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第2章
化学实验

设计科学实验

在进行实验之前,你必须进行实验设计(想想实验需要什么,如何进行实验)。设计实验的要点如下。

1. 观察 一件你感到好奇的事。

2. 提出 一个假设。

3. 设计 实验来对假设进行检验。

4. 预测 结果。

5. 进行 实验。

6. 记录 结果。

7. 重复 实验,看看你是否能得到相同的结果。

完成一个实验需要进行 实验设计 ,要列出一个清单,清单中要包括进行实验所需要的实验物品和实验方法。

通过多次实验完成一组 对照实验 :首先不改变任何因素完成实验,然后改变你想研究的某个因素进行第二次实验。在对照实验中,保持不变的因素被称为 无关变量 ,它们不应影响实验的结果。

变量 是指可以改变你实验结果的一个因素——在一组对照实验中,你可以研究某一个变量对实验结果的影响。

在实验过程中,为了只研究一个因素对实验的影响,其他因素都应保持不变。这样可以确保你观察到的变化是由一个变量的变化引起的。

不同的变量有不同的作用。

自变量 是你在实验中 改变 的变量。

因变量 受自变量影响 的变量,也就是你所观察到的实验结果。

例: 金鱼实验。

在学校里,同学们发现:每隔两周,缸里的金鱼就会死掉,老师就得买一条新的金鱼。全班同学提出了一个假设——金鱼之所以死掉,是因为给它们喂食的频率不对。

于是,他们设计了实验,单独研究这一个因素的影响。那么需要保持所有其他因素(鱼的品种、鱼缸的尺寸、水的质量、水温、食物类型和鱼缸的位置)不变。

无关变量

1.鱼的品种

2.鱼缸的尺寸

3.水的质量

4.水温

5.食物类型

6.鱼缸的位置

在本实验中, 自变量是喂金鱼的频率 因变量是两周后鱼的健康 状况

收集数据

完备的数据应该既包括定性的数据,也包括定量的数据,这些数据要具体而且详细。测量过程要非常用心,测量结果尽可能 准确 精密 。你要准备一个笔记本,随时记录下你观测到的一切。要保持笔记整洁,以便于复查。如果没有可靠的数据,实验结果就没有意义。

不好的测量结果

不准确但精密 不精密但准确 不准确也不精密

测量结果应该 准确 精密。

呈现数据

在收集数据之后,你可以用许多不同的、清晰的方式来呈现它。例如:

表格 可以把数据以一行行、一列列的方式排列起来。表格是在实验过程中记录数据的一种快速而简单的方法。表格中的数据清晰明了,易于进行比较。

柱状图 以不同高度或长度的柱形来呈现数据。这是对不同变量进行比较的简单方法。“柱形”越高或越长,所表示的数据就越大。

折线图 显示两种变量之间的关系。 x 轴表示 自变量 y 轴表示 因变量 。每条轴上的刻度展示测量的间距。刻度一般都是不断往上均匀递增的,如1,2,3,4或2,4,6,8。y轴的数值会随着x轴的变化而不断变化。

饼状图 把整体看作一个“饼”,每一部分数据都由饼的一个扇形的“切片”表示。

数据分析

分析数据是一个比较和检查所收集信息的过程。这是所有科学家为了确定他们的实验结果都需要做的事情。数据通常以图表的形式显示。你可以把正在研究的变量与保持不变的量进行比较。准确地比较你的数据是很重要的,你可以明确得知在实验中发生了什么。如果需要的话,你就可以重复实验了。

哪种类型的图显示数据最好?

折线图 如果你的数据变化很小(例如从0.01到0.04),你就可以使用折线图来表示数据,这种表示方法可以使细微的差别变得更加明显。

饼状图 如果你想显示一个整体的某一部分的变化时,就可以使用饼状图。例如,如果你需要记录在不同任务上花费的时间,饼状图就是一种非常好的呈现方式。

柱状图 如果你在一段时间内记录的数据有较大的变化,或者要比较测量到的一组数字,那么柱状图可能是最好的方式。例如,如果你有几辆不同的汽车,你想比较它们的最高时速,就可以使用柱状图。

得出结论

你得出的结论支持你当初提出的假设吗?为什么支持或为什么不支持呢?即使实验结果不支持你的假设,你仍然可以对此进行研究。解释为什么你的假设是错误的也是很重要的。你可以寻找实验错误的来源或者改变实验步骤来重新进行实验。

有些时候结论并不是正好令人满意的,你需要结合观察到的事实去 推断 观察 研究 。尽管我们不能直接见证某些事,但我们还是可以推断出一些结论。

例如,如果你想弄清楚霸王龙吃什么食物,你需要去挖出霸王龙化石的地方附近观察还有哪些其他种类的化石。如果你发现了一些碎骨头,或许就可以推断出霸王龙会吃一些比它体形小的恐龙或其他动物。当你需要做推断时,你可以去看看前人收集到了哪些信息,并且尝试在收集到的这些信息的基础上进行更深入的研究。

检查所学

1. 数据测量的两种方式是什么?

2. 用来呈现数据的图形有哪些类型?

3. 如果你的实验结果不支持你的假设,实验是失败还是成功?说明你的理由。

4. 准确度和精密度有什么区别?

5. 为什么正确分析你的实验数据很重要?

6. 你已经收集了一段时间内有较大变化的数据,你会用什么类型的图形来表示数据?

7. 什么时候应该使用折线图?

答案见下一页

核对答案

1. 数据可以是定量的,以特定形式来进行测量;可以是定性的,基于对事物进行的观察(看、感觉、闻、听)进行描述。

2. 用于呈现数据的三类图形:折线图、柱状图、饼状图。

3. 如果实验结果不支持你的假设,这并不一定意味着实验是失败的。科学家可以从每次的实验中都获得不同的收获。如果数据不支持假设,那么你可以问问为什么,并试着找出可能影响实验的因素。

4. 准确度是由测量结果与标准值或已知值的接近程度来确定的。精密度是通过两个或多个测量值相互接近的程度来确定的。

5. 只有正确分析实验数据,才能发现数据所反映出的规律,才能看到某些理论还没有推导出的东西,甚至可以明确实验的误差,才可能有新的发现。

6. 柱状图是呈现这类数据最好的方法。

7. 在一段时间内数据的变化较小时,可以使用折线图来呈现。 1sboxdnLhPIPyttaVdpwRPpX05bh4Is2JgoPM15VzAeS+bOxca+o9dqPhTB854RR

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