科学实验的原理篇1
【关键词】自动控制原理实验；教学改革；探索与实践
1.引言
自动控制原理课程是自动化、电气工程、电子信息、通信工程等专业非常重要的专业基础课，具有知识理论系统性较强，概念抽象，实践应用性强等特点。单纯的课堂教学容易造成理论和实践脱节的情况，特别是应用型本科院校更应重视实验教学。搞好实验教学是整个自动控制理论教学过程中及其重要的环节，可以使学生更好地理解基础知识，更好地实现理论和实践的结合[1]。但是传统的实验箱教学法受实验条件、仪器设备条件及一些人为因素的限制，往往得不到预期的实验效果。
matlab仿真教学法虽能够弥补实验箱教学法的不足，但受程序编写的限制，部分同学的实验效果并不理想。基于multisim的虚拟实验教学法可以弥补上述两种实验教学法的不足，极大地提高了学生做实验的积极性和主动性。
2.传统实验箱教学方法
我校电气工程与自动化专业开设的自动控制原理实验采用的是labaCt自动控制/计算机控制原理实验箱。下面简单介绍一下该实验箱的构成及实验箱的主要功能。
2.1实验箱的组成
labaCt自动控制/计算机控制原理实验箱由以下七个模块组成：（1）自动控制原理实验模块；（2）计算机控制原理实验模块；（3）信号源模块；（4）控制对象模块；（5）虚拟示波器模块；（6）控制对象输入显示模块；（7）CpU控制模块。
自动控制原理实验模块由模拟运算单元及模拟运算扩充库组成，这些模拟运算单元的输入回路和反馈回路上配有多个各种参数的电阻、电容，因此可以完成各种自动控制模拟运算。例如构成比例环节、惯性环节、积分环节、比例微分环节，piD环节和典型的二阶、三阶系统等。利用本实验机所提供的多种信号源输入到模拟运算单元中去，再使用本实验机提供的虚拟示波器界面可观察和分析各种自动控制、计算机控制原理实验的响应曲线，如图1所示。
2.2实验箱的主要功能
（1）显示与功能选择模块及函数发生器：由5位8段数码管、16个指示灯、四个功能选择按键和3个测试孔组成。该实验区是独立于实验机的CpU控制模块，提供控制对象输出显示，並实现函数发生器的十种（可选择）波形输出切换控制和显示。函数发生器是各函数及波形发生的控制和输出模块，它含有十种（可选择）波形输出，有4个函数波形调节电位器、1个波形量程选择开关和各函数发生的输出口组成。各波形和函数的输出选择在模块中选择设置。
（2）数模转换器：采用aDC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。数字0～0FFH输入，经数/模转换后输出测孔1输出为0～+5V模拟量。经运放处理后，在输出测孔2输出为-5V～+5V。
（3）虚拟示波器：该虚拟示波器提供两通道模拟信号输入测孔，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。虚拟示波器每个输入通道都配有量程开关，当量程开关拨到×1位置，表示输入不衰减，输入范围-5V～+5V，如果超出此范围，应把量程开关拨到×5位置，此时输入信号将被衰减5倍。
（4）模数转换器：机采用DaC0809作为模/数转换，可实现8bit数字输出。
（5）定时器、中断单元：本单元提供CpU控制模块中的定时器8253的计数器1、计数器2测孔；8259中断控制器测孔。
这种实验箱教学法的特点是直观、简单，能够提高学生的实际动手操作能力。但是在实验教学中发现，大多数学生只要按照实验教材上的步骤，一步步的去做，就能顺利的完成数据的测试和波形的输出。这种实验教学方式在很大程度上限制了学生的思维创新能力和创造力，限制了学生做实验的积极主动性，也不利于学生工程实践能力的培养[2]。
3.matlab仿真教学法
matlab作为实验仿真常用软件之一，在进行实验项目的开发时能够有效的弥补某些传统实验箱的不足，充分利用其图形用户界面设计技术强的仿真功（下转封三）（上接第176页）能完成原来在实验箱上所要完成的实验，不仅可以将抽象的理论知识运用文字、图形、数据等多种形式展示出来，更为实验教学提供了一个操作简便、界面友好的仿真环境。matlab是一种面向对象的交互式程序设计语言，具有友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言、高效的数值计算及符号计算功能、完备的图形处理功能以及功能丰富的应用工具箱等特点。在利用其进行工程计算和系统仿真时，可以略去复杂的理论推导过程，使得编程更加快捷方便，易于实现。在设计界面内，学生可以根据提示完成整个实验过程[3]。
这种实验方法主要是根据数学模型进行编程、仿真，能够对实验箱所得出的实验结果进行验证。但是对于那些数学建模不擅长，编程能力不够的同学来说这种实验方法存在一定的难度。
4.基于multisim的虚拟实验教学法
4.1虚拟实验教学法的特点
使未做过实验的学生通过仿真软件对实验的整体环境、所用仪器的整体结构能建立起直观的认识。仪器的任何部位可拆卸，可解剖进行调整并实时观察仪器的各种指标和内部结构的动作，增强了熟悉仪器功能和使用方法的训练。在实验中仪器实现了模块化，学生可对提供的仪器进行选择和组合，用不同的方法完成同一实验目标，培养学生的设计思考能力和对不同实验方法的优劣、误差大小的比较、判断能力。软件能通过深入解剖教学过程，设计上充分体现教学思想的指导，使学生必须在理解的基础上认真思考才能正确操作，克服了实验中出现的盲目操作和实验“走过场”现象的缺点，使学生切实受益，大大提高了实验教学的质量和水平。
4.2虚拟实验教学法实现形式
基于multisim的自动控制虚拟实验教学系统实现了基于internet上的远程网络教学，并实现“自动控制分布式远程虚拟实验教学系统”的远程实验报告管理，具有一定的规模和水准，该软件通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，形成了一部活的、可操作的自动控制实验教科书。通过虚拟仿真自动控制实验学习，加深了学生对实验的物理思想和方法、仪器的结构及原理的理解，达到实际实验难以实现的效果，实现了培养动手能力，学习实验技能，深化理论知识的目的，同时增强了学生对自动控制实验的兴趣，大大提高了实验教学水平，是实验教学改革的有力工具，增强实验环境的模拟。
实验中待测的控制变量随机产生，以适应同时实验的不同学生和同一学生的不同次操作有不同的正确结果。对实验误差也进行了模拟，以评价实验质量的优劣。对学生的实验报告进行数据库管理，可以存储、评阅、查看和打印。
用multisim进行仿真模拟实验，实验过程非常接近实际操作的效果。各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对《自动控制原理》课程中的绝大部分电路都能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于复杂的组合电路。
在虚拟实验室做实验，可以避免真实实验或操作所带来的各种危险.以往对于危险的或对人体健康有危害的实验，一般采用看电视录象的方式来取代做实验，学习者无法直接参与实验，获得感性认识。利用虚拟现实技术做实验则可以免除这种顾虑。学习者在虚拟实验环境中，可以放心的去做各种危险或危害人体的实验。
5.结论
本文分析了传统的实验箱教学法、ma-tlab仿真教学法和基于multisim的虚拟实验教学法的优缺点。在自动控制原理实验的教学过程中应用multisim进行虚拟实验，可为教学提供极大地方便，可省去用实际元器件安装、调试电路的过程，同时还能够启发学生从验证实验的传统思维逐步转向电路分析、故障排除和电路设计等方面过渡，这对于学生今后的发展非常有用[4]。
参考文献
[1]张栋.自动控制原理实验教学改革探索与实践[J].实验室科学，2011，14（5）：37-40.
[2]柳明，王海军，郭庆叶.自动控制原理实验教学改革与实践[J].实验室科学，2012，15（4）：58-60.
科学实验的原理篇2
关键词:科学;证实;证伪;划界标准
abstract:astwocriteriaofdemarcatingscience，verificationandfalsificationaretheexperiencetestofscientificpropositions，andinessencethetestistoexplaintheobservableexperiencesusedinthetestbythepropositionortheorytobetested，thusthetestdifficultiesarisingfromtheincommensurabilityofparadigmscanbeavoided.Verificationiscomplexinlogicandunfeasibleinpractice，whilefalsificationissimpleinlogicbutthesamedifficultyinpractice.VerificationandFalsificationareasymmetricalandthisasymmetrydoesnotindicatethatfalsificationismorefeasible.Verificationorfalsificationaloneisnotenoughtodemarcatescience.
Keywords:science;verification;falsification;criterionofdemarcation
1科学的两种划界标准:证实与证伪
对科学的哲学研究，首先涉及到科学的划界问题，亦即明确“科学是什么”，或者“什么是科学”。对此，20世纪的科学哲学获得了两个重要成果，即关于“科学”或者“科学的命题”，在经验检验意义上，提出了两种典型的划界标准:一是可证实原则，一是可证伪原则。
实证主义尤其是逻辑实证主义，明确地把可证实性作为“科学的”划界标准，作为“命题有(科学)意义的”标准:一个陈述(命题)当且仅当原则上是可经验地证实的时才是有(科学)意义的。在他们看来，形而上学命题由于不可以证实而是没有(科学)意义的。这样，形而上学便和科学划清了界限，并被彻底排斥在了科学之外。在这里，“证实”就是以经验事实直接或间接地确证命题为真。
鉴于可证实原则在逻辑上的复杂和在实践上的困难(参见下文)，波普尔(波珀)提出了与之相反的可证伪性原则:“可以作为划界标准的不是可证实性而是可证伪性。换句话说，我并不要求科学系统能在肯定的意义上被一劳永逸地挑选出来;我要求它具有这样的逻辑形式:它能在否定的意义上借助经验检验的方法被挑选出来;经验的科学的系统必须有可能被经验反驳。”[1](黑体系原文所加)按照这一原则，只有能被可观察经验证伪(反驳)的才是科学的。后来的精致证伪主义对此作了一些修正，它将对单个命题或理论的证伪代之以对理论系列的证伪，并认为，命题和理论的检验至少是两个相互竞争的理论与实验三方之间的决斗，但是可证伪原则本身的意义没有变。
2科学命题的检验及其实质
从科学存在的事实可以断定，原则上能够接受可观察经验的检验，的确是科学的一个基本规定性。波普尔说:“我当然只在一个系统能为经验所检验的条件下，才承认它是经验的或科学的。”[1]对科学来说，无论是证实还是证伪，其实都是检验，并且最终都必须归结到可观察经验命题的经验检验。实际上，检验就是将待检验的命题(或理论等)同该命题所试图把握的对象和目标的有关经验事实相比较，以确定二者是否相符合，而关于对象和目标的经验事实是以描述形式出现的，这种描述只能是可观察的检验命题，所以，如果能够通过证实或者证伪确立科学命题，那最终也只有通过可观察经验检验做到这一点，并且，只有可观察经验命题才能直接接受可观察经验的检验。所谓“理论检验”首先要以该理论本身已经通过经验检验为前提。因此，理论检验归根到底也是可观察经验检验。从表面上看，有待检验的科学命题有两类:一类是全称命题，这类命题获得必要的证实后即成为所谓的科学定律;一类是单称命题(如“经过太阳时的星光会弯曲”)或具有特称意义的存在命题(如“夸克存在”)，这是原则上可观察经验命题。实际上，后一类命题是为了用经验事实检验前一类命题而从前一类命题演绎出来的推论(或预言)。也就是说，真正有待检验的科学命题在形式上都是全称命题，因而在内涵上都超出了经验(否则科学将蜕变成单纯的经验而丧失自身的存在)，都是“不可观察的”超验命题，不能直接接受经验检验，只可通过由它们演绎地导出的可观察经验命题加以间接地检验。对科学理论的经验检验也是如此。据此，这里的讨论虽然限于命题，但是也同样适用于科学理论。
我们看到，科学既不是经验的汇集，也不是超验的汇集，它有经验命题，也有超验命题，而超验命题作为科学寻求的目标对科学更加重要。根据前面的论述，科学的超验命题必须首先转化为可观察的经验命题才能予以检验。逻辑实证主义看到了这一问题，并提出分层语言模型说明由超验命题(理论命题)到经验命题(事实命题)的转换。但是，实际上，超验的理论命题和直接可加以经验检验的经验事实命题之间并没有如此截然的界限，由超验理论命题到其经验推论是一个演绎过程而不是归纳过程，具有逻辑必然性，并且其中的概念也不需要从该理论外部另外赋意。作为经验命题的推论的经验检验同样不需要另外的赋意规则，因为经验总是为理论所渗透，独立于理论的纯粹经验命题是不存在的。而概念的经验意义是由它所处的“整个理论”而不是由它当下所在的具体、特定命题所规定的。就是说，经验推论本身及其所用概念必定具有该理论所规定的明确的经验意义，否则它不可能由作为前提的超验理论命题逻辑地导出。实际上，科学即便是其中的超验部分，也是具有经验基础的，尽管从经验到超验并不是逻辑必然的。因此，如果说科学命题尤其是真的理论命题的经验检验需要某些规则，那么这些规则也只是概念的经验意义转变为观察行为的操作规则，而这不过是实际的经验检验过程而已。
这表明，科学命题的经验检验是可能的，但是有一个基本条件，即应将待检验的(包括推论性的)命题和用于检验的可观察经验命题严格限制在同一理论背景中。实际情况也正是这样:一个理论在导出待检验的经验命题的同时，也规定了用于检验的可观察命题的经验意义，或者获得有检验意义的可观察经验命题的方法。可以认为，这是可检验性的一个基本原则。用相对论或者量子力学意义下的观察陈述去检验(证实或证伪)牛顿经典力学的经验推论是没有意义的，反之亦然。用库恩的说法，就是范式或范型不可通约。这再一次说明，在科学认识过程中，不需要也不能在待检验的命题或理论之外寻找进行经验检验的意义规则。
但是，按照这种对科学命题的经验检验的理解，范式或范型不可通约会引起一个困难问题。精致证伪主义要求的检验是经验与(至少)两个相竞争的理论三者之间的“决斗”。这种“决斗”只要(也只能)通过经验检验进行，也就必须符合上述可检验性原则。这意味着，这两个理论必须对用于检验的可观察命题的经验意义采取一致的规定，不能各执己见。为此，它们必须共处于同一个更高层次的理论中，或者在同一“范式”之下。显然，这样的检验即便结果是证伪，也不能导致更高层理论的更新和范式的变革。然而，这与科学发展的实际事实并不相符。从另一方面看，证伪作为科学发现的一个基本表征，必须并必然有助于理论的更新和范式的变革，而事实上也是如此。
以上这一问题要求我们根据科学发展的实际来理解命题的经验检验。在这里，我们注意到，朴素证伪主义和精致证伪主义明显不同。以“证伪”为例，前者认为，一个命题或者理论若同一个观察陈述(命题)相冲突(或者人们决定将其解释为相冲突)，便被证伪了。后者认为，“当且仅当另一具有下述属特点的理论t′已被提出，科学理论t才被证伪。t′的特点是:①与t相比，t′具有超余的经验内容，也就是说，t′预测了新颖的事实，即根据t看来是不可能的、甚至是t所禁止的事实;②t′能够说明t先前的成功，也就是说，t的一切未被反驳的内容(在观察误差的界限之内)都包括在t′的内容之中;③t′的超余内容有一些得到了证认。”[2](着重号系原文所加，下同)可以看出，精致证伪主义的证伪是科学理论更新的一个基本条件和方式，朴素证伪主义的证伪则不然。很明显，前者更符合科学发展的实际。这就是，所谓“证伪”(一个命题或理论)，实际上就是以待检验的命题或理论通过其具体条件下以演绎方式获得的经验推论，去解释用于经验检验的可观察经验陈述(个别事实)。证实就其实质来看也是这样。概言之，“检验”的实质就在于“解释”:证实意味着既有的理论或命题能够解释观察到的事实，证伪则表明观察到的事实是既有的理论或命题解释不了的。
因此，应当这样来理解科学命题或者理论的经验检验:以该命题或者理论解释可观察经验(个别事实)。这对于作为理论的经验推论即其所预见的“新颖事实”也是一样，因为理论预言是在先的，而且预言也同时指明了观察到这“新颖事实”的经验条件或方法。这正符合前文所说的可检验性原则(其中，可检验性内蕴着可证实性和可证伪性，而证实和证伪是从检验的结果来看的科学的基本规定)。这样还可以避免范式不可通约所引起的上述困难，从而两个理论通过经验检验而进行竞争也就是可能的了，并且，其中的证伪也将允许(导致)理论更新和范式变革。因此，虽然范式不可通约，但是新范式下的理论仍然能够利用旧范式下的可观察经验进行检验，只不过这种检验是对原经验事实的重新解释。
如果这样来理解对命题的检验，那么，实证主义所坚持的科学的连续性就能够得到保留，同时证伪主义的不断革命的倾向也能够被克服。
3证实和证伪的逻辑与困难及非对称性
首先，可证实原则不仅逻辑上是复杂的，在实践中更是面临难以克服的困难。
可证实原则基于归纳主义科学观。波普尔看到，可证实性作为科学命题的划界判据实际上依赖于归纳法。但是，“休谟指出归纳在逻辑上不能成立，是完全对的。他声称没有什么正确的逻辑论证容许我们确认‘那些我们不曾经验过的事例类似我们经验过的事例’。”[3]“企图靠诉诸经验为归纳法找根据，必然导致无穷倒退。结果是，我们可以说理论决不能从观察陈述推演出来，也不能靠观察陈述为理论寻找理性论证。”[3]这就是说，归纳法在从经验到理论的过程中不成立，它所得到的结论不具有逻辑必然性，因为从经验到理论实际上就是从单称陈述(由观察和实验建立起来、用于检验的经验陈述总是这种陈述)到全称陈述(被检验的科学命题、规律或理论)，而后两者之间并没有必然的逻辑关系。既然如此，命题的证实就不仅是不合理的，而且也是不可能的。
但是，科学不是经验，科学的命题(或科学理论)必须具有确定性和超出经验的一般意义，而这只能通过经验检验获得。这是科学为之科学的一个基本要求，不管我们具体以怎样的标准界定科学。因此，经验证实命题的困难在于:个别的可观察的有限经验与一般的超验命题(或理论)所表征的无限可能之间存在着逻辑上难以跨越的鸿沟。并且，前面已指出，超验命题的经验证实(或证伪)实际上只能以间接的方式通过其经验推论进行，即直接检验的只能是待检验命题的推论而不是该命题本身。更具体地说，检验的间接性主要表现在:一方面，检验必须以“预言”作中介。从待检验的假设作出可检验的预言，是经验地检验该假设的关键，只有通过这样的预言才能将待检验的假设和用于检验的经验事实联结起来，从而经验检验才是可能的。另一方面，用于验证的经验事实通常是间接的，是推论的结果。如“宇宙在膨胀”就是由理论上的“多普勒效应”和经验中“观测到的星系的光谱向红端偏移”推论来的，并且由此直接推论出的是“观测到的星系在相对于我们退行(远离我们而去)”，进而推广为“观测到的星系在彼此远离”，最后推论为“宇宙在膨胀”。其实，甚至“地球绕着太阳转”也不是人们直接观察的经验事实。另外，由于光速是有限的，现在人们所见的并不是现在正在发生的事件而是以前的事件的结果，这样我们原则上就无法获得用于验证关于对象现今的存在状态的预言的直接经验事实。从逻辑上看，作为后件的推论正确并不必然保证待验证命题作为前件(前提)也正确。同时，经验推论对用于检验的可观察经验的渗透性影响也难以避免，即对可观察经验和检验过程来说，待检验的命题及其经验推论是一种先见或成见(至少总是含有先见或成见的成分的)。实际上，我们总是戴着一副无法摘掉的“理论眼睛”去寻找经验事实的:许多东西(如原子、电子、中子、某些行星等)都是被预言之后才被发现的，星光经过太阳时受太阳引力作用而发生弯曲也是被预言之后才被观测到的，如此等等。这样的事实也暗示着，我们无法获得直接的、赤裸的经验事实。这意味着，经验检验其实是并且也不能不是理论的检验，但是这后者由于受范式不可通约的限制，不具有有效的检验意义。这诸多困难决定了严格意义的、完全的经验证实总是不可能的。既然如此，可证实性原则也就无以界划科学了。
从结果(证实和证伪都是结果)上看，科学的确是由“正确的”的命题和理论构成的，它并不直接包含(在既有知识看来的)错误的命题和理论。这说明，科学发展的实质在于不断积累得到证实的命题和理论。这就出现了奇怪的悖论:证实在实践和理论上是不可能的，然而科学在事实上却是可能的。
其次，可证伪原则的逻辑简单而实际检验同样困难。
可证伪原则的逻辑依据是，虽然充分条件假言直言推理的后件真并不必然保证其前件亦真，但是后件假前件必然假。或者说，对一个全称命题，虽然无论多少肯定判据(这在经验上总是有限的)都不足以证实它，但是只要有一个否定判据就足以证伪它(就直言命题来说，同素材的全称肯定命题和特称否定命题是矛盾关系，即二者必是一真一假;全称否定命题和特称肯定命题的关系也是如此)。显然，单从逻辑上看，命题的证伪远比证实简单并且更可能。
然而，在进行实际检验时，证伪至少与证实同样困难。因为人们总有理由拒斥用于检验的任何经验“证据”，包括适当地调整理论体系，如更换或者增加某些假定(命题)以消除任何不利的经验证据(“反例”)。正如蒯因(奎因)所说:“在任何情况下任何陈述都可以认为是真的，如果我们在系统的其他部分作出足够剧烈的调整的话，即使一个很靠近的陈述面对着顽强不屈的经验，也可以借口发生幻觉或者修改被称为逻辑规律的那一类的某些陈述而被认为是真的。反之，由于同样原因，没有任何陈述是免受修改的。”[4](这里或许有某种心理因素和科学本性的影响。科学总是试图寻求证实而非证伪。)拉卡托斯曾以“迪昂奎因论点”(如果有足够的想象力，便可以通过适当调整一个理论所置身的背景知识，使该理论永远不被“反驳”)作典型对比对此提出过批评，不过仍然承认，“精致证伪主义者允许替换科学体(系)的任何部分，唯一的条件是要以‘进步的’方式替换，从而使这一替换能够成功地预见新颖的事实。”[2]这样说来，如果任何可用于检验的经验证据都被拒斥或消解，要证伪(或证实)一个命题也当然是不可能的了。
实际上，待检验的命题的实际被检验的可观察经验推论，是由大、小前提共同决定的。因此，即便对单个命题来讲，其推论被证伪，人们也不能据此必然断定作为大前提的该命题被证伪:错误也可能是由经验性的小前提带入的。由此看来，对由许多命题组成的理论而言，证伪的逻辑就更难以适用了。理由很明显，这一理论的推论即便被证伪了，我们也不能确定究竟是这一理论中哪一个命题“出了错”。这就是人们可以提出种种理由拒斥或消解经验证据以防止理论被证伪的逻辑根据。
最后，可证实与可证伪是不对称的。
可证实与可证伪的不对称性首先表现在它们的逻辑依据不对称。我们看到，可证实要求的是(无限)多个肯定性的判据，并且，对超验命题来说，再多的有限经验判据也是不充分的;可证伪则要求至少有一个否定性的经验判据，并且只要有一个就足够了。其次，从原则上说，可为经验证实的就可为经验证伪，但是能被经验证伪的不一定能被经验证实(科学的超验命题便是如此)。原因在于，无论以何种方式都没有充足的根据断定一个经验命题为真，而只有为真的命题即真理本身才只可被证实而不可被证伪(否则，真理便不成其为真理)。最后，按照一般观点，在实际科学活动中，证实偏重“证明前后关系”，证伪则主要限于“发现前后关系”(不过，这中间没有截然的界限)。应该注意的是，上文已表明，尽管可证伪和可证实是不对称的，证伪在实践上却仍然不比证实更容易、更可行。
4单由可证实原则和可证伪原则都不能为科学划界
以上的考察表明，要为科学划界，单纯靠可证实原则或者可证伪原则都是不够的。实际上，完全的可证实性原则非但不能划界科学，反而会摧毁科学，使之完全局限于经验而丝毫不能超出经验。因为只有经验命题原则上才能被经验完全证实，而甚至这样的命题实际上也难以被完全证实——完全归纳法实际上在绝大多数情况下仍然是原则性的(也就是说，在实践上不是可行的)。但是，不能超越经验便不能达到科学之为科学所追求的普遍陈述(普遍命题)，果真如此的话，科学就必然会完全蜕化为经验，从而丧失自身的存在。可是另一方面，如果科学超出经验，完全的可证实性原则就必然要失效。因为从逻辑上看，可为经验证实的(或证伪的)必定是能够与经验直接或间接地关联起来的，并且即便这样的证实也不具有确证的意义。完全超出经验的命题(比如“神创造了世界”、“世界是物质的”)因为无以与经验相关联而不可能被经验证实或者证伪。甚至彻底经验主义的逻辑实证主义对此也很清楚，它因此也放弃了完全证实的要求，而满足于某种程度的“似真性”(坚持弱意义的可证实性原则)。可见，科学至多只能要求部分可证实性。然而，这样做的代价就是:科学必须放弃对绝对真理的追求。
同样，单由可证伪也不能界划出科学。前面已指出，可证伪性原则要求的证伪在实际中面临着甚至比证实更大的困难。另外，可证伪的必定是可谬的。如果以可证伪性作为科学的唯一划界标准，那就意味着允许任何可谬的东西进入科学。但是，科学诚然是可谬的，可谬的却并非必定是科学的。举例来说，完全超验命题和可观察经验分别属于超验领域和经验领域，而在这两个领域之间是没有必然性的逻辑通路的，或者反过来如爱因斯坦所说:“我们不能从逻辑上来证明外在世界的存在”。[5]这就是说，完全超验的命题不能和可观察经验命题逻辑地联结起来，换言之，从前者不能逻辑地过渡到后者。如果完全超验的命题强行超越自身而与可观察经验相关联(如巫术那样等)，那必然不符合演绎逻辑推理规则，因此这种关联必然是可谬的，但它并不因此为科学所接受。
事实上，科学绝不是谬误的汇集，可证伪性原则也不是科学(命题、理论)的最终接受原则，毋宁说是一条拒斥原则:凡是也已被证伪的(假定这是可能的)都要被排除出科学。因为实际情况是，一个命题进入科学，首先寻求的是证实而不是证伪。同时，由于可观察经验不可能是独立的，并且是随着人类认识的深入和拓展不断变化的，单由这种经验的证伪不足以阻止一个命题进入科学。严格意义的判决性实验实际上并不存在，也不可能存在。
特别地，可证伪性对科学并不是一条独立的原则，和可证实性原则一样，它不能用以将科学与经验界划开来。这正是这两个原则作为科学的划界标准的不彻底之处。
参考文献
1[英]K.R.波珀.科学发现的逻辑(查汝强、邱仁宗译)[m].北京:科学出版社，1986.15:14～15
2[英]伊拉卡托斯.科学研究纲领方法论(兰征译)[m].上海:上海译文出版社，1986.45:137
3[英]卡尔波普尔.猜想与反驳(傅季重、纪树立、周昌忠、蒋弋为译)[m].上海:上海译文出版社，1986.59-60.60.
科学实验的原理篇3
1教学设计的思想
提高学生的科学素养是基础教育承担的重要任务，也是化学新课程改革的基本理念。按照新课程标准，科学素养包括三个方面：知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。然而，如何在课堂教学中全面、有效地提高学生的科学素养却是一个难题。近年来的研究表明，利用科学史进行教学是一种可行的方法。化学新课程标准也明确指出“结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和基本方法，形成科学的世界观”，因此新课程注意“在人类文化背景下构建高中化学课程体系，充分体现化学课程的人文内涵，发挥化学课程对培养学生人文精神的积极作用”。
为了使化学史的教学在提高学生的科学素养中充分发挥作用，让学生在学到化学知识的同时，学习科学研究的方法，体验科学探究的过程，感受化学的发展和了解化学家的工作，我们从化学课程标准的精神出发，结合科学探究的特点，依据化学史上的科学发现过程，进行“让学生体验科学家的思维历程”的课堂教学设计。
2教学设计的依据
通过查阅和分析化学史料，我们发现科学家们在不同阶段或面对不同的化学问题时，活动的方式各不相同。有的以思辩、想像为主，如最初的“原子”概念的形成过程：有的通过实验发现新的物质，如氧气等的发现；有的通过整理、加工所收集的资料找出其中的规律，如元素周期律的发现过程；还有的是在实验基础上建立或修正理论模型，如近代对原子结构的认识和发展过程，等等。科学家的发现活动过程是学生“体验科学家思维历程”教学设计的最重要依据。不同的科学活动类型可以让学生体验科学家不同的思维历程，体验不同科学知识形成和发展的过程，体验科学研究中证据的重要性、科学真理的相对性，更好地理解科学的本质。
然而学生解决问题的能力与科学家毕竟有很大的不同，首先，无论是知识的深度还是广度，学生与科学家有差异；其次是对问题的洞察力和解决问题的经验和能力存在差异；再次科学研究总是要经历曲折、困惑，甚至痛苦，往往需要通过科学家顽强的拼搏和不懈努力才能达到，但课堂教学时间的有限性及教学本身追求的最大效益性却不允许学生经历同样的历程。因此，完全从学生的知识背景、思维水平出发让学生“体验科学家的思维历程”在现实中是很难实现的，从教学效益的角度考虑也是不合算的。教学设计的目的就是要求教师能创设合适的教学情境，通过恰当的设计和引导，在解决目前所遇到的问题中拉近学生与科学家的距离，从而使得学生能尝试沿着科学家发现的足迹去体验发现的过程。
3案例教学设计的过程
科学，一个重要的观念是“自然界是可理解的”，因此“科学家总是利用观察、实验、理论以及数学的方法来形成和验证他们对自然现象所提出的解释”，从而形成科学知识。然而一旦发现新的证据与已有解释不相符合，就需要修改已有的解释或建立新的解释，科学知识就此改变、发展。人类对原子结构的认识过程就是科学家对不断观察到的实验现象进行不同解释的过程，也是原子结构知识不断深入发展的过程。苏教版高中化学选修课程《物质结构与性质》专题2第一单元的《人类对原子结构的认识历史》一节内容向我们展现了这个发展过程。其中最有代表性的是这样两个过程：当卢瑟福发现α粒子散射实验，而用汤姆生的枣粒原子模型无法解释实验现象时，问题出现，于是他就根据新的实验现象建立核式原子模型；可是不久后人们又发现核式原子模型与经典的物理学理论有矛盾，问题又出现，玻尔在系统研究光谱学的基础上，把量子化概念引进卢瑟福的原子结构模型，提出了原子结构中量子化的轨道理论。通过实验获取相关信息，进行研究发现原有理论存在问题，根据实验所得的信息重新推理、猜测，形成新的假说，然后将假说用于解释问题和实验的结果，最终建立自己的新理论，是科学家构建原子模型的主要思维方法。表示如下：
根据科学家的发现历程，教学设计的具体思路是：创设一定的情境让学生了解研究的历史背景，对要研究的问题产生兴趣。给学生展示历史上科学家做过的实验，让学生获得与当年研究同一问题的科学家获得相同的材料和信息，引导发现和思考同样的问题，让学生尝试问题的解决，体验科学家的思路历程。通过讨论，作出推测或结论。然后向学生展示当年研究同一问题的科学家的思维历程和研究结果，分析对比，使其产生强烈的情感体验。在此过程中，学生体验了科学家的思维活动，在获得相应的知识的同时，对于科学、科学家会有更深刻的认识，这对他们理解科学本质，提高科学素养，有重要意义。设计思路如下：
4案例教学的课堂纪实
在教学中，我们选择了成绩无显著差异的两个班级进行试验。随机选择一个班为试验班，按照体验科学家的思维的教学设计进行教学；另一班为对照班，由教师按照教材内容介绍人类对原子结构的认识历史。并采用了课堂记录和课后测试等方式作为教学效果分析的依据。以下是按照设计思路的不同阶段整理的课堂纪实及学生对问题的反应记录。
4.1卢瑟福原子模型的提出
4.1.1创设情境，了解背景
这一阶段的设计旨在通过展示道尔顿的实心球原子模型向汤姆生枣糕原子模型的转变，让学生回顾人类对原子结构的早期认识，了解当时研究的历史背景，了解科学家的研究方法，激发学生研究学习动机和兴趣。
4.1.2展示历史实验，发现存在问题
旨在通过展示α粒子散射实验，让学生获取跟科学家一样的相关信息和事实，在此基础上激励和引导学生仔细观察、认真分析，发现存在的问题。
4.1.3引导学生思考，尝试问题解决
学生通过对历史实验和事实的了解，基本获取了与当年的科学家们相似的相关资源和信息。这时教师要进行适当的引导，弥补学生与科学家的差别，再要求他们充分发挥主观能动性和想象力，通过自己的大脑思考思考问题，解决与科学家遇到的相同的科学问题。
4.1.4对照科学家的思维历程，让学生产生情感体验
通过展示当年科学家的思维历程，让学生了解科学家的思维特点，并与自己的思维过程相比较，从而产生强烈的情感体验，帮助学生认识科学家与其自身的差异，深刻理解科学本质，并对科学研究产生强烈兴趣。
4.2玻尔原子模型的提出
我们用同样的教学方法让学生体验了玻尔原子模型的建立。首先创设情境，与学生一起回忆物理知识，介绍古典电磁理论和原子光谱，讨论卢瑟福核式原子模型了解当电子绕核作圆周运动时，必然自动放出能量。随着原子能量的渐少，频率也逐步改变，所以发出的光谱是连续的。而电子由于能量的不断减少，最终会坠落到原子核上，原子必然是一个不稳定的体系。其次，展示实验史实：一是当时发现的各种元素的原子都是稳定的；二是氢原子光谱实验及其结果，发现原子光谱是不连续。这是用卢瑟福核式原子模型和古典电磁理论无法解释的，说明其中必定存在问题。再次，引导学生根据实验事实猜测，得出电子在原子核外的运动是在特定的轨道上的。最后，让学生对照科学家的思维历程，说明玻尔是怎样系统地研究光谱学，把普朗克的量子化概念引进卢瑟福的原子模型，提出了原子结构中量子化的轨道理论。并说明玻尔的原子模型也不是完美的，介绍电子云的概念。使学生进一步了解，科学知识是可以不断完善的，科学是一个不断进步、不断发展的过程。
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5教学测评及结果分析
课堂教学结束后，给学生布置了五个开放式问题让学生完成。问题以本节内容为载体，侧重考查学生对科学本质的理解和认识。以下为测试结果：
分析测试结果，我们发现学生对知识的理解方面没有显著差异，但在理解科学本质方面有明显差异：如在回答关于科学方法的问题时，施教班学生有22人提到根据科学家们采用了经验类推建立模型的方法，而对照班只有9人提到。在回答对科学家的认识时，施教班有18人认为科学家的思维不神秘，而对照班只有7人这样回答。在回答科学理论的建立时，施教班有17人认为科学发现是后人在前人经验和理论的基础上的不断补充，是科学家们的共同成果，而对照班只有7人这样回答。
通过课堂记录、测试和课后访谈，我们得到如下结论：
(1)通过体验科学家思维的教学，学生普遍反映这种教学形式很新颖，也很有趣，不仅有效地激发了他们的思维，也体验到了当科学家的快乐。因此教学过程中，课堂气氛活跃，学生参与的积极性和热情极高，能进行广泛的交流和讨论。
(2)通过体验科学家思维的教学，学生不仅了解了人类对原子结构的认识历史，还体验到了科学家认识原子结构的具体过程，亲身感受了科学理论的形成过程，并认识到科学家认识原子结构的思维并不神秘，自己通过努力也可以成为科学家。
(3)通过体验科学家思维的教学，学生对科学本质的认识和理解更深刻，能认识到科学的动态发展和科学家在科学发现中的作用。
当然，我们也发现在进行课堂教学的过程中，有少部分同学反应冷淡，不能积极参与和认真思考，通过访谈得知，个别同学认为这些内容都是和考试无关的内容，没有必要花费时间去思考，只要应付了老师就行；个别同学认为这样的内容以前都是“教师讲，学生听”，很少有这种教学形式，不知该怎么做，有些不习惯。这些问题的存在也使我们意识到：教师在教学过程中，不仅要教知识，还要教意识。必须让学生明白，学习不止是为了考试。同时这种教学对教师的教学水平也提出了更高的要求，教师如何激发全体学生的学习兴趣，教学设计的问题的难易照顾到每一位学生，都是值得继续探讨的。
参考文献：
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[5](美)国家研究理事会著.戢守志等译.美国国家科学教育标准[m].科学技术文献出版社,1999.
科学实验的原理篇4
关键词：科学性原则；重复性原则；对照原则
中图分类号：G632.0文献标识码：B文章编号：1002-7661（2014）02-207-02
生物是以实验为基础的自然科学，实验不仅锻炼学生的动手能力，更是培养学生创新精神的切入点。在教学中充分发挥实验功能，教师要在设计上下功夫。高中生物实验设计有以下几个主要原则。
一、实验的科学性原则
1、概念解读
科学性原则是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。分析问题、设计实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。具体体现在以下几个方面：（1）原理的科学性：必须是经前人总结或检验得出的科学理论。（2）选材的科学性：要求既要保证实验达到预期的结果，又要保证容易操作。（3）方法的科学性：选择的变量要准确，对照要合理，条件的控制要到位，实验步骤要有一定的顺序，注意实验步骤的关联性和实验操作的程序性。（4）现象观察的科学性：有些实验发生的反应不可见，这就需要把不可见的反应转化为可见的现象，需要科学转化并使结果易于衡量，找到合适的衡量指标。（5）结果处理的科学性：对实验的现象首先记录，然后进行整理，以全面和便于分析的方式如表格、曲线、柱形图等表现出来。（6）结论表达的科学性：把实验结果进行分析得到结论，需要用准确恰当简明的语言表达出来，才能成为科学的结论。
2、典例分析
在“观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”的实验中遵循的科学性原则，分析如下：（1）染色体染色时必须用碱性颜料，如龙胆紫溶液或醋酸洋红液，因为染色体能被碱性染料着色，这体现了实验原理的科学性。（2）实验选择的材料是根尖分生区细胞，而不是叶的表皮细胞，因为根尖的分生区细胞不断进行有丝分裂，而表皮细胞不进行细胞分裂，这体现了选材的科学性。（3）装片制作的步骤必须是解离-漂洗-染色-制片，顺序颠倒或缺少，实验均不能得到正确的实验结果，这体现了实验方法的科学性。（4）观察装片时必须先用低倍显微镜观察，然后用高倍显微镜观察，这体现了实验现象观察的科学性。（5）要真实地画出细胞分裂图像，绝不能模仿教材中的模式图。要准确地数出各时期的细胞数目，并计算出各时期的细胞所占的比例，这体现了实验结果处理的科学性。（6）对细胞周期中各时期长短的分析，需要用准确的语言进行表述，这体现了结论表达的科学性。
二、实验的重复性原则
1、概念解读
（1）概念：控制某种因素的变化强度，在同样条件下充分实验，观察其对实验结果影响的程度
（2）具体方法：①单组实验法，即对一组（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。如观察植物细胞的质壁分离与复原的实验。②等组实验法，即将状况相同的对象，分成两组或多组，一组用a法，另一组用B法，这也是生物实验常用的实验方法。如探究影响酶活性的实验。③循环实验法，即对两组或两组以上的对象，循环进行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。
2、典例分析
在探究培养液中酵母菌种群数量变化规律的实验中，就需要设置重复实验。
实验过程：（1）将500mL质量分数为5%的葡萄糖溶液注入锥形瓶中。（2）将0、1g活性干酵母投入锥形瓶的培养液中混合均匀，并置于适宜的条件下培养。（3）每天定时取样计数酵母菌数量，采用抽样检测方法测定1mL培养液中酵母菌个数的平均数。（4）将所得数值用曲线图表示出来，分析实验结果，得出酵母菌种群数量的变化规律。
3、分析
（1）在重复实验操作时可改变葡萄糖溶液的浓度或量，或者改变投入的干酵母的量，或改变培养的温度等条件，其他操作完全相同。（2）本实验最终目的是探究酵母菌数量变化规律，即在一定的实验条件下，酵母菌呈“J”型增长还是呈“S”型增长。不管怎样改变条件，重复实验中得到的种群增长曲线仍然是“S”型，只是个别数值与最初实验中有所不同。
三、实验的对照原则
1.自身对照
自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不另设对照。自身对照方法简便，关键是看清实验处理前后现象变化的差异。对照组：实验处理前对象的状态、现象；实验组：实验处理后对象的状态、现象。
2、相互对照
（1）概念：是指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，在等组实验中，大都是运用相互对照。（2）目的：通过对比实验的结果找到想要研究的因素对实验的影响作用，从而为科学的研究提供事实依据和直接证据。（3）相互对照的意义：多个实验组所采用的都是相互对照，较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。如探究酵母菌细胞呼吸方式时，设置如下相互对照，进而排除了物理性因素对实验的影响。
3、条件对照
给实验组某种处理，给对照组另一条件的处理。如在验证唾液淀粉酶发挥作用的最适温度的实验中的0℃和80℃下的对照。再如在“验证甲状腺激素促进幼小动物发育”的实验中，存在以下实验组和对照组：
甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）；
乙组：饲喂甲状腺激素抑制剂（条件对照组）；
丙组：对蝌蚪不做任何处理（空白对照）。
4、空白对照
（1）概念：指的是不对实验对象做任何处理
（2）注意事项
①不给对照组任何处理是相对实验组而言，实际上对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素，或者说相对于实验组而言，除实验变量外，别的处理与实验组完全相同。
科学实验的原理篇5
关键词：能源与动力工程；实验教材；节能环保
一、引言
《能源与动力工程实验》作为能源与动力工程专业学生的实验参考用书，其既与本专业的基础理论紧密相关，又是一本独立的实验教材，其是本专业学生实验和工程实践能力培养的基础，在本专业的教学过程中占有重要的地位。
目前，能源与动力工程实验教材使用非常广泛。全国有上百所学校开设了能源与动力工程实验课程，每年有几万名大学生及相关工程技术人员都使用能源与动力工程实验教材，大部分学校只有临时内部讲义，并未有正式出版发行的教材，能源与动力工程实验教材的出版发行将受到很多高校及企业的青睐。武汉科技大学能源与动力工程专业自成立以来，三个班级共一百余名学生一直在使用本校教师编写的内部讲义，他们亦急需正式出版的教材。同时，此教材将涵盖冶金工程、材料学、矿物加工专业开设的冶金传输原理、热工基础、冶金炉原理等课程相对应的实验课。此教材的编写出版既能解决本校师生的燃眉之急，又能在其他高校及企业发挥重要作用。
目前，国内能源与动力工程专业的实验教材比较单一分散，如流体力学实验、传热学实验等，没有全面综合的实验教材。本教材涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，同时增加了编者科研团队的科研成果。其主要目的是通过完成对一些理论的验证，增强学生的动手能力，让学生学会对实验数据的处理方法，巩固理论课程知识，培养学生辩证思维能力和逻辑推理能力，为今后其他专业课程的学习打好基础，也为毕业生今后从事与能源动力有关的工作提供一定的基础知识。
二、教材编写
1.工作基础
本教材的依托单位是武汉科技大学材料与冶金学院能源与动力工程系。该专业从2008年起开始招收本科生，目前该校的能源与动力工程专业毕业生就业前景良好，得到用人单位的一致好评。其下属的能源与动力工程实验室自成立以来，经过校、院、系教师的努力，已经成为集科研、教学于一体的实验室。目前实验室专职管理教师四名，实验室面积超过500平方米，拥有一百余台科研与教学设备，可进行热工检测、流体、热工、燃烧、炉窑等相关专业的实验。目前编者团队已经为本校能源与动力工程本科生、冶金工程本科生、矿物加工本科生的热工基础实验、热工综合实验、冶金基础实验、冶金炉原理实验、CaD技术等课程，共计56学时编写了教材，此教材也是在这些实验课的基础上编写的。
编写团队就实验教学问题先后承担了“热能与动力工程专业实验教学体系改革研究与实践”“跨学科宽口径节能环保型人才培养的改革与实践”等教学研究项目，对实验室及实验教学进行了系统的研究与建设。其已与国内知名大学取得紧密合作，此教材即是与东北大学共同编写完成的。
2.教材特色
目前国内能源与动力工程实验教材多偏重于汽轮机、锅炉、流体机械、空调制冷实验，适用于火力发电、发动机及汽车工程、流体机械及低温制冷专业方向。而我校设置的能源与动力工程专业是以冶金为背景的学科，偏重于冶金热能方向，其对专业实验有自己特殊的要求。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求，又可适用于其他高校及企业人员。
（1）结合专业特色，优化知识结构
在教学实践中，整合教学内容，拓宽专业口径，不仅可以作为能源与动力工程专业学生的重要专业基础课程应用教材，也可以作为其他冶金、流体、C械和暖通工程类专业本科生必修的专业基础课教材。本教材是在武汉科技大学《能源与动力工程实验》讲义的基础上重新编写出版的，其已在能源与动力工程专业以讲义形式试用了七年，从该校毕业的本专业及相关专业毕业生，都具备了热工、能源相关实验技能，在社会就业岗位上发挥了重要作用。
（2）简明、易读和突出实用性
本教材按照简明、易读和突出实用性的原则，归纳总结了能源动力类专业实验课程的内容，编写过程中注重对基本概念、基本理论的描述，始终贯彻理论联系实际、学以致用的原则；注重实践创新，结合开放实验的特点，力求教材内容符合学生的认识规律，便于学生独立操作。教材内容精练，符合教学特点，文字简明，深入浅出。为适应教学改革需要，教材针对部分教学内容进行整合，尤其适用于不同专业和不同教学内容的选择，便于教师的取舍。
（3）理论联系实际，体现学术价值
教材要有自主知识产权的内容，努力做到把本领域的最新科研成果引入实验教学中，不仅包括国内外知名学者的研究成果，也要体现编著者的科研成果。
3.编写方案
本书主要设置工程热力学实验、流体力学实验、传热学实验、燃料与燃烧实验、制冷原理实验、热工综合实验、流体综合实验等七章。每个章节包括2～8个不等的实验，涵盖了传热学、流体力学、工程热力学、燃料及燃烧、制冷原理与装置等专业基础课程，以及锅炉原理、火焰炉等专业课的实验内容，还增加了编者科研团队的科研成果。每个实验下设实验目的、实验原理、实验装置、实验方法与步骤、实验数据及处理、实验分析与讨论、注意事项等部分，每个实验会略有调整。
三、结束语
能源与动力工程实验教材的编写是在武汉科技大学内部实验讲义的基础上编写的，已经得到七届师生的验证试用，培养的毕业生均得到用人单位的认可。本教材结合本校专业特色，同时注重与其他高校本专业的相同与相近，增加了编者科研团队的科研成果，使整合后的教材既能满足本校师生的需求又适用于其他高校及企业人员。
参考文献：
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科学实验的原理篇6
关键词：实验设计分析问题解决问题
试验与探究能力是高考生物考查的最重要的能力目标之一。试验设计是生物试验中的一种类型，它能较全面地考查学生的试验知识和基本技能、分析和解决问题的能力以及创造能力，因而在高考试题中出现率比较稳定。由于学生缺乏试验设计的有关理论知识，平时的练习也偏少，所以，遇到这类题型会感到茫然，无所适从。为解决这一问题，现将高中生物试验设计中几个重要的概论列出来，仅供大家参考，以期达到增加学生理论知识，提高学生分析问题和解决问题的能力的目的。
在做试验设计题时，首先应该知道实验设计的相关理论知识：
1.科学性原则实验是人为控制条件下研究事物(对象)的一种科学方法；是依据假设，在人为条件下对实验变量的变化和结果进行捕获、解释的科学方法。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据。科学性原则包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。
2.平行重复原则即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。采用平行重复的原则可消除无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验，使得实验结果更加客观、科学。
3.可行性原则可行性原则是指在设计生物学实验时，从实验原理、实验的实施到实验结果的产生，都要具有可行性。
4.随机性原则随机性原则是指被研究的样本是从总体中任意抽取的。这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使显著性测验有意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。
5.简便性原则实验设计时，要考虑到实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品较便宜，实验操作较简便，实验步骤较少，实验时间较短。
6.单一变量原则和等量性原则此两个原则都是在设计对照实验时必须坚持的原则。所谓单一变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样，当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用。因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，至于将谁作为变量则很容易确定，即要验证谁则把谁作为变量。如要探索pH值对淀粉酶活性的影响，则需把pH值作为变量；验证光合作用需要光则应将光作为变量等。等量性原则是指除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响。
（1）实验变量与反应变量实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，是作用于实验对象的刺激变量（也称自变量）自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。反应变量（又称因变量）是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。
二者关系：实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。例如：关于“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，“低温(冰块)、适温(37℃)、高温(沸水)，就是实验变量，而这些变量引起的实验变化结果就是反应变量。该实验旨在获得和解释温度变化(实验变量)与酶的活性(反应变量)的因果关系。
（2）无关变量与额外变量无关变量（控制变量）是指实验中除实验变量外的影响实验结果与现象的因素或条件。即是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定。由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
二者关系也是前因后果的关系，但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响。
如何尽量去保证“其它条件的完全相等”，具体来说有如下四个方面：
①所用生物材料要相同，即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特点要尽量相同或至少大致相同。
②所用实验器具要相同，即试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具大小型号要完全一样。
③所用实验试剂要相同，即试剂的成分、浓度、体积要相同，尤其要注意体积上等量的问题。
④所用处理方法要相同。
7.对照性原则科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。设置对照实验，能有效地排除其它因素干扰结果的可能性，使设计显得比较严密。
如何设置对照实验呢？所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。设置对照组有4种方法：
(1)空白对照即不给对照组做任何处理。例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。
(2)条件对照即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素；这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。例如，在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组(饲喂甲状腺激素)，乙组为条件对照(饲喂甲状腺抑制剂)，不饲喂药剂的是空白对照组。
(3)自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组。例如，“质壁分离与复原”实验，处理前的对象状况为对照组，处理后的对象变化为实验组。
（4）相互对照不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。即实验与对照在同一对象上进行，这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。
“实验组”与“对照组”确认，一个实验通常分为实验组和对照组（控制组）。实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别被认为是来自实验变量的结果，如为研究光对幼苗生长的影响时实验变量应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态（即来接受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。
要注意的是，根据实验目的要求，凡是涉及确定变化因素之间的因果关系的实验中，一般都需要设计对照组实验。中学阶段所要求的实验设计一般多采用对照的原则，因为科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实验结论更有说服力。
参考文献：
科学实验的原理篇7
[关键词]模拟实验模型原型
初中科学属于自然科学的范畴，实验是初中科学研究的重要方法。实验者在进行实验时，就是按照研究目的，利用一定的手段去控制和干预研究对象或研究过程中的某些因素。但是自然界中许多现象是人们难以直接控制和干预的，如被研究的对象在时间上或空间上极为遥远。因此必须采取模拟的方法，即通过模拟实验才能进行。那么，笔者从以下几方面谈谈模拟实验在初中科学教学中的应用。
一、模拟实验的概念
初中科学是一门实验科学，科学实验是探索自然现象的奥秘，揭示自然规律的一种重要方法。但是，有些科学实验由于受到一些特殊因素的制约，不能或不许直接对研究对象进行实际实验。在这种情况下，为了获得对研究对象的认识，以揭示其本质和规律，我们可以通过模拟的方法制成研究对象的模型，然后模拟研究对象的实际情况，在模型上进行实验，这样的实验就叫做模拟实验。
科学史上曾有过许多著名的模拟实验，如1953年，美国学者米勒等人模拟原始地球条件，在实验室内用甲烷、氨、氢、水蒸气等物质制成了氨基酸等有机物，从而证明了生命起源过程的第一阶段是完全能够发生的；又如，为了深入研究生态系统的结构和功能，美国科学家于1984年开始兴建一个完全封闭的生态实验室。由于这个实验室是模拟生物圈的结构和功能而建造的，因此叫做“生物圈2号”。1993年1月，8位科学家进入这个实验室进行实验。上面所举的两个例子说明，模拟实验是进行科学研究的一种基本方法。
二、模拟实验的特点和一般过程
同直接实验相比，模拟实验具有如下特点：（1）模拟实验直接作用于模型而非实际的研究对象（原型）。（2）模拟实验根据的是相似性原理：模型和研究对象之间具有相似性，模型所处的实验条件与研究对象所处的实际条件也是极为相似的。（3）要运用类比推理的方法，将模拟实验的结果类推到原型上去，以揭示研究对象的本质和规律。正是由于这三个特点，决定了模拟实验的实验过程不同于一般的直接实验。下面结合实例加以说明。
众所周知，绿色植物堪称为“自动的空气净化器”，能吸收二氧化碳和放出氧气，这是地球上所有动物和人类赖以生存的基本前提，因而有些园艺爱好者习惯于夜晚临睡前在自己的卧室内摆放较多的绿色盆景，以提高室内氧气的含量。你认为这种做法是否恰当？为什么？请利用下面提供的实验材料和用具设计一个简单的实验来证明你的观点。
实验材料和用具：校园内的桂花树、广口瓶、火柴、纸张。
在阅读题目时，在我们的脑海中一定会浮现这样一幅画面：
夜晚，在一间较为封闭的卧室内，摆放着很多绿色盆景，室内没有灯光，一名园艺爱好者正在睡觉。此时室内的氧气含量是否一定比不放绿色盆景时高呢？要想回答这一问题，必须进行对比实验，测定两种情况（放绿色盆景和不放绿色盆景）下的氧气含量。然而在真实场景下进行直接实验不易控制实验条件，得到的结果没有说服力。因此，我们只能利用题目提供的实验材料和用具，做一个模拟实验，根据模拟实验的结果回答问题。那么，该怎样进行这个模拟实验呢？
（一）选择和建立研究对象（原型）的模型
无论是直接实验还是模拟实验，实验之前都要明确实验目的和实验原理，配齐实验仪器和设备等。除此之外，模拟实验还有一个重要步骤，那就是要选择原型，然后依据原型的特点，按照相似性原理并运用类比推理法选择或建造与原型在结构上相似或功能上相似的事物作为实验模型，在此基础上再对模型进行实验。建立科学和正确的模型，这是进行模拟实验的基础，是实验成败的关键，这也是由模拟实验的特点所决定的。
上述实验所呈现出的画面就是本实验的原型，我们要根据原型建立模型：
根据题目提供的材料用具，可以用一个封闭的广口瓶来模拟园艺爱好者的卧室；但不能用整棵桂花树来模拟园艺爱好者的盆景，因为广口瓶太小，容不下整棵桂花树，看来要用活的桂花树的树叶来模拟画面中的盆景；题目中没有实验动物可以用来模拟园艺爱好者，只能用纸张的燃烧情况来检验氧气的含量变化。一个封闭的广口瓶，瓶内放入一些新鲜的桂花树叶片，用燃烧的纸张来检验氧气的含量，研究对象的模型就这样建立起来了。由于要进行对比实验，所以还要有一个相同的装置，并放入与装置一中同样多、大小相同的晒干的桂花树叶片，以便进行对照。
（二）将模型置于与原型相似的条件下进行实验
严格控制实验条件，要让模型与原型所处的实验条件尽可能相同或相似，只有这样，才能把从模型上获取的信息可靠地、有效地类推到原型上去。
例题中的原型是在黑暗的卧室中，没有灯光，因此我们要把两个装置（即模型）放在暗处大约24小时。
（三）将模拟实验的结果类推到原型上
观察实验现象，根据实验结果分析并得出实验结论，这是科学实验的几个重要步骤。但对于模拟实验而有，在结果处理阶段，除了要对模型实验的结果进行分析、处理之外，还要将模型实验的结果类推到原型上去。
上题的实验结果是：将纸张制成可点燃的纸棒，24小时后，用火柴点燃纸棒，分别伸入两个广口瓶中，装置1中的纸棒很快熄灭，装置2中的纸棒能燃烧较长时间。实验表明：装置1中的氧气含量低，而装置2中的氧气含量较高。
由于模型与原型具有相似性，并且模型所处的条件与原型所处的条件基本相同，因此，我们可以把模拟实验的结果类推到原型上，得出结论，即夜晚临睡前，园艺爱好者在白己的卧室内摆放较多的绿色盆景，室内氧气的含量不仅不会提高，反而会下降。究其原因，是由于在黑暗的卧室内，绿色植物不能进行光合作用制造氧气，但此时植物细胞仍要进行有氧呼吸消耗室内氧气，致使室内氧气含量下降。因此，园艺爱好者的做法是不恰当的。通过上述模拟实验，我们解决了看似复杂的实际问题。
三、模拟实验在科学教学中的作用
（一）利用模拟实验培养学生的科学思维能力和科学探究能力
随着教育改革的不断深入及新课程标准的逐步实施，对学生的科学素养和科学探究能力的培养被摆在了日益重要的位置。如模拟“噪声污染及其控制”实验，其实是在模拟噪声污染对人类造成哪些严重危害，通过该实验既能增强学生的环境保护意识，又可以培养学生的科学探究能力，提高他们的科学素养。在学生实验中增添了模拟实验或让学生制作模型，这在以前是从来没有过的。这些模拟实验或模拟原型建立模型的实验，对训练学生的科学思维能力和培养学生的科学探究能力是十分有用的。
（二）利用模拟实验突破教学难点
在教学过程中，对于一些难点知识，有时可以通过一个简单的模拟实验加以突破。
例如，在“水的组成”一节中，学生普遍认为“一个水分子是由两个氢原子和一个氧子构成”这个概念较抽象、较难理解。为了突破教学难点，我设计了一个简单的模拟实验：取两个不同颜色橡皮泥，把其中一个橡皮泥做成一个较大橡皮泥球来表示氧原子，把另一个橡皮泥做成两个较小橡皮泥球来表示氢原子，然后把他们粘在一起来表示一个水分子模型，接着把他们拆开再重新组合这一过程来表示电解水的过程。通过这个模拟实验，学生才真正理解并掌握了这个概念，难点因此而突破。
（三）通过模拟实验及模型的制作，培养学生的创新能力
创新能力是一个人根据当前的知识和经验，加工、处理并有机迁移或整合，创造出新知识或新技术的能力。创新能力分为知识创新和技术创新，在初中科学教学中应该充分利用模拟实验及构建模型的机会来培养学生的创造能力。如制作潜水艇浮沉模拟实验时，可就如下问题进行个性化的讨论：1、制作模型的选材还可以有哪些？2、物体沉浮条件与哪些因素关？3、物体沉浮条件还有哪些应用？通过上述问题可以使学生在制作潜水艇浮沉模型实验时，加深对物体沉浮条件的理解，又激发学生学习兴趣。同时，制作的过程，也是学生根据自己所获取的知识进行创新的过程。
综上所述，无论是进行科学研究，还是进行初中科学教学，模拟实验都是一种非常有用的研究方法。在教学过程中，如果能够适当运用，对突破教学难点，对提高学生学习兴趣，对培养学生的科学探究能力、科学思维能力和科学实践能力将会起到积极的推动作用。
参考文献
[1]潘宝平.张富国.生物新课程与学科素质培养[m].北京：中国纺织出版社
科学实验的原理篇8
关键词：物理实验；注重参与；明确原理；创新能力；创新意识
物理是一门自然科学，在高中物理教材中设计了许多的实验内容，因为物理知识的学习多数是验证前人的观点，而且需要实验进行验证和演示，所以说实验是物理教学的基础。做好物理教学实验对于学生的科学素养的培养和科学意识的形成都具有重要的作用，从而培养学生具有严谨的科学态度。近几年的高考中，物理实验试题的分值也占有一定的比例，考试题目中考查实验原理、实验操作中的步骤、实验仪器的使用、数据处理，更重视学生对实验原理的理解，考查学生对实验方法的掌握。所以，物理教学要重视实验内容的教学。
一、实验教学注重学生的参与
高中物理实验教学的目的主要是让学生通过验证而获得知识的建构，加深对新知识的烙印。而且实验还可以培养学生的动手能力和观察能力。以往传统教学中，物理实验一般是经过教师讲解实验的目的和实验所需的器材，向学生交代实验的过程和方法；之后是教师的亲自演示；最后是学生模仿教师的实验经过进行再实验。在这样的教学模式中体现的依然是教师的中心位置，而学生参与实验的机会少、比例小。学生更多时候是看教师实验和听教师实验，自己动手参与实验的机会很少。虽然也实验了，但是学生思考实验的时间少，动手实验参与的机会更少，而且学生在实验中的成功率也不高。高考改革后，尤其是新课改实施以来，大力提倡学生的主体地位，提倡学生的自主学习，提倡学生创新意识和创新能力的培养。因此，新时期的物理实验可以从提出问题―设计方案―准备实验―实验操作―实验结论与评价等五个环节进行准备。
二、培养学生明确实验原理
教材安排的每一个实验都具有明确的目的，而实验的原理更是教学的核心，所以实验教学中要让学生明确实验目的、明确实验原理。实验是检验科学论点的唯一途径也是唯一标准，只有实验证明了的科学论断才能够形成学生大脑中的图示。物理知识是科学家早已证明了的观点和现象，让学生进行重新实验和研究，就是重新体验物理现象的形成过程。物理知识在学生大脑中的建构，需要实验的演示来进行验证，实验的数据验证理论的观点。通过实验的亲自操作，学生可以明确实验的真正目的，而不是按照实验步骤演示一遍了事。学生明确实验目的后，可以进一步明确实验原理。实验过程的参与可以提高学生的动手能力和探究能力，从而培养学生形成较强的自主学习能力。而以往的实验教学学生只有一味地模仿，没有独立思考和独立操作的机会，学生对实验原理的掌握也就流于形式，没有真正内化为动力和能力。
三、重视探究性实验和创新性实验
21世纪是一个创新的时代，人才观也发生了根本的变化，创新能力是人才的重要标志，所以，高中物理实验要注意培养学生的创新能力，这是日后进行科学研究必须具备的能力。创新能力的前提是兴趣，没有兴趣的学习是不会有创新能力的。创新能力也必须具备科学素养，在物理实验中要培养学生使其形成科学素养，也是物理实验教学的一项重要任务。创新实验，是让学生自己进行实验的设计和安排，因此也叫做设计性实验。这样的实验方式可以更加方便调动学生的学习积极性，提高和增强学生实验的灵活性和知识技能，从而形成创造性的思维能力。设计性的实验也是近年高考的主流题型，目的是考核学生的探究能力和创新能力。物理是一门重要的学科，是高考的考试科目，是高中课程体系的重要组成部分，做好实验教学也就是完成了物理教学任务的70%。而且教师要注意到实验教学中对学生动手能力、创新能力、科学素养的培养和探究能力提高的帮助作用，认真准备实验的教案，保证实验课的成功。
参考文献：
科学实验的原理篇9
关键词：新课程；实验教学；绿色化学；策略研究
一、新课程标准中的绿色化学现代内涵
1.绿色化学和绿色化学教育
绿色化学诞生于上世纪90年代，概念从一提出来，就明确了它的目标，即研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大程度地节约能源，在各环节都实现净化和无污染的反应途径。它的最大特点在于它是从始端就采用实现预防污染的科学手段，因而过程和终端为零排放和零污染，具体体现在“5R”上──减少用量（Reduction），重复使用（Reuse），可回收（Recycling），能再生（Regeneration），排斥有毒物（Rejection）。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”。因此，它即能充分利用资源，又能实现防止污染。绿色化学要求尽可能小的负作用，它是一种理念，一种追求人与自然的和谐共处和可持续发展的理念。
绿色化学教育，是以可持续发展战略为根本原则和目标，将化学科学的真理性与人文需要的合理性融为一体的教育。实施绿色化学教育的首要任务在于确立可持续发展为化学教育的道德规范和价值准则，促成一种新的统一的绿色教育观念体系，强调人类对环境与发展的责任感，培养学生以“科技与社会”之间和谐发展为基础的道德、伦理和科学价值观念。使它既植根于科学的客观规律，又植根于人类普遍信仰与认同的价值需要，并以此观念体系为指导，来认识化学科学，营造绿色氛围，规范人们行为，最终达到以化学教育为先导带动社会各个领域的可持续发展。
2.新课程标准中的绿色化学内涵
新课程标准要求学生应形成科学的自然观和严谨求实的科学态度，更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系，培养学生的科学素养和科学精神。绿色化学教育改变了传统化学教学中唯科学、唯技术的教学，注重培养学生的科学精神和价值观。
新课程标准要求教师能帮助学生获得未来发展所必需的化学知识技能和方法提高学生的科学探究能力，在实践中增强学生的社会责任感，提高学生的实践能力。绿色化学教育是在化学教育中实施可持续发展教育的必要途径，并且通过以绿色化学的标准对现有的化学技术进行筛选，对不符合的技术进行改造和探索，是提高学生科学探究和实践能力的过程。
新课程标准要求学生不但要获得化学知识，更要获得社会责任感和科学素养，要具备科学的价值观和实事求是的科学态度，正确理解科学、技术与社会的相互作用。绿色化学不仅是一门学科，它更是一种战略方针，一种指导思想，一种研究政策。通过绿色化学教育，增强绿色意识，认识绿色化学对于人类及其赖以生存的环境可持续发展的重要性，从而理解整个社会可持续发展的重要性，这就是新课程标准中的绿色化学现代内涵。
二、新课程实验教学中实施绿色化学教育的策略研究
1.深入研究和科学改进教材实验，消除实验污染源，为学生渗透绿色化学意识
所谓科学改进实验就是指根据教材中提供的原有实验的基础上，进一步对实验操作、实验装置进行改造，在保证实验方法更科学合理，更安全简便的同时，从保护环境入手，使实验目标更加清晰，力求在源头上消除污染源。化学实验过程中常常会伴随有气体、液体或固体产物的生成，而这些产物中许多是属于有害或有毒的物质，特别是有毒气体不仅会直接影响到师生的健康，而且逸散到空气中还会对大气造成污染。因此，在一些有毒气体性质和制备的实验中，就必须增加尾气处理装置或及时烧掉，把有毒气体转化成无毒或毒性降解物.
2.精心组装和整合教材实验，减少污染次数，为学生弘扬绿色化学思想
组装整合实验是指通过调整实验的操作，把几个分散的实验组合成一个整体，连续做一个系列实验，同时使一个实验的产物成为下一个实验的原料。这种教学方法不仅能渗透绿色化学教育的思想，而且还能较好的检查学生的操作技能和实验教学效果，增强学生的经济和环境保护意识。譬如，在无机化学学习中，有关元素及其化合物的知识，大多是通过实验来给学生提供感性认识的。笔者通过调查发现，在实际教学中，多数教师和学生所做的实验，均为“一个实验只用来说明物质的某一个性质”，要想完整地学习某一物质的整体知识，就必须通过若干个这样的单一实验来进行。这样做不仅多损耗了药品，浪费了时间，而且还增加了有毒物质扩散到环境中的机会。组装整合实验后，就可以较好地解决上述问题。
3.积极推行微型化学实验，有效控制环境污染，为学生增强绿色化学观念
微型化学实验与常规实验相比具有节省药品、实验现象明显、污染程度低或没有、安全等优点，开展微型实验充分体现了现代绿色化学教育观念，具体体现在于：微型化学实验在提高学生智力和创新能力的同时，有利于增强学生的资源意识和环保意识；由于试剂用量的尽量减少，也就尽可能地减少了实验“三废”；将预防化学污染的思想贯穿于化学教育的全过程中。
科学实验的原理篇10
一、实验拓展资料分类
教师根据不同实验的具体内容，对拓展资料进行选择，资料类别的选取是相对广泛的，本文针对以下类别进行具体阐述。
1.人物传记类。生物学人物传记，不仅能够拓展学生对名人大家的认识，也能更好地培养学生的思维习惯。
2.科学仪器的发展历程。生物学的发展基于科学仪器的更新和发展。
3.科学大事件。通过讲述科学的重大事件，分析实验原理和方法，掌握前沿走向。增强学生对生物领域的未知讨论，激起更强烈的求知欲望。
4.学科交叉内容。注重生物与化学、生物与物理的交叉拓展。
5.科学方法类。实验中的某些操作步骤不具体，展现科学方法能更好地发展学生的动手能力，规范学生的实验操作。
6.生活相关类。生物学与生活联系是十分紧密的。在实验教学中，不但要注重知识技能的培养，而且要鼓励学生将理论和实际相联系。
7.思维训练类。在实验过程中，教师不应局限于实验本身，还应对与实验相关的内容进行展示与纠正，有助于学生更好地理解实验，拓展学生的创新思维。
二、拓展资料的设计和应用
拓展资料的应用方式主要以纸质的卡片进行呈现，贯穿实验的各个环节，根据应用资料的原则，合理设计资料的内容，以下对拓展资料的设计和应用进行具体阐述，为实验教学的优化设计提供参考。
1.内容模块的设计。根据实验内容的不同将拓展资料分为以下四个模块。
第一模块：背景知识的拓展。人物传记的提供，使学生更好地掌握发现问题和解决问题的能力，同时培养学生兴趣。学生通过认真学习生物学家艰辛的研究历程，学习他们为科学献身的精神，从更高的层次上理解生命科学的内涵。展示生物史上重大科学事件，使学生了解与实验相关领域的研究进展。为更好地使学生理解生物实验反应原理，还将提供更加细化的补充资料，其中包括与其他学科的交叉知识。
第二模块：技术方法的细化。提供科学仪器的发展能使学生理解实验发展过程和实验对技术的要求。在操作方法上，某些对于高中生来说是陌生的，而在教材中并没有很清晰的体现，为使实验操作更加规范，将提供详细规范的操作方法。
第三模块：生活迁移。生物学与生活紧密相连。通过理论结合实际，使学生解决生活中的某些问题，使知识取之于生活，用之于生活，从而更好地为社会造福。
第四模块：思维训练。为达到相同或更高的实验目的，对实验的某些环节进行替换，并进一步根据实验室条件补充实验内容，使学生的思维不仅仅局限于教科书给定的实验思路，还能够发散思维，培养其创新能力。针对实验材料选取和实验方法设计对资料内容做出多元选择。
2.拓展资料的应用原则。应用原则是应用过程中的要求、规则和规范性的原理，是理论和实践的桥梁，依据应用原则选取合理的材料和呈现手段是实现优质教学的基础和保障。
（1）科学性原则。“科学的本质是规律性，是不以人的意志为转移的客观实在性”。保证资料内容的科学、准确，要求教师具备甄别资料准确性的能力，为学生更好地掌握科学的原理和方法奠定基础。
（2）效用性原则。拓展资料应以有意义为目的，选取可用的资料对课程内容进行补充与拓展，避免无用以及重复累赘的内容。
（3）针对性原则。针对性原则旨在于了解学生的认知水平。针对学生认知的特点，合理地使用拓展资料。给定资料应处于学生的“最近发展区”，难度适中。
（4）趣味性原则。选取的拓展资料要能够充分刺激学生感官，提升学生学习热情。
3.选取拓展资料的注意事项。教师应具备识别应用拓展资料的能力，能做到对内容进行适当加工，使选取资料能更好地切合所要求达到的教学目标；甄别资料来源，确保其科学性，使资料能够真正对学生的认知发展有利；资料的选取要符合学生的认知水平，要有挑战，但不能过于拔高；资料内容不宜冗长，简洁易懂；每一节实验拓展资料的内容量适中，不宜喧宾夺主，避免影响正常的教学活动。
4.案例设计。以人教版高中生物必修1的实验为例，四个模块设计如下。
模块一：在“使用高倍显微镜观察几种细胞”实验中，以故事的形式呈现列文虎克发明显微镜的过程；提供光学显微镜的成像原理。
模块二：在“检测生物组织中的糖类脂肪蛋白质”的实验中，提供显微镜的发展过程。在检测脂肪的内容中增加徒手切片方法的内容；提供苏丹Ⅲ和苏丹Ⅳ染液配制方法，使得操作过程更加完善。
模块三：在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验中，提供无氧呼吸不利于食品储藏的原因及启示。在“绿叶中色素的提取和分离”中可以提供色素的功用及在农业生产中如何选择和补充光源。