汉庭入住率:[转载]实验的基本理论

实验，是在人为控制条件下，研究对象的一种科学方法。是依据假设，在人为控制条件下，对实验变量（以下称自变量）的变化和结果进行捕获解释的科学方法。
一、假设与与假设验证原则
实验的第一个要素是“假设”；第一项原则是“假设验证原则”。
通常，科学研究起源于假设。假设亦称假说，指用来说明某种现象但未经证实的论题。假设一般分为3个步骤；第一步是提出假设，即依据发现的事实材料和已知的科学原理，通过创造性思维提出初步假定；第二步是作出预期（或推断），即依据提出的假设，进行推理，得出假定性的结论；第三步是验证假设，即依据假设和预期，设计实验方案，进行实验验证。结果，假设或被否定、或被修正、或被证实。如果假设得到证实，预期得以实现，则假设或假说就可以转化为科学理论，故假说是科学发展的基本形式。假设是科学发展的第一个要素。同理，假设验证是科学实验的必要环节和应遵循的程序准则，故假设验证原是科学实验的第一项原则。
二、变量与单一变量原则
实验的第二个要素是“变量”，第二项原则是“单一变量原则”。
变量，亦称因子，指实验操纵控制的特定因素或条件。按性质不同，通常有以下两类四种变量。
1、自变量与因变量。自变量指实验中由实验者所操纵、给定的因素或条件。因变量指实验中由于自变量而引起的变化和结果，二者有因果关系。实验的目的在于捕获解释这种前因后果。
2、无关变量与额外变量。无关变量，亦称控制变量，指实验中除自变量以外的能影响实验变化和结果的因素或条件。额外变量，亦称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。显然，额外变量会对因变量起干扰作用。
3、单一变量原则。单一变量原则是处理实验中的复杂变量关系的准则之一。它有两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验中有几个自变量，都应做到一个自变量对应观测一个因变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实验实施中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。
三、控制与平衡控制原则
实验的第三个要素是“控制”；第三项原则是“平衡控制原则”。
控制，是处理实验中变量关系的又一准则，指实验要严格要严格地操纵自变量，以获取因变量；与此同时，还要严格地均衡无关变量，以消除额外变量。一句话，通过实验控制，尽量消除实验误差，以取得较为精确的实验结果。
如果说“单一变量原则”主要是对无关变量和额外变量的控制而言的，而这里的“平衡控制原则”，则主要是对无关变量与额外变量的控制而言。意思是说，实验中的无关变量的因素条件，很难避免，只有设法平衡和抵消它们的影响。常用的方法有：
1、单组实验法。对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法, 顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的实验方法。单组实验法，由于对象同一，无关变量的影响也就被平衡和抵消了。
2、等组实验法。将状况相等的对象，分成两组或多组，一组用A法，另一组用B法。这对无关变量的影响也可起到平衡和消除作用。
3、轮组实验法。对两组或两组以上的对象，轮番循环两个或两个以上的实验处理，如甲组――A法、B法；乙组――B法、A法等。这样能有效地平衡和抵消无关变量的影响。
四、对照与实验对照原则
实验的第四个要素是“对照”，第四项原则是“实验对照原则”。
对照是实验控制的有效手段之一，目的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。实验组是接受自变量处理的对象组；对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受自变量处理的对象组。至于哪一个作为实验组，哪一个作为对照组，一般是随机决定的。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，则可以认定为是来自自变量的效果，这样的实验结果是可信的。
1、空白对照。指不做任何实验处理的对象组。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，增强了说服力。
2、自身对照。指实验与对照在同一对象上进行，不另设对照。自身对照方法简便，关键是要看清楚实验处理前后实验对象本身变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化状况为实验组。
3、条件对照。指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理不是实验假设所给定的自变量。设置条件对照，能更充分地说明自变量对因变量的影响。
4。、相互对照。指不另设对照组，而是几个实验组相互比较对照。在等级实验法中，若不设空白对照，则大多是运用相互对照。
五、捕获解释和真实客观原则
实验的第五个要素是“捕获”和“解释”，第五项原则是“客观真实原则”。
观察、实验的实质即在于捕获事实和解释事实。捕获，即捕捉、记录实验中的事实、现象和数据，用术语说，即捕捉记录由自变量带来的因变量。解释，即论证、说明实验中的事实、现象、数据，用术语说，即论证、说明实验中的自变量与因变量的因果关系，从而得出结论进行讨论。
真实客观原则是科学实验所必须遵循的基本准则，即实验中的捕获解释一定要实事求是，一切从实际出发，使获取的材料（事实、现象、数据）尽可能地反映客观事物的本来面目，不能主观臆造，不能凭空胡诌，不能片面武断。所谓事实，有两类性质：一类是“客观事实”，它是事物的客观存在，具原本性质；一类是“经验事实”，它是人们对客观事物的主观反映，具经验性质。实验即在于捕获真实客观的能反映客观事物的本来面目的经验事实，并加以合理的解释。
六、实验与观察的联系与区别
实验离不开观察。观察是在自然条件下研究对象的方法，或者说观察是在自然条件下对研究对象的事实现象进行捕获解释的方法。实验通常包括观察，观察与实验在结构要素和方法要素等方面，既有联系、有共同之处，又有区别和差异，其要点简要叙述如下表：
实验与观察的要点比较表
观察
实验
涵义
在自然条件下研究对象
在控制条件下研究对象
共
同
点
结构要素
主体
都是有主体有目的有计划的能动活动
工具
都要使用感官、仪器、设备等中介手段
客体
都是研究对象的事实现象
方法要素
都在于对研究对象进行捕获和解释
不
同
点
条件状态
以不变革对象为牲，处于自然常态条件下
以变革对象为特征，处于控制操纵条件下
控制工具（主要方法）
变量比较直观、简单、观测比较被动
使用假设.变量.控制.对照等中介手段，能使对象纯化.强化，增进了可观测性和可重复性等
以上实验的5个要素、5项原则，是相互联系、整合为一体的。它们是进行实验设计、制定实验方案的理论依据。正规的实验方案包括：课题、实验假设、实验预期、实验目的要求、实验方法类型、实验对照类型、实验材料用具、实验方法步骤和实验结论与讨论等项目。而在中学生物课本的实验指导中，实验假设和实验预期大都隐含在“实验原理”项目中；实验方法类型、实验对照类型则一般隐含在“方法步骤”项目里。
实验基本理论的探讨，还为改进实验教学，推行素质教育，特别是为发展学生的探索能力、动手能力、创造意识、创新能力、科学态度和科学精神，提高实验教学质量，提供了理论依据和实验指南。