時間：2022-06-29 13:49:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇實驗設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
一、問題的提出
“血型鑒定”是初中生物“人體生命活動的能量供給”一節的模擬實驗。可以讓學生體驗血型的鑒定過程，理解血液鑒定及輸血的原理。教材建議使用的化學藥品價格較高，很多學校的生物實驗室中未必都能有購置，同時，其中有幾種有毒性，學生實驗過程中存在安全隱患。陳樂東老師對實驗做了改進，建議用硫酸鎂、碳酸鈉、氫氧化鈉和氫氧化鈣沉淀模擬血液凝集。通過產生沉淀來模擬凝集，初中一年級學生對化學知識的了解有限，并不能很好地理解血型鑒定的原理及輸血原則。從經濟性和效果方面考慮，本實驗用墨水來做，也可以收到較好的教學效果。
二、材料準備
1.三種不同顏色的墨水，分別是：紅色、純藍、墨汁（可適當稀釋）。2.試劑瓶6個，一個裝紅墨水，標明“A標準血清”，另一個裝純藍墨水，標明“B標準血清”；其余四個分別裝紅墨水、純藍墨水、墨汁和清水，模擬四種待測血液樣品，在試劑瓶上標明甲、乙、丙、丁。3.載玻片4個，在左右兩邊的邊緣分別用記號筆標明A和B（與醫院中血型鑒定方法一致）。
三、實驗原理
用紅墨水代表A型血樣；用純藍墨水代表B型血樣；墨汁代表AB型血樣；清水代表O型血樣。四種樣品在滴加紅、藍墨水代表的A、B兩種標準血清時，會有不同的顏色變化，用變色與否代表凝集反應，如下表：
四、模擬實驗過程
1.取4張載玻片，均在標明A的位置上方滴加1滴紅墨水（A標準血清），在標明B的位置上方滴加純藍墨水（B標準血清）。2.在每張載玻片上滴加一種待測樣品，A、B標準血清中各加1滴。3.觀察是否變色，將結果記錄在下表中，在括號內注明血型：
五、討論
1.實驗所需的材料簡單、無毒性，同時無需學生理解化學反應生成沉淀的原理。只要記住每種血型分別用什么代替，就能準確說出凝集反應的結果。同時學生也能理解A型和B型標準血清是來自A型和B型血液。2.模擬實驗降低了學生理解輸血原理的難度。紅墨水代表的A型血能為A型血和AB型血輸血而不改變顏色；純藍墨水代表的B型血能為B型血和AB型血輸血也不改變顏色；墨汁代表的AB型血只能給AB型血的人輸血，給其他顏色的血型輸血都會改變原有顏色；清水代表的O型血可以給任何一種血型輸血而不改變顏色，而自身只能接受O型血。3.本模擬實驗與醫院血型鑒定的辦法一致，緊密聯系生活，增長了學生的醫學常識。
作者:陳暅單位:甘肅省蘭州交大東方中學
實驗的硬件環境為兩臺計算機：一臺作為宿主機，運行各種安全實驗的代碼；另一臺作為調試機，運行被實驗的內核。兩臺機器通過串口進行連接，傳送調試指令和調試數據。具體實驗時，可使用虛擬機以WRK內核引導系統運行，既可以防止實驗對真實的硬件和文件系統產生負面影響，也可以方便地通過一個命名管道連接虛擬機和物理機，將虛擬機作為被調試機、物理機器作為調試機來進行實驗。
2實驗模塊
實驗內容的設計是以Hook技術為基礎，從影響操作系統安全的外設事件、進程保護、文件管理、網絡安全等方面進行設計。Windows操作系統是建立在事件驅動機制之上的，系統各部分之間的溝通也都是通過消息的相互傳遞而實現。Hook（鉤子）技術是Windows系統的一種非常重要的接口，可以截獲并處理在其他應用程序之間傳遞的消息，并由此完成一些普通應用程序難以實現的特殊功能。Hook技術分為應用層Hook技術和內核層Hook技術。該實驗采用Hook技術設計了全局鍵盤監聽、進程隱藏與保護、文件監視、網絡監聽等具體實驗內容。
2.1全局鍵盤監聽
本模塊的實驗目的是讓學生理解Windows的消息處理機制——回調函數、Hook技術的原理，并能運用這些原理改變系統消息的控制權，達到維護系統安全的目的。實驗內容是通過回調函數定制新的鍵盤鉤子，在主控機上通過windbg把鉤子以DLL的形式加入到目標機的所有運行進程中，實現全局鍵盤監聽。鉤子函數將獲取的鍵盤信息返回給主控機，在其dbgview上顯示鍵盤的輸入信息。
2.2進程隱藏與保護
本模塊的實驗目的是為了讓學生理解系統服務的原理和執行流程，并能利用SSDTHook技術改變系統服務的地址和執行流程，達到改變相關進程的控制權并保護該進程的目的。實驗內容分為兩部分，首先是通過修改SSDT（即系統服務描述符表）中NtQuerySystem-InformationAPI的地址，將其替換為自定義的服務函數NtQuerySystemInformation（即SSDTHook）地址，實現在被調試機中隱藏指定進程的目的；然后，通過修改SSDT中NtTerminateProcessAPI阻止進程被任務管理器等進程管理工具殺掉，達到保護進程的目的。為了保證系統的穩定性(至少不讓其崩潰)，應當在自定義的服務函數中調用系統中原來的服務。
2.3文件監視
本模塊的實驗目的是為了讓學生理解文件監視的原理，運用相關的Hook技術保護指定文件，達到防止病毒木馬等惡意修改或刪除文件、維護文件系統安全的目的。實驗的內容是當刪除一個需要受保護文件時，利用SHFileOperationHook替換原來的API函數，禁止刪除該文件的操作，并提示該文件受保護。
2.4網絡監聽
本模塊的實驗目的是幫助學生理解網絡抓包技術的原理，并運用相關的HookWinSocketAPI實現抓包，達到監測網絡傳輸和排除網絡故障的目的。實驗內容是首先利用Hook技術完成消息的截獲，提取出感興趣的消息；其次，利用API攔截技術攔截相應的網絡程序的SOCKET網絡函數；第三，利用DLL技術將HookAPI攔截的代碼封裝，利用EXE程序將DLL映射到進程中。相關網絡函數被調用時將觸發API函數攔截。最后，從網絡函數中提取我們想要得到的數據包。
3實施方法
操作系統安全實驗是信息安全專業實踐內容的重要部分，由于實驗內容需要一定的內核知識基礎且具有一定難度，因此將其定位為開放式實驗，并安排在操作系統原理和信息系統安全等相關專業課程學習之后實施。借助網絡學習平臺，將所有實驗信息對信息安全專業學生開放；學生按照教師定制的學習路徑，自主獲取實驗的基本信息、網絡查詢實驗資料和相關技術及應用方法、自主完成實驗步驟、提交實驗結果，并可以在實驗過程中改進實驗內容。對于實驗要求，教師可以在學習路徑中分別指定基礎性要求和創新性要求，這樣既能保障基礎安全實踐能力的訓練內容，又能激發學生的創新能力。
4結語
一般來說,應具備以下條件:人力、物力和時間滿足設計要求;實驗設計的“三要素”和“四原則”均符合專業和統計學要求;重要的實驗因素和觀測指標沒有遺漏,并做了合理安排;重要的非實驗因素(包括可能產生的各種偏性)都得到了很有效的預防和控制;研究過程中可能出現的各種情況都已考慮在內,并有相應的對策和嚴格的質量控抗對操作方法、實驗數據的收集、整理、分析等均有一套規范的規定和正確的方法。而其中準確把握統計研究設計的“三要素和四原則”,無疑是其設計方案科學嚴謹的象征。
畢業論文實驗設計的三大要素:
實驗設計三要素應著重考慮:
一、受試對象的種類問題。這里面包含以下幾種情形:l、一般醫學科研——常用動物、離體標本或人體內取得的某些樣本作為受試對象;2、新藥的臨床前試驗——一般用動物作為受試對象;3.新藥的臨床試驗階段——一般用人作為受試對象。新藥臨床試驗一般分為4期,在1期臨床試驗階段,通常用健康志愿者作為受試對象;而在其他各期臨床試驗階段,常用患特定疾病的患者作為受試對象。選擇什么樣的患者,應有嚴格的規定。
二、實驗因素。實驗研究的目的不同,對實驗的要求也不同。若在整個實驗過程中影響觀察結果的因素很多,就必須結合專業知識,對眾多的因素做全面分析,必要時做一些預實 驗,區分哪些是重要的實驗因素,哪些是重要的非重要的實驗因素,以便選用合適的實驗設計方法妥善安排這些因素。水平選取的過于密集,實驗次數就會增多,許多相鄰的水平對結果的影響十分接近,不僅不利于研究目的的實現,而且將會浪費人力、物力和時間;反之,該因素的不同水平對結果的影響規律不能真實地反映出來,易于得出錯誤的結論。在缺乏經驗的前提下,應進行必要的預實驗或借助他人的經驗,選取較為合適的若干個水平。所謂質量因素,就是因素水平的取值是定性的,如藥物的種類、處理方法的種類等。應結合實際情況和具體條件,選取質最因素的水平,千萬不能不顧客觀條件而盲目選取。
三、實驗效應。實驗效應是反映實驗因素作用強弱的標志,它必須通過具體的指標來體現。要結合專業知識,盡可能多地選用客觀性強的指標,在儀器和試劑允許的條件下,應盡可能多選用特異性強、靈敏度高的客觀指標。對一些半客觀(如讀取病理切片或X片上所獲得的結果)或主觀指標(如給某些定性實驗結果人為打分或賦值),一定要事先規定讀取數值的嚴格標準,必要時還應進行統一的技術培訓。
畢業論文實驗設計的四個原則:
實驗設計四原則的實施主要包括:
一、隨機原則的實施:即運用“隨機數字表”實現隨機化;運用”隨機排列表”實現隨機化;運用’計算機產生偽隨機數”實現隨機化。
二、對照原則的實施:空白對照組的設立——此種對照一般用干動物實驗中,在臨床上只適用于慢性病的對比研究中,而且必須慎用;相互對照組的設立——有時要考察的某因素不能取零水平,如考察某化學實驗中反應溫度對實驗結果影響,此時,各實驗組分別人不同的溫度條件下做實驗,各組在實驗中起到了相互對照的作用;標準對照組的設立——為了比較某新藥的療效,往往以當前社會上被公認的、療效比較好且比較穩定的同類藥物作為標準對照;實驗對照組的設立——當某些處理本身夾雜著重要的非處理因素時,還需設立僅含該非處理因素的實驗組為實驗對照組;歷史或中外對照組的設立一一這種對照形式應慎用,其對比的結果僅供參考,不能作為推理的依據;多種對照形式同時并存。
三、重復原則的實施:所謂重復原則,就是在相同實驗條件下必須做多次獨立重復實驗。
分別以電工及工業電子學課程中典型電路為設計實例，利用Multisim設計仿真實驗教學案例，通過仿真實驗提高學生對理論知識的理解能力以及學習積極性，使學生真正做到變被動學習為主動學習。
1.1基爾霍夫電流和電壓定律的仿真驗證基爾霍夫定律是電路理論中最基本的定律之一，也是最重要的定律之一，它闡明了電路整體結構的規律，應用極為廣泛，對該定律掌握的好壞直接影響后續電路知識的學習。該部分內容的仿真實驗以驗證為主，利用Multisim仿真基爾霍夫定律，繪制具體電路，驗證理論教學中的結論。在Multisim環境中設計的驗證基爾霍夫電流定律的電路如圖1所示。由圖1可知：I1＋I2＝I3，I3＋I4＝I2，從仿真實驗的角度驗證了基爾霍夫電流定律，幫助學生理解電路結點電流代數和等于零，以及電流的正負問題。學生在學習基爾霍夫電壓定律時，對回路方向和電位降以及電位升之間的關系問題容易理解錯誤。為此，通過Multisim仿真實驗可以直觀地觀察到測試結果（見圖2）。
1.2晶體三極管放大電路仿真分析晶體三極管放大電路的靜態工作點分析和動態性能分析是電子學課程中一個重點內容，尤其是小信號放大電路動態性能分析，在實際中應用十分廣泛。結合Multisim對共發射極分壓式偏置電路進行仿真，使學生能夠直觀地理解信號放大的原理，以及靜態工作點設置與信號失真的關系。在Multisim環境中設計的晶體三極管放大電路如圖3所示。為了使三極管能夠完成正常的信號放大，需要設置合理的靜態工作點。調節R7＝136kΩ，使Vb＝2．42V，Vc＝7．41V，Ve＝1．79V。此時，在輸入端輸入一個正弦信號，輸出端將輸出一個放大的信號（見圖4（a））。圖中，示波器上半部分顯示的為輸入信號波形，下半部分顯示的波形為輸出波形。調節R7＝13．6kΩ，輸出端信號將出現飽和失真（見圖4（b））；調節R7＝340kΩ，則由于靜態工作點過低，輸出端信號將出現截止失真（見圖4（c））。
1.3運算放大器的電路仿真驗證運算放大器在實際的電路設計中應用十分廣泛。運算放大器可以用來設計信號調理電路，完成比例、積分、微分、濾波以及信號發生器等功能［10］。掌握了運算放大器的使用，可以方便地設計各種控制電路。本文以LM324為例設計仿真實驗。
1.3.1反向比例放大器仿真分析反向比例放大器是基本的放大電路，通過仿真實驗可以更好地理解負反饋以及放大器的“虛短”和“虛斷”概念。利用Multisim繪制反相放大電路如圖5所示。為了驗證電路的性能，輸入頻率為500Hz、峰值為99．72mV的正弦信號，輸出信號峰峰值為1．98V，輸入和輸出相位差為π，信號幅度之比約為10。值得注意的是，運算放大器的開環增益有上萬倍，但由于引入了深度負反饋，放大器的增益只與外接的元件數有關。
1.3.2有源濾波電路仿真分析濾波器就是一種選頻電路，它能夠從含有各種頻率成分的信號中選出有用的信號。利用運算放大器可以設計各種濾波器，這里僅對有源低通濾波器進行驗證，通過Multisim仿真一種Sallen－Key電路結構的濾波器的原理（見圖6（a））。由圖6（b）可知，在增益達到－2．728dB時，fc＝10．879kHz。在0～10kHz范圍內的頻率對應增益約為0dB，并且增益穩定，符合理論設計要求。
1.3.3運算放大器構成信號發生器仿真分析運算放大器工作在開環或者是正反饋情況下，可以構成信號發生器。該電路采用維恩電橋振蕩電路，通過引入正反饋產生一個正弦信號，電路如圖7所示。運放反相端接反相差動放大電路，同相端接維恩電橋，電路振蕩時產生頻率為f＝1／（2πRC）的正弦信號。
1.4555定時器電路仿真分析555時基電路是一種模擬／數字混合集成電路，在外部配上適當阻容元件，可以方便地構成脈沖產生、整形和變換電路，如多諧振蕩器、單穩態觸發器、施密特觸發器、自動控制電路、頻率變換電路等。555定時器電路除了產生常見的正弦波、矩形波外，還可以產生三角波、鋸齒波等。矩形波是其他信號的基礎，例如，若矩形波信號加在積分運算電路的輸入端，則輸出可得三角波；改變積分電路正向積分和反向積分時間常數，使某一方向的積分常數趨于零，則可獲得鋸齒波。
2結束語
一、確定實驗內容形成實驗假設
實驗的目標是學生在經過網狀拓撲式課堂培養后，在語文閱讀能力上能夠體現出批判性思維的相關特征，提升批判性思維品質。實驗假設涉及了三方面的內容，分為三個假設：1.教學模式與批判性思維意識培養的關系。批判性思維意識應包括“尋找真理、開放思想、分析能力、系統化能力、批判性思維的自信心、求知欲、認知成熟七種意識傾向“，在此設置假設一：網狀拓撲式課堂可以顯著增強學生批判性思維意識；2.教學模式與批判性思維普遍性的關系。設置假設二：網狀拓撲式課堂對培養學生批判性思維具有普遍性。3.教學模式與批判性思維能力的培養的關系。批判性思維包括三個緊密聯系、互相影響的階段：“分析思維方式階段、評估思維方式階段和提高思維方式階段”，具有公正性、普查性、挑戰性、嚴謹性、獨立性五種品質特點，以及思維目標、問題意識、觀點分析、概念理論表達、建立假設、推理結論等六種能力。在此設置了假設三：網狀拓撲式課堂可以顯著提升學生批判性思維能力以及語文綜合閱讀能力。
二、實驗變量的確定及控制措施
1.自變量與因變量的確定。自變量是研究者出于某種研究目的進行操縱以引起因變量發生變化的因素或條件。自變量是因變量的原因，因變量是由于自變量的變化而產生的現象變化或結果，彼此相互依存。依據假設，實驗操作變量是參與網狀拓撲式課堂研究的學生：實驗組學生的語文閱讀教學采取網狀拓撲式，對照組學生的語文閱讀教學采取傳統閱讀教學方式。因變量包括：（1）學生批判性思維能力的總體改變和各個分量（思維目標、問題意識、觀點分析、概念理論表達、建立假設、推理結論）的變化；（2）學生批判性思維意識的總體改變和原則分量的變化。（3）學生語文綜合閱讀測試能力的總體改變。2.無關變量的控制。無關變量，即為實驗中除實驗變量以外的影響實驗現象或結果的因素或條件。實驗者不能根據它對所得的結果做出正確的判斷和解釋。如果不能控制或消除無關變量的影響，因變量變化的根本原因就無法判定。所以在選擇研究變量的同時，必須辨明無關變量，需要在研究過程中加以控制那些可能對實驗結果產生影響的無關變量。本次實驗設計中，因為是按自然班級進行試驗，因而能對一部分無關變量進行控制。無關變量包括下面五個方面：學生自身方面的因素、家庭背景、社會因素、學習環境和教師因素。從高中二年級和三年級的學生中抽取樣本。他們在校已有至少一年的學習生活經歷，接觸的學習環境和社會環境基本一致。學生自身的特點，在進入新年級分班時，皆由學校從學習成績、綜合素質、班級人員組成等方面綜合平衡控制，在所屬的班級層級中，隨機分配，具有一定同質性。實驗中涉及的教師具有高中循環教學經歷，年齡接近，教學能力相當。
三、抽樣及分組的設計
實驗學校江蘇省海安高級中學為獨立設置的高中，規模符合要求。學校各類設備設施齊全，配置先進。學生對絕大多數對教師的教學比較滿意。學校教研組和課題組具備開發課程的能力。語文教研組承擔了省級“十二五”規劃課題，初步形成了較為可行的課程評價、學生評價、教師評價等體系，基本滿足實驗開設的需要。為了保證實驗的真實與嚴謹，盡量減少前測與實驗處理帶來的交互作用，便于作對照比較，采用了隨機后測控制組設計。學校按學習成績綜評、綜合素質測評、班級人員性別比例、選科傾向等因素在進入新學年時隨機分成若干個班級，采取等組實驗法分層整群隨機抽樣。分別從高二年級理科普通班、高三年級理科強化班、高三年級文科普通班三個不同組合中隨機抽取兩個，共386名學生參與實驗。在每個年級的不同類型班級組合中，隨機指派一個班為實驗班，語文閱讀教學中使用網狀拓撲式教學模式；對照班則采取常規教學模式。一個學期之后采用相關測量量表及常規語文閱讀綜合測試進行后測。
四、測量量表的選取
1.批判性思維意識傾向測量量表的選取《加利福尼亞批判性思維傾向測試》是一種比較成熟且使用較為廣泛的思維能力測試量具，有較好的信度與效度。2.批判性思維能力測量量表的選取《批判性思維能力檢測指南》將思維元素與思維標準結合，從八個方面進行測量，比較適合人文學科檢測，因而選取《批判性思維能力檢測指南》作為能力檢測量表。主要在實驗過程中提供給學生和教師針對書面閱讀報告進行分析和檢測。
五、數據的分析
1以測電筆為線索，拉開序幕
教材從一開始便介紹家庭電路的基本組成部分，此部分在傳統的教學中都是以直接講授的方式讓學生掌握，最多老師帶個配電箱的實物一一介紹給學生，學生習得的知識印象不深刻．若以測電筆為線索利用學生自主學習、自主探究測電筆的構造及使用方法，并以小組為單位:拆開測電筆觀察內部的構造，看完后再組裝好;并在自主學習課本如何使用測電筆的內容后，正確使用測電筆測試插座是否有電，小組其他成員對操作的同學進行交流．讓學生親自觀察、體驗后學到的內容印象深刻，從而總結出測電筆的作用:辨別火線、零線，進而導出家庭電路組成部分的首要成員:進戶線．
2以裝燈泡為主軸，立足重點
家用燈泡的連接是《家庭電路與安全用電》的重點內容．傳統教學中我們常常是利用畫圖來給學生講解:為什么開關接火線，燈泡接零線，為什么螺旋接零線等，僅憑畫圖講解學生沒有感性認識，有的同學甚至懷疑老師講的是否真實，而實際生活中也不能得到驗證．鑒于此，筆者將這部分進行了實驗改進設計:“以使燈泡亮起來”為實驗目標，請學生自己動手將燈泡接入電路．這時肯定會有同仁質疑:在課堂上老師怎么可以讓學生接觸家庭電路呢?作為教者“學生實驗的安全問題”是我們首先必須考慮的問題，所以我將原先燈泡與開關所接在家庭電路進行了調整:利用一個學生電源調至12V交流電引出兩根導線一根代表火線，另一根代表零線，并事先將火線零線中間的一小部分絕緣皮去掉以便于學生連接．由于“220V40W”的燈泡接在12V交流電源上根本就不亮，所以專門找到電動自行車的車前燈，正好“12V40W”并把開關與燈座內的接線柱事先都用導線引出并與鱷魚夾子焊接好以便于學生連接，將器材準備就緒發給每個小組，讓學生自己去連接．有的學生將開關、燈泡分別一端接火線另一端接零線，導致開關一閉合就出現短路現象，燈泡也不亮，學生電源過載燈亮的現象，小組其他成員能判斷出這種接法不對;大部分的同學則將開關與燈泡串聯接起來接入火線和零線，但有兩種不同接法:一種是開關接火線燈泡接零線，而另一種是開關接零線燈泡接火線，這兩種接法開關閉合燈亮開關斷開燈熄滅．看上去都滿足了老師提出的使燈泡亮起來的實驗要求，如何讓學生發現哪種接法更好更安全呢?這時老師可以提出我們有時需要更換或擦抹燈泡，人體總是有可能會碰到燈泡的螺旋部分，那這兩種接法有沒有區別?斷開這兩種接法的開關，是不是沒有電了呢?可以讓學生自己利用測電筆去檢測燈泡的螺旋部分，學生看到開關接火線的那種測電筆不亮，而開關接零線的那種雖然開關斷開但測電筆依然發光了，說明燈泡的螺旋部分依然有電，存在安全隱患應當避免這種接法，從而得出燈泡的正確接法．這樣設計后學生在一個安全的親自動手安裝燈泡的活動中，既體驗了自己安裝電器的樂趣，又體驗了測電筆的使用，還知道了燈泡與開關的正確安裝方法．雖然老師準備器材麻煩了一些，但能將生活中經常使用的燈泡讓學生自己安裝，而且能讓學生收獲有如此之多，并且又是學習的重點內容，老師辛苦一些也值得．
3以熔斷器為抓手，突破難點
熔斷器這一部分是家庭電路的重要組成部分，但是這個器件對于學生來講是個完全陌生的事物，所以學生的學習有一定的困難，尤其以熔斷原因為主要難點．教者如何突破這一難點教學便成為這一部分的重要問題．傳統教學中我們常常利用實驗室電路模擬家庭電路中的短路，這一現象學生看不見電流，幾乎沒有體驗，另一原因超負荷運行時保險絲熔斷，僅憑學生實驗電燈泡來體現，學生根本就感覺不到超負荷運行，實驗現象顯得有些蒼白．我們可以作這樣的改進:短路實驗:可以讓每個學生用一根導線連接干電池的正負極，并用手捏住10秒，感受一下短路電流，學生捏住三秒時就會甩開手，因為燙手呀，這個短路電流大，學生會一輩子都記得，老師再解釋:干電池電壓比較小，所以短路的電流還不算很大，同學們試想一下如果換成家庭電路的220V的電壓，那電流得多大，導線就得著火了，所以我們必須在短路的一剎那切斷電流，從而熔斷器就派上用處了．超負荷運行的實驗我們可以利用保險絲演示裝置:先在電路中不接保險絲換接有絕緣皮的鎳洛合金線，然后打開各個燈并把燈泡當成家庭電路中的電視、電飯煲、空調等，結果發現帶有絕緣皮的鎳洛合金線開始冒煙了，讓學生看到了危險之所在，并在心里產生了迫切想要切斷電路的愿望，從而更加突出地體現熔斷器的重要性，這時再斷開總開關將熔絲接進電路，再次閉合總開關然后依次打開各個用電器，讓學生觀察現象，超負荷運行時熔絲熔斷，也讓學生清楚地看到熔絲的熔點低很容易熔斷，至于熔絲的選擇太粗、太細的后果也可以用這個實驗裝置逐個研究，經過這樣的實驗改進后，學生對于熔斷原因的理解更加生動直觀，從而突破了難點。
4以安裝電路為目標，完美總結
有了前面所學習內容作為鋪墊，接著我們可以借電路的基本組成問題提問，導入家庭電路的基本組成部分有哪些?可以讓學生自己小組討論，老師拿出事先準備好的火線和零線將其貼在黑板上．這時學生也討論出了家庭電路的基本組成部分:電源、開關、導線、用電器與插座等，老師再進一步提問:家庭電路中電源是由誰來充當的呢，干電池嗎?指導學生看課本的“火線與零線”部分，讓學生知道家庭電路的電源由進戶線充當．接著讓學生自己“安裝”一個總開關，其實是將總開關貼在黑板上的火線零線上．我們剛剛學習的熔斷器該安放在哪里呢?讓學生自己安放，有不同意見的再修改，其他同學點評，有的認為應該安放于開關前這樣才能保護開關和整個電路，有的同學則認為該安在開關后面這樣才便于更換，兩者一比較就知道應該裝在開關之后，讓錯誤的同學知道安放在開關前面的缺陷，從而得出正確的安裝位置．接下來老師提醒同學們家里用電多少是由哪個器件計量的?學生立刻想到是電能表，那電能表應該安放在什么位置呢?好多同學覺得應該安放在總開關的后面，甚至是熔斷器的后面，這樣便于更換，或者熔斷器可以保護它呀．這時老師需要點評一下了:同學們想的都有道理，原先電能表是安裝在總開關之后的，可是一些不法分子竟然自己斷開總開關將火線零線從電能表中拔出，直接相連，同學們想想這樣會造成什么結果?學生馬上就想到電流不經過電能表，那么所消耗的電能都不會記錄下來，這是一種偷電行為，所以電能表應當安裝在總開關之前，即使開關斷開電能表上依然有電，所以就有效地防止了偷電的行為．這樣設計遠遠比原先的直接告知學生家庭電路安裝順序要好得多，學生理解的透徹，不易忘記．至于熔斷器后面的開關用電器、插座，我們可以將前面學習的開關和燈泡及插座的連接讓學生到黑板導線上畫出來即可．插座可以讓學生自己閱讀課本并用測電筆測試，知道插座安裝的基本原則:左邊接零線右邊火線中間接地線．這樣既是對前面學習內容的復習也是對家庭電路的一個完善．到此老師對家庭電路的基本組成部分進行了一個完美的總結．
5結語
經過這樣的改進后，原本沉悶乏味的課堂開始變得生動活躍，學生爭相回答問題，有時甚至爭得面紅耳赤．學生動手實驗的積極性很高，學習的這時印象深刻，關鍵是學生對于家庭電路有了清晰的認識，他們感到自己所學習的物理知識對于生活是很有幫助的．通過自己安裝電燈，同學們一致認為以后自己家中燈泡的更換不再是個難事了，他可以自己去更換了．通過這樣改進實驗，我們還發現學生想要探究生活奧秘的熱情更高了．作為教者只是課前多做了一些準備，卻讓學生得到如此之多的收獲，興趣是最好的老師，作為老師能激發學生探究的興趣和熱情，做再多的努力也是值得的。
作者：郭潔敏 單位：江蘇省如皋初級中學
一、培養思維推理能力
研究“真空不能傳聲”的“真空鬧鈴”實驗，明知道無法抽成真空，那實驗是怎么設計的呢？哦，原來只要設計成觀察到“空氣越少，聲音越小”的現象就可以了，下面就可以進行思維的推理了，假如“抽成真空”，那么“聲音消失”，自然得到結論。類似的還有探究“阻力對物體運動的影響”，這個實驗又是怎么設計的呢？原來只要設計成觀察到“阻力越小，物體運動越遠，速度減小越慢”就可以了，剩下的還是交給思維！“實驗加推理”的方法，恰恰是對思維推理的能力培養。
二、培養考慮問題的嚴謹性
物理是一門需要思維嚴謹的科目，初中物理，定性的結論多，與生活聯系緊密，學生總憑感覺、直覺下結論，下一些“好像”、“差不多”的結論，這是物理的大忌，我們要培養學生每一結論的得出必須有明確理論依據的習慣，養成一環扣一環的嚴謹思維習慣。在物理實驗教學中，設計實驗環節可以很好地培養學生思考問題的嚴謹性。探究“滑動摩擦力的影響因素”實驗，學生知道要控制壓力或者接觸面粗糙程度，但是題目改變一下，“物理課本和數學課本的表面光滑程度不同，小明把物理課本放在水平桌面上拖動時用力較小，把數學課本放在水平桌面上拖動時用力較大，是否說明物理課本的表面較光滑？”很多學生會得到肯定的答案。但仔細思考會發現，該實驗并沒有控制對水平桌面的壓力相同，所以該結論實際是錯誤的。那這個實驗在現有的器材下又該怎么設計呢？很簡單，我們只需要先把數學課本疊放在物理課本上，再把物理課本疊放在數學課本上就能保證兩者對水平面的壓力相同了。很簡單的實驗設計，但卻很好地鍛煉了學生考慮問題的嚴謹程度。
三、培養學生思維的發散性
新時期物理實驗的設計能很好地鍛煉學生思維的發散性。在“探究凸透鏡成像規律”的實驗中，如果已經在光屏上成了一個倒立縮小的實像，現在請學生設計“你要怎么操作才能在光屏上成一個倒立放大的實像呢？仔細想想有哪些方法。”學生首先會想到：蠟燭靠近透鏡，同時光屏遠離透鏡。別的方法呢，如果學生從不同角度思考，整合光路可逆性的知識，還會想到：把蠟燭和光屏的位置對調。當然學生能想到這一步，自然也就會明白，蠟燭和光屏不動，只是把透鏡向蠟燭方向移動也是可以的。
四、培養學生的分析歸納能力
很多知識點之間既有聯系又有區別，學生如果能對各個知識點進行分析歸納整理，對牢固掌握知識大有益處。新時期物理實驗的不同設計環節也能培養學生的分析歸納能力。物理實驗設計中經常要多次實驗，而多次實驗的目的有所不同，有的是多次測量取平均值以減小實驗誤差，而有的是多次實驗避免實驗的偶然性。這里教師要讓學生學會自行整理歸納：如果是測量某一個確定的物理量，多次實驗的目的是取平均值以減小實驗誤差，如“測量定值電阻的阻值”“測量某物體的長度”；而如果是為了得到某個規律，則多次實驗是為了避免實驗的偶然性，找到更加普遍的規律，如“探究電流、電壓、電阻的關系”“探究壓力的作用效果與什么因素有關”等。學生學會分析歸納知識點的異同，對整個物理學習甚至整個學習生涯都是大有裨益的。
五、總結
新時期物理實驗的教學在整個物理教學中占有很重要的位置，實驗是物理的重要研究方法，物理學離不開實驗，在物理研究中，一方面需要通過實驗獲取必要的信息，由此建立或猜測現象背后的規律；另一方面，對于提出的規律或理論，只有通過實驗的檢驗，才能被人接受。但正如本文中所論述，新時期我們也要看到通過物理實驗的設計可以對學生各方面的能力進行培養和提高，在這方面，我們需要不斷思考和實踐！
作者：徐江 單位：江蘇省無錫市西漳中學
1.1案例教學法
案例教學法是一種使得學生處在面臨問題的決策者角色的教學方法。在案例教學法課堂，無論是教師和學生必須以不同的方式被激活。教師和學生相互依賴、互相學習。教師一般都是專家，但他們很少直接告知學生專業知識。案例教學法主要是用在商業學院和公共政策學院教學活動中。例如，1908年已被用于在哈佛商學院和公共政策學院。教學案例研究是全球頂尖的商學院進行核心功能。他們常常組織比賽確定最佳的新的教學案例。商業案例是模仿或模擬真實情況下的文檔。案例陳述的現實讓讀者參與其中。案件往往說明企業或政策形勢需要解決問題，還包括課堂討論和研究的其他信息。在沒有明顯的解決方案的情況下，提供了充分的事實基礎上激發學生獲得一切可能的結果。作為現實的模擬，案例必須具有三個特征：一個重要的業務問題或問題。沒有問題的情況下，沒有教育價值；充分的信息基礎；沒有明確的結論。在案例教學過程中，教師的作用是選擇和組織案例，這也是實現教學目標的關鍵。
1.2基于問題解決的學習
基于問題解決的學習方法是1980年美國數學教師協會正式提出來的。它將學習內容設計成問題,或由學生提出問題,讓學習者通過解決問題來獲得相應的知識和能力。讓學生提出高質量的問題是這種教學方法的關鍵。要求學生將問題具體化和形象化，構造成模擬實際生活的故事情節。學生在原有知識和經驗的基礎上，通過分析解決問題，發現更加復雜和深入的問題。因此，學生提出問題的多少、思考問題的廣度和深度等是基于問題解決的學習方法的重要的評價標準。
1.3基于問題的學習
基于問題的學習是一種以學生為中心的教學方法。學習的目的是獲得解決問題的經驗、思考策略和該領域的知識。基于問題的學習的目標是幫助學生形成靈活的知識、有效解決問題的能力、自主學習、有效的協作能力和內在動機。基于問題的學習是一個主動的學習方式。在工作過程中，學生發現他們已有的知識，需要知道什么，以及如何和在哪里獲得新的信息，可能會有益于該問題的解決。教師的作用是為了促進學生的學習、支持、指導和監控學習過程。導師必須建立學生對解決問題的信心，并鼓勵學生，同時也拓展他們的理解。Barrows定義了基于問題的學習模型為：(1)以學生為中心的學習。(2)學習是學生小團體做的，理想的6～10人。(3)教師指導學生而不是教學。(4)以問題為基礎組織和激發學生學習。(5)問題是設置是提高學生解決問題能力的基礎，是刺激的認知過程。(6)學生通過自我導向學習獲得新的知識。基于問題的學習要求教師的教學風格達到幾個主要標準：首先，要有一個與教師科研相關的“學習中心”，所有的學生都需要圍繞該中心。第二個標準是必須有一個驅動問題，學生通過完成項目獲得問題的答案。這個問題也不能有一個預定的結果，它應該要求學生使用的先驗知識來所有可能的結果。其他標準包括建設性的調查研究、學生的自等。基于問題的學習的主要教學過程包括提出問題、分析問題、形成假設、驗證假設、修正假設。
2土木工程探索性試驗設計
近年來華南理工大學開展了“探索性實驗”教學項目建設工作，引導教師將科研項目成果轉化為計劃內實驗教學內容，從而深化實驗教學內容和體系改革，推進實驗室開放共享；通過科研與教學融合，切實促進學生實踐創新能力的培養。下面介紹用研究性教學方法設計所申報的“探索性實驗”教學項目“瀝青混合料多軸加載試驗”。
2.1提出問題
最新版的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTGE20-2011）中瀝青混合料的試驗方法主要包括：單軸壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗等。試驗過程中，瀝青混合料試件處于單軸或雙軸應力狀態。而實際瀝青路面中，瀝青混合料處于多軸受力狀態，承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此，現有瀝青混合料的試驗裝置與方法無法模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態。
2.2分析問題
為了模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態，采用如圖1所示的試驗裝置。通過轉動的橡膠輪胎帶動圓柱體試件轉動，試件受到橡膠輪胎的表面摩擦力F和鉛垂方向的壓力P作用。同時，在試件水平方向施加壓力Q。從而模擬實際路面材料多軸受力狀態，使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
2.3試驗步驟
(1)試件制作。采用擊實法、靜壓法或旋轉壓實法制作的圓柱體試件；或在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件；或在路面中鉆取圓柱體的芯樣。
(2)安裝試件。將試驗室的環境溫度控制在試驗溫度±0.1℃范圍內。加載前，保溫時間為90～120min。
(3)水平方向加載。通過水平加載油缸對試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載。
(4)鉛垂方向加載。通過鉛垂方向加載裝置在橡膠輪上施加荷載，從而在試件中部上方施加鉛垂方向荷載。
(5)啟動橡膠輪驅動馬達，使得橡膠輪單向旋轉，轉速為1～100r/s。
2.4試驗結果的分析與討論
試件轉動一定次數后，量測試件中部加載位置的直徑，計算直徑變化率。加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式為：100%×加載一定次數后加載位置試件直徑/加載前試件直徑。同時，量測試件長度，計算加載后試件長度的變化率。加載后試件長度變化百分率計算公式為：100%×加載一定次數后試件長度/加載前試件長度。教學過程中，共15位同學參與該項試驗，分為3組，每組5人。
3教學效果
采用研究性教學方法，有助于把學生納入教師的科研項目，驅使學生調查研究，組織討論會，分析問題，解決問題，完成工作任務。授課教師與同學們一起通過該試驗項目掌握了實際路面材料的受力狀態，并創新性的設計了“瀝青混合料多軸加載試驗”方法。依托研究成果申報了2項實用新型專利和2項發明專利。在國外SCI源刊投稿論文2篇。
4結語
針對唐山師范學院體育教育專業2009級本科生選題結果進行統計，關于調查研究的選題占82.5%，與往年基本一樣。特定的選題內容決定了后面的研究方法，絕大多數學生的論文中盡管有文獻資料法、問卷調查法、訪談法、實驗法、數理統計法等，實際上絕大多數人僅僅使用了文獻法和問卷調查法，其余方法并未真正使用，流于形式。出現以上情況有學生的主觀原因也有客觀原因。主觀方面的原因的學生研究方法能力掌握極少，平時學習中教師沒有教給學生一些常見研究方法，僅有極個別學生參與到任課教師課題研究項目，經歷一些研究學習，掌握一些科研方法和技巧，而絕大多數學生對研究方法僅僅從體育統計學等課程中零星掌握一點，且缺乏實踐訓練，因此自身論文設計中只能選擇文獻資料法及問卷調查法，而文獻資料法是學術論文研究最基本的基礎性研究方法，因而學生論文主要使用的是問卷調查法，研究論文也是對調查數據做一個簡單歸類，進行定性描述，缺乏精確的統計分析。研究方法能力的不足反過來也限制了畢業論文的選題，運動生理學、運動生物力學等內容很少涉及，實驗法、測量法、統計法應用偏少。客觀方面，地方院校體育師資力量相對薄弱，教師本身科研能力有限，在畢業論文的選題和研究方法上缺乏有效指導，另外學校畢業論文規范中對綜述性文章比例有一定限制，因此學生更多選擇調查性研究論文，但本科生具備的理論水平有限，難以在擬定選題中采用各種研究方法進行深層次挖掘與分析，單一的研究方法限制了畢業論文的質量。
2“體育科研方法”課程的局限性
直到1991年，國家教委出臺的第三套體育教育專業《教學計劃》中，才在限制選修的課程模塊中，設置了“體育方法學”課程，并明確規定在第8學期安排“科學研究與畢業論文”這一環節，其目標是“培養學生的科學思維和文字表達能力”[4]。2003年教育部出臺新課程方案中“體育科研方法”規定為一般必修課程，但不硬性規定學分、學時，明確其為研究方法的入門課程，其宗旨是讓學生掌握基本科研方法，培養體育科研的能力[5]。“體育科研方法”課程的學習對學生科研能力的掌握，撰寫畢業論文至關重要，但目前唐山師范學院相應課程教學存在一定問題。第一點，對課程的重視度不夠，體育教育專業培養大綱雖然將“體育科研方法”列為必修課，但考核性質安排為一般考察課，平時和期末考核比較松散，學生簡單完成一個考核作業即完成任務，大綱修訂時學分、學時的調整比較頻繁，效果不理想。第二點，課程安排和“體育統計學”重合較多“，體育科研方法”課程和“體育統計學”課程學時都安排為32學時，兩門課程在研究方法的章節教學中重合較多，較多內容重復教學，而且兩門課程都是以課堂理論面授為主，內容枯燥，課后實踐較少。第三，教師執教能力有待完善，同其他院校類似“，體育科研方法”課程教學由本專業科研能力突出的教師擔任，該課程需要教師有豐富的跨學科知識，不但要掌握一定扎實的統計學知識，對本學科科研特點及學術前沿要有深入理解，但近幾年教學工作以青年教師為主，教師缺乏系統的科研方法學習，只是根據自身優勢科研方向對“體育科研方法”進行一定角度的闡述，而且以理論性灌輸為主，與體育科研實踐結合較少。結果就是授課內容與學生畢業論文需要不相符合，如教師講授很多調查性研究方法，一旦學生選擇應用實驗法相關題目，論文如何撰寫就將極大困擾學生，不得不求教指導教師。
3體育教育專業畢業論文引入實驗研究的可行性分析
3.1選題內容可行性分析
體育學屬于交叉性學科，各專業均涉及大量文科及理科課程。根據黃漢升[3]對2004-2009屆全國優秀本科畢業論文的調查，認為運動人體科學類論文是學士論文中總體質量較高的文章，選題能夠反映該學科熱點問題，實驗設計較嚴謹，儀器比較先進，學生獨立操作的能力較強，優秀論文多集中在運動生理、生化方向。體育教育專業和運動人體科學專業雖然培養方向不一樣，但體育教育專業課程方案中依然保留大量自然科學類必修課程，可以從理科方向選題去探索體育實踐問題，分析動作技術特點，可以從運動生物力學方向選題，涉及人體機能評定，研究評價方法可以從運動生理等角度選題。但體育教育專業選題一大問題就是大量重復，選題困難，無新意和亮點，實驗方法應用太少，唐山師范學院體育專業近幾年學生畢業論文選題也存在同樣問題，學生選題追求簡單、易寫，以學校體育調查類選題為主，運動人體科學類選題極少。原因是多方面的，首先，學生理論基礎極為薄弱，缺乏應用多種研究方法去深度挖掘運動人體科學類論文的內容，不敢有質疑，不了解通過何種渠道去獲取文獻資料，因此對此類選題不敢涉及，實踐訪談中有學生對大學生減肥方法感興趣，但考慮到要進行實驗設計，使用體成分儀進行測試獲取數據，還要進一步統計分析，感覺困難，選擇放棄。此類情況不少見，實際上對于本科畢業論文的實驗設計和要求對于體育教育專業學生并不復雜，需要相關課程教師，尤其是理論課教師教學中引導學生多思考，扎實掌握理論基礎。其次，教師的實驗教學工作不足，學生實驗課學習不夠扎實，不能利用現有條件去設計實驗思路，還有一個常見原因，那就是學生有良好的實驗基礎，但不了解此類選題而遺漏，個別地方院校教學和畢業工作思路較為保守，墨守成規，學生畢業論文工作以穩為主，很多指導教師并未引導學生在自然科學方向去選題，一屆照搬一屆，選題內容上無新意，沒有突破。唐山師范學院體育系針對以上情況，2010年開始引導學生選擇運動人體科學類選題，并進行精心指導，幫助學生充分利用實驗室，進行合理實驗設計，個別學生畢業論文質量明顯提高，同時也帶動了其他學生學習，取得不錯效果，證明利用實驗室，進行實驗設計完成運動人體科學類畢業論文是可行的。例如，有學生對運動性疲勞評價感興趣，設計體育課后各類恢復手段對疲勞消除影響的實驗，測定不同方式恢復方式后人體心率、血壓和血乳酸的水平，實驗采用重復測量設計，取得良好效果，觀察到了積極性恢復手段的應用起到加速心率和血壓恢復的過程，學生通過論文的完成也加深了對相關理論的學習。另有學生選擇應用性研究，比較不同力量訓練方式對跆拳道大學生運動員下肢肌肉爆發力的影響差異，取得預期效果，論文均入選本校優秀本科畢業論文。以上表明，體育教育專業學生采用實驗性、測量性等方法，充分利用實驗室條件，可擴大選題范圍，提高畢業論文的研究價值和質量。
3.2研究方法可行性分析
畢業論文引入實驗性工作，一個前提是必須具備相應的實驗條件，教育部2005年頒布的《高等學校基礎課教學實驗室評估標準表》及大學實驗室評估標準明確了高校實驗室應具備的條件，目前我國體育類院校、師范類體育院系均不同程度建有實驗室，唐山師范學院自2007年迎評以來，實驗室經過擴建，添置先進設備和儀器，條件滿足現有教學和師生的科研要求。實驗室條件滿足需要，但部分師生對實驗重視不夠，實驗課程沒有形成獨立的教學體系，實驗教學方法不夠靈活，考核評價體系不健全，儀器利用率不高，實驗教學師資隊伍薄弱。這些問題影響了實驗室的利用，這也是學生畢業論文利用實驗室較少的原因。理論課教師和實驗室相關人員要高度重視實驗教學，首先思想上予以重視，不能把理論課實驗邊緣化，改進實驗教學方法，增加綜合性、設計性實驗，讓學生主動利用實驗室發現問題，解決問題，大力鼓勵學生參與到教師科研工作中，使其熟悉實驗，喜歡實驗，有能力完成運動人體科學選題論文。學院可以制定各種政策鼓勵師生充分利用實驗室現有的儀器設備，提高科研水平。以前學生畢業論文大部分是問卷調查類型，實驗室先進儀器設備利用率不夠，實質上與院系整體科研業務水平不高相關。不但實驗教學人員科研業務水平要提高，其他理論教學人員也需要熟悉專業理論知識，對實驗室加深了解，熟悉相關儀器的原理和用途，形成普遍能夠指導學生在自然科學領域選題的能力，建議定期培訓師生了解實驗室具備的條件和功能定位，也可通過運動人體科學領域學術講座給師生提供相關信息，要鼓勵師生積極學習實驗理論。
3.3加大“體育科研方法”課程的作用
今天實驗室博士答辯，師姐們都好棒呀（鼓掌），感覺到了深深的壓力。也學到了很多，在這里總結一下，給自己明年備著。PS .有些東西可能是我個人的看法，不一定對喲。我將分為論文、PPT、講解和提問四個板塊，來談答辯委員的意見，以及值得注意的事項：
一，論文
首先，盡量不能有錯別字。
論文開始，加上縮寫對照表，便于整體理解。
實驗方法要詳細，無論是參考文獻，還是自己篩的條件，都要寫清楚。
一定要多請別人幫忙看看，有些小錯誤確實自己沒法發現。
二，PPT
若引用英文圖片，重要單詞要附上中文。
改變值、重要數據，用紅色框凸顯出來，更醒目。
實驗結論最好直接寫在PPT上，方便理解。
實驗分組，單詞縮寫代表的意義要說明清楚。
三，講解
1.語速要慢，每個實驗的目的，數據代表的意義，都要一一解釋清楚。
2.但凡PPT中呈現的圖片，漢子，都要講解。一掃而過，還不如不放上去。
四，提問
個人覺得博士和碩士答辯最大的不同是，老師會問實驗設計的問題。都是大牛，一眼就能看出實驗設計的bug.所以，一方面，設計實驗、寫論文的時候思路要清晰，盡量完善實驗內容。另一方面，有一些確實存在的課題本身的bug（這個本寶寶好擔心呢），盡量在討論里說清楚，或者提前想好答案。
其次，做每一個實驗的目的是什么，實驗操作在這里合適否，都要考慮清楚，有時候參考文獻本身就有問題，會連累自己二次錯誤。還有就是不要偷懶，該做的實驗一定要做。
很多科研人員(包括臨床醫生)在進行科研工作過程中，習慣用專業知識取代一切其他知識。其突出表現是：等科研工作已經完成，甚至論文已寫完，因某些數據處理有問題被退稿時，才想起要找統計學工作者幫助處理論文中的實驗數據；考慮問題稍周到一些的科研人員在科研工作完成之后，在撰寫論文之前就想到要運用統計學知識來分析實驗數據。這兩種運用統計學的科研人員都是在把統計學當作分析數據的“計算工具”或當作發表學術論文的“敲門磚”，是對統計學重要性認識不足的突出表現。理由很簡單，科研數據是否正確可靠、是否值得進行數據分析、結論是否可信等一系列重要問題都沒有令人信服的證據來幫助說明，換句話說，若缺乏科研設計或科研設計不科學、不完善，即使花費10年時間和數億人民幣進行調查或實驗獲得了大量科研數據，與某人用計算機產生的毫無專業含義的任意多個隨機數據沒有什么區別，除了浪費了大量國家和人民的血汗錢，對科學技術進步、對人類的貢獻不僅為零，甚至是負數！因此，在進行科研工作之前，制定科學完善的科研設計方案，特別是其中的實驗設計方案或調查設計方案的質量好壞，是科研工作成敗的關鍵所在！
科研設計包括專業設計和統計研究設計。專業設計主要包括基本常識和專業知識的正確、全面、巧妙地運用；而統計研究設計包括實驗設計、臨床試驗設計和調查設計。值得注意的是：在很多科研人員所做的科研課題中，不僅嚴重忽視統計研究設計，就連專業設計也有嚴重錯誤，主要表現在犯了基本常識錯誤和違背專業知識錯誤。這類錯誤所發生的頻率還相當高，是一種不能容忍的不正常現象！
在統計研究設計所包含的3種研究設計中，實驗設計是最重要的，因為很多關鍵性的內容都包含在其中，其核心內容是“三要素”、“四原則”和“設計類型”。所謂“三要素”就是受試對象(或調查對象)、影響因素(包括試驗因素和重要的非試驗因素)和實驗效應(通過具體的觀測指標來體現)；所謂“四原則”就是隨機、對照、重復和均衡原則，它們在選取和分配受試對象、控制重要非試驗因素對觀測結果的干擾和影響、提高組間均衡性、提高結論的可靠性和說服力等方面將起到“保駕護航”的作用；所謂“設計類型”就是實驗中因素及其水平如何合理搭配而形成的一種結構，它決定了能否多快好省且又經濟可靠地實現研究目標。科研人員若對重要非試驗因素考慮不周到、對照組選擇不合理、設計類型選擇不當或辨別不清，導致科研課題的科研設計千瘡百孔、數據分析濫竽充數、結果解釋稀里糊涂、結論陳述啼笑皆非。下面筆者就“實驗設計”環節存在的問題辨析如下。
1 在分析定量資料前未明確交代所對應的實驗設計類型
人們在處理定量資料前未明確交代定量資料所對應的實驗設計，對數千篇稿件進行審閱后發現，大多數人都是盲目套用統計分析方法，其結論的正確性如何是可想而知的。這是一條出現非常頻繁的錯誤，應當引起廣大科研工作者的高度重視。
2 臨床試驗設計中一個極易被忽視的問題——按重要非試驗因素進行分層隨機化
例1：原文題目為《氣管舒合劑治療支氣管哮喘的臨床觀察》。原作者寫到：“全部病例均來源于本院呼吸專科門診和普通門診，隨機分為治療組40例和對照組30例。其中治療組男21例，女19例；年齡21～55歲，平均(36.28±9.36)歲；病程2～23年，平均(10.31±17.48)年；病情輕度者16例，中度24例。對照組30例，男16例，女14例；年齡20～53歲，平均(35.78±9.53)歲；病程3～24年，平均(11.05±6.47)年；病情輕度者13例，中度者17例。兩組間情況差異無顯著性，具有可比性。”請問這樣隨機化，其組間具有可比性嗎？
對差錯的辨析與釋疑：顯然，研究者在試驗設計時未對重要非試驗因素采用分層隨機保證各組之間的可比性。這條錯誤的嚴重程度為不可逆，出現不可逆錯誤意味著原作者的試驗設計具有無法改正的錯誤，必須重做實驗！究其原因，主要是原作者未理解統計學上隨機的概念。統計學上隨機化的目的是盡可能去掉人為因素對觀測結果的干擾和影響，讓重要的非試驗因素在組間達到平衡。稍微留意一下原作者隨機化分組，明顯帶有人為的痕跡，治療組40人比對照組30人多出10人；治療組病程的標準差17.48是對照組病程的標準差6.47的近3倍。筆者很疑惑怎樣的隨機化才能達到如此的不平衡？事實上隨機化有4種：子總體內隨機、完全隨機、分層隨機和按不平衡指數最小原則所進行的隨機，原文條件下應當選用分層隨機，即以兩個重要的非試驗因素(性別和病情)水平組合形成4個小組(男輕，女輕，男中，女中)，然后把每個小組內的患者再隨機均分到治療組和對照組中去，這樣分層隨機的最終結果一定是治療組和對照組各35人，且使2組間非試驗因素的影響達到盡可能的平衡，從而可大大提高組間的可比性。在本例中，若“病程”對觀測結果有重要影響，在進行分層隨機化時，在按“性別”和“病情”分組的基礎上，還應再按“病程”(設分為短、中、長)分組，即共形成12個小組，將每個小組中的患者隨機均分入治療組與對照組中去，這是使“性別、病情、病程”3個重要非試驗因素對觀測結果的影響在治療組與對照組之間達到平衡的重要舉措，也是所有臨床試驗研究成敗與否的最關鍵環節！
3 實驗設計類型判斷錯誤
例2：某作者欲觀察甘草酸、潑尼松對慢性馬兜鈴酸腎病(AAN)腎損害的干預作用，于是，進行了實驗，數據見表1。原作者經過用甘草酸和潑尼松分別與同期正常對照組和模型組比較，一個P＜0.05，另一個P＜0.01，于是得到甘草酸、潑尼松對慢性AAN腎損害具有一定程度的保護作用，且潑尼松的效果更佳。請問原作者的結論可信嗎？表1 各組大鼠血BUN及SCr變化比較（略）注：與正常對照組同期比較，*P＜0.05，**P＜0.01；與模型組同期比較，P＜0.05，P＜0.01
對差錯的辨析與釋疑：本例錯誤極為典型，通常科研工作者欲觀察某種藥物是否有效，習慣上會建立正常對照組、模型組(即該藥物擬治療的病態組)和在模型組基礎上的用藥組(如本例中甘草酸組和潑尼松組)。這樣的設計本身并沒有錯，但這僅僅是專業上的“實驗安排(可稱為多因素非平衡組合實驗[1])”，而并非是統計學中所說的某種標準實驗設計類型。寫在“組別”之下的4個組，并非是一個因素的4個水平，而是2個因素水平的部分組合。這2個因素分別是“是否建模(即正常與模型2個水平)”和“用藥種類[即不用藥(相當于安慰劑)、用甘草酸和用潑尼松3個水平]”。2個因素共有6種水平組合，即“組別”之下缺少了“正常基礎上用甘草酸”和“正常基礎上用潑尼松”。這樣設計的實驗才可能反映出“是否建模”與“用藥種類”2個因素之間是否存在交互作用。
在本課題研究中，由于未在實驗前作出正確的實驗設計，處理數據時錯誤就悄然產生了。具體到本例，從原作者在表1的注解中可以看出，通過單因素方差分析分別比較同期(即相同觀測時間點)的甘草酸組和潑尼松組與正常對照組和模型組之間的差別是否有統計學意義。這樣的做法有3個嚴重錯誤：第一，嚴格地說，在模型組基礎上的用藥組是不適合直接與正常對照組相比較的，因為這樣的比較解釋不清到底是藥物的作用還是由于模型未建成功而造成的假象；第二，將各個時間點割裂開分別比較破壞了原先的整體設計，數據利用率降低，誤差估計不準確，導致結論的可信度降低。將一個重復測量實驗的各個時間點割裂開來考察，就等于在各個片段上估計實驗誤差、作出統計推斷，好像盲人摸象一樣，摸出來的結果差別何其之大；第三，要想說明兩種藥物哪個效果更佳，在得出差別具有統計學意義的基礎上，衡量的標準是應看組間平均值的差量的大小而不應看P值是否足夠地小，不能說P＜0.01時就比P＜0.05時更有效，這種忽視實驗誤差、忽視絕對數量和脫離專業知識的想法和做法都是不妥當的。
如何正確處理表1中的實驗資料呢？關鍵要正確判定該定量資料所對應的是什么實驗設計類型。由前面的分析可知，表1定量資料對應的是“多因素非平衡組合實驗”，而不是某種標準的多因素實驗設計類型。明智的做法是對“組別”進行合理拆分，即根據專業知識和統計學知識，對“組別”之下的所有組重新進行組合，應使每種組合對應著一個標準的實驗設計類型。正確地拆分結果分別見表2和表3。表2 正常對照組與模型組大鼠血BUN及SCr變化的測定結果（略）表3 模型組和2個用藥組大鼠血BUN及SCr變化的測定結果（略）
事實上，由科研習慣形成的這一套實驗方案筆者形象地稱之為多因素非平衡的組合實驗，或者說，它是實驗設計的表現型。通常可以進行統計分析的都必須是標準型(即統計學上所說的某種實驗設計類型)，因此需要能看出代表表現型本質的原型(本例中組別之下應該有6個組，這6個組構成一個2×3析因設計結構，但原作者少設計了2個組)。通常需要將表現型或/和原型拆分成標準型后再選擇合適的統計分析方法進行數據分析。本例根據原作者的意圖，可以將表1拆分成2個標準型，形成2個具有一個重復測量的兩因素設計定量資料，見表2和表3。相應的統計分析方法就是具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的方差分析。此處請讀者注意：第一，具有一個重復測量的兩因素設計定量資料的方差分析和一般的方差分析雖然都叫方差分析，但它們的計算公式卻有本質區別，絕不可混用；第二，重復測量因素(本例中為時間)不要與實驗分組因素(表2中叫“是否建模”；表3中叫“藥物種類”)同時列入左邊，它們是本質不同的兩種因素，一般應該把“重復測量因素”放到表頭橫線下方。
通過本例可以看出，在實驗前明確實驗設計是多么重要的一件事情。試想，若讓本例原作者寫明他的實驗設計類型，他必然就會對基本的實驗設計類型作一番調查和學習，自然就能發現他所“設計”的實驗并不是統計學上相應的實驗設計。那么通過咨詢相關人士必能做出比較正確的實驗設計，不僅可以提高科研設計水平，而且可以大大提高科研課題和論文質量。
例3：原文題目為《土荊芥-水團花對胃潰瘍大鼠黏膜保護作用的研究》。原作者使用單因素多水平設計定量資料方差分析處理表4中的數據。請問原作者這樣做對嗎？表4 各組黏膜肌層寬度、再生黏膜厚度變化（略）注：與正常組比較，aP＜0.05；與NS組比較，bP＜0.05；與CP 10 mg·kg－1 組比較，cP＜0.05
對差錯的辨析與釋疑：本例涉及到統計學三型理論[1]中的一些概念，簡單地說就是可以直接進行統計分析的來自標準設計的數據表叫標準型，反映問題本質但并非是標準型的數據表叫原型，而掩蓋了原型信息的數據表叫表現型。“組別”之下的6個組，似乎是某個因素的6個水平，其實不然！這6個組涉及到多個試驗因素，應對“組別”拆分重新組合后，再分別判定各種組合所對應的實驗設計類型，并選用相應的統計分析方法。組合1：空白對照組(正常)、陰性對照組(NS)，這是單因素兩水平設計(簡稱為成組設計)。由于正常組無實驗數據，故該組合無法進行統計分析；組合2：NS組、RA組、CP(20/mg·kg-1)組，這是單因素3水平設計，因素的名稱叫“藥物種類”；組合3：NS組、CP(10/mg·kg-1)組、CP(15/mg·kg-1)組、CP(20/mg·kg-1)組，這是單因素4水平設計，因素名稱叫CP的劑量(其中，NS組可視為CP的劑量為0)。
對于組合2和組合3，若定量資料滿足參數檢驗的前提條件，可選用相應設計定量資料的方差分析，否則，需要改用相應設計定量資料的秩和檢驗。
4 人為改變設計類型且數據利用不全
例4：某作者使用表5中的數據進行分析，欲比較治療組和對照組在治療后的各個時間點的療效情況，使用的分析方法為一般卡方檢驗，請問原作者這樣做對嗎？
對差錯的辨析與釋疑：從給出的統計表可以看出，該作者有意或者無意之間收集了一類相當復雜的實驗設計類型下的定性資料，結果變量為多值有序變量的具有一個重復測量的兩因素設計定性資料，處理這個設計下收集的定性資料要使用相應設計定性資料的統計模型分析法。由于上述方法過于復雜，因此，通常在實際運用中，實際工作者將重復測量因素武斷地視為實驗分組因素，從而使該資料變為結果變量為多值有序變量的三維列聯表資料。在已經出錯的前提下，原本應當使用CMH校正的秩和檢驗或者有序變量的多重logistic回歸分析處理資料。然而，該作者顯然在此基礎上進一步合并了數據，將結果變量變成二值變量(有效、無效)，也就是說，原作者實際使用的僅僅是最后一列數據(即總有效率)，并且最為嚴重的錯誤是將三維列聯表資料強行降維成二維列聯表資料，使用一般χ2檢驗進行分析。經過一系列的簡化與錯誤合并，最后結論的可信度還剩下多少呢？表5 原作者對2組療效比較的試驗設計及數據表達（略）注：與對照組同期比較，*P＜0.05
由于篇幅所限，這類錯誤筆者只給出1例，實際上此類例子在很多雜志中普遍存在。這說明在進行實驗設計時，很多研究人員并未做到心中有數；分析數據時，按自己熟悉的簡單統計分析方法所能解決的數據結構強硬地改造數據，嚴格地說，在用表格表達實驗資料的那一剎那就已人為改變了資料所對應的實驗設計類型，這種做法的科學性和得出結論的正確性都將受到質疑[2]。
5 正交設計及數據處理方面的錯誤
人們在進行正交設計和對正交設計定量資料進行統計分析時，常存在下列3個誤區：很多人過分強調用正交設計可以大大減少實驗次數，因此，無論各實驗條件(正交表中的每一行)下的實驗結果波動有多大，都不做重復實驗，這是第1個誤區；將正交表各列上都排滿試驗因素，用對實驗結果影響最小的試驗因素所對應的標準誤作為分析其他因素是否具有統計學意義的誤差項，導致誤差項的自由度較小，結論的可信度較低，這是第2個誤區；在對正交設計定量資料進行方差分析后，即使存在多個無統計學意義的因素，仍對少數幾個有統計學意義的因素進行解釋，未將無統計學意義的因素合并到誤差項中去重新估計實驗誤差，以獲得具有較大自由度的誤差項，這是第3個誤區。
參考文獻
關鍵詞 考核方法 生理學實驗 素質教育與創新教育
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
生理學是醫學課程體系中最重要的基礎學科之一，同時生理學又是一門實驗性學科。生理學考核分為理論和實驗考核兩部分，其中實驗考核成績按百分制計算是20分，其中實驗報告占50%，實驗設計占25%，實驗技能考核占25%，即分別是10分、5分和5分。現就這幾年的生理學實驗考核方法實踐的效果進行總結。
1 實驗考核內容
1.1 實驗報告
實驗報告是學生完成實驗后對實驗進行整理后的書面匯報。我們從學生進行的十幾個實驗內容中選擇其中具有代表性的四個實驗撰寫實驗報告。撰寫的實驗內容及分值詳見表1。
實驗報告內容包括七部分，即題目、目的、材料、步驟、結果、討論和結論。具體要求如下：（1）材料：實驗動物要注明，其它簡寫或不寫；（2）方法：簡寫；（3）結果：要求真實、可信，并用圖形、表格或文字描述。如能用圖形或表格表述清楚，就用圖形或表格，必要時用文字簡要地補充。用圖形表示時，要求有圖名、標注等。用表格表示時，要求使用三線表；（4）討論：運用自己所學的相關生理學理論知識對實驗結果進行分析和解釋，討論的內容要論點明確、論據充分、邏輯性強；（5）結論：用一兩句話對整個實驗進行高度的概括。
教師批改實驗報告的標準：首先，書寫格式是否完整、正確，其次看實驗結果是否合理，再次看討論是否有理有據和結論是否具有高度的概括性。一份實驗報告質量的高低主要取決于結果、討論和結論這三部分，尤其是結果和討論。撰寫質量高的實驗報告不僅書寫格式和內容完整，而且結果真實、合理，對實驗結果的分析有理有據、前后聯系、一氣呵成，得出的結論不僅簡單明了，而且能抓住關鍵點。
1.2 實驗設計
實驗設計是培養學生綜合素質和創新能力的良好途徑。
實驗設計是在實驗課中穿插3次進行的，課堂上的總學時為12學時。第一次是實驗設計講座， 在開實驗課后的第五周由教學經驗豐富的教授講授。實驗設計講座主要介紹“醫學科研設計和學生實驗設計的基本要求”，內容包括：（1）科學研究的意義；（2）醫學科學研究的基本程序、選題、文獻的查閱和設計實驗方案；（3）實驗結果的統計學分析；（4）論文撰寫。講座后，教師給出十幾個難度適中，與生理學密切相關的題目，由學生選擇一個題目進行設計。4～6個學生自由組合成一組，每組中的成員要分工協作并根據所學生理學和其他學科的知識以及查閱的文獻資料在兩周時間內寫出初步設計方案。在初步的設計過程中，學生之間或學生與帶教教師互相探討。第二次是實驗設計討論，由教師與學生在課堂上共同討論初步設計方案。課堂上每組選出一個代表闡述本組的實驗設計思路，然后由其他組及本組的學生進行評議，找出存在的問題及解決問題的可能辦法，最后由帶教教師對每組實驗設計方案進行講評，指出存在的問題及解決方法，最終每個小組重新寫出完整的實驗設計方案。實驗設計方案包括：（1）實驗題目；（2）立題依據；（3）實驗對象；（4）實驗材料；（5）實驗方法；（6）實驗步驟；（7）觀察項目；（8）預期結果。學生完成后，再由帶教教師從立題依據、實驗方法的科學性和可行性等方面進行評閱，教師與學生共同討論每份設計中存在的問題及改進的方法，最后寫出設計比較合理、可行性較好、邏輯性較強的實施方案，然后由實驗教師與學生一起做好實施前的準備工作。第三次是實驗設計實施。根據實驗實施方案由每組學生成員親自完成整個實驗，帶教教師僅做輔導工作。根據做出的實驗結果撰寫出一份附有實驗設計方案的最終實驗報告，由帶教教師根據課堂討論情況和最終實驗報告給出分數。
1.3 實驗技能考核
實驗技能考核是在本學期實驗課結束后對學生實驗操作技能掌握程度進行評價。
考核內容包括兩部分：（1）坐骨神經—腓腸肌標本的制備，主要考查學生標本是否制作完整、規范以及標本是否具有活性；（2）哺乳類動物的手術操作，主要從家兔的捉拿、麻醉與固定、神經與血管的分離、氣管插管等方面考查學生的動手能力。考核是以班級為單位，每兩位學生自由組合為一組，考核的內容抽簽決定，考試時間是15分鐘。實施時每班安排在兩個實驗室進行，每個實驗室由三位教師監考，考核內容均由學生獨立完成。教師根據學生是否嚴格遵守實驗操作規程、每項實驗操作的關鍵步驟是否準確、實驗結果是否正確、是否能正確辨認結果及是否在15分鐘內完成等項目打分。
2 體會
生理學實驗課的各種手術操作是臨床醫學操作的一個基礎，掌握好生理學實驗基本技能和方法是醫學生以后臨床工作的必備條件。與傳統的實驗考核方法比較，通過從實驗報告、實驗設計和實驗技能考核這三方面來評價學生的學習成績，能夠較客觀地反映學生的綜合素質。通過實驗報告的書寫使得學生通過實驗的親自操作將所學的理論知識進行了驗證，既磨練了學生的文字功底，又加深了對理論知識的理解和掌握，也為今后科研論文的撰寫打下一定的基礎。通過實驗設計大大地激發學生學習生理學的興趣，培養了學生觀察、分析、解決問題的能力及創新意識。
通過對實驗考核方式的實踐，發現從多個層次和不同側面考核學生，并且考核內容始終貫穿于實驗教學全過程當中，不僅能較客觀地評價學生的成績，而且更全面地反映教學效果，以促進教學質量提高，也是高等教育為促進學生綜合素質的發展、開發學生創造性思維的需要。①雖然在實施的過程中也存在一些問題，如實驗操作中的偶然性和教師評判的隨機性、主觀性等，但是，實驗報告、實驗設計、實驗技能的考核是理論與實踐相結合最有效的一種教學手段，②也是素質教育和創新教育的一種體現。
注釋
