实验研究方法

实验研究方法

实验研究是一种受控的研究方法，通过一个或多个变量的变化来评估它对一个或多个变量产生的效应。实验的主要目的是建立变量间的因果关系，一般的做法是研究者预先提出一种因果关系的尝试性假设，然后通过实验操作来进行检验，是利用仪器、设备，人为地控制或干预研究对象，使某种事件或现象在有利于观察的条件下发生或重演，从而获得科学事实和结论的研究方法。

根据实验的目的，分为探索性实验和验证性实验研究法。探索性实验是探索研究对象的未知性质，了解它具有怎样的组成，有哪些属性和变化特征，以及与其他对象或现象联系的实验方法。其特点是根据实验的目的，利用已知的、外加的因素去干扰研究对象，看它会发生什么样的变化，出现什么样的现象，产生怎样的结果。这种实验一般都具有试探的性质，因此也称之为试验。验证性实验是验证某一理论或假设是否正确的实验方法。当对研究对象有一定的了解，并形成一定认识或提出某种假设时，就需要用实验来证明其正确与否。

按实验在科学认识中的作用分，可分为对照实验、析因实验、模拟实验。对照实验是设置两个或两个以上的相似组样，一个是对照组，作为比较的标准，其余是试验组，通过某种实验步骤，判定实验组是否具有某种性质或影响。析因实验是为了寻找、探索影响某事物的发生和变化过程的主要原因而安排的一种实验。这种实验的特点是结果是已知的，而影响结果的因素特别是其主要因素是未知的。进行析因实验，首先要尽可能全面掌握影响结果的各种因素。为此，就要进行详细、周密的调查研究，不放过任何微小的现象。因为有时恰恰是那些微不足道的因素，即是造成某种结果的重大原因。如果有两个因素影响，可采用对照实验确定其主要影响因素。对于有多个影响因素的析因实验，可采用逐步排除的方法，即每次在控制几种因素不变的情况下，只改变其中的一个因素，以确定每一个因素的具体影响，最后找出其主要原因。有时造成某种变化或现象的原因并不是哪一个因素单独起作用的结果，就要同时进行多变因素的析因实验。模拟实验是在科学研究中，由于受客观条件的限制，不允许或不能对研究对象进行直接实验，为了取得对研究对象的认识，人们可以通过模拟的方法，选定研究对象的代替物（即模型），模拟研究对象（即原型）的实际情况，对代替物进行实验。

实验研究过程： 1、确定实验目标

即通过实验要解决哪些问题，所以在实验前，明确实验针对的问题，对问题进行讨论和分析，确定实验的目标。设计实验目标既要考虑实验本身的要求，又合乎实际的工作条件、研究水平和时间。

2、提出实验假设

明确了所要研究的问题后，要在实验前提出假设，即先猜想可能出现的结果，并做出自己的判断。假设是实验研究一个非常重要的环节，只有提出科学的假设，才能获得科学的实验结果。实验假设是根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律性提出的一种初步的假定性的推测和说明，即实验问题的暂时答案。假设的建立使实验设计具有目的性、计划性和预见性。

3、确定变量

变量是指随着条件、情景的变化而在数量或类型上起变化的方面，分为自变量、因变量和无关变量。自变量是指实验中由实验者操纵、给定的因素或条件。因变量也称反应变量，是指实验中由于自变量而引起的变化和结果。自变量是原因，因变量是结果。实验中要设法使一个自变量对应于一个因变量，然后解释这种前因后果就可得出结论。无关变量是指那些不是实验要研究的自变量与因变量之外的一切变量，由于它将对实验结果产生影响，所以在实验过程中需要加以控制。

4、实验过程设计。必须预先有—个大致的安排，使所有实验的研究做到心中有数。研究的步骤、方法和时间进程都是确保实验研究方案实施的具体保证。没有这些研究工作的具体措施安排、时间保障，实验就会落空。因此，在确定实验研究步骤时要注意符合该实验的性质，在选择研究方法时更要兼顾实验要求和研究者的特长以及可能提供的研究条件。在规划时间进程时，要注意留出—定备用时间，以应付那些原先预料不及的特殊情况的产生，做到有备无患。

5、实验总结阶段

这一阶段的主要任务是处理、分析实验数据，检验实验假设，得出实验结论，形成科学认识，并作为以后实验过程的理论指导。

实验研究方案主要包括上述几个方面内容，但在实际研究过程中，研究方案

并不是—成不变的。在实施方案中，如果出现了一些预料不到的特殊情况而影响研究的正常开展，那就必须迅速及时地对方案进行必要的修正。

课题研究过程中的实例及思路：

实例1：电极制作工艺中出现的问题及解决方法

制作一种气体扩散电极，其功能是气体能通过电极透过但水溶液不能透过，从而实现气体从电极的一侧透过后到达有水溶液的一侧参与气液固三相反应过程。制作过程中遇到的问题有：1、电极烘烤过程中出现烧坏的情况；2、电极抗水压能力不足导致渗水现象。对于上述出现的两种问题分别进行了如下分析和相关实验研究。

1、对于电极烘烤过程中造成电极烧坏问题的实验研究 实验目标：找出电极烧坏原因并进行相关调整避免电极烧坏。

实验分析：电极烧坏的因素较多，首先考虑是设备原因，如烤箱在温度控制方面不准确以及鼓风不均匀造成的局部温度过高；其次，烘烤工艺的设定包括各个温度停留时间以及升温速率过快等原因造成电极烧坏；此外，由于电极烘烤是为了去除之前在配置浆料过程中带入的表面活性剂等有机物，因此也需考虑是否因为加入这些表面活性剂的量过多造成的；除了以上原因，电极组成物质中加入的不同种类的炭黑含量也有可能造成影响。

实验假设：根据上述分析对可能影响实验结果的原因依次进行假设验证。 确定变量：每个可能造成电极烧坏的因素都作为自变量，设计实验考察每个自变量对实验结果的影响。

实验设计：采用单因素分析法，每次实验过程中只改变其中一个自变量，保持其它变量固定不变，进行试验并观察实验结果。

实验过程及结果：对设备原因进行考察，采用热电偶测试了烤箱在升温过程中的各个温度点的实际温度，发现能够稳定控制温度，可以达到电极烘烤的温度控制精度；对烘烤工艺作了相应改进，调慢了升温速率，但每次到达特定温度点后依旧会发生电极烧坏的情况；减少了表面活性剂的添加量之后，电极烧坏程度略有缓解，但无法完全避免。对电极组成物质中的炭黑组成进行调整，减少了酸化炭黑的含量，并增加石墨化炭黑的含量，最后避免了电极烧坏情况的发生。

实验总结：对于实验中出现的具体问题，造成这种实验结果的原因可能有很

多，经过初步的分析可以得出影响这种实验结果的几个单独的因素，之后对每个因素进行单独验证在一定程度上可以找出影响实验结果的主要因素。

2、电极抗水压能力不足导致渗水问题的实验研究。

实验目标：改变电极制作条件，在保证电极催化性能的前提下使其达到抗水压所需的能力

实验分析：电极厚度和电极压制过程中所施加的压力是影响其抗水压能力的两个主要因素，同时这两个因素的改变也会对电极催化性能产生一定的影响，因此实验中需要对这两个因素的不同参数值进行组合测试找出两者的合适值。

实验假设：假设电极厚度及电极压制压力分别提高到相应值后可以使电极的抗水压性能达标，同时对电极的催化性能的影响在要求的范围之内。

确定变量：电极厚度及电极压制压力作为实验变量。

实验设计：对厚度和压力两个因素的各个水平值进行组合制作电极，之后进行耐水压测试和催化性能测试并观察实验结果。

实验过程及结果：对电极厚度和电极压制压力的各个设定值进行组合实验制作电极后，在耐水压测试中发现只有当电极厚度大于特定定值之后，并且电极压制压力需要控制在某一区间，这样才能起到防水渗透效果并且对催化性能的影响也在可接受的范围内。

实验总结：当实验结果的主要影响因素较多的情况，可以对各个因素的不同取值进行组合实验，并根据实验结果确定最终合适的取值条件。对实验结果造成影响的因素一般较多，有时选择的各因素不一定全面可能无法实现预期的目标则需重新进行选择。

实例2： 实例3：