察实验能够突出学生的主体地位，有效改变学生被动接受知识的状态，使学生能够在实验观察中，提高自主学习能力，学生有充足的时间去思考，发散学生创造性思维，对学生日后的发展具有积极的促进作用。在教学小学科学中，存在客观事实与科学经验事实两种概念，客观事实是科学经验事实的基础，在开展实验中，要有一定的客观事实作为理论基础。观察实验能够有效证明客观事实的合理性，教师在组织学生进行观察实验中，能够通过实验的结果证明客观的理论，进而提高学生的认知水平，充分调动学生学习的积极性，使学生将掌握的知识能够有效运用到实际生活中。

二、小学科学教学观察实验设计的依方法

1.寻求因果关系的观察实验设计

世间万物有因必有果，自然界的一切事物都存在着一定的联系。因此，教师组织学生进行观察实验中，可以通过寻求因果关系展开教学。寻求因果关系的观察实验设计可以依据科学归纳法，在实验中有效进行归纳总结，能够验证客观事实的理论基础。例如，教师在教学《周围的空气》中，不需要专业的实验仪器，教师准备透明塑料袋、扇子、气球、海绵、粉笔、土块、碎砖块、水槽、矿泉水瓶、塑料吸管、大烧杯、锥子即可。第一，采用求同法。教师为学生创建不同的情境，会形成多种实验现象，以便学生进行观察，然后根据实验现象，去验证客观科学理论知识的准确性。在这一过程中，教师能够对学生进行有效指导，通过对实验现象的观察，并做出有效的归纳总结，培养学生具有一定的推理能力，进而使学生对科学知识有一个认识的过程。第二，采用求异法。在进行实验过程中，可以利用不同的实验进行比较，进而验证哪些因素对实验产生作用，然后，将多种实验作对比，进而获得相关结论。第三，采用共变法。要在共同环境下，对其产生的影响，进而判断存在的因果联系。在采用此类方法中，需要教师组织学生进行小组实验，统一完成进而获得结论。

2.验证因果关系的观察实验设计

在验证科学理论知识的因果关系中，所依据的是客观事实。在寻求因果关系基础上，采用演绎法展开实验教学。利用归纳法，得出相关的理论知识，使学生对科学知识具有一定的认知。采用演绎法，是以基本的科学结论为基础，从而开展实验活动，进而对其展开验证。例如，教师在教学《电磁铁的磁力》这一实验中，准备若干电池、两根带有绝缘层的导线（粗细各一根）、大小铁钉、若干回形针。在验证电磁铁磁力大小与哪些因素有关中，教材给出的结论是磁性大小与电池节数有关，电池节数越多，磁性越强。根据这一结论，教师可以组织学生进行分组实验，每组所使用的电视节数不同，然后根据每组实验的现象，验证相应的结论。学生在具体实验中，能够清楚感受到实验的变化，并能更好地理解科学基本结论，提高学生自主学习能力以及探究能力。

3.充分调动学生的知觉系统

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关键词：高中生物 探究性实验 实验设计 教学方法

生物学实验是生物科学探究的基础，生物学实验一般可以分为两类，一类是验证性实验，另一类是探究性实验。探究性实验是指实验者在不知晓实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。它比验证性实验更具有灵活性和未知性。

探究性实验设计是对学生在学习思维的一种很好的训练和开发，是培养科学型实验人才的一种最基础的训练。教师在教学中如何进行探究性实验设计和指导学生掌握探究性实验设计的方法和规律呢，笔者在多年的高中教学中总结出了以下几点，以供大家参考和借鉴：

一、理清思路，头脑中有一条明确的主线

刚进入高中的学生，逻辑思维的能力很有限，自主实验和探究的能力非常差。如何让他们逐步掌握探究性实验的特点和规律，学会探究呢？在我的实践中我发现，首先要让他们认识实验探究的基本原理，在头脑中形成一条明确的主线。

我引导学生这样思考问题，我们想干什么，研究光对种子萌发有什么影响；想一想，影响种子萌发的因素有哪些？光对种子萌发有影响吗？谁做过实验证明过，都没有。因为在初中所学知识中研究过水、适宜的温度和充足的氧气对种子萌发的影响，还真没有研究过光对种子萌发的影响。也就是说这是一个我们未知的问题，那么我们怎样才能知道光对种子萌发有没有影响呢？让它在光下萌发，看光对它有没有影响，那么它原先不是在光下的吗？这实际上就是我们平时说的环节中的“提出问题”和“作出假设”，并依据此设计实验步骤的过程。

二、认识在探究性实验中的各种变量及其含义

变量，或称因子，是指实验过程中所作的特定因素或条件。按性质不同，通常可分为三类：实验变量、反应变量和无关变量。

实验变量，也称为自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量，亦称因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。通常，实验变量是原因，反应变量是结果，二者具有因果关系。实验的目的在于获得和解释这种前因后果。例如，在“探究光对植物种子萌发的影响”实验中，有没有光就是实验变量，种子萌发的结果就是反应变量（因变量）。而由于低温、适温、高温条件变化，唾液淀粉酶水解淀粉的活性也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）与酶的活性（反应变量）的因果关系。

无关变量，也称控制变量，指实验中除实验变量以外的影响实验现象或结果的因素或条件。显然，无关变量会对反应变量有干扰作用，例如，“探究光照对种子萌发的影响”的这一实验中，水分、温度及氧气都是需要控制的量，即都是无关变量。又如“探究温度对酶活性的影响”实验中除实验变量（低温、适温、高温）以外，PH、试管洁净程度、唾液新鲜程度、可溶性淀粉浓度和纯度、试剂溶液的剂量、浓度和纯度，实验操作程度，温度处理的时间长短等等，都属于无关变量。

三、明白对照实验的概念和意义

对照是实验控制的手段之一，目的还是在于消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比。既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。

通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组，说的通俗些就是指对生物或材料进行了与原生活状态不同的改变，可以是增加条件，也可以是减少条件；对照组，也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，即保持生物或材料原有状态的分组，如上面所设计的“光对种子萌发的影响”实验组是光下的那一组，而如果是“光对植物幼苗的影响”，那么实验组就是暗处的那一组了。因为种子的萌发是通常是不见光的，而幼苗的生长通常是在光下进行的。这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的，设置实验对照是为了增强实验的可信度。

四、对探究性实验的步骤有一个明确的轮廓

设计探究实验的步骤是学生最为头疼的问题，为了减少学生设计上的困难，我在教学中首先将探究性实验的步骤列了一个通用模式，即所有的探究性实验都有这么三个步骤：

第一步，设计对照（也就是把该准备好的都准备好，如试管、培养皿等编号，材料等分）

第二步，对照组和实验组的具体操作，主要体现两者的区别；

第三步，记录实验结果，并确定检验结果所用的衡量标准。

总之，探究性实验设计的教学是一个训练学生思维的方法和过程，也是一个艰苦的过程，需要教师努力去实践和探索。实验设计是实验的起点，需要一步步引导学生从认识到掌握最后达到灵活运用的程度。

参考文献：

[1]余亚蕾.高中生物探究性实验教学设计思路《中学时代》.2012（06）

[2]陶海滨.高中生物学实验题中的理论及解题探讨《生物学通报》2008年07期

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摘要：针对目前专业课程实验教学与企业实际需求脱节的情况，指出传统专业课程实验教学中存在的弊端，阐述针对企业需求改进专业

>> 面向一线教师实验设计的思考 《医学基础》课程的实验设计 探讨新课程下化学实验设计的作用 网络工程课程的综合实验设计 基于AP课程理念的探究实验设计 基于插件的编译原理课程实验设计 “操作系统”课程实验设计的思考 数据结构课程的实验设计研究 面向企业需求的电子商务教学改革 面向企业需求 “机械设计基础”课程改革 面向应用的地理信息系统实验设计研究 面向教务管理的计算机网络课外实验设计 IE专业ERP课程实验设计 面向智能科学的机器感知实验课程建设 程序设计类课程综合实验设计的探索与实践 实验设计技能的培养 燃烧条件的探究实验设计 物理实验设计的基本方法 实验设计的策略与方法 物理实验设计的几种方式 常见问题解答 当前所在位置：。

3 结语

针对传统专业课程实验教学与企业实际应用脱节的情况，探索面向企业需求的实验课程改革非常必要。我们通过产学结合，将产业界典型的软件平台、应用案例和实际数据引入专业课实验教学，在商务智能教学中经过几年尝试，效果明显。这种实验教学方法尽管对师生都是一种挑战，但提高了学生的工程应用能力，增强了就业能力。由于版权和项目应用案例保密的限制，如何改编实际的数据和项目资料，使其既适应教学又体现专业知识在实际项目的应用，还需要做很多工作。另外，软件平台一般都有一定的试用期，如何保持版本的更新可用，也是一个需要考虑的问题。

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【关键词】准实验研究;实验设计;教育技术;实验效度

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)12―0031―04

引言

教育技术中的研究方法主要可分为科学实证主义和人文主义两种研究范畴,其中科学实证主义研究也称为实证主义研究,实证主义研究的具体方法有实验研究法和调查研究法,在实验研究中,又可按实验被试是否随机分组分为准实验研究和真实验研究[1]。

教育科学的研究不能脱离现实的社会文化背景,但在实际的社会情境中,不能用真实验研究的方法进行研究。从严格意义上来说,教育实验只能是准实验[2-3],因此在教育领域内必然需要对准实验研究的方法做充分的研究和推广。与真实验相比,两者最大的区别在于准实验对实验条件和变量的控制水平比真实验低,因此,较易被广大教育研究者所掌握。自从引入到教育技术领域后,准实验研究的方法就被广泛使用,极大地促进了教育技术的发展。

一 准实验研究的特点

真实验的控制水平很高,操纵和测定变量很精确,但是它对研究人员和被试的各方面要求较高,在操作上的困难较大。准实验研究是指在无须随机安排被试时,运用原始群体,在较为自然的情况下进行实验处理的研究方法,控制水平较低,比较容易实现和掌握[4-5]。下面将准实验研究和真实验研究进行对比,说明准实验研究的特点:

1 被试

准实验研究不要求对被试进行随机安排,而使用原始的被试群体,在接近现实的条件下进行实验处理,控制水平较低。而真实验要求对被试进行随机分组,并在“人工环境”中进行实验,操纵和测定变量很精确,对实验控制水平很高。

2 处理因素

准实验研究的对象主要为不能与现实环境相脱离的因素,或者与现实环境关系密切的因素,这些因素在真实验的“人工环境”中也可进行研究,但会削弱实验结果对实践应用的指导意义。

3 效度

内部效度方面,准实验研究利用原始组进行研究,缺少随机组合,因此无法证明实验组是否为较大群体的随机样本,另外其它因素也可能对被试群体起作用,所以研究结果需要进一步分析以确定其普适性。外在效度方面,准实验研究低于真实验研究。但是准实验研究没有过多的人工干预,实验在接近自然情境的环境中进行,因此,其外部效度优于真实验研究。

4 实验控制

由于教育研究的特殊性,准实验研究对实验条件和变量的控制都只能算是准控制,实验变量、实验对象、实验教师和实验投入各方面的控制不同于真实验研究,较易被广大教育工作者所掌握。

二 准实验研究的几种常用方法分析

准实验研究中的实验设计方法有多种,这些准实验设计的方式、效度和控制水平有所不同。从准实验研究中多种实验方法的特点和应用案例来看,准实验研究可以得出较为可靠的研究结果,具有较大的实践价值[6]。下面按有无对照组对常用的准实验设计方法进行分类,并结合若干应用案例介绍其应用,表中符号“O”是指“测量”,下标是指测量的次序,符号“X”指“实验处理”。

1 单组实验

(1)单组仅施后测准实验设计

这种实验设计是指:一组被试经过某种处理以后,测量其因变量,进而得出实验结论。这是最简单的实验方法,但是可靠性也最低,因为尽管自变量和因变量可以联系在一起,但是没有前测、缺少比较组而无法做出较准确的因果推断,因而这种实验方法很少被采用,也不建议采用。其实验设计方法如表1所示:

(2)单组前测后测准实验设计

这种实验设计是指:在进行前测后,对实验对象施加处理,再测量因变量,对比前测、后测中的数据,进而得出结论。与前一种实验设计相比,此设计多了一个前测,但是实验仍然缺少对照组,且测量次数较少,无法肯定因变量的变化是否由所施加的处理引起,因此,此方法也不常采用。其实验设计方法如表2所示:

(3) 单组前测后测时间序列准实验设计

这种实验设计是指:将时间变量因素引入实验设计,在一段时间内间隔地对实验组和控制组进行多次前测,对实验组进行实验处理后,再进行多次后测,最后对实验结果进行比较。实验采用回归方程来判断一系列前后测数据之间的关系。其实验设计方法如表3所示:

表3 单组前测后测时间序列准实验设计

单组实验只安排一被试组,没有对照组,实验以被试组处理前和处理后的测量数据作为比较的依据。单组实验由于缺少对照组而使得实验效度大大降低,因此建议采用多组实验,如果现实条件不允许,则可考虑采用单组前测后测时间序列准实验设计,或者修补法准实验设计,以提高实验效度。

1 多组实验

(1)多组前测后测准实验设计

这种设计中,将被试分为实验组和控制组,检验某种处理产生的效果,其实验设计方法如表4所示。

表4 多组前测后测准实验设计

例1:陕西师范大学在教育技术专业本科生的《教育技术研究方法》这门课程的教学中采用PBL教学方法,并以该校教育技术系2000级本科生一班和二班的全体同学为研究对象,将其按行政班级分组进行准实验研究,研究内容为PBL教学方法的教学效果,这篇论文中对多组前测后测准实验设计的方法进行了详细的研究步骤说明[7],其实验方案如图1所示。

图1 PBL在本科生教学中的准实验研究及思考实验方案

如果被试来自不同地区,则可采用“不同区组前测后测准实验设计”。不同区组前测后测准实验设计与多组前测后测准实验设计的区别在于实验组是否来自不同的地域。例如《数字化聚合环境中的课堂教学研究》中的实验对象就是来自Z学校和F学校的不同年级的学生[8]。实验对象来自不同区组,这样的实验方式在某种程度上使得实验数据更加可靠,提高其研究成果的可推广性。

(2)多组前测后测时间序列准实验设计

在多组前测后测准实验设计的基础上引入时间变量因素,可以有一组或多组实验组,也可以有一个或多个处理,具体情况要视研究问题而定,表5所示为两组实验组、分别施加不同处理的条件下的准实验设计示意图。

表5 多组前测后测时间序列准实验设计-多处理

例2:华南师范大学的李有华设计的“基于电子学档的发展性评价的准实验研究”验证基于电子学档的发展性评价的实施策略和方法的有效性,以一个中学班级和一个小学班级为研究对象,采用了多组时间序列准实验设计的方法进行研究,在实验处理前对学生的学习状况进行了两次测量,在实验处理后对学生的学习状况进行了三次测量,作为前测和后测的数据[9]。其研究操作过程如图2所示:

图2 基于电子学档的发展性评价的准实验研究操作过程

以上的两个实验组来自不同的地区,称为不同区组前测后测时间序列准实验设计。如果多个实验组或者实验组和控制组来自同一个地区,则可称为多组前测后测时间序列准实验设计。

例3:英国佩斯利大学的Thomas M. Connolly教授等人利用准实验研究法,花了三年时间,利用多组前测后测时间序列准实验设计研究在线学习和面对面授课在高等教育中的不同效果[10]。

(3)修补法准实验设计

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在有些情况下,研究者暂时找不到相似的实验组,则可先对已有的实验组进行处理和后测,之后再寻找相似的实验组,进行前测、处理和后测,对O1和O3、O2和O3进行分析、比较后得出实验结论。

另一些需要采用修补法准实验设计的情况如:①没有多余的实验对象可以作为控制组;②实验时间很紧,只能先进行实验处理再做后测。修补法准实验设计如表6所示:

三 提高准实验效度的方法

准实验研究在低控制水平的条件下进行实验,其实验效度问题历来被研究者所关注,在教育技术领域曾经围绕何克抗教授的一个准实验研究有过讨论[11-14]。如何提高准实验研究的效度是目前的一个关注热点。提高准实验研究效度的方法有多种,除了采用多组实验,增加测验次数等方式之外,在实验过程控制和实验结果处理上还有一些有效的方法:

1 实验过程控制

(1)挑选合适的教师

实验处理通常由教师完成,因此,有时需要对教师进行相关的专业培训,并挑选合适的教师参与实验研究。合适的教师不一定要有很高的学科造诣,但要能保持研究的激情,不会中途退出或者懈怠,并有扎实的进行实验研究的基础知识和技能。

(2)避免“霍桑效应”

“霍桑效应”是指实验组成员由于从日常团体中被挑选出来加入实验组,感到自己受到了特殊的关注,于是在心理和行为上都发生变化,这种虚假的效应会影响因变量的数值,降低实验可信度,进而又影响实验效度。通常的解决办法是对实验组和控制组的实验情况进行保密,在常态下进行准实验研究,抑或在两地选取实验组和控制组。

(3)避免“罗森塔尔效应”

“罗森塔尔效应”是指课堂教学中教师对学生能力或行为的信念影响其对学生的期望,而学生通过感受教师的热爱和期望,变得更加自尊、自信、自强,从而使教师的期望变成学生的现实表现[15]。为避免“罗森塔尔效应”,除了对参与实验研究的教师进行专业培训,寻找实验研究能力较强的教师之外,还可以安排研究小组之外的教师参与研究,负责对实验组施加处理,他们不知道所进行的是一个实验研究,自然可以降低此效应。

2 实验结果处理

(1)使用共变数分析方法

准实验不对被试进行随机化处理,因此实验组与控制组的多个方面会存在差异,影响实验效果的归因分析,使用教育统计学中的“共变数分析”方法可以帮助降低甚至消除原有的实验组与控制组的差异。

共变数分析是一种统计程序,它把偏相关的原理推广到方差分析,主要是用来消除两组或多组被试在前测或其它变量方面的差异。从某种程度上来说,共变数分析比方差分析具有更高的精确性,并且对于大多数样本初始状态不同的教育实验,共变数分析是一种重要的统计方法,它可以使准实验的研究结果更接近于真实验[16]。

(2)注意循环形式问题

有的时候,因变量的明显变化是属于循环性质的变化。即在一段时间内,因变量的变化是呈循环形式的,有高低起伏的变化,并不是由施加的处理所引起,注意到这种现象有助于分析实验的处理和因变量的因果关系[17]。

(3)注意基准线不稳定问题

基准线本身不稳定也会影响实验结果分析。有些时候,研究者会在情况发展到极致时为了采取对策而进行试验研究,而根据随机涨落原理,颠覆之后便有回归的现象发生,即不需要采取任何措施,因变量也会向巅峰值之前的方向变化,这种变化同样不是由所施加的处理引起,或者所施加的处理本身并有没有这么大的效应。

避免循环形式和基准线不稳定的问题,除了对因变量和实验处理进行更多的理论和数值分析外,更有效的是增加对照组,如果已经做完先前部分的实验,则可采用修补法准实验设计,以提高准实验研究的效度[18]。

四 总结

准实验研究降低了实验控制的难度,使实验研究和实践间的跨度变小。同时,使用一些统计学和逻辑分析的方法可减少干扰因素对实验结果的影响,提高准实验研究的效度。准实验研究符合教育研究的特性,其在教育技术领域的推广和应用,将极大促进教育技术领域实验方法的发展和教育问题的研究。

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参考文献

[1]马红亮.教育技术研究中的科学实证主义和人文主义[J].电化教育研究,2004,(3):30-33.

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1 加强实验设计思想的教学，培养实验设计能力

科学家完成一个成功的实验需要经历曲折的探索、设计过程，因此引导学生领会前人的实验设计思想，体验科学家所经历的探索过程，是一条培养学生具有设计实验能力的有效途径。每一个实验都有各自的设计思想，每一个成功的实验其设计思想总是包含着对已有知识的灵活应用与创造性的科学构想。如万有引力常量测定的实验、观察桌面微小形变实验中所体现出放大的设计思想等；研究加速度与合外力、质量的关系，研究匀速圆周运动中向心力与质量、角速度、半径的关系等实验中所体现出控制的设计思想；平抛运动规律的探究等实验中体现出的对比的设计思想等。所以在教学只有加强设计思想的教学，才能更好地培养设计实验的能力，这是每一位物理教师在平时教学中都必须要注意的。

2 增强实验的探索性，形成实验设计能力

现行山东科学技术出版社发行的高一物理新教材中的实验，探索性实验的比例有所增加，这种安排有利于培养学生的设计实验能力。因此教师应根据学生的实际情况，本着循序渐进的原则，精心安排并引导学生做好课本上的每个探索性实验，就研究什么问题?设计什么方案?使用什么仪器?观察什么现象?记录什么数据?如何处理数据?如何进行误差分析等一系列问题引导学生进行实验设计，让学生在教师引导下，通过设计实践来提高自己的设计实验的能力。下面以“探索弹力和弹簧伸长的关系”实验为例，列表如下：

最终形成了该实验的构想，从而完成整个实验的方案设计和操作。

3 编拟实验设计题，强化实验设计能力

目前，中学物理教学中的实验设计性试题，一般是根据课本中已出现的物理实验的基本原理，所使用的基本器材以及实验中学过的有关方法，设计一些新的实验，按照实验的设计方案及要求，完成实验有关内容；或者是提供有关的实验器材以及实验的目的要求，根据有关知识以及在实验中学过的方法，自己设计实验方案，并完成实验要求。在中学生初步具备了设计实验能力的基础上，教师可以有针对性地编拟一些设计性实验题来强化学生的设计能力。限于中学生的知识和能力，编拟题目要求不宜过高，过程不宜太复杂，一般可从三个角度考虑编题。

3.1 从测量物理量来编题

如在讲完自由落体运动规律后，可提出用什么方法测重力加速度?(滴水法、落杆法、频闪照相法等)；讲完滑动摩擦后，提出如何测一张纸与桌面间的动摩擦因数等。这类题较容易，便于结合学生所学的物理知识，促进学生利用基础知识来进行实验设计。

3.2 改变现有实验条件来编题

如超重和失重规律的探究实验中，除了用弹簧秤做演示实验外还可以用什么来做实验。这类题有一定难度，有利于培养学生的发散性思维，学生所设计的方案只要有道理的，教师均应鼓励。

3.3 从实验应用来编题

如设计一个测自行车所受阻力的方案、如何利用自由落体运动的规律来测量楼房的高度等，这类问题要求较高，只有学生具备了较强的实验设计能力后才可出现。

4 通过实际操作，提高实验设计能力

学生在进行实验设计的过程中，经常会出现在理论上可行，但实际操作却无法做到的情况。比如，在匀变速直线运动的实验探究中，有的同学不用带滑轮的长木板，直接在实验桌上做实验，理论上是可行，但实验误差较大。在实际操作中会发现：有的同学对打点计时器的用法不知如何使用、有的同学电源使用错误、有的同学对纸带不知如何使用、有的同学对带滑轮的长木板使用错误、有的同学不知如何处理纸带等等，导致无法做成这个实验。

只有通过实践检验是正确的实验设计，才是一个成功的实验。因此在教学中应尽可能创造条件让学生在设计好实验方案后进行实际操作，增强学生的感性认识，这样才能使他们的实验设计更加合理、更切合实际，从而提高他们的实验设计能力。

5 通过课外小实验来加强设计实验能力的培养

课外小实验常需要学生自己设计实验原理、寻找器材和装配仪器等，它有利于培养学生克服困难，利用简单设备做好实验的精神，也是培养学生设计实验能力不可忽视的一环。“用最平常的仪器作出最好的成果才算真本事”（卡文迪许实验室看法），这是一个实验者应有的信念。

如讲完高中物理必修一中滑动摩擦力一节后，可安排学生这样的一道实验，请同学们设计一个测量纸与桌面之间动摩擦因素的实验。有一些设计性课外小实验是以“讨论与交流”的形式在教材中单独列出，如高中物理必修一中第49页中“他们采用了什么方法测量井深”，这些设计性课外小实验，方法灵活，取材容易，并因所给的测量工具不同，而要求寻找不同的实验原理和方法，由学生独立寻找和操作，易于发挥学生的主观能动性，养成爱独立设计实验的好习惯。