时间：2022-07-25 17:28:34
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇实验设计方法，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：实验设计；市场研究；统计分析
中图分类号：F713.50 文献标志码：A 文章编号：1000-8772（2013）05-0102-02
按照美国管理协会的定义，市场营销是“创造、传播、传递和交换对顾客、客户、合作伙伴乃至整个社会有价值的产品和服务的一系列活动、机制和过程”。市场活动面对着多样性的顾客、客户，产品和服务必须适应这种需求的多样性。企业不仅要适应已经存在市场需求，还要创造新的产品和服务以适应潜在的市场需求。因此，企业应该主动寻求获得市场优势的途径。市场实验是企业主动探索市场的有效方法，实验中获得的数据经过统计分析可以显示出很多有价值的信息。
一、市场数据的类型与作用
市场调查是获得市场需求数据的必要手段，获得的数据主要有三类：宏观统计数据、观测调查数据和专项调查数据。宏观统计数据是统计部门经调查和记录获得的关于人口、经济、行业信息等宏观统计的数据。观测数据是对某种频繁发生的行为观测的结果，不能预示未来情况。专项调查数据是面向人的态度、价值观获得的数据，可以对原因行为进行描述、对未来行为进行预测的调查。
宏观统计数据是一种历史数据，历史数据的优点是搜集数据的成本小。但可能存在以下一些缺点：（1）一些重要过程数据缺失；（2）数据的可信度和有效性不足；（3）数据不适应当前问题的需要；（4）一些可能产生影响的因素没有被记录。观测调查数据和大部分专项调查数据本质上都是通过观察或调查得到的，其缺点是只能提供有限的关于系统变量的具体信息。历史数据和观察数据都是研究者被动接受的数据，数据能够反映的规律性可能要打折扣。
在专项调查中也可以设计一个实验过程，有目的地改变控制变量（或称为输入因素、因素），观察系统输出结果得到的数据（或称为输出相应）。“实验”（experiment）同“观察”（observa-tion）有所区别。实验是积极地作用于对象，考察在人为的条件下会产生什么样的输出，是能动地对环境提出问题，并积极地寻求答案。观察不像实验那样对对象做人为干预，而是原原本本地确认关于对象的状况的事实，因此说，观察是被动的认识。
二、市场实验与市场实验设计
市场实验是对市场的主动测试。市场实验设计可作如下描述，它是运用数理统计的原理、方法，研究市场因素――产品或服务，及其价格、广告、销售渠道、促销等的变化对消费者或用户的影响及其数量化因果关系的变化规律。实验者通过控制一个或几个因素，研究对其他市场因素的影响。
企业都追求市场竞争中的优势地位，为此必须在营销过程对产品和市场都有准确的把握，这需要对市场进行深刻研究。市场实验是重要的研究手段。市场实验包括两个方面：第一，产品定型前的实验设计；第二，产品进入市场的实验。产品定型前需要通过实验设计找到最好的影响产品性能的因素组合，包括消费者从产品中获得的体验和感觉等因素，是产品具有最好的性能。产品进入市场时，需要通过小规模的市场实验来测试市场中的利益相关者对产品的反应，例如，何种型号的产品受欢迎，什么产品组合更适合市场需求，应该针对哪些消费群体进行诉求，何种渠道需要获得的利益更多，批发商、零售商等分销渠道中的成员会以怎样的方式对新产品提供支持和服务。
常见的错误实验设计是将产品开发实验与市场实验分离开，在产品设计阶段忽视消费者的体验，对市场的反应考虑不充分，只重视产品开发实验过程创造的新产品往往不能获得市场优势。产品最终需要获得市场的认可，因此市场实验是必要的，并且这种实验可能需要长期进行以适应市场的变化。单纯进行产品实验仍然是被动认识市场，只有将市场实验的两个方面同时考虑，才能主动认识市场。
三、市场实验方法的运用与优化设计
通常来说，市场研究人员都重视对市场数据的调查，但是从这些数据中挖掘出有用的市场信息需要有效地运用统计技术。进行市场实验设计应该处理好四方面问题。
1 产品开发实验需要考虑市场因素
通过初步的市场调查确定适合市场需求的产品型号等因素，通过实验设计方法找到合理的因素组合。减少产品推向市场后造成的使用不便等问题。在市场调查过程中，对消费者的行为或环境都不能控制，而实验设计方法是在一个受到控制的环境下研究各种因素的效果。
2 市场研究中的非正式实验
在市场实验中应该适当使用非正式实验。非正式实验包括四种：事后设计、有控制组的事后设计、事前设计和有控制组的事前设计。事后设计是在变动实验处理之后才测量对其他变量的影响，例如改变了包装设计后研究对销售量的影响。有控制组的事后设计，即在实验组之外再设一个控制组进行比较。事前事后设计是实验者在一个实验组内实验前测量变量，实验后再进行测量以考察实验变量的效果。有控制组的事前事后设计是在实验组内考察变量实验前后变动受到组内和外来变量两种因素影响。
非正式实验是简单方便的实验方法，试验费用少，设计简单，计算简单，可以在处理一些简单市场问题时使用，例如对市场的某些因素进行探测性研究，为进一步安排复杂的实验设计做准备。进行非正式实验不适合研究复杂的因素组合问题。
本文以广东省科技计划项目课题－磷酸酰肌醇－3激酶（PI3K）对小鼠气道炎症影响的实验研究为案例，介绍公式法、PASS软件Simple法和Stata软件计算法这3种样本含量估算方法的实际应用，并通过实验所得数据验证其检验效能，判断3种方法确定的样本含量是否合理有效，为医学工作者实验设计时估算样本含量提供一定实践经验借鉴。
1材料与方法
1．1材料1．1．1材料Balb／c小鼠：由广州医学院动物中心提供，4～6周龄，雄性，清洁级，体质量20～25g，无卵清蛋白（OVA）饮食。致敏液：由0．08％OVA0．1mL（美国Sigma公司）和等体积液态铝（美国Pierce公司）混合。LY294002（PI3K抑制剂）：美国Sigma公司提供。1．1．2动物分组分组方法：随机数字表法。组别：OVA组、LY294002组和对照组。1．1．3实验方法OVA组：本组小鼠于第0、7、14天腹腔注射致敏液0．2mL，第15天将小鼠置于透明密闭容器中以1％OVA溶液10mL雾化吸入，每次20min，隔日一次，连续5周。LY294002组：同期同时给予注射致敏液和吸入OVA，第13天开始经尾静脉给予LY294002，用量为7．5mg／kg，连续3d每天1次，第15天于吸入OVA前30min给药。对照组：同期同时给予相同体积生理盐水腹腔注射及雾化吸入。观察指标：支气管肺泡灌洗液（BALF）中细胞分类计数、骨髓悬液和肺组织学检查。通过实验检测LY294002对OVA致敏哮喘小鼠肺组织病理、BALF和骨髓中细胞分类的影响，计数细胞总数和嗜酸性粒细胞（Eos）并进行统计学分析［3］。1．1．4实验目的运用公式法、PASS软件Simple法和Stata软件计算法求得本实验的样本含量，并通过实验所得数据验证其检验效能，判断3种方法确定的样本含量的有效性。1．2方法1．2．1公式法介绍n＝［（Zα／2＋Zβ）＊σ／δ］2，n为所需要的样本含量，δ为总体差值，σ为总体标准差，Zα／2为标准正态分布的双侧临界值；Zβ为正态分布的单侧临界值。1．2．2PASS软件介绍PASS是样本含量估计和效能分析中常用的一款优秀的统计分析软件［4］。它界面良好、功能齐全，可以进行描述性统计、相关及回归分析、实验设计、生存及可靠性分析、统计图表绘制等操作，只需要输入相应的参数，即可实现对样本含量或检验效能的预测。常用方法有Com－poundSymmetry法、AR法、Banded法和Simple法。本实验研究选用Simple法。1．2．3Stata软件介绍Stata是一个功能强大的统计分析软件，它可以进行t检验、参数估计、协方差分析、单因素和多因素的方差分析、方差齐性检验、缺项数据的处理、正态性检验等一般分析。它采用具亲和力的窗口接口，操作灵活简便、学习方便，使用者可以通过Stata官方网站学习使用方法。该软件用于样本含量和检验效能估计的主要命令是sampsi（samplesizeandpower），命令格式为：．sampsi＃1＃2［，一般选择项］［重复测量选择项］。＃1表示处理前测量的均数，＃2表示处理后测量的均数。一般选择项包括：检验效能、检验水平、n1与n2样本量的比值、sd1／sd2（sd为标准差）、单侧／双侧检验、单样本（缺省时为两样本比较）。常用方法有change法、post法和ancova法，本试验研究选用ancova法。
2结果
2．1参数设置Ⅰ类错误概率大小α越小，所需要的样本含量越大，通常情况下α取0．05，可取单侧或双侧用统计学检验。选择双侧检验的条件是研究结果高和低于效应指标的界限均有意义，所需样本量就大；选择单侧检验条件是研究结果仅高或低于效应指标的界限有意义，所需样本量就小。Ⅱ类错误概率大小β越小，检验效能1－β越大，所需样本量也越大，一般要求检验效能不低于0．80，一般只取单侧，本实验取β＝0．1。n1与n2样本量的比值常用的为4∶1、2∶1、1∶1，考虑成本最低取1∶1。总体标准差σ或总
体率π，常根据预实验及前人的研究结果或统计理论进行估计，根据何胜东等［5］的研究结果和其他资料，取π＝0．7，σ＝7．87。容许误差δ是指研究者要求的或客观实际存在的样本统计量与总体参数间或样本统计量间的差值，本实验认为Eos百分比降低80％以上为有效，取δ＝0．8σ。2．2计算结果公式计算值为12只，PASS软件Simple法计算值为8只（见图1），Stata软件计算值为10只（由于软件界面图较复杂，本文不截取界面图）。2．3实验结果本实验研究向广州医学院病理教研室咨询了实验材料的费用，根据以往的文献研究经验并考虑统计方便，最终确定样本含量为10只。但考虑样本的非正常失效（如取样失败、死亡等），笔者增加2只作为备份，将样本编号为1～12号。本实验在实验过程中未出现样本的非正常失效，12只小鼠都取到了真实有效的实验数据。实验研究结束后，笔者验证了LY294002组对OVA组的检验效能，样本数为8只取样本编号为1～8号的数据，定为A组；样本数为10只，取样本编号为1～10号的数据，定为B组；样本数为12只，取样本编号为1～12号的数据，定为C组。其计算结果：所有组别1－β＞0．90（数据见表1），说明这3种方法计算的样本数都是合适有效的。
3讨论
医学试验研究设计包含专业设计和统计设计两部分内容，统计设计对于保证研究结果的可靠性、科学性、重现性，具有非常重要的意义［6］。样本含量估计与检验效能估算是统计设计中最重要的环节之一。只有科学地确定样本含量才能确保研究的可靠性和研究结果的可信性。样本含量的估计原则：在保证试验研究结果具有一定可信度（1－α），又具有一定检验效能（1－β）的前提下，估算出能够达到主要研究目标所需要的研究对象最小例数，以便通过样本研究结果来推断总体特征。其中α和β的取值大小是由试验设计人员希望达到的可信性和检验效能而确定。有时试验者会考虑到样本意外丢失（如动物的非正常生病或死亡，人员的失访等），会在估算出的最少样本例数上比例不能太大，增加10％～20％即可，因为盲目追求大样本量可能导致更多混杂因素的产生（如动物个体体质相差太大等），导致更大或更多的偏倚发生。医学工作者习惯用公式计算法、查表法、文献法和专家咨询法等方法估算样本含量，这些方法主观因素对估算结果影响大，而统计软件由于操作简单，考虑的客观因素多，计算结果相对合理。统计软件除了本文介绍的PASS软件和Stata软件外，还有nQueryAdvisor软件、SamplePower软件（SPSS公司研发）、SASA软件和SAS软件等，使用方法都大同小异。本文采取的3种方法计算结果不相同但却都是合理有效的，因为医学试验研究中样本含量不是唯一的，不同的研究方法、研究目的，研究要求和研究资料决定了不同的样本含量，从表1中可看出样本含量也并不是越大越精确。这些样本含量估算方法参考了研究个体的变异度、研究结果的精确度（抽样误差），但未考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响。
总之，估算样本含量的方法有许多，统计软件具有更客观、更全面和简单方便的优势，在参数选择正确的情况下其计算结果都是合理有效的，试验研究人员要熟练掌握和运用，并以其计算结果为依据，正确分析试验研究性质，再综合考虑研究成本、可行性与伦理学要求对样本含量的影响，最终确定合适的样本数。
作者:喻宁芳喻宁芬单位:广州市第一人民医院南沙医院检验科
一、化学探究性实验设计的基本原则
不依规矩，无以成方圆。探究性实验也不是天马行空的想象，它要遵循一定的原则。在设计探究性实验时主要遵循以下原则：（1）目的性原则。（2）科学性原则。（3）创新性原则。（4）启发性原则（5）简约性原则。（6）安全性原则。（7）趣味性原则。（8）可行性原则。以上各原则是渗透在整个探究性实验设计过程中的，我们可以在设计的时候不断地修正，使我们的设计方案达到最佳效果。
二、化学探究性实验设计的基本方法
探究性实验的基本内容是：课题、假设、设计实验、预期、完成实验、观察并记录结果、分析结果、得出结论。针对这些内容，在教学实践中，我们进行了探索，总结了一些基本的方法。
（一）认真研读教材，充分挖掘探究性实验课题
我们的教材是化学知识的集合体，多数教材中的实验是验证性的实验，这对培养学生的探究能力就比较不利，因此，需要教师进行研究改进，把能够改成探究性的实验进行改进，或者自己设计新的探究性的实验进行教学，从而提高学生的探究能力。
《化学反应原理》是高中化学阶段的重难点内容，抽象且枯燥，实验多为验证性的实验。因此，《化学反应原理》中的实验就需要教师进行改进，力求充分利用好化学实验，使学生参与进来，用探究性的实验帮助学生加深理论知识的理解。例如，鲁科版《化学反应原理》第三章第四节讲解酸碱中和滴定实验的时候，书本上是直接给出反应原理和实验步骤。虽然是定量实验，我们也可以增加其探究性，可以先给出测定NaOH溶液浓度的多种方案，如用滴定管实验、烧杯实验、试管实验，然后让学生讨论各种方案的准确性、可行性、最终确定实验方案。
（二）积极总结经验，建立一套探究性实验设计的“套路”
进行探究性实验的设计不是说什么都要从头开始，什么都要从四面八方思考，这样的话效率很低，而且可能会偏离教材的主题。我们在教学实践中既要懂得思考、探究、创新，也要懂得积累经验，优秀的经验会让我们事半功倍。经过一轮高中教学实践，我们总结了一些常用的“套路”。
1.加强对实验仪器的探究设计
把基本实验仪器进行组装、改进、优化，这是培养学生思维和动手能力的重要方法。比如，讲解启普发生器时，先让学生思考讨论原理，并总结其优缺点，等学生掌握理解后，就可以开始让学生探究：如何用实验室的其他仪器组装成类似启普发生器原理的装置？教师可以先给出一些基本仪器，然后让学生组装。
让学生进行实验装置的设计是探究性实验设计的重点内容，教师应设计更多的这种类型的探究性实验，让学生不断尝试，以提高运用的能力。
2.丰富对实验原理的探究设计
对实验原理的探究很多样化，为了丰富学生的思维，提高运用和创新能力，教师应该进一步丰富对实验原理的探究设计。例如，鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第二章第3节中，在探究浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响时，书本的确是设计了探究性的实验，但是书上的探究实验都是针对一个因素的单独对比探究，然后分别进行分析讨论，得出独立的结论，这就为学生减轻了探究的难度。如果我们能够在该实验探究完后，将三个因素综合起来，设计新的内容让学生进一步探究，那就可以大大提高学生综合运用的能力。
3.重视对实验异常现象的探究设计
对于化学实验，经常因为药品不纯，反应条件的不同而出现不同的实验现象。当出现这种状况时，要及时启发学生进行思考，并找出原因，还可以让学生思考是否有改进的方法，从而提高思考能力和创新能力。比如，鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第一章第3节，做铜锌原电池演示实验时，以锌和铜为电极，稀硫酸为电解液进行实验，理想的现象是铜电极表面有气泡产生，而锌电极没有。但是实际演示会遇到的情况是：两电极都有气泡产生，甚至有的出现锌极产生的气泡远多于铜极。这时就要引导学生思考：为什么锌极也有气泡产生？进而分析出是因为锌中含有碳等杂质，锌本身和杂质形成许多微小的原电池，所以有气泡冒出，从而加深对原电池原理的认识，也增强学生积极思考的意识。
4.扩展对生活应用实验的探究设计
新课程改革要求：加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系，关注学生的学习兴趣和经验，精选终身学习必备的基础知识和技能。如果我们能很好地引导学生将实验与生产生活联系起来，一方面，可以使学生感到化学就在身边，从而提高学习化学的兴趣；另一方面，可以使学生清楚所学的知识能用来做什么和怎么做，从而对化学的本质和价值有一个正确的认识，体现高中化学探究性实验的时代性。比如，鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第一章第3节中探究原电池反应原理时，可以在讲完原电池的组成条件后，让学生用家里面的材料自己组一个原电池，让学生动脑、动手，提高理论运用于生活的探究能力，激发学习的兴趣。
“卓越工程师教育培养计划”是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。该计划的实施目标是培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。“卓越工程师教育培养计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。教育部将在五个方面采取措施推进该计划的实施：一是创立高校与行业企业联合培养人才的新机制；二是以强化工程能力与创新能力为重点改革人才培养模式；三是改革完善工程教师职务聘任、考核制度；四是扩大工程教育的对外开放；五是教育界与工业界联合制订人才培养标准。
2010年7月，华南理工大学成为全国第一批“卓越工程师教育培养计划”实施高校。土木工程“卓越全英班”是该计划的重要组成部分，是为探索个性化创新型人才培养模式而开办的。注重培养学生掌握力学、结构基本理论和设计方法、先进施工技术及工程管理知识，突出外语、计算机应用能力。大部分课程采用全英教学，注重和加强实践和创新教学环节，配备高水平教师担任导师进行专业学习和科研实践指导。开设科技前沿专题讲座，参与国际工程实践。培养具有良好的人文、科学与工程的综合素质，具有国际视野和国际交往能力的土木工程优秀创新人才，力争与国际土木工程领域的培养模式接轨。
研究性教学是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式，得到“卓越工程师教育培养计划”的大力提倡和着力推广。该文着重介绍采用研究性教学方法进行土木工程专业道路工程方向的一项探索性试验设计过程及其效果。
1 典型的研究性教学方法
研究性教学是以探究为基础的教学，它以学生的发展为本，把学习与研究相统一，引导学生发现问题、思考问题和解决问题，使学生成为教学活动的中心，成为自我反思和自我发展的主体[1]。作为一种教学方法体系，研究性教学主要有案例教学、基于问题解决的学习和基于问题的学习等三种典型的教学方法。
1.1 案例教学法
案例教学法是一种使得学生处在面临问题的决策者角色的教学方法。在案例教学法课堂，无论是教师和学生必须以不同的方式被激活。教师和学生相互依赖、互相学习。教师一般都是专家，但他们很少直接告知学生专业知识。
案例教学法主要是用在商业学院和公共政策学院教学活动中。例如，1908年已被用于在哈佛商学院和公共政策学院。教学案例研究是全球顶尖的商学院进行核心功能。他们常常组织比赛确定最佳的新的教学案例。商业案例是模仿或模拟真实情况下的文档。案例陈述的现实让读者参与其中。案件往往说明企业或政策形势需要解决问题，还包括课堂讨论和研究的其他信息。在没有明显的解决方案的情况下，提供了充分的事实基础上激发学生获得一切可能的结果。作为现实的模拟，案例必须具有三个特征：一个重要的业务问题或问题。没有问题的情况下，没有教育价值；充分的信息基础；没有明确的结论。
在案例教学过程中，教师的作用是选择和组织案例，这也是实现教学目标的关键。
1.2 基于问题解决的学习
基于问题解决的学习方法是1980年美国数学教师协会正式提出来的[2]。它将学习内容设计成问题，或由学生提出问题，让学习者通过解决问题来获得相应的知识和能力。
让学生提出高质量的问题是这种教学方法的关键。要求学生将问题具体化和形象化，构造成模拟实际生活的故事情节。学生在原有知识和经验的基础上，通过分析解决问题，发现更加复杂和深入的问题。
因此，学生提出问题的多少、思考问题的广度和深度等是基于问题解决的学习方法的重要的评价标准。
1.3 基于问题的学习
基于问题的学习是一种以学生为中心的教学方法。学习的目的是获得解决问题的经验、思考策略和该领域的知识[3]。基于问题的学习的目标是帮助学生形成灵活的知识、有效解决问题的能力、自主学习、有效的协作能力和内在动机。
基于问题的学习是一个主动的学习方式[4]。在工作过程中，学生发现他们已有的知识，需要知道什么，以及如何和在哪里获得新的信息，可能会有益于该问题的解决。教师的作用是为了促进学生的学习、支持、指导和监控学习过程。导师必须建立学生对解决问题的信心，并鼓励学生，同时也拓展他们的理解。
Barrows定义了基于问题的学习模型为[5]：
（1）以学生为中心的学习。
（2）学习是学生小团体做的，理想的6～10人。
（3）教师指导学生而不是教学。
（4）以问题为基础组织和激发学生学习。
（5）问题是设置是提高学生解决问题能力的基础，是刺激的认知过程。
（6）学生通过自我导向学习获得新的知识。
基于问题的学习要求教师的教学风格达到几个主要标准：首先，要有一个与教师科研相关的“学习中心”，所有的学生都需要围绕该中心。第二个标准是必须有一个驱动问题，学生通过完成项目获得问题的答案。这个问题也不能有一个预定的结果，它应该要求学生使用的先验知识来所有可能的结果。其他标准包括建设性的调查研究、学生的自主权等。
基于问题的学习的主要教学过程包括提出问题、分析问题、形成假设、验证假设、修正假设。
2 土木工程探索性试验设计
近年来华南理工大学开展了“探索性实验”教学项目建设工作，引导教师将科研项目成果转化为计划内实验教学内容，从而深化实验教学内容和体系改革，推进实验室开放共享；通过科研与教学融合，切实促进学生实践创新能力的培养。
下面介绍用研究性教学方法设计所申报的“探索性实验”教学项目“沥青混合料多轴加载试验”。
2.1 提出问题
最新版的《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）中沥青混合料的试验方法主要包括：单轴压缩、单轴拉伸、小梁弯曲和劈裂试验等。试验过程中，沥青混合料试件处于单轴或双轴应力状态。而实际沥青路面中，沥青混合料处于多轴受力状态，承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。因此，现有沥青混合料的试验装置与方法无法模拟实际沥青路面材料的多轴受力状态。
2.2 分析问题
为了模拟实际沥青路面材料的多轴受力状态，采用如图1所示的试验装置。通过转动的橡胶轮胎带动圆柱体试件转动，试件受到橡胶轮胎的表面摩擦力F和铅垂方向的压力P作用。同时，在试件水平方向施加压力Q。从而模拟实际路面材料多轴受力状态，使得试件承受压缩、拉伸、剪切的交互作用。
2.3 试验步骤
（1）试件制作。采用击实法、静压法或旋转压实法制作的圆柱体试件；或在轮碾法制作的板块状试件中钻取的圆柱体试件；或在路面中钻取圆柱体的芯样。
（2）安装试件。将试验室的环境温度控制在试验温度±0.1 ℃范围内。加载前，保温时间为90～120 min。
（3）水平方向加载。通过水平加载油缸对试件施加水平方向拉伸或压缩荷载。
（4）铅垂方向加载。通过铅垂方向加载装置在橡胶轮上施加荷载，从而在试件中部上方施加铅垂方向荷载。
（5）启动橡胶轮驱动马达，使得橡胶轮单向旋转，转速为1～100 r/s。
2.4 试验结果的分析与讨论
试件转动一定次数后，量测试件中部加载位置的直径，计算直径变化率。加载后试件中部直径的变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后加载位置试件直径/加载前试件直径。
同时，量测试件长度，计算加载后试件长度的变化率。加载后试件长度变化百分率计算公式为：100%×加载一定次数后试件长度/加载前试件长度。
教学过程中，共15位同学参与该项试验，分为3组，每组5人（表1）。
3 教学效果
采用研究性教学方法，有助于把学生纳入教师的科研项目，驱使学生调查研究，组织讨论会，分析问题，解决问题，完成工作任务。
授课教师与同学们一起通过该试验项目掌握了实际路面材料的受力状态，并创新性的设计了“沥青混合料多轴加载试验”方法。依托研究成果申报了2项实用新型专利和2项发明专利。在国外SCI源刊投稿论文2篇。
4 结语
研究性教学是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式，得到“卓越工程师教育培养计划”的大力提倡和着力推广。本文着重介绍采用研究性教学方法进行土木工程专业道路工程方向的一项探索性试验设计过程及其效果。主要结论如下。
（1）采用研究性教学方法，与教师的研究课题相结合，将土木工程专业实验教学中部分传统的验证性实验改革为探索性实验是培养和提高学生创新能力的重要举措。
关键词： 化学实验设计 类型和内容 教学策略
一、化学实验设计对发展学生科学探究能力的意义
所谓化学实验设计，是指学生在实施化学实验之前，根据一定的化学实验目的和要求，运用有关的化学知识与技能、科学过程与方法，对化学实验的仪器、装置、步骤和操作方法进行规范的一种规则。化学实验设计对于发展学生的科学探究能力、提高他们的科学素养具有重要的意义。首先，它可以激发学生的化学学习兴趣。学生根据自己所学的化学知识，独立地或在教师启发下，设计出各种实验方案，成功地解决化学实验问题，从而产生成功后的喜悦，激发起更大的学习热情，成为进一步学习的强劲动力。其次，设计化学实验方案需要学生灵活地和创造性地运用所学的化学基本能力和创造能力。最后，进行化学实验设计还需要学生掌握各种科学方法（如实验、测定、实验条件的控制、假说等），具有严肃认真、一丝不苟和敢于创新的精神，有利于学生认识和掌握科学过程与科学方法，形成正确的化学实验态度、情感与价值。
二、化学实验设计的类型和内容
根据不同的标准，我们可以将高中化学实验教学中的实验设计划成不同的类型。根据实验在化学教学认识过程中的作用，它可以分为：
1.启发性（或探索性）实验的设计。
这类实验是在课堂教学中配合其他化学知识的学习进行的，多采取随堂实验的形式。在引导学生进行设计时，我们要注意效果明显、容易操作、时间短和安全可靠。
2.验证性实验的设计。
这类实验目的主要是验证化学假说和理论，多采取学生实验课或边讲边实验的形式。在引导学生进行设计时，除了上述要求外，我们还要注意其作为证据对猜想与假设是否具有较强的说服力。
3.运用性实验的设计。
这类实验的目的是综合运用所学的化学知识和技能，通过化学实验解决一些与化学有关的实际问题。在引导学生进行设计时，我们要注意灵活性和综合性，尽可能设计多种方案，并加以比较，进而进行优选。
根据化学实验的工具，它可划分为以下两种类型：
（1）化学实验仪器、装置和药品的改进或代替。
（2）化学实验方法的改进。一方面，这主要是由于高中化学教课书中，有的实验因装置过于繁杂、操作不太方便、方法不合适、可见度较低而影响化学教学效果，因此需要改进方案，重新设计。另一方面，由于高中生受到种种条件的限制，常会发生缺少某些仪器、药品的情况，因而需要自制一些仪器和代用品，采用微型实验，所以也需要对实验重新进行设计。
三、化学实验设计的原则
1.科学性原则。
科学性是指实验原理、实验程序和操作方法必须与化学理论知识和化学实验方法论相一致，这是化学实验设计的首要原则。例如Na2S和Na2SO3的鉴别，在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有氧化性的酸；在操作程序的设计上，应先溶解，取少量溶液，然后加试剂，而不能溶解后就加入试剂。
2.可行性原则。
可行性是指设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行，所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学的条件下能够得到满足。例如NaCl、Na2SO4的鉴别，有的学生常选用AgNO3做试剂，认为AgCl难溶、Ag2SO4微溶，从而把两者加以区分。事实上，这种方法所依据的原理在实施时是不可行的。因为硫酸银不稳定，很容易分解成难溶的氧化银。
3.绿色化原则。
绿色化学是21世纪化学科学的一个重要发展方向，也是中学化学教学中，学生应树立的基本化学观念之一。绿色化学倡导从源头上就尽可能地消除或减少有毒、有害化学物质对环境的影响，要想实现这一目标，必须首先从化学实验设计做起。在化学实验设计中体现绿色化学思想，就要遵循化学实验设计的绿色化原则，即在化学反应原料的选择、化学反应的条件的选择、化学反应的产物、化学实验的操作等环节都要贯彻绿色化学思想。
四、发展学生化学实验设计能力的教学策略
1.尽可能为学生提供进行化学实验设计的机会。
化学实验设计能力，是实验探究能力的重要组成部分。进行化学实验设计的过程，也就是学生经历制定实验探究活动计划，发展实验探究能力的过程。因此，我们在化学实验教学中，要尽可能多地为学生创造进行化学实验设计的机会，使学生在化学实验设计的过程中，体会实验设计的重要性，认识实验设计应遵循的基本原则，初步掌握化学实验设计的基本方法。
2.增强发展学生化学实验设计能力的计划性。
增强发展化学实验设计能力的计划性是发展学生的化学实验设计能力很重要的一个方面。我们应根据化学实验教学内容的特点、学生知识与技能的基础和能力发展水平，有目的、分阶段地制定化学实验设计能力的发展计划。
影响畜牧实验质量的因素
遗传决定的反应差异由品种及品系差异造成。环境条件和实验误差也会影响动物对实验处置的反应，影响畜牧实验的因素包括：实验动物实验动物是科学研究的材料。实验动物敏感且误差小是最好，但动物反应比化学反应复杂，动物自身品质对实验结果影响颇大。选取实验动物力求其遗传性状相似，使动物反应的个体差异趋于零。环境因素从大范围看，气候、季节、降雨量等都会对动物身体机能产生影响。从小范围看，动物所处环境的温度、照明、笼具、垫料、同笼动物数量等都会对动物身体机能产生影响。照明间隔对动物生理机能的影响最重要，如血糖值等在明暗刺激下会发生变化，动物反应也受到影响。实验方案和操作实验方案是对实验过程的具体设计，主要包括实验处理方案、供试动物条件及数量、实验设计方法、饲养管理要求、观察记载项目、资料分析的方法和软件等。错误的有太多不确定性因素的实验设计，结果是不可靠的。严格按照实验设计和规范进行操作控制，客观准确全面的记录资料才能确保原始数据的科学性。
提高畜牧实验质量的途径
科学选取样本为了减少个体带来的误差，样本量越大越好，然而成本也会随之上升。因此，要在成本可控范围内尽量增加实验样本。样本应选取同一品种、性别、年龄，体重相似的实验动物，采用随机抽样的方式选取，让实验动物有同样的机会接受实验处置。优化实验设计实验结论的正确性取决于实验设计是否严密。理论上可采用的实验设计方法很多，如区组化设计、拉丁方设计、交叉设计等。不同实验设计各有优点，其要求的前置条件也不一样，如拉丁方设计精确性较高，可以在不增加实验单位的情况下，比随机单位组设计多设置一个单位组因素，减少实验误差，而且分析起来更简便，但这种方法要求横行和直列单位组因素与实验因素间不存在交互作用。虽然实验设计方法很多，但使用得比较多的还是单因素或双因素实验，实验效率低的同时，也使有些本应在同一实验中联合考察的因素被人为分在几个实验进行，导致实验结论出现偏差。进行畜牧实验设计时，应根据实验的要求，综合考虑不同实验设计方法的优劣，选择适当的实验设计方法减少实验误差。严格控制过程采用各种技术措施来控制和减少处理因素外的其他因素对实验结果的影响，接受同一实验处置的个体应给予相同的条件，如放在同一圈、或条件（温度、笼具材料和垫料、照明间隔、同笼动物数量等）完全相同的畜舍内饲养。并且供饲动物由同一人饲养，前后两种实验处置之间要留出间歇期。控制和排除外来因素干扰，如饲料突然改变、极端天气、疾病侵袭等。实验数据由专人详细记录并随时备份，如有意外事项随时上报，以便及时进行处置。
本文作者：蒲万君工作单位：四川省阿坝州中等职业技术学校
[关键词]物理；实验设计；探究
新课程理念要求将学生从接受学习向探究学习转变，变被动学习为主动学习，主要的表现就是主动探究问题的解决方法。在物理科学的实践探究中，学生设计实验是其中的重要一环，因此在物理课中强化学生的实验设计教学显得尤为重要。
一、实验设计教学的必要性
（一）加强实验设计教学是物理课程教学本身的需要。物理作为一门以观察和实验为基础的学科，课程本身即要求学生能在教师的示范及教材的示例下，根据已学的知识和已有的经验，按要求仿写实验方案，按部就班地完成预设的学生实验，并完成实验报告的撰写。通过对已成立的实验结论的亲自验证，形成尊重事实、探究真理的科学态度。
（二）加强实验设计教学是大力全面推进素质教育的需要。如果我们总是教育学生“应该……”“必须……”，这样培养选的人才在学校可能算是好学生，但思想僵化，毫无创见，面对新的形势，不能适应社会飞速发展的需要。教师要转变教育观念，在实验设计教学中，发展学生思维，培养学生能力。
（三）加强实验设计教学是当前新课程改革和教育理念转变的需要。新课程改革要求转变教育理念，让学生自己设计实验方案，经历探究过程，体验探究过程中可能出现的失误、失败，甚至与已有定论相左的结论。通过置疑、假设、自我纠正的过程，变被动地接受学习为主动的探究学习。
（四）加强实验设计教学是培养学生创造性思维能力和实践能力的需要。培养学生的实验设计能力，关键在教师应让学生主动地、富有个性地学习。在教学过程中，教师及时地激励、发现问题和解决问题以及在课堂讲解上难题的解决上，都离不开创作。教师合理的创作使教学升华；学生的自主创作，使学生从“接受学习”走向“探究学习”，由被动学习到主动学习。通过教师的创作，使知识更加接近生活，使学生更加体验到生活中的物理。
二、实验设计教学的基本原则
坚持自主原则，正确处理好“主导”与“主体”的关系。坚持民主原则，充分信任学生，尊重学生的自主地位和首创精神，在教学中建立起师生互爱互敬，相互尊重，平等和谐，民主交流的良好教育氛围。坚持探究性原则，鼓励学生大胆尝试，敢于发表创见。教师要运用启发式的教学，尽可能提出供各创设具有价值的问题与情境，使学生处于“愤”“悱”的状态中，且其研究方式方法应是多样的。坚持实践性原则，教师应鼓励学生动口、动脑、动手，要引导学生主动参与，重视理论联系实际。
三、多为学生提供实验设计的机会
真知来源于实践，教学中要多为学生提供实验设计的机会，使学生能有反复实践的条件。
（一）对课本上的学生实验，要求他们在预习的基础上编写实验目的、实验原理、选定实验器材、拟出实验步骤、画出记录表格等。如测斜面的机械效率，要由学生选定器材，设计实验。
（二）把实验设计能力的培养与日常教学结合起来。在平时的书面作业中，让学生做一些有关实验设计的练习。如给一只弹秤、一块小石头、一个容器、还有水和线，要求测出小石头的密度。在平时测评考试中，也适当考查这方面的内容。
四、学生设计实验的基本方法指导
（一）尝试根据实验需要，综合考虑相关因素，合理选择实验器材。选择实验器材涉及的问题很广，如实验的原理，实验器材的性能和操作要求，实验的基本知识和方法等，都会对实验器材的选择起作用。在选择实验器材时，考虑的因素也是多方面的。如怎样实现探究的步骤，怎样保证器材的安全，减少实验的误差，怎样方便实验的操作等。在选择实验器材时，应提倡学生选用日常生活中常见的器具来进行实验，这有利于使他们产生对实验探究的亲近感以及发展他们在实验器材选择方面所表现的创造能力。
良好的材料是实验成功的基础和保证。选择实验材料时，首先考虑从实验室获取，但很多小学科学实验材料从实验室不易得到，这就要求我们教师自制教具，从生活中获取简易的、实验现象明显的材料。比如，小学科学教材《固体的热胀冷缩》实验，选择材料是铜球，加热用酒精灯，冷却用冷水，观察方法用铁圈套铜球。这个实验有两个弊端，一是铜球温度很高，易烫伤学生，有危险性；二是加热时间比较长。因此，我将实验材料改为PP-R塑料，因为PP-R塑料热膨胀系数远远大于铜的热膨胀系数，实验现象特别明显。再如教材《马铃薯在水中是沉还是浮》一课，我把马铃薯改为葡萄，在烧杯中就可以做。这样既节省实验用品，实验效果又明显。
二、方法“妙”才能一目了然
（一）充分利用对照实验和对比实验
对照实验是提前控制“因”，然后观察“果”；对比实验是通过对“果”的对比，让学生发现“因”，探究性更强一些。在实验设计中我们要有意识地采用这两种方法。例如五年级上册第一单元第一课《小苗的诞生》中的实验采用了对照实验，适宜的温度、水、空气等诸多条件中，每次只能改变其中的一项。需要指出的是，为了节省时间，可以一次设置多个样本，根据排列组合的原则使样本间条件有所区别，最后通过将样本两两对照得出结论。本实验要求设计记录表，能对浇水量、光照时间等进行记录。同时，教师鼓励学生课后对自行控制变量的种类和数量进行研究，激发兴趣，巩固知识。
（二）改进实验，一切为了效果
实验设计时，参照课本、参考书、网上所设计的实验方法，从各角度思考，找出它们的优缺点，结合自己的设计确定最优方案。比如“光的直线传播”实验中，教材中提到森林中的光线直线传播，但缺点是远离生活只能想象；观察教室窗户中的一缕光线，实施起来也有困难。为此，我设计了利用激光笔大角度倾斜打在黑板上的方法，很方便地证明了光的直线传播，效果很好。
（三）方案周密，预知可能的败笔之处
实验设计时，对可能影响实验效果的不利因素要提前预知并加以避免。如五年级上册《风的形成》一课中“风的形成”实验，学生需要制作自己的实验箱，在实验设计阶段要引导学生注意以下事项：实验箱密封效果一定要好，任何地方不能漏气，否则蚊香的烟会溜走；实验箱要有一定的高度，否则点燃的蜡烛会引起燃烧，不安全。
三、让学生积极参与实验设计
【中图分类号】 G633.9 【文献标识码】 A
【文章编号】 1004―0463（2015） 02―0065―01
生物是一门以实验为基础的学科，实验设计题也是高考中的重要题型，同时还是高考复习教学中的重点和难点。下面，笔者结合教学实践，就高中生物实验设计的基本原则和基本步骤作以简单介绍。
一、实验设计的基本原则
1.科学性原则。所谓科学性原则，是指实验的原理要符合科学原理，实验结果的预期要有科学依据，实验的各个环节不能偏离生物基本知识和基本原理。
2.单一变量原则。所谓单一变量原则，是指控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中要处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。一般来说，应该做到以下几点：一是所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源和生理状况等方面要尽量相同或大致相同;二是所用实验器具（试管、烧杯、培养皿、广口瓶等器具）的大小型号要完全一样;三是所用实验试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积上等量的原则;四是所用处理方法要相同。
3.对照性原则。对照是实验控制的手段之一，目的是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。
二、实验设计的基本步骤
实验设计的基本步骤包括：了解题目要求、明确实验目的、分析实验原理、确定实验思路、设计实验步骤、分析实验结果。
1.了解题目要求。首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。
2.明确实验目的。实验目的是确定实验原理和设计实验方案的依据，而对于实验设计来说，实验目的是题干中必须明确的条件，否则整个实验设计就无从谈起。因此在实验设计前，一定要认真审题，准确把握实验目的。
3.分析实验原理，确定实验思路。一个结论可通过许多不同的实验来验证，但究竟应该选用何种设计方案，则要根据题目的具体要求来确定。所以在把握实验目的之后，要弄清题目的设计要求，之后在此基础上确定实验思路。
4.设计实验步骤。实验步骤是实验设计的核心，在解答实验设计题目中，对于实验能力的考查主要是通过实验设计的步骤来体现的。最好的实验设计思路也要通过具体的实验步骤来体现。要合理设计好实验步骤，一方面需要学生掌握一定的实验理论知识，明确实验设计应遵循的原则;另一方面要有一定的实验技能。
5.分析实验结果。实验是手段，结果才是目的。因此，一定要对实验结果进行讨论、分析。
三、实验设计过程中要注意的几个问题
1.步骤设计一般不宜连续描述，往往需要分段叙述，并加以编号。在分段叙述的过程中，要掌握一定的技巧，一般情况我们分三步进行：
第一步，一般是对实验进行分组;
第二步，一般是对实验对象进行处理;
第三步，观察、记录数据、现象等。
如果在题目中没有给出实验步骤，我们可以按照以上的方法设计实验。如果题目中已经规定步骤，那我们可以灵活处理。具体做法是压缩步骤或分解步骤，如把二、三步压缩为一步，或分为两步，要视题目的具体情况而定。
2.要注意分组以后的表述，前后一致，否则会导致实验设计过程中表述上的混乱。
3.实验材料和用具要充分利用。除题目特殊要求外，不要随便添加实验材料和用具。题目如果没有明确提出要选用的话，题目中给出的试验材料和用具要尽量用完。
实验评价是根据实验目的和要求，对现有的多种实验方案进行科学论证和对比评判，选择最佳方案，并且加以必要的改进。
1实验设计教学的基本要素
1.1实验设计教学的目的和要求
（1）培养学生实验知识与技能的综合应用能力。
（2）根据实验试题要求，运用掌握的化学知识设计一些基本实验。
（3）能绘制和识别典型的实验仪器装置图。
（4）根据观察到的实验现象，记录、分析和处理（计算）实验数据，作出正确结论。
1.2实验设计的原则
实验设计应遵循科学合理、简便易行、安全环保、节约快捷、效果明显等原则。
（1）符合科学性：科学性是化学实验方案设计的首要原则，要求设计中的实验原理、实验操作方法和程序没有科学性错误，并能出现预期的实验现象，产生正确的实验结果。
（2）安全性:要尽量避免使用有毒药品和进行危险性高的操作。
（3）可行性:所选的化学药品、仪器、设备等在现有的实验条件下能够获得满足。
（4）简约性:采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，能在较短时间内完成实验。在温度和压强方面尽量采取常规的条件，催化剂使用容易得到并且效果显著的。
（5）经济性:在不影响实验效果的前提下，要尽量减少化学药品的用量，一方面可降低实验成本，另一方面也可减少对环境的污染。应用微型实验在这方面有较大优越性。
（6）无污染:在使用易燃、易爆、强腐蚀和有毒药品进行实验时，要考虑尾气和实验废弃物的处理，最大限度地减少对环境的污染。
1.3实验设计的思维模型
实验设计是一个从信息收集整理、加工处理到付诸实践并能预期结果的完整的思维程序，如图所示：
2实验设计的一般过程
化学实验设计重在培养或考查把已有知识和技能运用于新情景的能力，所选择的课题往往是没有直接实践过的。在设计过程中时，能够从题目中接受信息，分析评价信息，选择并整合新信息与已有知识，以解决实验设计的新问题。大致过程与思路如下：
2.1信息的获取
接受、分析和筛选信息，主要是解决以下问题：理解实验课题，了解实验条件，明确设计要求。需要迅速、全面地提取题目中的重要信息，把信息归类，并对各个信息在实现实验设计中的作用进行分析和判断。根据实验目的和要求，阐明实验原理，分析现有仪器和药品的作用，选择合适的仪器和药品。
2.2实验设计构思
根据实验目的和要求，设计实验的基本思路和方法，勾画实验装置草图。通过对新旧信息的加工开发，描述实现指定的实验设计规划。根据实验设计的要求及解决问题的顺序分析，这种构思包含两个层次：一是实验方法的选定，这是从总体上考虑实验方案的设计。实验方法主要取决于实验原理，并受实验条件的制约。二是实验装置和实验操作设计。实验装置和操作的设计都是为了具体实施实验方法，完成预定的实验任务，实际上就是实验方案细节的设计，这部分的设计主要的是体现实验基础知识与基本技能的应用。
根据实验的要求，设计可行的操作步骤和观察重点，分析实验中应注意的事项(如反应过程中是否需要除去杂质及尾气处理等)。
2.3实验设计内容
（1）根据命题要求，说明设计该实验的化学原理，并画出实验装置图。
（2）列出实验所需的仪器和试剂。
（3）确定实验操作步骤，说明实验中应注意的事项。
（4）提示观察、记录实验现象，分析实验结果（包括写出有关的化学方程式）。
（5）提出实验数据的记录和处理及计算方法。
（6）拟定完成实验后对实验结果对照预期目的进行分析、评价及实验报告撰写。
3实验设计与评价能力的训练
3.1根据实验命题设计基本实验方案
设计简单实验方案，通常有：验证某个化学原理；确定某混合物中组分的实验；定性和定量分析；实验操作顺序设计等。这些简单实验的设计，综合性较强，能强化思维训练，要求学生联系所学过的实验知识和技能，进行知识迁移和重组，全面而细致地思考，才能设计出正确的方案。实例：现有浓硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH试纸，而没有其它试剂。设计最简便的实验方法来检验CuO经氢气还原所得到的红色产物中是否含有Cu2O。
设计思路：Cu2O是碱性氧化物，能跟稀硫酸反应，生成的Cu+在酸性溶液中不稳定，可发生自身氧化还原反应生成Cu2+和Cu。Cu2+在水溶液中呈蓝色，而Cu不跟稀硫酸反应。因此可以设想，若CuO被H2还原的产物全部是Cu，将其放入稀H2SO4中，将无变化；若红色产物中含有Cu2O，将其放入稀H2SO4中，会生成Cu2+使溶液变成蓝色。
分析所给试剂是否可用，因为浓H2SO4、浓HNO3、稀HNO3以及FeCl3都有较强的氧化性，不论红色产物是否含有Cu2O，在上述物质中均会被氧化为Cu2+，无法检验是否存在Cu2O。而pH试纸也不起作用。所以最简便的检验方法是取少量该红色物质放入稀H2SO4中，振荡，若溶液变为蓝色，说明产物中有Cu2O，否则说明产物中无Cu2O。
3.2实验装置的创新性设计与评价
对教材中的实验装置进行合理的改进，通常都是实验设计创新的切入点。传统的氯气实验室制法，是用浓盐酸与MnO2在烧瓶中加热，加上洗气和尾气处理，实验装置较复杂，操作麻烦，而且容易泄露尾气。
本着简便、节约、省时、环保等原则，将本实验装置改进设计如图：
实验试剂有:浓盐酸、饱和食盐水、氢氧化钠溶液、高锰酸钾固体。
反应的化学方程式为:
2KMnO4+16HC1(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O
评价:本实验设计体现了创新特点:（1）用注射器代替分液漏斗（使用时再连接），更便于浓盐酸的添加；（2）用广口瓶代替烧瓶，无需铁架台，简化了装置，且更易清洗。（3）使用高锰酸钾固体，不需加热即可跟浓盐酸反应；（4）用排水（饱和食盐水）集气法收集气体，气体净化，并容易观察；（5）几个联通管的运用便于控制添加浓盐酸、收集气体与吸收尾气，并使整个实验过程基本形成封闭系统，防止气体泄露，有利于环保。
3.3不同实验方法的对比与评价
一般来说，每一个化学实验都可以设计出不同的实验方法。采用不同的试剂、不同的反应条件以及实验步骤顺序的改变，都可以得到不同的实验方案。这就需要按照实验设计的原则，认真分析影响实验的各个因素，通过比较和评价，最终确定最佳方案。
例1：对于银镜反应实验，人们以影响实验结果的关键因素为依据提出过多种方案，各方案的要点是：（1）用乙醛作还原剂，强调试管壁的光洁度至关重要。（2）以葡萄糖为还原剂，醛基的浓度影响反应速度，是成败关键。（3）滴加NaOH溶液，适当提高反应溶液的PH。（4）用0.2％氯化亚锡溶液处理试管。设计时开展讨论，深入分析实验原理，并做参照实验加以验证，归纳得出，Ag(NH3)+2与还原剂的适当且均匀的反应速度是关键因素。对各种方案综合评价后，确定本实验的最佳方案是，在试管洁净、银氨溶液正确配制的前提下，以10%葡萄糖溶液为还原剂，在Ag(NH3)+2溶液中加入1滴NaOH稀溶液使PH约为9，在水浴加热中完成反应。运用此方案实验，成镜质量好，成功率基本上是100%。
例2：用铝、稀硫酸和氢氧化钠溶液为原料，制备一定量的氢氧化铝。设计3种不同的实验方法（以化学方程式表示），并指出哪种方案最节约原料，从每生产2molAl(OH)3所耗费的试剂用量来说明。
这是一道实验设计与评价的训练题，要点有二：一是依据铝的性质描述实验原理设计，二是根据化学方程式的计算比较评价。经讨论归纳，设计与评价结果如下：
关键词：高考；实验题；基本类型
生物实验题是近几年生物高考题的热点和难点题型，从生物实验的类型和命题形式看，生物实验题在高考命题中的基本类型可分为：教材基础实验、验证实验、探究实验、评价实验等四种类型。
一、教材基础实验的设计与分析
教材实验是高考实验命题的依据，其实验原理、实验方法、实验思想是高考实验命题的基础，掌握教材实验设计的一般规律和方法，是提高考生实验设计能力的保障。
（一）紧扣教材实验的特点，寻找解决教材基础实验题的思路。教材中所列举的实验常注重原理、目的、选材和步骤以及实验结论的提出与总结，这些实验设计具有非常严密的可操作性和科学性。所以，我们应该模拟教材实验设计的思想和思路解决高考实验题。同时，我们要经常性的有目的的训练，以提高实验设计的综合能力。
（二）抓住教材实验考察方式，学会解决教材基础实验题的方法。近年来高考中教材基础实验的命题形式一般为选择题，考察方式一般为单独考察某一实验或综合考察多个实验两种形式。
其一，单独考察某一实验的具体考察方式我们通常叫做“纵向考察”，即考察设计的问题只针对于某一实验涉及，不与其他任何实验作比较，单独的考察对这一实验的理解能力或掌握的程度，其难度相对较低。
其二，综合考察多个实验的具体考察方式，我们通常叫做“横向考察”，即考察的问题是针对至少两个实验间涉及的问题，一般而言所涉及的实验有必然的联系。横向联系是历年考察的一大方向，一般以选择题的形式出现，此类题涉及的知识面广、包含的实验多、难度也相对较大。
二、验证性实验的设计与分析
验证性实验是实验题型中的重要类型之一，重在考查考生验证简单生物学事实的能力。验证性实验考查形式多、范围广，除了考查设计或完善实验步骤，还考查对验证性实验的分析能力。验证性实验典型特征是结果是唯一的且是正确的，需要考生准确的把握题设信息以及相关的教材基础知识，才能很好地完成此类实验。验证性实验的解题思路大体如下：
1.结合题意，明确实验目的，掌握实验原理；
2.根据实验原理确定自变量、因变量，以及无关变量；
3.科学选材、合理设计实验步骤：第一步分组编号；第二步加自变量控制无关变量；第三步观察或检测结果，并得出结论。
三、探究实验的设计与分析
（一）探究实验设计的一般过程。探究实验的一般过程往往是从发现问题、提出问题开始，再根据所提出的问题作出假设，然后结合实验的目的和相关原理设计具体的实验过程、进行科学的操作并做好实验记录，最后分析实验结果并得出结论。
（二）探究实验设计的一般方法
第一步：“为什么做？”即明确实验目的。明确实验目的，找出自变量和因变量以及控制好无关变量，所有实验步骤的设计都要围绕这个核心来进行。
第二步：“怎么做？”即掌握实验原理。实验原理是实验设计的科学依据或生物学原理，是实验设计的出发点，有了实验原理的指导，实验设计就有了方向性和科学性。只有明确实验原理才能理清实验设计的思路、合理安排实验步骤、正确分析实验结果和结论。
第三步：“用什么做？”即科学选材。科学选择实验材料是实验成功的关键，在解题过程中实验材料要根据原理来选择或题干所给的信息来确定。选材依据是要确保实验的易操作性、科学性以及取材的经济性。
第四步：设计实验步骤。设计实验步骤时，首先要理清实验思路；再次，特别要注意遵循实验设计的四个基本原则（对照原则、单一变量原则、等量原则、科学性原则）。常见实验步骤的基本模式：
（1）将相关的实验材料、用具或相应的实验对象等平均分组、编号（平行重复，其目的是为了防止偶然误差，提高实验科学性，使实验更具有说服力）；（2）加自变量，控制无关变量，并设置对照（控制无关变量、设置对照是排除额外变量对实验结果的影响，使实验结果仅是由单一的某自变量引起）；（3）观察实验结果，做出统计和记录，并结合实验原理得出结论。如果实验现象是隐蔽的，必须找出具体的检测方法，以便观察、分析实验结果，之后找出具体的观察和记录对象，做记录和统计，然后结合检测结果的原理得出实验结论。
爱好，增强学生学科学、用科学的能力。
认识自然始于观察自然，让学生用观察的方法认识自然。如“四季星空”的教学，由于教学内容分散、抽象，学生很难形成对四季星空的整体认识。教师在实验设计时，要科学地安排学生观察四季星空，保证观察的持续、完整。指导学生用正确的方法观察，写出观察日记，积累有关四季星空的感性认识和材料。并引导学生归纳总结出：不同小学自然是以实验为基础的学科。精心设计实验，让学生通过亲自参加实验获得知识是搞好小学自然教学的关键。教学实践证明，实验设计的好坏直接关系到教学的成功与失败。现就如何搞好自然教学中的实验设计谈谈个人的体会。
1实验设计要符合自然学科特点
一切自然科学都来自实践，都是从科学实验和生产实践中总结发展起来的，小学自然也不例外。教师在教学时，要让学生充分感受到大自然的丰富多彩，培养学生探求自然知识的兴趣、季节星座交替出现，北极星始终停留在原位置不动，周围的星座绕着它逆时针转圈，且一年转一圈等有关四季星空的变化规律。“水的循环”的教学设计则可以采取另一种方法。教师充分利用学生已有的对水的感性认识。如：天上有下不完的雨、雪；淋湿的衣服会干，冬天关在屋子里洗澡窗玻璃上会有水珠等。引导学生通过实验归纳总结出：水或冰受热变成水蒸气，水蒸气遇冷变成水或冰的循环规律。让学生通过实验的方法认识自然现象，总结自然规律，使感性认识上升到理性认识。为培养学生科学世界观创造条件，增加学生探索宇宙奥秘的兴趣爱好。
2实验设计要符合学生的认知规律
教学活动是教师教、学生学的双边活动，学生是学习的主体。教师在实验设计时要充分考虑学生的主体地位，让学生在学习过程中能够通过自己的观察、思考、实验得出结论，达到认识周围自然现象的目的。低年级学生年龄小，注意力不易集中，感知世界往往从兴趣出发，抓不住事物主要特征等特点。设计实验时要采取多种方式，调动他们的各种感官有意识地直接观察事物。如：“植物的根”的实验设计，教师可通过提供大量的可供学生观察的有代表性的实验材料――植物的根，让学生在观察、比较的基础上，归纳总结出：植物的根有直根和须根之分。常见的萝卜、胡萝卜等直根，土豆、红薯等须根，它们可以储藏养分即贮藏根。学生可以通过观察直接获得知识，而中高年级学生已初步具备了观察事物的能力，且能自己动手做一些实验。他们对神秘的自然界充满了好奇，对探索自然奥秘充满了自信。这时教师设计实验，主要是以一种引路的方式让学生多动手，多动脑，自己动手实验获得结论，并自己设计实验验证结论。设计“水的浮力”的教学实验，就可以通过学生自己动手将各种不同类型的实验材料放入水中观察现象，并动手将浮在水面的物体用手向下压，产生水有向上的浮力的直观感受，从而得出结论。然后让学生自己设计实验证明下沉物体也受到水的浮力的作用。并启发学生思考如何利用水的浮力，使不平衡的杠杆达到平衡。这种设计可满足学生强烈的求知欲，达到事半功倍的效果。
3实验设计要联系当地的自然条件
教学大纲规定：“自然课要密切联系当地自然条件。”，我地有丰富的动植物资源和矿产资源。这些抬头可见，垂手可得的实验材料，为丰富自然教学实验提供了方便。教师在设计实验时，充分利用这一自然优势，通过多种形式，使原本生动的自然课教学更加丰富多彩。
“学习的最好刺激乃是对所学材料的兴趣”。小学生对周围的一切事物都充满了好奇，他们渴望认识自然，了解自然，弄清为什么有的树到了秋冬季就会落叶，而有的却抽出了新芽，动物靠什么越过寒冷的冬天等问题。教师要充分利用学生这一兴趣特点进行实验设计。如昆虫是小学生常见的最易引起他们兴趣的一类动物，在山区无论是天上飞的，还是地上爬的应有尽有。教师在设计实验时可先安排学生到林问、树旁、小河边捕捉各种昆虫，并将各自捕捉的昆虫有选择地带到课堂，进行认真观察、研究，看它们都有一些什么共同特征，从而达到认识昆虫的教学目的。
实验设计要联系当地的自然条件。教师要全面了解当地的自然资源，做到心中有数，进行实验设计方可如鱼得水，运用自如。设计“植物的生长与环境”这类教学实验时，要安排学生对当地的气候资源，水土资源进行较长时间的观察分析，记好观察日记，归纳总结出：植物适应在什么样的气候条件下生长发育，什么样的植物适应什么样的土壤种植等有关植物生长与环境的知识，并指导当地的农作物种植，服务地方经济建设。培养学生学科学、用科学的能力，使他们在获得科学知识的同时，掌握一定的劳动技能。
教学的实践过程也是教学方法的探索研究过程，好的实验设计思想有利于学生有效地掌握基础知识、基本方法，培养学生的技能和能力，有利于义务教材内容的完成，也有待教师更进一步地探索研究。
