小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及其操作規(guī)范

1、小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及其操作規(guī)范科學(xué)實(shí)驗(yàn)一般包括五個(gè)環(huán)節(jié)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模贿x擇實(shí)驗(yàn)原理和方法；合理選擇實(shí)驗(yàn)儀器和裝置；確定具體實(shí)驗(yàn)步驟；分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而選擇實(shí)驗(yàn)方法是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有很多，這里只介紹常用的幾種方法。觀察法、控制變量法、類比法、放大法、比較法、平衡法、轉(zhuǎn)換法、理想實(shí)驗(yàn)法等。一、觀察法觀察法是人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)和規(guī)律有目的有計(jì)劃的對(duì)自然發(fā)生條件下所顯現(xiàn)的有關(guān)事物進(jìn)行考察的一種方法，是人們收集獲取記載和描述感性材料的常用方法之一，是最基本最直接的一種實(shí)驗(yàn)方法。簡單的觀察法就是仔細(xì)的看。但它和一般的看不同，觀察是通過感覺器官或借助科學(xué)儀器，有目的、有計(jì)劃地感知客觀對(duì)象

2、從而獲得科學(xué)事實(shí)的一種研究方法。1. 觀察要有順序，有重點(diǎn)觀察要按著從上到下或從整體到局部的順序進(jìn)行，在使用儀器時(shí)，首先要觀察它的量程，認(rèn)清它的刻度值。如在做水的沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，在使用溫度計(jì)前，就要先觀察溫度計(jì)的量程，認(rèn)清它的刻度值。實(shí)驗(yàn)過程中要注意觀察水沸騰前和沸騰時(shí)水中氣泡上升過程的兩種情況，溫度計(jì)在沸騰前和沸騰時(shí)的示數(shù)的變化。2. 觀察要有記錄，記錄要客觀觀察是有目的的活動(dòng)，觀察獲得的信息要以文字或圖畫的形式記錄下來，為科學(xué)認(rèn)識(shí)的獲得提供依據(jù)。對(duì)觀察結(jié)果的記錄實(shí)際上是對(duì)觀察對(duì)象的描述，這種描述要客觀。不能將推理加工后的結(jié)果作為描述，也不能將自己的感覺加入到觀察結(jié)果中。如對(duì)蝸牛的觀察，“蝸牛嘴

3、里有很多牙齒”不能寫出推理結(jié)果“蝸牛嘴里有一萬多顆牙齒”，“一碰蝸牛，它就把頭縮回殼里”不要加入個(gè)人感情色彩“蝸牛是膽小鬼”。3. 所觀察的主題和變量要少觀察的現(xiàn)象一般不超過兩個(gè)變量。如水的觀察，提供純凈水或自來水，觀察水的性質(zhì)無色、無味、透明等；提供污濁的河水或湖水，觀察水的污染。每次觀察一個(gè)主題。如果將純凈水和污濁的河水提供給學(xué)生，同時(shí)觀察兩個(gè)主題，學(xué)生的科學(xué)認(rèn)識(shí)會(huì)產(chǎn)生混亂。如觀察擺角（變量一）、擺長（變量二）、擺球質(zhì)量（變量三）對(duì)擺動(dòng)周期（因變量）的影響，每次控制兩個(gè)變量不變，觀察一個(gè)變量的變化對(duì)因變量產(chǎn)生的影響。4. 觀察活動(dòng)要突出科學(xué)原理觀察是為了獲得經(jīng)驗(yàn)和對(duì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析研究，所以觀

4、察的重點(diǎn)在理解科學(xué)的概念及其形成過程，也就是要突出科學(xué)原理。如在學(xué)生制作降落傘、使用降落傘的活動(dòng)中，重點(diǎn)在體會(huì)空氣的存在和空氣的阻礙作用這是這一活動(dòng)的科學(xué)原理，而重點(diǎn)不在降落傘的制作。二、控制變量法控制變量法是指討論多個(gè)變量的關(guān)系時(shí)，通過控制幾個(gè)量不變，只改變其中一個(gè)量從而轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一量影響某一個(gè)量的問題的研究方法。這種方法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為某兩次實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)條件不同，若兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同則與該條件有關(guān)。否則無關(guān)。反之，若要研究的問題是物理量與某因素是否有關(guān)則只使該因素不同，而其他因素均應(yīng)相同。研究擺球的擺動(dòng)。即擺球擺動(dòng)過程中涉及的變量：擺線長短、擺球輕重、擺角大小、擺球擺動(dòng)快慢。若考

5、察擺線長短對(duì)擺動(dòng)快慢的影響，則保持?jǐn)[球輕重、擺角大小不變，改變擺長，測量擺動(dòng)周期。研究植物的生長（用幾粒豆種培育長成豆苗）。影響豆苗生長的因素及豆苗生長情況：水的多少、是否提供陽光、肥料多少、溫度高低、豆苗生長高度。若研究陽光對(duì)豆苗生長的影響，選擇兩組豆苗，保持水的多少、肥料多少、溫度高低都相同，一組豆苗置于陽光下，另一組始終放置在一個(gè)紙盒內(nèi)。觀察豆苗的生長情況。三、類比法類比法就是“觸類旁通”“舉一反三”，它是根據(jù)兩個(gè)或兩類對(duì)象之間某些方面的相同或相似而推出他們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。從而可以幫助理解較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和較難的科學(xué)知識(shí)。類比是一種推理方法，不同事物在屬性、數(shù)學(xué)形式

6、及其他量描述上有相同或相似的地方就可以用類比推理。類比法是提出科學(xué)假說作出科學(xué)預(yù)言的重要途徑。類比事例很多，如電流與水流的類比、植物莖內(nèi)導(dǎo)管類比毛細(xì)管、聲波與水波類比、液體浮力類比為液體向上的托力等。類比也是科學(xué)家常運(yùn)用的一種思維方法，如原子的核式結(jié)構(gòu)類比為行星運(yùn)動(dòng)模型等。四、放大法放大法是科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常遇到一些微小科學(xué)量的測量。為提高測量精度，常需要采用合適的放大方法，選用相應(yīng)的測量裝置將被測量進(jìn)行放大后再進(jìn)行測量。常用的放大法有累計(jì)放大法、形變放大法、光學(xué)放大法、機(jī)械放大法等。1. 累計(jì)放大法在被測量能夠簡單重疊的條件下，將它擴(kuò)大若干倍再進(jìn)行測量的方法。如測量一張紙的厚度：即測量一疊紙的厚度

7、，除以這疊紙的張數(shù)；測量一根金屬絲的直徑：即將金屬絲密繞在直管狀物上，用直尺測量密排金屬絲總長度，然后除以這排金屬絲包含的根數(shù)，等等。累計(jì)放大法的優(yōu)點(diǎn)在于不改變測量性質(zhì)的情況下將測量擴(kuò)大后再進(jìn)行測量，從而增加測量結(jié)果的有效數(shù)字位數(shù)，減小測量的相對(duì)誤差。在使用累計(jì)放大法時(shí)，要注意兩點(diǎn)，一是在擴(kuò)大過程中被測量不能發(fā)生變化；二是在擴(kuò)大過程中努力避免引入新的誤差因素。2形變放大法形變是力作用的效果，在力學(xué)中形變的基本表現(xiàn)形式為體積、長度、角度的改變。而顯示形變的方法可用力學(xué)的方法，也可用電學(xué)、光學(xué)的方法。如：體積的變化可以由液柱長度的變化顯示。3光學(xué)放大法是使被測物體通過光學(xué)裝置放大視角形成放大像，以

8、便于觀察，從而提高測量精度。例如放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等。4. 機(jī)械放大法利用機(jī)械部件之間的幾何關(guān)系，使測量量在測量過程中得到放大的方法。如機(jī)械天平。用等臂天平稱量物體質(zhì)量時(shí)，如果靠眼睛判斷天平的橫梁是否水平，很難發(fā)現(xiàn)天平橫梁的微小傾斜，通過一個(gè)固定于橫梁垂直的長指針，就可以將橫梁的微小的傾斜放大為較大的距離量（或弧長）。五、比較法測量就是將被測量與一個(gè)被選作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)單位的同類物理量進(jìn)行比較，找出被測量是計(jì)量單位的多少倍的過程。比較法就是將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較而得到測量值的方法。比較法是科學(xué)測量中最普遍、最基本、最常用的測量方法。分為直接比較法和間接比較法。1. 直接比較法直接比較法是將被測

9、量與已知的同類量或標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較。如用直尺測長度、用量杯測量液體的體積、用砝碼在等臂天平上測量質(zhì)量等，都屬于直接比較測量方法。直接比較法具有以下特點(diǎn)：（1）同量綱，被測量與標(biāo)準(zhǔn)量的量綱相同。即單位相同。（2）同時(shí)性，被測量與標(biāo)準(zhǔn)量是同時(shí)發(fā)生的，沒有時(shí)間的超前和滯后。（3）直接可比性，被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接比較而得到被測量的值。直接比較法的測量誤差受測量儀器或量具自身誤差的制約，因此要提高測量準(zhǔn)確度的主要途徑是減小儀器的測量誤差。2. 間接比較法很多測量量不能直接測量，但是可以利用測量量之間的關(guān)系，先制成與被測量有關(guān)的儀器或裝置，再利用這些儀器或裝置與被測量量進(jìn)行比較，這種借助一些中間量，或?qū)⒈?/p>

10、測量進(jìn)行某種變換，來間接實(shí)現(xiàn)比較測量的方法稱為間接比較法。如在測量電阻時(shí)，可以用萬用電表直接測出阻值，這是直接測量法。也可以利用伏安法，先測出被測電阻兩端的電壓和通過的電流，通過歐姆定律R=U/I，可得到電阻。這種方法就是間接比較法。再如，測量摩擦力大小，是通過勻速拉動(dòng)小車，由拉動(dòng)小車的彈簧秤所顯示的拉力來推知摩擦力大小。六、平衡法平衡法是利用物理學(xué)中平衡態(tài)的概念，將處于比較的物理量之間的差異逐步減小到零的狀態(tài)，判斷測量系統(tǒng)是否達(dá)到平衡態(tài)來實(shí)現(xiàn)測量。在平衡法中，并不研究被測量量本身，而是與一個(gè)已知量進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)量差值為零時(shí)，用已知量描述待測量。利用平衡法，可將許多復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象用簡單的形式

11、來描述，可使一些復(fù)雜的科學(xué)關(guān)系簡明化。利用等臂天平在稱物體質(zhì)量時(shí)，當(dāng)天平指針處在刻度零位或零位左右等輻擺動(dòng)時(shí)，天平達(dá)到力矩平衡，此時(shí)待測物體的質(zhì)量和砝碼的質(zhì)量相等?；菟雇姌驕y電阻也是應(yīng)用平衡法來測量電阻的。它是根據(jù)電流、電壓等電學(xué)量之間的平衡原理來設(shè)計(jì)電路的。七、轉(zhuǎn)換法在測量中對(duì)于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的量，通用用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用易測量的量直接測量的方法。比如，古代曹沖稱象的故事中，實(shí)際上是敘述了把不可直接測量的大象的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為可測的石塊的質(zhì)量。還有，我們很難測出不規(guī)則物體的體積，但是根據(jù)阿基米德原理，可將其轉(zhuǎn)換為液體的體積進(jìn)行測量。馬德堡半球?qū)嶒?yàn)可以證明大氣壓的存

12、在，霧的出現(xiàn)可以證明空氣中含有水蒸氣，影子的形成可以證明光的直線傳播等等。八、理想實(shí)驗(yàn)法理想實(shí)驗(yàn)又叫“假想實(shí)驗(yàn)”“思想實(shí)驗(yàn)”，它是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理思維過程和理論研究重要方法。理想實(shí)驗(yàn)雖然叫實(shí)驗(yàn)，但它同所說的真實(shí)實(shí)驗(yàn)是有原則區(qū)別的，真實(shí)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，而理想實(shí)驗(yàn)是一種思維活動(dòng)，前者是可以將設(shè)計(jì)通過具體實(shí)驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，后者則是在抽象思維中想出來而實(shí)際上無法作到的實(shí)驗(yàn)。但是理想實(shí)驗(yàn)不是脫離實(shí)際的主觀臆想。設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)要具備三個(gè)基本條件。首先，要以真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，抓住關(guān)鍵性的科學(xué)事實(shí)，對(duì)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程作深入的抽象分析。其次，運(yùn)用科學(xué)抽象方法，建立理想模型，塑造理

13、想條件和理想過程。最后，邏輯方法的運(yùn)用也是設(shè)計(jì)理想實(shí)驗(yàn)的一個(gè)條件。如在研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的伽利略理想實(shí)驗(yàn)。伽利略認(rèn)識(shí)到，影響人們正確認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)情況的是摩擦阻力，而這又是人們在日常觀察物體運(yùn)動(dòng)時(shí)難以完全避免的。伽利略注意到，當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾時(shí)，它的速度增大，而向上滾時(shí)，它的速度減小。由此他推論，當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)不增不減。實(shí)際上他也發(fā)現(xiàn)，球愈來愈慢，最后停下來。伽利略認(rèn)為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因?yàn)樗瑯舆€觀察到，表面愈光滑，球便會(huì)滾得愈遠(yuǎn)。于是他推論，若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。于是他得出力不是維持物體的運(yùn)動(dòng)即維持物體的速度的原因，而恰恰是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即改變物體速度的原因。因此，一旦物體具有某一速度，如果它不受力，就將以這一速度勻速直線地運(yùn)動(dòng)下去。伽利略的理想實(shí)驗(yàn)就是從思維中想象出來的金屬球、斜面和平面等理想模型作為實(shí)驗(yàn)物，以無摩擦和平面的無限延伸等理想條件作為實(shí)驗(yàn)條件，以金屬球從斜面滾下后以恒定的速度在無限的平面上永遠(yuǎn)