第一篇：NaOH與CO2的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)論文

摘要：為提高學(xué)生的探究能力，可設(shè)計(jì)NaOH與CO2反應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)。該探究實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生樹(shù)立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念，開(kāi)闊思路，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。該探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的科學(xué)性、實(shí)用性、簡(jiǎn)約性、安全性原則；有利于學(xué)生借助對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；氫氧化鈉；現(xiàn)象；環(huán)保

人教版化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)（2012版）第十單元課題1（第56頁(yè)）涉及有關(guān)堿的化學(xué)性質(zhì)探究的內(nèi)容。因?yàn)镹aOH溶液與CO2反應(yīng)無(wú)現(xiàn)象［1］，所以教師一般是引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并從以下兩個(gè)角度探究NaOH溶液與CO2確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。其一，利用反應(yīng)物CO2是氣體，而生成物中沒(méi)有氣體的現(xiàn)實(shí)，讓NaOH溶液與CO2在一密閉容器內(nèi)（如軟的純凈水塑料瓶）接觸，即發(fā)生反應(yīng)；又因其壓強(qiáng)發(fā)生變化，從而使軟的純凈水塑料瓶發(fā)生形變。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：既然CO2能溶解在NaOH溶液的溶劑—水中并與之反應(yīng)，為了證明溶質(zhì)NaOH與CO2反應(yīng)，就要做一個(gè)CO2與水在密閉容器中接觸的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性。其二，利用化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)特征———有新物質(zhì)生成的現(xiàn)實(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)：利用稀鹽酸和BaCl2溶液來(lái)驗(yàn)證NaOH溶液與CO2反應(yīng)的生成物為碳酸鈉。

1實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

1.1實(shí)驗(yàn)儀器

兩個(gè)軟的純凈水塑料瓶（500mL、帶蓋）、兩根輸液管、注射器若干、小試管。

1.2實(shí)驗(yàn)試劑

濃氫氧化鈉溶液、稀鹽酸、石灰水、BaCl2溶液等。

2實(shí)驗(yàn)裝置

其組成說(shuō)明為：取兩個(gè)500mL相同的軟質(zhì)純凈水塑料瓶，用熱的鐵釘在瓶蓋上打孔（內(nèi)連有輸液管）且用AB膠密封。

3實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用塑料瓶收集兩瓶（500mL）CO2并驗(yàn)滿(mǎn)。（2）分別蓋好瓶蓋，一瓶蓋上的注射器里盛有20mL氫氧化鈉飽和溶液，另一瓶蓋上的注射器里盛有等量的水。（3）同時(shí)擠壓兩注射器后振蕩兩塑料瓶，觀察兩者變癟的程度。學(xué)生通過(guò)觀察和分析后得出：NaOH與CO2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。（4）用注射器抽取更癟塑料瓶中的液體，將其注入盛有BaCl2溶液的試管中，立即有白色沉淀生成，從而證明NaOH與CO2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。（5）用注射器向更癟的塑料瓶中加入適量的濃鹽酸，振蕩；待塑料瓶恢復(fù)原狀后用注射器抽取瓶?jī)?nèi)氣體，并將氣體注入盛有石灰水的小燒杯中，觀察現(xiàn)象；石灰水變渾濁，說(shuō)明NaOH溶液與CO2在一密閉容器內(nèi)接觸并有碳酸鹽生成，則進(jìn)一步證明了NaOH與CO2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

4改進(jìn)意義

（1）利用日常生活中的廢舊用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，既達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模肿裱藢?shí)驗(yàn)改進(jìn)的科學(xué)性、實(shí)用性、簡(jiǎn)約性、安全性原則。（2）可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)反應(yīng)物、生成物的性質(zhì)或狀態(tài)的變化來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。（3）利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性。（4）從多個(gè)角度讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，盡管CO2通入NaOH溶液中無(wú)現(xiàn)象，但確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)。由此出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，從而提高其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

參考文獻(xiàn)

［1］張金華.驗(yàn)證NaOH與CO2的反應(yīng)[J].農(nóng)村青少年科學(xué)探究，2010(3):24.

第二篇：淺談初中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

淺談初中化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)課的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

摘要：本文主要闡述了在初中化學(xué)教學(xué)中創(chuàng)新設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)課應(yīng)側(cè)重遵循的主要原則，并通過(guò)案例介紹了探究性實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)視角，反思了實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)原則；案例分析；教學(xué)反思 《課程標(biāo)準(zhǔn)》確立了化學(xué)課程改革的重點(diǎn)是 “以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨”，核心是“培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”，要求“化學(xué)課程通過(guò)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、態(tài)度情感與價(jià)值觀三維目標(biāo)來(lái)體現(xiàn)對(duì)未來(lái)社會(huì)公民科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)”。探究性實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的主陣地，能較好地傳授創(chuàng)新思維的基本方法，提高學(xué)生創(chuàng)新思維的實(shí)際價(jià)值。目前廣大一線(xiàn)教師正在積極開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的探究性實(shí)驗(yàn)課案例。本文結(jié)合自己近幾年來(lái)在省、市、縣的聽(tīng)課經(jīng)歷和教學(xué)實(shí)踐，談?wù)勗诔踔谢瘜W(xué)教學(xué)中如何創(chuàng)新設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)課。

一、設(shè)計(jì)原則

探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)要以學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力發(fā)展為原則，在本質(zhì)上應(yīng)該以學(xué)生全程體驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程、獲得探究能力的發(fā)展為標(biāo)志。實(shí)施過(guò)程中除了遵循探究性教學(xué)的一般性原則（如主動(dòng)性、探究性、實(shí)踐性、趣味性、安全性、綠色化等）以外，還應(yīng)側(cè)重遵循以下原則： 1.科學(xué)性原則

設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)要有科學(xué)性。對(duì)未知物成分與性質(zhì)的研究，有關(guān)觀點(diǎn) 的質(zhì)疑和異常現(xiàn)象的思考等，原理要求正確，不能給學(xué)生誤導(dǎo)，更不能任意假設(shè)而變成“為探究而探究”。同時(shí)教師在整體上把握化學(xué)探究性學(xué)習(xí)的目的、內(nèi)容、方法和要求的內(nèi)部聯(lián)系，準(zhǔn)確認(rèn)知教材各級(jí)主題之間的聯(lián)系，分析學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)，做到符合教材的整體邏輯，貼近學(xué)生實(shí)際，體現(xiàn)教學(xué)過(guò)程的內(nèi)在完整、合理和可操作的教學(xué)邏輯。2.簡(jiǎn)約性原則

設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)要有簡(jiǎn)約性。整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)“器材選擇范圍廣、操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯”的特點(diǎn)，力爭(zhēng)用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，在較短時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)于定量性實(shí)驗(yàn)還要考慮系統(tǒng)誤差小。過(guò)繁或過(guò)于復(fù)雜的裝置會(huì)轉(zhuǎn)移學(xué)生的注意力，容易導(dǎo)致學(xué)生心理上產(chǎn)生畏難情緒，影響對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析思考。3.方法性原則

設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)要側(cè)重方法性。以化學(xué)學(xué)科的基本思想和基本方法為指導(dǎo)，著力于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。一方面，教師設(shè)計(jì)的探究性實(shí)驗(yàn)本身要基于一定的思維方法基礎(chǔ)，如對(duì)比試驗(yàn)法、控制變量法、不完全歸納法、演繹推理法等。另一方面，要讓學(xué)生在設(shè)計(jì)的探究性實(shí)驗(yàn)中獲得新的方法、新的感悟，在原有的基礎(chǔ)上有質(zhì)疑，有批判，有創(chuàng)新。因此在素材選擇上要摒棄那些變相簡(jiǎn)單重復(fù)的實(shí)驗(yàn)，善于嫁接和整合多種思維方法，促使學(xué)生開(kāi)闊思路，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后感到余味無(wú)窮。4.發(fā)展性原則

設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)要體現(xiàn)發(fā)展性。一方面要求教師在設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)

應(yīng)考慮學(xué)生能力發(fā)展的需要和今后學(xué)習(xí)潛能開(kāi)發(fā)的需要，當(dāng)學(xué)生對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)、某個(gè)知識(shí)有疑問(wèn)或想法時(shí)，恰恰是學(xué)生想獲取知識(shí)、提高能力的最佳時(shí)期，是學(xué)生能力的最近發(fā)展區(qū)，教師有意識(shí)的指導(dǎo)就是協(xié)助學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生提出自己獨(dú)特的見(jiàn)解并學(xué)會(huì)如何獲取知識(shí)。另一方面要求教師能準(zhǔn)確把握教學(xué)要求，把握教材在探究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)性、思維的深廣度、實(shí)踐的難易度等由低級(jí)到高級(jí)發(fā)展的規(guī)律，有目的地將某些探究性實(shí)驗(yàn)分解到新授、單元復(fù)習(xí)、總復(fù)習(xí)中，促進(jìn)學(xué)生在知識(shí)與技能、過(guò)程與方法上不斷發(fā)展、創(chuàng)新、提升，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的增值效果。

二、設(shè)計(jì)視角

1.思考實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象，從實(shí)證的角度來(lái)設(shè)計(jì)

在課堂實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)一些異常現(xiàn)象，僅憑教材的粗略解釋難以讓學(xué)生信服，也容易扼殺學(xué)生探究欲望。如：某些實(shí)驗(yàn)后的產(chǎn)物與預(yù)期的情況不一致，或伴隨著不可忽視的其它現(xiàn)象，有的是產(chǎn)物中含有其它雜質(zhì)，有的甚至是得不到預(yù)期的產(chǎn)物，這些往往需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。教師要善于利用這些在課堂實(shí)驗(yàn)中生成的問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)證性實(shí)驗(yàn)探究課，引導(dǎo)學(xué)生抓住化學(xué)變化的本質(zhì)進(jìn)行探究，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)密的思維能力。

[案例1]“鎂與硫酸銅溶液反應(yīng)異常現(xiàn)象的探究”片段： 師：[問(wèn)題1]鎂條與硫酸銅溶液反應(yīng)，你預(yù)計(jì)的現(xiàn)象是什么？ 生：[學(xué)生回答]鎂條表面有紅色固體析出，溶液有藍(lán)色逐漸變?yōu)闊o(wú)色。師：[問(wèn)題2]如何操作來(lái)驗(yàn)證你的預(yù)計(jì)？

生：[實(shí)驗(yàn)]將鎂片用砂紙打磨，將其放入盛有硫酸銅溶液的燒杯中。[觀察現(xiàn)象]①鎂片表面有大量氣泡；②有黑色固體聚集在鎂片上，有的脫落；③溶液由藍(lán)色澄清透明逐漸變?yōu)椴煌该鳌?/p>

師：[問(wèn)題3]為什么會(huì)產(chǎn)生大量氣泡？你的猜想是什么？[資料]產(chǎn)生的氣體是H2。

生：[交流討論]產(chǎn)生H2的原因：① 鎂條與水反應(yīng)，② 硫酸銅溶液的顯酸性。③ ??

師：[問(wèn)題4]怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的猜想？

生：[實(shí)驗(yàn)] 1．將打磨后的鎂條放入水中，2．用pH試紙測(cè)定硫酸銅溶液的酸堿性。[觀察現(xiàn)象]1．無(wú)氣泡，2．pH＜7。[解釋]（略）。師：[問(wèn)題5]黑色固體中是否含有銅？[資料] 固體的顆粒小到一定程度時(shí)，物理性質(zhì)可能改變，例如細(xì)鐵粉為黑色。

生：[交流討論] 根據(jù)質(zhì)量守恒定律和資料作出猜想：黑色固體可能含有銅。[設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)]（略）。??

這類(lèi)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象再思考而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)探究課，首先要求教師善于抓住平時(shí)教學(xué)中生成的問(wèn)題，主動(dòng)查閱相關(guān)資料，合理設(shè)計(jì)探究問(wèn)題。同時(shí)也要求引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程，抓住實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)：反應(yīng)物（種類(lèi)、純度、用量）、實(shí)驗(yàn)操作的步驟、反應(yīng)的條件等因素。在課堂討論中要抓住化學(xué)變化的本質(zhì)，充分運(yùn)用提供的信息并結(jié)合質(zhì)量守恒定律進(jìn)行理性分析、判斷和推理。類(lèi)似上述實(shí)驗(yàn)的素材還有：濃燒堿溶液與酚酞變色的研究、一氧化碳還原氧化銅（氧化鐵）的產(chǎn)

物、氫氣在氧氣中燃燒的產(chǎn)物、鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的產(chǎn)物等。2.質(zhì)疑有關(guān)化學(xué)常識(shí)，從反思的角度來(lái)設(shè)計(jì)

化學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)的自然學(xué)科，初中是學(xué)生形成化學(xué)概念、掌握化學(xué)基本原理、基本思想、基本方法、基本技能的關(guān)鍵時(shí)期。由于學(xué)科的特點(diǎn)，有些現(xiàn)象的說(shuō)明涉及到許多知識(shí)，往往還不能比較精確地解釋到位，甚至就先用一些粗略的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)明。但學(xué)生的思維在形成過(guò)程中常會(huì)產(chǎn)生一些質(zhì)疑，教師對(duì)這些問(wèn)題卻不能回避。這時(shí)教師就可以有意識(shí)地設(shè)計(jì)反思性實(shí)驗(yàn)探究課，對(duì)生活中的一些化學(xué)常識(shí)再質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的能力。

[案例2]“燈火實(shí)驗(yàn)可靠嗎？”探究片段：

師：[問(wèn)題1]在進(jìn)入久未開(kāi)啟的菜窖前，人們常用燃著的蠟燭做“燈火實(shí)驗(yàn)”，你知道這樣做的道理嗎？

生：[交流討論]用燃著的蠟燭做燈火實(shí)驗(yàn)，如果蠟燭熄滅，說(shuō)明CO2的濃度已經(jīng)過(guò)高，人就不能直接進(jìn)去了

師：[問(wèn)題2]資料顯示：當(dāng)空氣中CO2的濃度達(dá)到6%時(shí)，人就可能因窒息而死。那么：達(dá)到6%時(shí)，燃著的蠟燭會(huì)立刻熄滅嗎？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明？

生：[交流討論]二種猜想。粗略收集一瓶CO2的體積分?jǐn)?shù)為6%的空氣樣品的方法：在集氣瓶?jī)?nèi)預(yù)先裝總體積的6%的水，在用排水法收集CO2，恰好排掉里面的水即可。[分組實(shí)驗(yàn)]量出集氣瓶的容積→計(jì)算出容積的6%→量出相應(yīng)體積的水→倒入集氣瓶→用排水法收集→將燃著的蠟燭迅速伸進(jìn)集氣瓶。[觀察現(xiàn)象]未熄滅。??

師：[問(wèn)題3]如何測(cè)出當(dāng)燃著的蠟燭立刻熄滅時(shí)空氣中CO2的濃度極限？

生：[交流討論]猜想CO2的濃度極限可能為：10%-15%，15%-20%，20%-25%，25%-30%。[分組實(shí)驗(yàn)]同上。[觀察現(xiàn)象] ??

師：[問(wèn)題4]在菜窖里做“燈火實(shí)驗(yàn)”，導(dǎo)致蠟燭熄滅的因素CO2嗎？你對(duì)剛才所做實(shí)驗(yàn)有什么建議和想法？

生：[交流討論]地窖中植物進(jìn)行呼吸作用，導(dǎo)致O2的濃度偏低，CO2的濃度偏高。燃著的蠟燭立刻熄滅的原因是O2的含量低，所以應(yīng)該測(cè)定使燃著的蠟燭立刻熄滅的O2的濃度極限更為科學(xué)。

引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑反思，是化學(xué)探究性教學(xué)的關(guān)鍵，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。這類(lèi)探究性課題的選擇要求教師把握問(wèn)題的核心，巧妙設(shè)計(jì)與學(xué)生所學(xué)知識(shí)相聯(lián)系的探究實(shí)驗(yàn)，這樣可以使相關(guān)知識(shí)和技能得到遷移，讓學(xué)生體驗(yàn)了“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題→分析問(wèn)題→解決問(wèn)題”的過(guò)程，并在體驗(yàn)的過(guò)程中獲得研究問(wèn)題的方法，逐步提高自己的能力。類(lèi)似上述實(shí)驗(yàn)的素材還有：能使帶火星的木條復(fù)燃的氣體一定是純氧嗎（能使帶火星的木條復(fù)燃的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)的最小值），“燒不壞的手帕”實(shí)驗(yàn)中手帕真的燒不壞嗎（酒精和水混合的比例范圍）等等。3.拓展相關(guān)化學(xué)原理，從推理的角度來(lái)設(shè)計(jì)

初中化學(xué)是一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，所涉及的知識(shí)與原理本身有一個(gè)不斷完善的過(guò)程，由于學(xué)科的特點(diǎn)和學(xué)生知識(shí)水平的局限，對(duì)某些原理或現(xiàn)象只能先作原則性、一般性的解釋?zhuān)踔烈茸鳛樘乩涀　５?/p>

在教學(xué)過(guò)程中卻經(jīng)常遇到部分學(xué)有余力的同學(xué)提出“為什么”，或者在解決有關(guān)問(wèn)題的過(guò)程中又必須告知學(xué)生，這時(shí)就需要以“查閱資料”的形式提供給學(xué)生，或者有意識(shí)地設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題的推理性探究，滿(mǎn)足學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理和演繹推理的能力。[案例3]“有關(guān)燃燒條件的再探究”片段：

師：[問(wèn)題1]將集氣瓶罩在蠟燭上，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象呢？為什么？ 生：[實(shí)驗(yàn)1] 蠟燭熄滅。[猜想]（1）瓶?jī)?nèi)的氧氣耗盡了；（2）瓶?jī)?nèi)二氧化碳濃度過(guò)高；（3）上述兩種猜想兼而有之。

師：[問(wèn)題2]是不是瓶?jī)?nèi)就真的沒(méi)有氧氣了呢？我們?cè)儆昧硪环N物質(zhì)在里面燒燒看。

生：[實(shí)驗(yàn)2]如圖1所示。[觀察現(xiàn)象]蠟燭熄滅，白磷燃燒并產(chǎn)生大量白煙。[討論交流] 燃燒不僅僅需要與氧氣接觸，還需要氧氣達(dá)到一定的濃度。

師：[問(wèn)題3]集氣瓶?jī)?nèi)剩余氣體主要有哪些呢？為什么氧氣被消耗了，而N2和CO2有剩余呢？ CO2是不是就真的沒(méi)有助燃性呢？ 生：[實(shí)驗(yàn)3]如圖2所示。將打磨好的鎂條用坩堝鉗夾持，在酒精燈上引燃，迅速伸入盛有二氧化碳的集氣瓶中。[觀察現(xiàn)象] ①發(fā)出耀眼的白光，②瓶壁上附著有白色固體和黑色固體。

??

設(shè)計(jì)這類(lèi)推理性實(shí)驗(yàn)探究課能拓展學(xué)生的知識(shí)面，但在設(shè)計(jì)時(shí)要充分

考慮學(xué)生的基礎(chǔ)，科學(xué)處理好相關(guān)內(nèi)容，巧妙隱藏有關(guān)結(jié)果，適當(dāng)延伸學(xué)生的努力，給學(xué)生廣闊的發(fā)散思維空間和實(shí)踐機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生成為“發(fā)現(xiàn)者”。類(lèi)似上述問(wèn)題的素材還有：Na2CO3溶液為什么顯堿性，鹽類(lèi)溶液酸堿性的再探究，氣體溶解性與溶液酸堿度的關(guān)系，復(fù)分解反應(yīng)條件的再探究等。4.分析未知物質(zhì)成分，從驗(yàn)證的角度來(lái)設(shè)計(jì)

新課程對(duì)“常見(jiàn)物質(zhì)的檢驗(yàn)”和“實(shí)驗(yàn)方案及裝置的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和評(píng)價(jià)”的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)在難度上有了明顯的降低，但在活度上卻有了顯著的提高，更加側(cè)重于運(yùn)用所學(xué)的基本化學(xué)原理來(lái)解決實(shí)際生活中的問(wèn)題，從而來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師可以將基本的知識(shí)和方法滲透到身邊的實(shí)際問(wèn)題中，設(shè)計(jì)一些對(duì)物質(zhì)成分的探究性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)應(yīng)用性、注重綜合性、體現(xiàn)開(kāi)放性的原則，逐步培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)用能力，讓學(xué)生由“學(xué)會(huì)化學(xué)、會(huì)學(xué)化學(xué)”到“理解化學(xué)、親近化學(xué)”，最終“懂得化學(xué)、鉆研化學(xué)”。

[案例4] “‘污漬爆炸鹽’成分的探究”片段：

師：[創(chuàng)設(shè)情境]介紹“爆炸鹽”。（展示圖片、實(shí)物、商品信息及相關(guān)資料）。

生：[觀察]獲取信息（圖3）：“爆炸鹽”的主要成分是過(guò)碳酸鈉（Na2CO4），俗稱(chēng)“固體雙氧水”，白色結(jié)晶顆粒，其溶于水后，會(huì)產(chǎn)生一種碳酸鹽和另一種化合物。

師：[問(wèn)題1]這種碳酸鹽和另一種化合物分別是什么呢？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證？

生：[猜想與交流] 兩種物質(zhì)可能是碳酸鈉和過(guò)氧化氫。驗(yàn)證碳酸鹽的試劑是稀鹽酸和澄清的石灰水，驗(yàn)證過(guò)氧化氫的試劑是二氧化錳。[實(shí)驗(yàn)]驗(yàn)證碳酸鈉和過(guò)氧化氫的存在，并交流結(jié)果。

師：[問(wèn)題2] 怎樣設(shè)計(jì)一套既能驗(yàn)證過(guò)氧化氫，又能驗(yàn)證碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)裝置。

生：[交流與討論] 如何來(lái)放置試劑和控制開(kāi)關(guān)順序？（設(shè)計(jì)的裝置如圖4所示）

??

對(duì)未知物成分的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)探究首先要求學(xué)生熟悉常見(jiàn)物質(zhì)的檢驗(yàn)原理，能排除對(duì)混合物中幾種成分檢驗(yàn)時(shí)的干擾，同時(shí)還要求學(xué)生有優(yōu)先檢驗(yàn)的技巧、間接檢驗(yàn)的方法以及綜合分析問(wèn)題的能力。教師在設(shè)計(jì)時(shí)要抓住主要問(wèn)題，使探究的目標(biāo)更明確，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問(wèn)題進(jìn)行嘗試，通過(guò)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)結(jié)果并形成報(bào)告，整個(gè)過(guò)程中更注重思維能力、綜合能力。類(lèi)似上述問(wèn)題的素材還有：體操運(yùn)動(dòng)員手上涂的“鎂

粉”的成分、制作糕點(diǎn)用的“膨化劑”的成分、“融雪劑（化冰鹽）”的成分、塑料袋的成分、熱水壺底水垢的成分等。5.優(yōu)化有關(guān)實(shí)驗(yàn)方案，從定量的角度來(lái)設(shè)計(jì)

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需要進(jìn)行定量研究，實(shí)驗(yàn)前要圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行思考：運(yùn)用什么原理，需要測(cè)定的哪些數(shù)據(jù)，怎樣來(lái)測(cè)定這些數(shù)據(jù)，有哪些方法，哪些數(shù)據(jù)是有效的，測(cè)定的過(guò)程中可能有哪些因素干擾，怎樣避免干擾。教師把這些問(wèn)題綜合起來(lái)，設(shè)計(jì)一些定量性實(shí)驗(yàn)探究課，可培養(yǎng)學(xué)生開(kāi)放性思維，使學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)所學(xué)的化學(xué)原理進(jìn)行綜合應(yīng)用。在搜集多種方案的過(guò)程中又培養(yǎng)了學(xué)生縝密的思維和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)能力，學(xué)會(huì)分析誤差的原因并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)減少誤差，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

[案例5] “工業(yè)純堿樣品中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定” 片段： 師：[問(wèn)題1]工業(yè)純堿（只含Na2CO3和NaCl）樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如何測(cè)定？

生：[交流討論]

1、氣體分析法：將Na2CO3轉(zhuǎn)化為CO2，通過(guò)測(cè)定CO2的體積或質(zhì)量來(lái)推算；

2、沉淀分析法：將Na2CO3或NaCl轉(zhuǎn)化為沉淀，通過(guò)測(cè)定沉淀的質(zhì)量來(lái)推算。

師：[問(wèn)題2]氣體分析法：如何測(cè)定CO2的體積或質(zhì)量？怎樣檢驗(yàn)裝置的氣密性？分析實(shí)驗(yàn)裝置是否存在缺陷？這些缺陷對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？

生：[交流討論]選用的裝置如圖5、6、7、8、9所示：

師： [問(wèn)題3]沉淀分析法：所用藥品、操作步驟、誤差原因等。生：[交流討論]操作流程如圖10所示。討論下列問(wèn)題：（1）沉淀A的化學(xué)式，溶液M中的溶質(zhì)的化學(xué)式；（2）確定CaCl2溶液是否過(guò)量的方法；（3）該固體混合物中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式；（4）導(dǎo)致測(cè)定的結(jié)果偏大的原因。

??

這類(lèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案再優(yōu)化而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)探究課，要求學(xué)生對(duì)涉及的化學(xué)原理要比較熟悉，實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^明確，學(xué)會(huì)運(yùn)用“頭腦風(fēng)暴”法搜集多種方案并進(jìn)行評(píng)價(jià)和選優(yōu)。解決問(wèn)題的過(guò)程中要結(jié)合實(shí)驗(yàn)的情景，對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行思考、分析，排找實(shí)驗(yàn)不嚴(yán)密的部分并設(shè)法改進(jìn)。類(lèi)似上述問(wèn)題的素材還有：測(cè)定變質(zhì)后的燒堿固體中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，空氣中氧氣含量的再測(cè)定，測(cè)定Cu-Zn合金中Cu、Zn的含量，測(cè)定人呼出的氣體或竹節(jié)內(nèi)的氣體或魚(yú)鰾內(nèi)的氣體中氧氣的含量等。

三、教學(xué)反思

《課程標(biāo)準(zhǔn)》確立了初中化學(xué)教材的指導(dǎo)思想，闡述了其內(nèi)容要素、內(nèi)容框架、編寫(xiě)思路，教師可以對(duì)照《課程標(biāo)準(zhǔn)》，從教材的整體體系上研究教學(xué)法，研究時(shí)應(yīng)側(cè)重于如何解析教材思路、怎樣優(yōu)化教學(xué)思路以及怎樣確當(dāng)?shù)貙?duì)教材作適度演繹。在設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)課時(shí)，要將教學(xué)設(shè)計(jì)中的靜態(tài)構(gòu)成要素（教學(xué)內(nèi)容的確定、教學(xué)情境的設(shè)置）和動(dòng)態(tài)構(gòu)成要素（教學(xué)活動(dòng)的組織、學(xué)習(xí)過(guò)程的指導(dǎo)）有機(jī)結(jié)合起來(lái)。一方面要始終把握教學(xué)內(nèi)容這一“基本點(diǎn)”。內(nèi)容設(shè)置要基于教材、又適度高出教材，充分挖掘教材內(nèi)外打通的部分，但不能超出《課程標(biāo)準(zhǔn)》、超出學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生能“發(fā)現(xiàn)類(lèi)似”，避免將高中知識(shí)簡(jiǎn)單地“下放”，加重學(xué)生的負(fù)擔(dān)。實(shí)踐中我們也會(huì)看到一些“雙超”的探究性實(shí)驗(yàn)課的案例，使學(xué)生無(wú)法實(shí)現(xiàn)由已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)向面臨的新任務(wù)和預(yù)期的新能力遷移的過(guò)程，導(dǎo)致整節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)無(wú)法達(dá)成。

另一方面要凸顯教學(xué)過(guò)程這一“閃亮點(diǎn)”。以“有效”為標(biāo)志，打造高效的課堂，實(shí)現(xiàn)“教師——教材——學(xué)生”三維的互動(dòng)。這就需要精心預(yù)設(shè)問(wèn)題，充分預(yù)見(jiàn)問(wèn)題，遵循一定的邏輯思維規(guī)律，科學(xué)指導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生在課堂上產(chǎn)生思維碰撞，在預(yù)設(shè)性問(wèn)題中鞏固知識(shí)、提升能力，在生成性問(wèn)題中拓展思維、挖掘潛能。

實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)是影響探究性實(shí)驗(yàn)課設(shè)計(jì)的至關(guān)重要的因素。在以學(xué)生活動(dòng)為主體的探究性實(shí)驗(yàn)課中，教師要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)乃季S空間、思維氛圍以及合理的思維長(zhǎng)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)師生共同發(fā)展的互動(dòng)過(guò)程。這就需要教師有厚實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在身邊配備必要的工具書(shū)，訂閱化學(xué)教育與教學(xué)方面的雜志，研究現(xiàn)代教學(xué)方法、教

學(xué)設(shè)計(jì)，了解相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，熟悉和關(guān)注化學(xué)前沿知識(shí)、化學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)和研究來(lái)鞏固自己的專(zhuān)業(yè)水平，豐富自己的知識(shí)面，提高自己的教學(xué)水平和藝術(shù)，做到“專(zhuān)”與“博”相統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上不斷設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意、重能力、有思想的探究性實(shí)驗(yàn)課。參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2001.[2]張健如.實(shí)施化學(xué)新課程的幾點(diǎn)思考.http://www.tmdps.cn/gonggao/ysb/01.ppt [3]吳國(guó)慶.化學(xué)創(chuàng)造性思維培養(yǎng)方略[M].海口:南方出版社.2001.[4]王后雄.中學(xué)化學(xué)新課程課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2008（10）:12-15.[5]嚴(yán)濟(jì)良.新課程背景下化學(xué)探究教學(xué)的哲學(xué)思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2008（9）:3-4.[6]錢(qián)海如.初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題的設(shè)計(jì)新視角[J].化學(xué)教學(xué),2008（9）:10-14.(本文已經(jīng)發(fā)表在《化學(xué)教與學(xué)》2008年第24期

第三篇：改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

實(shí)驗(yàn)五 改進(jìn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求

一、選題內(nèi)容

說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)主要從以下提供的題目中選擇選題；如果自己有成熟的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，例如參加教學(xué)比賽已用過(guò)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，如果設(shè)計(jì)比較巧妙也可以選用。二氧化碳性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

氫氣還原氧化銅改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

原電池演示實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)

氫氣爆鳴實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

粉塵爆炸實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

硝酸性質(zhì)演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

二、實(shí)驗(yàn)上課安排

1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)必須查閱、參考有關(guān)的期刊文獻(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)資料，自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案要可行，并盡量有自己的創(chuàng)新點(diǎn)。

2、可4-6人自由組合為一個(gè)小組，選擇一個(gè)共同的實(shí)驗(yàn)主題進(jìn)行研究、改進(jìn)。

3、在下次實(shí)驗(yàn)上課時(shí)，先由每個(gè)小組派出代表，介紹本小組的設(shè)計(jì)方案，然后大家一起討論；全部小組討論結(jié)束后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)施，若本次課未能完成實(shí)驗(yàn)，將在下次實(shí)驗(yàn)課（在“新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)完成之后）繼續(xù)。

4、具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和格式，請(qǐng)參照已下發(fā)的實(shí)驗(yàn)講義。

5、往年的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)案例，可參看附件。

6、實(shí)驗(yàn)所需的生活材料，需要自備。

第四篇：初中生物幾例實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新

初中生物幾例實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新

保基中學(xué)：楊勇

摘要：生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中生物學(xué)科教學(xué)的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)-生實(shí)踐、創(chuàng)新能力及提高生物科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)、形成學(xué)生科學(xué)探究能力非常重要。教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)改進(jìn)與創(chuàng)新，充分挖掘和利用好現(xiàn)有各種有效資源，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加合理，步驟更加嚴(yán)謹(jǐn)，具有更好可操作性，可以彌補(bǔ)一些課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，便于學(xué)生更加直觀的理解課本知識(shí)，大大縮短了課堂演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)得到了最大的收獲，也更能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)水平，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：初中生物 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 改進(jìn)與創(chuàng)新

生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，科學(xué)探究貫穿了整個(gè)生物教學(xué)的全過(guò)程，它不僅僅是眾多的事實(shí)和理論的積累、再現(xiàn)，它也是一個(gè)學(xué)生不斷探究和成長(zhǎng)的過(guò)程，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中生物學(xué)科教學(xué)的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)-生實(shí)踐、創(chuàng)新能力及提高生物科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)、形成學(xué)生科學(xué)探究能力非常重要。然而，現(xiàn)行教材中的很多實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)材料選擇不當(dāng)、實(shí)驗(yàn)方法不夠合理、使得一些實(shí)驗(yàn)取材不方便，操作復(fù)雜，缺少應(yīng)有科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，同時(shí)效果不明顯，不易觀察，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)難以取得預(yù)期的教學(xué)效果。因此，教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)改進(jìn)與創(chuàng)新，充分挖掘和利用好現(xiàn)有各種有效資源，開(kāi)展好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作，可以彌補(bǔ)一些課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)新意識(shí)、發(fā)展創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。下面僅介紹新人教版初中生物教科書(shū)中幾例實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新。

一、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：

新人教版八年級(jí)生物《選擇健康的生活方式》，教材中設(shè)計(jì)了一個(gè)探究活動(dòng)“酒精或煙草浸出液對(duì)水蚤心率的影響”，在本次探究活動(dòng)中，雖然能夠說(shuō)明酒精或煙草浸出液對(duì)心血管方面有一定危害，但還更加直觀的展現(xiàn)吸煙對(duì)人體肺部的具體影響，而教材中關(guān)吸煙危害人體健康的內(nèi)容只是提供了一些文字說(shuō)明，如“香煙燃燒產(chǎn)生的煙霧中含有多種有害的化學(xué)物質(zhì)”等文字信息，學(xué)生閱讀后對(duì)吸煙的危害并沒(méi)有很深刻的印象，為了能讓學(xué)生對(duì)吸煙的危害感受更直觀、更深刻，在實(shí)際教學(xué)中我自創(chuàng)了如下實(shí)驗(yàn)：

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：

1、材料：一個(gè)透明塑料軟管（剛好能插入一支香煙，一個(gè)注射器，棉花，香煙（帶過(guò)濾嘴和不帶過(guò)濾嘴的各一支）。

2、方法與步驟：

在本實(shí)驗(yàn)中，用棉花模擬人的肺，用注射器模擬人吸食香煙。在塑料軟管的一端先插上一支不帶過(guò)濾嘴的香煙，另一端放入一團(tuán)棉花，用注射器接在有棉花的一端拉動(dòng)活塞模擬吸煙，為了不讓教室內(nèi)充滿(mǎn)煙霧，可將注射器吸來(lái)的煙霧吹入裝有水的燒杯中，減少香煙燃燒的煙霧對(duì)學(xué)生健康的危害。反復(fù)抽吸完以后，取出管里的棉花，會(huì)發(fā)現(xiàn)棉花變成黃色，從而證明香煙燃燒后產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)會(huì)使肺發(fā)黃變黑，危害身體健康。接著改用有過(guò)濾嘴的香煙進(jìn)進(jìn)同樣的模擬實(shí)驗(yàn)，得到相似的現(xiàn)象及結(jié)果，打破學(xué)生過(guò)濾嘴香煙沒(méi)有危害的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)一：新人教版生物七年級(jí)下冊(cè)《食物中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)》中探究活動(dòng)“測(cè)定某種食物中的能量”，其目的是通過(guò)水升高的溫度來(lái)計(jì)算出食物燃燒時(shí)放出的熱量。，（一）、教材的設(shè)計(jì)是：

1、取一只50ml錐形瓶，注入30ml水，固定在鐵架臺(tái)上。

2、在錐形瓶中放入一支溫度計(jì)。

3、稱(chēng)出一粒干花生的質(zhì)量，將這粒花生點(diǎn)燃后盡快放到錐形瓶底部加熱，待花生完全燃燒后測(cè)量水溫。

（二）、存在的不足：

1、在本實(shí)驗(yàn)中，錐形瓶未加瓶塞，易散熱；

2、錐形瓶較大，水較多，瓶體吸熱多，水濕變化不大，不易測(cè)量，誤差較大。

3、花生在敞開(kāi)的環(huán)境中燃燒，熱損

失較多；

4、花生種子小，燃燒時(shí)放出的熱量本身就不多，同時(shí)解剖針穿插燃燒時(shí)易掉。

本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是要盡量減少花生種子在燃燒是的熱量損失，而以上這些設(shè)計(jì)上的不足，則易使實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的熱損失過(guò)大，測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重偏小，與課本參考數(shù)據(jù)相差較大，易給學(xué)生造成誤解。

（三）、改進(jìn)：一支小試管，溫度計(jì)，硬紙盒（防風(fēng)、減小空氣散熱），試管夾，廢石棉網(wǎng)（剪成長(zhǎng)條形），核桃。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一個(gè)長(zhǎng)方形硬紙盒豎起，前面去掉一半，頂端開(kāi)一個(gè)與小試管大小相似的圓孔，周?chē)讉€(gè)小洞，在小試管中注入10ml水，插入溫度計(jì)（玻璃泡在水的中部），用塞子固定，記下水的初溫，然后穿過(guò)圓孔，用試管夾固定在硬紙盒頂部，用天平稱(chēng)出二分之一核桃仁，放在石棉網(wǎng)上，點(diǎn)燃后迅速放到小試管正下方，等核桃仁完全燃燒后記下水溫，利用課本上的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)改進(jìn)之后的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，材料易得，效果明顯易觀察，且能最大限度的減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程各種熱量的損失，增加了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)二：新人教版生物七年級(jí)下冊(cè)《消化和吸收》中探究“饅頭在口腔中的變化” 在本實(shí)驗(yàn)中，主要是通過(guò)三組對(duì)照實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察對(duì)比，分析說(shuō)明饅頭在口腔中變甜是否與牙的咀嚼、舌的攪拌及唾液都有關(guān)系。

（一）、課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

1、等大新鮮饅頭塊A、B、C，A和B用刀細(xì)細(xì)切碎（模擬牙的咀嚼），C不作處理。

2、取唾液。

3、取三支潔凈的試管，編號(hào)1、2、3，1號(hào)管加入A饅頭碎屑和2ml唾液，充分?jǐn)嚢瑁?號(hào)管加入B饅頭碎屑和2ml清水，充分?jǐn)嚢瑁?號(hào)管加入C饅頭塊和2ml唾液，不攪拌；然后將三支試管一起放入37℃溫水中，10分鐘以后取出，滴一至二滴碘液，振蕩觀察各管中顏色的變化。

（二）、分析存在的不足：

1、每組學(xué)生所用的實(shí)驗(yàn)器材老過(guò)多，不好操作，易損壞（每組至少用到三支大試管，兩個(gè)小燒杯，一個(gè)大燒杯，兩支滴管，一支溫度計(jì)等）。

2、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)于課時(shí)緊張的七年級(jí)生物來(lái)說(shuō)是不利的（每組所用的器材多，且必須完成三組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)難以完成）；

3、新鮮饅頭入水后易碎，1號(hào)管與3號(hào)管無(wú)法對(duì)照，效果不明顯，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)最主要的不足就是由于實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，對(duì)照不明顯，學(xué)生往往還等不到觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析實(shí)驗(yàn)就已經(jīng)下課，實(shí)驗(yàn)也就草草了事。

（三）、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：居于以上情況，本實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中可作如下改進(jìn)，大大減少實(shí)驗(yàn)器材及損壞，節(jié)省時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)的可操作性和可比性，提高課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率：

1、把學(xué)生分成三個(gè)大組，大組中再分成三個(gè)小組，每個(gè)大組負(fù)責(zé)完成一項(xiàng)操作，完成后三個(gè)大組間的小組再進(jìn)行對(duì)照，這樣節(jié)省了三分之二的器材，有效減少器材的損壞，同時(shí)，學(xué)生操作簡(jiǎn)單，取唾液的時(shí)間和操作時(shí)間也大為縮短，基本上在課堂上就能得出完整的結(jié)論。

2、1號(hào)管和2號(hào)管用新鮮的饅頭，3號(hào)管則用稍干一些，變硬了饅頭塊，這樣1號(hào)管和2號(hào)管中的饅頭屑會(huì)更細(xì)而3號(hào)管中的則不會(huì)散開(kāi)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有利于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照和分析，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)三：新人教版生物七年級(jí)下冊(cè)《發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換》中的演示實(shí)驗(yàn)“模擬膈肌運(yùn)動(dòng)”教材上是用大的玻璃罩代表胸廓，用氣球代表肺，在玻璃罩下蒙上一層橡皮膜代表膈，玻璃管模擬氣管和支氣管。演示時(shí)用手拉或者推橡皮膜，模擬膈肌的收縮與舒張，說(shuō)明胸廓大小的變化及吸氣和呼氣動(dòng)作。

（一）、存在的不足：用大的玻璃罩代表胸廓使用起來(lái)很不方便，較笨重，演示時(shí)橡皮膜易滑脫，且大玻璃罩、“Y”型管學(xué)校不一定有。

（二）、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：用學(xué)生身過(guò)易得的生活材料來(lái)制作“膈肌模擬器”，變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)更直觀、效果更好。

1、用廢棄的泡泡糖瓶來(lái)代表胸廓（瓶口有螺旋口便于捆扎，演示時(shí)氣球不易滑脫），在瓶底中部穿一個(gè)圓孔；

2、用稍大的飲料吸管制作“Y”管模擬氣管和支氣管，3、用一個(gè)蘿卜削成一個(gè)塞子，中間開(kāi)孔，將做好的“Y”管兩枝扎上氣球后穿在蘿卜上，用一個(gè)大氣球剪去一部分模擬膈肌，照課本圖做成膈肌模擬器便可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作了。在本實(shí)驗(yàn)中，由于材料易得，制作、操作簡(jiǎn)單，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)操作興趣，便于學(xué)生充分理解膈肌運(yùn)動(dòng)與肺的變化及呼吸的關(guān)系，增強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)四：新人教版生物八年級(jí)上冊(cè)《陸地生活的動(dòng)物》中“飼養(yǎng)和觀察蚯蚓”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

（一）、教材中對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是將蚯蚓放在糙紙上觀察它的運(yùn)動(dòng)及身體的變化，再將蚯蚓放在玻璃板上，觀察神經(jīng)質(zhì)運(yùn)動(dòng)及身體的變化，并與在糙紙上的運(yùn)動(dòng)做比較。目的是通過(guò)觀察蚯蚓在不同物體表面的運(yùn)動(dòng)及身體變化情況來(lái)認(rèn)識(shí)蚯蚓剛毛在運(yùn)動(dòng)中的作用。

（二）、該設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相反，蚯蚓在糙紙上的運(yùn)動(dòng)比在玻璃上慢，（糙紙較干，蚯蚓被粘在了紙上）。實(shí)驗(yàn)步驟讓學(xué)生產(chǎn)生是不是蚯蚓在糙紙上運(yùn)動(dòng)累了？所以才比玻璃板上運(yùn)動(dòng)慢。（2）實(shí)驗(yàn)中所用玻璃板干燥時(shí)，蚯蚓也可以在玻璃板上較快運(yùn)動(dòng)？

3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的兩次運(yùn)動(dòng)是分開(kāi)來(lái)做，學(xué)生缺少對(duì)照，很難進(jìn)行比較。從以情況來(lái)看，教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、步驟不夠嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)效果不好，甚至得出相反的結(jié)論，針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

（三）、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：用玻璃條做兩個(gè)玻璃槽（可保證蚯蚓基本沿直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)），在玻璃槽的一個(gè)外側(cè)面貼上自制標(biāo)尺，一個(gè)玻璃槽的玻璃板上撒一層水，讓玻璃板表面形成一層水膜，才能保證玻璃板的光滑。讓蚯蚓先在撒水的玻璃內(nèi)上運(yùn)動(dòng)，通過(guò)標(biāo)尺觀察并記錄一定時(shí)間內(nèi)蚯蚓運(yùn)動(dòng)的路程，再在另一個(gè)玻璃槽內(nèi)捕上一層糙紙，用水把紙充分打濕，讓蚯蚓在紙上運(yùn)動(dòng)，觀察并記錄其在相同的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程，與在玻璃板的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行比較既可得出結(jié)論。改進(jìn)之后，保證實(shí)驗(yàn)中只有一個(gè)變量。玻璃槽上貼的標(biāo)尺則有助于觀察比較蚯蚓的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)避免了實(shí)驗(yàn)條件不統(tǒng)一；步驟不夠嚴(yán)謹(jǐn)，缺少對(duì)照等不足，使實(shí)驗(yàn)更具可行性。

實(shí)驗(yàn)五新人教版生物七年級(jí)上冊(cè)《綠色植物對(duì)有機(jī)物的利用》一節(jié)中的演示實(shí)驗(yàn)“種子在萌發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳。”該實(shí)驗(yàn)是利用“二氧化碳使澄清石灰水變渾濁”的性質(zhì)，驗(yàn)證萌發(fā)的種子在呼吸過(guò)程中產(chǎn)生了二氧化碳，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如右圖所示。

（一）、原實(shí)驗(yàn)裝置的不足處：

1、器材較多，組裝復(fù)雜。

2、，實(shí)驗(yàn)操作繁瑣。使用該裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)采用灌水排氣法，從漏斗灌入清水，漏斗中用棉花塞住也會(huì)有少量二氧化碳逸出，操作復(fù)雜，容易漏氣，也不夠嚴(yán)謹(jǐn)（用注水法促使二氧化碳從導(dǎo)管里排出，因?yàn)槎趸寄苋苡谒惑w積的水就能溶解一體積的二氧化碳?xì)怏w。）從而降低了瓶?jī)?nèi)二氧化碳的濃度。因此實(shí)驗(yàn)效果不明顯。

4、該裝置不能連續(xù)使用，不能在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)演示該實(shí)驗(yàn)，無(wú)法保證平行班的開(kāi)課。既增加了工作量又浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)材料。

3、沒(méi)有設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)，很難說(shuō)明二氧化碳是萌發(fā)的種子產(chǎn)生的。也不能排出原有空氣中二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

（二）、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與操作：

1、實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn) ：只用兩個(gè)塑料注射液瓶子、兩根輸液管（帶針頭）、小燒杯，材料易得，制作過(guò)程簡(jiǎn)單。

2、實(shí)驗(yàn)操作

課前準(zhǔn)備兩個(gè)250ml的塑料注射液瓶子，分別貼上標(biāo)簽，1號(hào)瓶中裝入萌發(fā)的種子，2號(hào)瓶中裝入煮熟的種子以形成對(duì)照，用線(xiàn)拴好浸氫氧化鈉溶液的小棉球（吸收原有空氣中的二氧化碳，排出干擾）固定在蓋上，然后蓋住密封，將兩根須帶針頭的輸液管，剪去有進(jìn)氣管的一端后分別插在1號(hào)瓶和2號(hào)瓶蓋上關(guān)緊密封開(kāi)關(guān)、2-4小時(shí)后就可用時(shí)行演示實(shí)驗(yàn)。

取兩個(gè)小燒杯，分別貼上標(biāo)簽與瓶子對(duì)應(yīng)，向兩只小燒杯中倒入適量的澄清石灰水。將1號(hào)瓶的輸液管插入對(duì)應(yīng)的小燒杯，打開(kāi)輸液管閥并擠壓塑料注射液瓶，觀察、記錄1號(hào)杯中澄清石灰水的變化；然后換用2號(hào)裝置進(jìn)行同樣的操作并觀察、記錄，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)照分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論——萌發(fā)的種子進(jìn)行呼吸作用時(shí)產(chǎn)生了二氧化碳。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，氣密性好，實(shí)驗(yàn)器材來(lái)源于生活、容易取得，組裝簡(jiǎn)潔、易操作，使學(xué)生覺(jué)得生活中的許多物品都可用來(lái)做探究實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)操作很簡(jiǎn)便，排出原有空氣中二氧化碳的干擾后實(shí)驗(yàn)效果更明顯。同時(shí)設(shè)置了對(duì)照組更有利于學(xué)生理解呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著，還以反復(fù)使用。

總之，生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中生物學(xué)科教學(xué)的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)-生實(shí)踐、創(chuàng)新能力及提高生物科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)、形成學(xué)生科學(xué)探究能力非常重要。教師在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)改進(jìn)與創(chuàng)新，充分挖掘和利用好現(xiàn)有各種有效資源，開(kāi)展好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作，可以彌補(bǔ)一些課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)新意識(shí)、發(fā)展創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

通過(guò)以上的以上幾例實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)改進(jìn)創(chuàng)新嘗試,使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加合理，步驟更加嚴(yán)謹(jǐn)，更具可操作性，便于學(xué)生更加直觀的理解課本知識(shí)，大大縮短了課堂演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)得到了最大的收獲，它對(duì)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、提高學(xué)生科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)水平、培養(yǎng)學(xué)生能力等方面有著十分巨大的教學(xué)價(jià)值和潛在作用。

第五篇：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析讀書(shū)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析讀書(shū)報(bào)告

[摘要]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析是用于經(jīng)濟(jì)地、科學(xué)地安排試驗(yàn)的一項(xiàng)技術(shù)。《試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析領(lǐng)域的名著，全書(shū)內(nèi)容廣泛，實(shí)例豐富。可作為自然科學(xué)研究人員、工程技術(shù)人員、管理人員進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析的參考書(shū)，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)、工序設(shè)計(jì)和改進(jìn)等方面非常實(shí)用的工具。

本文首先講述了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析的原理、方法、特點(diǎn)、步驟以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及統(tǒng)計(jì)分析的注意事項(xiàng)，然后介紹了幾種常用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的原理、特點(diǎn)及用法，最后總結(jié)了學(xué)習(xí)《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》后的一些心得體會(huì)。

[關(guān)鍵詞]：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析；正交實(shí)驗(yàn)；穩(wěn)健設(shè)計(jì)；統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)；響應(yīng)變量；統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)

目錄

1.2.引言...................................................................................................................................1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)介.......................................................................................................1 2.1 什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)...........................................................................................................1 2.2 發(fā)展歷史及分類(lèi)...........................................................................................................2 2.3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的.........................................................................................................2 2.4.基本原理.....................................................................................................................2 2.5.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施的方法與步驟.....................................................................................3 2.6.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用.........................................................................................................3 2.7.注意事項(xiàng).....................................................................................................................3 3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法介紹...........................................................................................................4 3.1 全面實(shí)驗(yàn).......................................................................................................................4 3.2 正交實(shí)驗(yàn).......................................................................................................................4

3.2.1 正交實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)：...........................................................................................4 3.2.2 正交實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型和分析方法...........................................................................4 3.2.3 實(shí)施正交實(shí)驗(yàn)的基本步驟和方法...................................................................5 3.3 穩(wěn)健設(shè)計(jì).......................................................................................................................5

3.3.1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)...............................................................................................5 3.3.2 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟.......................................................................................5

結(jié)束語(yǔ).............................................................................................................................................6 參考文獻(xiàn).........................................................................................................................................6

1.引言

現(xiàn)代科技的發(fā)展離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)分析，現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)不單是通過(guò)觀察現(xiàn)象和測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證假設(shè)，更重要的是現(xiàn)代科技創(chuàng)新和發(fā)明的重要手段。所有理論分析不能解決的問(wèn)題均可利用實(shí)驗(yàn)的手段去摸索，特別是在工程領(lǐng)域內(nèi)。科研是很注重實(shí)際應(yīng)用效果，無(wú)論是對(duì)零件、部件和整機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能研究，還是對(duì)新配方、新工藝的探索，實(shí)驗(yàn)都是必須的手段。幾乎沒(méi)有一項(xiàng)應(yīng)用研究成果是不需要實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)論證的。

如果要最有效地進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，必須用科學(xué)方法來(lái)設(shè)計(jì)。所謂實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計(jì)方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計(jì)方法作實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是必要的。當(dāng)問(wèn)題涉及到受實(shí)驗(yàn)誤差影響的數(shù)據(jù)時(shí)，只有統(tǒng)計(jì)方法才是客觀的分析方法。這樣一來(lái)，任一實(shí)驗(yàn)問(wèn)題就存在兩個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。這兩個(gè)課題是緊密相連的，因?yàn)榉治龇椒ㄖ苯右蕾?lài)于所用的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法已在很多學(xué)科中得到廣泛的應(yīng)用。

《實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析領(lǐng)域的名著，是作者在亞利桑那州立大學(xué)、華盛頓大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院三所大學(xué)近40年實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)的。

全書(shū)內(nèi)容廣泛，包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析的基本原理、特點(diǎn)、方法、發(fā)展及應(yīng)用等，而且實(shí)例豐富，簡(jiǎn)單比較實(shí)驗(yàn)、析因設(shè)計(jì)、分式析因設(shè)計(jì)、擬合回歸模型、響應(yīng)曲面方法和正交設(shè)計(jì)、穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)和過(guò)程穩(wěn)健性研究、含隨機(jī)因子的實(shí)驗(yàn)、嵌套設(shè)計(jì)和裂區(qū)設(shè)計(jì)等。

通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)讓我對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析有了更深入的了解，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與分析的有了科學(xué)和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，明確了設(shè)計(jì)思路、方向，學(xué)習(xí)了多種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析方法，為以后科研實(shí)驗(yàn)提供了極大的參考及指導(dǎo)作用。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)介

2.1 什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)是研究者實(shí)際上在各個(gè)研究領(lǐng)域進(jìn)行的，通常是發(fā)現(xiàn)關(guān)于一個(gè)特定過(guò)程或系統(tǒng)的某些事情。一個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)試驗(yàn)，一個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)試驗(yàn)或一系列試驗(yàn)，它對(duì)一個(gè)過(guò)程或系統(tǒng)的輸入變量(人、機(jī)、料、法、環(huán))作一些有目的的改變，以使能夠觀察到和識(shí)別出引起輸出響應(yīng)變化的緣由。

通常形象地將過(guò)程看作是人，機(jī)，料，法，環(huán)的一種組合，它把一些輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸粋€(gè)或多個(gè)可觀察的響應(yīng)的一種輸出，過(guò)程的一些變量x1,x2,...Xn是可控制的，.過(guò)程的另一些變量z1,z2,...Zn是不可控制的，響應(yīng)是可以觀察或測(cè)量的一個(gè)或多個(gè)的輸出。

2.2 發(fā)展歷史及分類(lèi)

早期的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析法(ANOVA)于1920由英國(guó)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)家、數(shù)學(xué)家費(fèi)歇(RA Fisher)提出，F(xiàn)isher首先開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了方差分析作為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的統(tǒng)計(jì)分析基本方法，最初主要應(yīng)用農(nóng)業(yè)、生物學(xué)、遺傳學(xué)等方面的研究。隨后英、美、蘇對(duì)之進(jìn)行研究推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的正交實(shí)驗(yàn)(Orthogonal array)于1950由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，隨后迅速推廣到日本工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，成為日本工商企業(yè)管理界人員必備的技術(shù)。

穩(wěn)健設(shè)計(jì)法(Robustness)于1970由日本田口玄一(Taguchi)等創(chuàng)造，穩(wěn)健設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)正交實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，最初主要應(yīng)用于二戰(zhàn)之后的日本，隨后在日本，美國(guó)等國(guó)家的許多公司得到成功的應(yīng)用和發(fā)展。

現(xiàn)代還出現(xiàn)了多元化的實(shí)驗(yàn)方法，包括：殘差分析(Residual analysis)、應(yīng)用回歸分析(Regression)、分式析因?qū)嶒?yàn)(Fractional factorial design)、曲面響應(yīng)和調(diào)優(yōu)運(yùn)算(RSM & EVOT)等。

2.3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的

1)確定哪些變量對(duì)響應(yīng)輸出Y最有影響，即找出最顯著因素；

2)確定有影響的變量x設(shè)置在何處可使響應(yīng)輸出Y幾乎總是接近所期望的額定值； 3)確定有影響的變量x設(shè)置在何處可使響應(yīng)輸出Y的變異性較小； 4)確定有影響的變量x設(shè)置在何處使得不可控的變量z的效應(yīng)最小。

2.4.基本原理

一種實(shí)驗(yàn)要最有效地實(shí)行的話(huà)，必須用科學(xué)方法來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。所謂實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)，就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計(jì)方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計(jì)方法做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是必要的。

實(shí)設(shè)計(jì)有三個(gè)基本原理：重復(fù)，隨機(jī)化和區(qū)組化。

1)重復(fù)即基本實(shí)驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行，它有兩條重要的性質(zhì)：第一，允許實(shí)驗(yàn)者得到實(shí)驗(yàn)

誤差的一個(gè)估計(jì)量；這個(gè)誤差的估量值成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計(jì)上的實(shí)際差的基本度量單位。第二，如果用樣本均值作為實(shí)驗(yàn)中一個(gè)因素的效應(yīng)的估計(jì)量，則重復(fù)允許實(shí)驗(yàn)者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計(jì)量。

2)隨機(jī)化是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使用統(tǒng)計(jì)方法的基石，所謂隨機(jī)化即實(shí)驗(yàn)材料的分配和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的次序都是隨機(jī)地確定的，統(tǒng)計(jì)方法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量，有助于“平均出“可能出現(xiàn)的外來(lái)因素的效應(yīng)。

3)區(qū)組化是用來(lái)提高實(shí)驗(yàn)精確度的一種方法。一個(gè)區(qū)組是實(shí)驗(yàn)材料的一個(gè)部分，相比于實(shí)驗(yàn)材料的全體，它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類(lèi)似。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行區(qū)組，有助于提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

2.5.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施的方法與步驟

在設(shè)計(jì)和分析一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)要使用統(tǒng)計(jì)方法的話(huà)，和實(shí)驗(yàn)有關(guān)的每個(gè)人必須預(yù)先對(duì)所研究的問(wèn)題究竟是什么，如何收集數(shù)據(jù)，要有清晰的認(rèn)識(shí)，至少對(duì)如何分析這些數(shù)據(jù)要有定性的了解，推薦的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施的方法與步驟如下：

1)問(wèn)題的識(shí)別和問(wèn)題的提法； 2)因素和水平的選擇； 3)響應(yīng)變量的選擇； 4)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)的選擇； 5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)； 6)數(shù)據(jù)的分析； 7)結(jié)論和建議。

2.6.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域中。實(shí)際上我們可以把實(shí)驗(yàn)本身看作為科學(xué)方法的一部分，看作是探索系統(tǒng)或過(guò)程如何工作的一種途徑。

將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用在工序的早期開(kāi)發(fā)中，可以提高產(chǎn)量；可以減少變異性，與目標(biāo)值更為一致；減少工序的開(kāi)發(fā)時(shí)間；減少工序開(kāi)發(fā)的總成本。

將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和改進(jìn)老產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)活動(dòng)中，使產(chǎn)品較容易制造；提高產(chǎn)品適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件的性能；提高產(chǎn)品的可靠性；降低產(chǎn)品的成本；縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

2.7.注意事項(xiàng)

在工程、科學(xué)和工業(yè)中大多的研究工作都是以經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)的，并且廣泛使用實(shí)驗(yàn)方法。統(tǒng)計(jì)方法大大提高了這些實(shí)驗(yàn)的效率并經(jīng)常強(qiáng)化了由此得出的結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)方法中要明智的使用統(tǒng)計(jì)方法就要求實(shí)驗(yàn)者在思想上牢記下列各點(diǎn)：

1)必需對(duì)所研究的問(wèn)題非常熟悉，需要有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論知識(shí)； 2)使實(shí)驗(yàn)和分析盡可能的簡(jiǎn)單；

3)正確評(píng)價(jià)實(shí)際的顯著性和統(tǒng)計(jì)的顯著性之間的差別； 4)通過(guò)序貫迭代的方法進(jìn)行安排實(shí)驗(yàn)。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法介紹

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是影響研究成功與否最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，是提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。目前，已建立起許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。前面已經(jīng)介紹了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展歷史，下面簡(jiǎn)單介紹幾種具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

3.1 全面實(shí)驗(yàn)

所謂全面實(shí)驗(yàn)，就是對(duì)影響響應(yīng)輸出的各個(gè)因素的所有的可能的水平組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。全面實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分全面。全面實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)次數(shù)太多；處理數(shù)據(jù)麻煩；浪費(fèi)人力、物力；根本無(wú)法進(jìn)行多因素，多水平的復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。基于上述特點(diǎn)全面實(shí)驗(yàn)只實(shí)用于少因素、少水平的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。為此，人們創(chuàng)造了正交實(shí)驗(yàn)方法，用正交實(shí)驗(yàn)方法來(lái)安排實(shí)驗(yàn)會(huì)使實(shí)驗(yàn)次數(shù)大大減少，而且統(tǒng)計(jì)分析的計(jì)算也變得非常簡(jiǎn)單。

3.2 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是研究與處理多因素實(shí)驗(yàn)的一種科學(xué)方法。它利用一種規(guī)格化的表格—正交表，挑選實(shí)驗(yàn)條件，安排實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)較少次數(shù)的實(shí)驗(yàn)，找出較好的生產(chǎn)條件，即最優(yōu)或較優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。3.2.1 正交實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

1)合理安排實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)少實(shí)驗(yàn)次數(shù)； 2)找出較好的實(shí)驗(yàn)方案；

3)找出質(zhì)量指標(biāo)與影響因素之間的關(guān)系； 4)找到進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方向； 5)減少人力，物力的支出； 6)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的計(jì)算。

正因?yàn)橛谜槐戆才艑?shí)驗(yàn)具有“均勻分散性”與“整齊可比性”這兩個(gè)特點(diǎn)，所以它能大大的減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，甚至比簡(jiǎn)單地比較全面實(shí)驗(yàn)結(jié)果有可能提供更多的信息。3.2.2 正交實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型和分析方法

正交實(shí)驗(yàn)類(lèi)型包括下面幾種：?jiǎn)沃笜?biāo)的正交實(shí)驗(yàn)、多指標(biāo)的正交實(shí)驗(yàn)、水平數(shù)相同的正交實(shí)驗(yàn)、混水平的正交實(shí)驗(yàn)、有交互作用的正交實(shí)驗(yàn)和帶重復(fù)實(shí)驗(yàn)的正交實(shí)驗(yàn)。

可以用直觀分析法、方差分析法和綜合評(píng)分法等不同的方法進(jìn)行分析。

3.2.3 實(shí)施正交實(shí)驗(yàn)的基本步驟和方法

1)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_定考察的指標(biāo)； 2)挑選因素，選水平，制定因素水平表； 3)選擇合適的正交表，進(jìn)行表頭設(shè)計(jì)； 4)明確實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果；

5)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出因素的主次順序，確定最優(yōu)方案； 6)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，作進(jìn)一步分析。

3.3 穩(wěn)健設(shè)計(jì)

為了盡量降低誤差因素的作用，使實(shí)驗(yàn)響應(yīng)輸出因誤差因素變化而變化的敏感性最小，即使實(shí)驗(yàn)響應(yīng)輸出對(duì)誤差因素具有穩(wěn)健性，基于這種指導(dǎo)思想來(lái)進(jìn)行的設(shè)計(jì)叫做穩(wěn)健設(shè)計(jì)。

穩(wěn)健設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要工具是信噪比（信號(hào)功率/ 噪聲功率(Signal/Noise)）和正交表。用信噪比作為特征數(shù)來(lái)衡量質(zhì)量，用正交表合理安排實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇最佳的參數(shù)組合。所以從某種意義上說(shuō)，穩(wěn)健設(shè)計(jì)就是信噪比的正交實(shí)驗(yàn)。3.3.1 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

1)使產(chǎn)品性能對(duì)原材料的改變不敏感，從而可以使用價(jià)錢(qián)便宜的原材料； 2)使產(chǎn)品性能對(duì)制造上的變差不敏感，從而降低加工成本； 3)使產(chǎn)品性能對(duì)環(huán)境的變差不敏感，從而降低操作成本。3.3.2 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的實(shí)施步驟

1)確定主要功能，邊緣效果和失效的樣式；

2)識(shí)別噪聲因子，確定估算質(zhì)量損失的實(shí)驗(yàn)條件，并做到對(duì)噪聲因子的靈敏度最小化；

3)根據(jù)具體問(wèn)題確定質(zhì)量特征數(shù)和優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)； 4)確定可控因子和它們的可選水平； 5)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)； 6)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

7)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，確定可控因子的最適當(dāng)水平； 8)進(jìn)行核實(shí)實(shí)驗(yàn)，并計(jì)劃進(jìn)一步的工作。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)書(shū)本的學(xué)習(xí)，我們能有效的掌握各種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析的方法步驟，能夠應(yīng)用到不同的場(chǎng)合解決各種問(wèn)題。在今后的科研工作中，為了提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，就要確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)如下指標(biāo)：

第一是明確衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，這個(gè)質(zhì)量指標(biāo)必須是能夠量化的指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中稱(chēng)為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，也稱(chēng)為響應(yīng)變量(response variable）或輸出變量。

第二是尋找影響實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的可能因素（factor)，也稱(chēng)為影響因子和輸入變量。因素變化的各種狀態(tài)稱(chēng)為水平，要求根據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)初步確定因素水平的范圍。

第三是根據(jù)實(shí)際問(wèn)題，選擇適用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法有很多，每種方法都有不同的適用條件，選擇了適用的方法就可以事半而功倍，選擇的方法不正確或者根本沒(méi)有進(jìn)行有效的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就會(huì)事倍而功半。

第四是科學(xué)地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括對(duì)數(shù)據(jù)的直觀分析、方差分析、回歸分析等多種統(tǒng)計(jì)分析方法。

但是，沒(méi)有一種“放之四海而皆準(zhǔn)”的問(wèn)題解決方案，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同樣不能提供解決所有問(wèn)題的途徑，要全面考慮解決問(wèn)題的方式，選取最有效、最經(jīng)濟(jì)的解決途徑。即使決定采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也不能生搬硬套地使用書(shū)本上的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟”。跟據(jù)實(shí)際情況和要求，有時(shí)可以省去其中的某幾步，有時(shí)還會(huì)在同一個(gè)項(xiàng)目中重復(fù)循環(huán)地跳幾輪；除了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)涉及的因素外，要盡量確保所有的環(huán)境因素是穩(wěn)定和符合現(xiàn)實(shí)的。如果條件所限，如果做不到這一點(diǎn)，不妨可以用隨機(jī)化、區(qū)組化、仿行等方法來(lái)盡量避免；保證實(shí)驗(yàn)的仿真性，避免一些理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，比如實(shí)驗(yàn)室；不要一味地排斥實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)執(zhí)行之前的歷史數(shù)據(jù)。相反，適當(dāng)?shù)乩闷髽I(yè)信息化的成果，從ERP、MES中的海量數(shù)據(jù)中進(jìn)行“數(shù)據(jù)挖掘”，很可能會(huì)減少實(shí)驗(yàn)投資，細(xì)化因素水平的選取。這也是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域中的新趨勢(shì)之一；為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，在得到最終的最佳參數(shù)水平組合后，還要進(jìn)行一些驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)結(jié)果，實(shí)在沒(méi)有條件實(shí)施驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的，也要通過(guò)模型的“模擬仿真”來(lái)完成這個(gè)工作。

工欲善其事，必先利其器。為了提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的效率和解決問(wèn)題的成功率，設(shè)計(jì)者自身也應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累，提高自身素質(zhì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] Douglas C.Montgomery.譯著.傅玨生，張健，王振羽，解燕.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析.人民郵電出版社，2009.10.[2] 蘇均和.試驗(yàn)設(shè)計(jì).上海財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社，2005:98-118.