首届北京市中小学教职工实验技能比赛培训手册.doc

1 首届北京市中小学教职工实验技能比赛 培训手册 （小学科学单项） 2 目目 录录 第一章第一章 基本科学实验仪器使用规范基本科学实验仪器使用规范 .4 4 第一节 力学实验仪器的使用规范 .4 一、托盘天平的使用规范.4 二、刻度尺的使用规范.5 三、秒表的使用规范.7 四、弹簧秤的使用规范.9 五、量筒/量杯的使用规范.9 第二节 热学实验仪器使用规范.11 一、温度计的使用规范.11 二、酒精灯的使用规范.12 第三节 光学实验仪器使用规范.13 一、普通光学显微镜的使用规范.13 第二章第二章 小学科学实验方法及其操作规范小学科学实验方法及其操作规范 .1717 一、观察法.17 二、控制变量法.18 三、类比法.18 四、放大法.19 五、比较法.19 六、平衡法.20 七、转换法.21 八、理想实验法.21 第三章第三章 小学科学实验数据处理规范小学科学实验数据处理规范 .2323 第一节 误差分析.23 一、误差定义及分类.23 二、随机误差（偶然误差）.23 三、系统误差.24 第二节 测量结果的有效数字.25 一、有效数字的特征.25 二、数值表示的标准形式.25 第三节 数据处理方法.26 一、列表法.26 二、作图法.27 关于实验理论应用的关于实验理论应用的说说明明 .2929 附录附录 .3131 3 小学科学典型实验.31 一、溶液酸碱性测试.31 二、摆的运动实验.33 三、凸透镜成像规律实验.36 四、组装简单串、并联电路.38 五、固体传热实验.41 六、水的热胀冷缩实验.43 七、杠杆实验.44 八、植物细胞临时装片的制作与观察.47 九、口腔上皮细胞临时装片的制作与观察.49 十、种子中有机物成分的测定.50 4 第一章第一章 基本科学实验仪器使用规范基本科学实验仪器使用规范 第一节第一节 力学实验仪器的使用规范力学实验仪器的使用规范 一、托盘天平的使用规范一、托盘天平的使用规范 1.托盘天平的构成及其原理 托盘天平是利用等臂杠杆原理，当杠杆平衡时，由标准物（砝码）质量反映被测物 质量的质量测量工具。 托盘天平常用于精确度要求不高的称量。托盘天平的横梁架在天平座上。横梁的左 右有两个盘子。横梁的中部有指针与刻度盘相对，根据指针在刻度盘左右摆动的情况， 可以看出台秤是否处于平衡状态。最大载重量一般为200 g，最小分度值为0.1 g。 托盘天平和砝码 2.基本操作步骤： (1) 将托盘天平置于平稳的桌面上。 (2) 称量前，将游码移至零点，调节平衡螺丝，使指针停在刻度盘的中间位置。 (3) 称量时，称量物不能直接放在秤盘上称量。对于一般性药品，先在左右托盘 上各方一张质量相等的称量纸，药品放在纸上称量。潮湿或有腐蚀性的药品，必须放 在玻璃容器内（表面皿、烧杯或称量瓶）称量。左盘放称量物，右盘放砝码。 称取一定质量的药品时，先调整砝码和游码至所需质量，然后不断添加药品，直 至天平平衡。 对于未知质量的物体，称量时，先估计它的质量大小范围，随后从大到小地添加 或更换砝码，直到天平平衡。 (4) 称量完毕，把砝码放回原盒中，游码移回零处。天平要保持清洁干燥。 3.使用注意事项： (1) 用镊子夹砝码，不能用手直接拿砝码。 5 (2) 不能称量热的物品。 (3) 称量物不能直接放在托盘上，根据情况可放在称量纸上、表面皿或烧杯里。 (4) 称量物及盛器的总质量不能超过台秤的最大载重。 (5) 保持天平的清洁，托盘上有药品或污物时，要及时清理。 (6) 称量结束后，将砝码放回到砝码盒中盖好盒盖，游码退到零处，使台秤恢复 原状。 二、刻度尺的使用规范二、刻度尺的使用规范 1.刻度尺的构造及其原理 长度测量是最基本的测量，最常用的工具是刻度尺。刻度尺分为直尺和卷尺。其作 用是通过与标准长度的比较来反映被测量物体或距离的长度。直尺的材质有钢、木、塑 料等；卷尺的材质有钢、塑料和纤维（皮尺）等。 任何物理量的测量都必须先规定单位。小学科学测量中，长度的单位一般是米、分 米、厘米和毫米。最小单位一般是毫米。必须注意，测量结果由测量数字和单位组成， 无单位的测量数据是无意义的；测量结果需按有效数字记录，有效数字反映了测量的精 度。测量值和真实值之间的差异叫做误差。任何测量都有误差，误差或来自刻度尺本身 的精度，或来自测量方法，或来自测量人员，误差不可消除，但要尽量减小。 2.刻度尺的使用要点 使用前：做到三看，即首先看刻度尺的零刻度是否磨损，如已磨损则应重选一个刻 度值作为测量的起点。其次看刻度尺的测量范围（即量程）。原则上测长度要求一次测 量，如果测量范围小于实际长度，势必要移动刻度尺测量若干次，则会产生较大的误差。 最后应看刻度尺的最小刻度值。最小刻度代表的长度值不仅反映了刻度尺不同的准确程 度，而且还涉及到测量结果的有效性。量程和最小刻度值应从实际测量要求出发兼顾选 择。 3刻度尺使用的注意事项 （1）使用时应注意正确放置和正确观察。 6 正确放置的关键是做到：尺边对齐被测对象，必须放正重合，不能歪斜；尺的刻面 必须紧贴被测对象，不能“悬空”。 正确观察的关键是视线在终端刻度线的正前方，视线与刻面垂直，看清大格及小格 数。 （2）正确记录测量结果 一般情况下应估读到最小刻度值的下一位。如学生用直尺最小刻度是 mm，用它测量 物体的长度，若观察者认为对准在 2.4cm 刻度线上时，正确记录应为 2.40cm，其中 2.4cm 是尺面准确读出的数，最小刻度下要估读一位数，需在毫米的 10 分位上加“0”， 表明 4mm 是准确数，估读数是 0。 注意：记录测量结果时必须写上相应的单位。 （3）正确认识误差 7 误差产生的原因来自于测量仪器的准确程度、实验原理的局限性、环境与人为的 客观因素等。因此，任何测量中的误差是不可避免的。只能努力设法减小误差，不可能 消除误差。误差与错误不同，错误是由于方法不当、人为主观因素（读错、记错等）造 成的，因此在实验中错误应该避免也能够避免。 减小误差的途径：选用准确度较高的测量仪器，改进实验方法，熟练实验技能等。 在一般实验中，减小误差的有效途径是取多次测量的平均值（这种方法对偶然误差的减 小有效）。 三、秒表的使用规范三、秒表的使用规范 计时仪器是力学实验中常用的一类时间测量仪器，常用的计时仪器有机械秒表、电 子秒表和数字毫秒计等。 1.机械秒表 （1）构成及使用 机械秒表简称秒表，它分为单针和双针两种。单针式秒表只能测量一个过程所经历 的时段，双针式秒表能分别测量两个同时开始不同时结束的过程所经历的时间。如上图 所示的秒表是一种单针式秒表。秒表由操纵秒针起动、制动和指针回零的控制机构(包括 按钮)，发条以及齿轮等机械零件组成。 秒表有各种规格。一般的秒表有两个针，长针为秒针，每转一圈是 30s(也有 60s、l0s 和 3s)；短针为分针，每转一圈是 15min 或 30min(即测量范围为 0-15min 或 0- 30min)。表面上的数字分别表示 s 和 min 的数值。 使用机械秒表测量所产生的误差可分为两种情况。(1) 短时间的测量(几十秒内)， 其误差主要是按表和读数的误差；(2) 长时间的测量(1min 以上)，其误差主要是秒表走 动快慢与标准时间之差。对不同的秒表，这种误差有所不同。因此，在进行长时间测量 前，应先用标准钟对使用的秒表进行校准。 （2）机械秒表的一般使用方法如下： 使用秒表前，先检查发条的松紧程度，若发条已经松弛，应旋动秒表上端的按钮， 上紧发条，但不宜过紧。 测量时按下按钮，指针开始运动；再按按钮，指针停止运动；再按一次按钮，指 8 针便会回到零点位置。 （3）使用秒表时应注意轻拿轻放，尽量避免振动与摇晃。当指针不指零时，应记下 零读数，计时完毕后，再对读数进行修正。 2. 电子秒表 （1）构成及使用 电子秒表是一种电子计时器，目前国产的电子秒表一般都是利用石英振荡器的振荡 频率作为时间基准，采用 6 位液晶数字显示时间。电子秒表的使用功能比机械秒表要多， 它不仅能显示分、秒，还能显示时、日、月及星期，并且有 1l00s 的功能。一般的电 子秒表连续累计时间为 59min 59.99s，可读到 1l00s，平均日差0.5s。 电子秒表配有三个按钮，如图 2-10 所示。在图 2-10 中，为秒表按钮，为功能 1 S 2 S 变换按钮，为调整按钮，基本显示的计时状态为“时” 、 “分” 、 “秒” 。 3 S （2）电子秒表的基本使用方法 在计时器显示的情况下，将按钮按住 2s，即可出现秒表功能，如图（a）所示。 2 S 按一下按钮开始自动计秒，再按一下按钮，停止计秒，显示出所计数据，如图（b） 1 S 1 S 所示。按住两秒，则自动复零，即恢复到图（a）所示状态。 3 S 若要纪录甲、乙两物体同时出发，但不同时到达终点的运动，可采用双计时功能 方式。即首先按住两秒钟，秒表出现如图（a）所示的状态。然后按一下，秒表开始 2 S 1 S 自动计秒。待甲物体到达终点时再按一下，则显示甲物体的计秒数停止，此时液晶屏 3 S 上的冒号仍在闪动，内部电路仍在继续为乙物体累积计秒。把甲物体的时间记录下后， 再按一下，显示出乙物体的累积计数。待乙物体到达终点时，再按一下，冒号不闪 3 S 1 S 动，显示出乙物体的时间。这时若要再次测量就按住两秒，秒表出现 (a)所示的状态。 3 S 若需要恢复正常计时显示，可按一下，秒表就进入正常计时显示状态，在图 (c)中显 2 S 示出 9h 17min 18s。 若需要进行时刻的校正与调整，可先持续按往，待显示时、分、秒的计秒数字 2 S 闪动时，松开，然后间断地按，直到显示出所需要调整的正确秒数时为止。如还需 2 S 1 S 校正分，可按一下，此时，显示分的数字闪动，再间断地按，直到显示出所需的正 3 S 1 S 确分数时为止。时、日、月及星期的调整方法同上。 9 电子秒表及其调节示意图 四、弹簧秤的使用规范四、弹簧秤的使用规范 1.弹簧秤的构成 弹簧秤由弹簧,刻度指示板,指针,拉力钩组成。 2.弹簧秤的工作原理 弹簧秤是根据在弹性限度内弹簧的伸长量与拉力成正比的规律而制成。 3.弹簧秤使用要点和注意事项： 检查测力计的指针是否指 0 处； 如测力计有问题，要调换，也可自行调节； 将食指在测力计的提环内，用挂钩钩住钩码或重物，并将物体提起或拉动； 读数时，视线要与指针相平； 测定的力不可超过测力计标定的最大数值； 正确地读出和写出力的数值和力的单位。 五、量筒五、量筒/量杯的使用规范量杯的使用规范 1.量筒/量杯的构成 10 量筒和量杯 量筒/量杯不能用作精密测量，只能用来测量液体的大致体积。规格以其所能量取的 最大体积（mL）表示，分101000 mL等多种。 2.量筒/量杯测量的基本操作步骤 (1) 取一量程合适的量筒/量杯，以减少误差。 (2) 取用量较多的液体试剂时，将液体直接倾倒至量筒/量杯，即左手拿住量筒， 使量筒略倾斜，右手拿试剂瓶，使瓶口紧挨着量筒口，使液体缓缓流入；取少量液体 时，可以用胶头滴管滴加。 向量筒倾倒液体 (3) 注入液体后，稍等一会，使附着在内壁上的液体流下来，再读数。 (4) 读数时，将量筒/量杯置于水平台面上，视线应与液面最凹处（弯月面底部） 同一水平面上进行观察，读取与凹液面相切处的刻度。 11 观察量筒内液体体积 3.使用注意事项： (1) 量取液体时，量筒应选择合适的规格，不要用大量筒量取少量液体，也不要 用小量筒多次量取体积较大的液体。 (2) 量筒不可加热，也不能用于配制溶液。 第二节第二节 热学实验仪器使用规范热学实验仪器使用规范 一、温度计的使用规范一、温度计的使用规范 1.温度计的构成及其原理 温度计是利用液体热胀冷缩的性质进行温度测量的工具。温度计用于粗略测量物体 的温度，实验室常用温度计，有酒精温度计和水银温度计两种，有 100、200、360 等多种规格。 水银温度计和酒精温度计 2.基本操作步骤： (1) 估计待测液体的温度，选用量程合适的温度计。 (2) 将温度计的玻璃泡，全部浸没在待测液体中，但不要碰到容器底和容器壁。 (3) 将温度计玻璃泡浸没在待测液体中要稍候一会儿，待温度计内的液柱不再上 升或下降，再读数。 (4) 读数时，温度计玻璃泡，要继续留在被测量液体中。视线应与液面同一水平 面上进行观察，读取与酒精温度计凹液面相切处的刻度，而读取与水银温度计凸液面 相切处的刻度。 3.使用注意事项： (1) 温度计的水银球/酒精球部位的玻璃壁很薄，很容易破碎，所以温度计不可以 12 用于搅拌。 (2) 刚测量完过高温度的温度计，切不可立即用冷水冲洗，以防骤冷而爆裂。 (3) 测量液体温度时，将温度计的水银球/酒精球要浸入液面以下。 (4) 测量蒸馏气体的温度时，水银球部位要与蒸馏头的支管口相平。 二、酒精灯的使用规范二、酒精灯的使用规范 1.酒精灯的构成和原理 酒精灯是最常用的加热仪器，加热温度一般为400500，其加热温度对于大多数 实验是适用的。构造：灯帽、灯芯、灯壶三部分组成。 酒精灯 2.基本操作步骤： (1) 检查灯芯并修整。灯芯不要过紧，也不要过松，灯芯不齐或烧焦，可用剪刀 剪齐或将烧焦处剪掉。 (2) 添加酒精。用漏斗将酒精加入酒精灯壶中。加入量为不超过壶容积的2/3。 (3) 点燃。取下灯帽，用镊子调节灯芯的高低，以控制火焰大小，用火柴将灯芯 点燃。 (4) 加热。用灯焰的外焰加热。 (5) 熄灭。用灯帽从火焰侧面轻轻盖上。片刻后，再把灯帽提起一下，然后再重 新盖上。 (6) 放置。盖好灯帽。 3.使用注意事项： (1) 点灯时，决不允许用燃着的酒精灯对点，否则易引起火灾。 酒精灯的点燃和熄灭 13 (2) 添加酒精时，必须熄灭灯焰，再用漏斗注入。酒精的最大容量不超过容积的 2/3，过满容易因酒精蒸发而在灯颈处起火；最小容量不少于 1/4，因酒精过少既容易 烧焦灯芯，又容易在灯内形成酒精与空气的爆炸混合物。 (3) 熄灭灯焰时，用灯罩将火焰熄灭，决不能吹灭。盖灭片刻后，应将灯罩打开 一次，再重新盖上，以免冷却后盖内形成负压而打不开罩子。 (4) 放置时，盖好灯帽，否则酒精易挥发造成浪费，且酒精挥发后灯芯上遗留下 酒精中的水分使灯芯不易点燃或燃烧不好。 第三节第三节 光学实验仪器使用规范光学实验仪器使用规范 一、普通光学显微镜的使用规范一、普通光学显微镜的使用规范 1.普通光学显微镜的构造 左图-显微镜的结构 1.目镜 2.镜筒 3.物镜转换器 4.物 镜 5.通光孔 6.聚光器 7.光圈 8.反光 镜 9.粗调节器 10.细调节器 11.镜臂 12.推进器 13.载物台 14.倾斜关节 15. 镜柱 16.镜座 2.普通光学显微镜的工作原理 光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提 16 14 取微细结构信息的光学仪器。 普通光学显微镜包括机械装置和光学系统。 （1）机械装置：主要有镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器与调焦装置组成。 其作用是固定与调节光学镜头，固定与移动标本等。 镜座和镜臂 镜座 作用是支撑整个显微镜。 镜臂 作用是支撑镜筒和载物台，下部还装有聚光镜、可变光阑和反光镜。镜臂与镜 座之间有机械关节相连，可用于调节镜筒的倾斜度，便于观察，镜臂不能过于后倾，一 般不超过 40。但是在使用临时装片观察时，禁止使用倾斜关节（当镜筒倾斜时，载物 台也随之倾斜，载玻片上的液体易流出），尤其是装片内含酸性试剂时严禁使用，以免 污损镜体。 载物台（又称工作台、镜台） 载物台的作用是安放载玻片，中心有一个通光孔。载物台上安装有移动标本制片的 推进器。 镜筒 镜筒上端放置目镜，下端连接物镜转换器。为单筒直立式，不可倾斜。 物镜转换器 物镜转换器固定在镜筒下端，有 3 个物镜螺旋口，物镜应按放大倍数高低顺序排列。 旋转物镜转换器时，应用手指捏住旋转盘旋转，不要用手指推动物镜，因时间长容易使 光轴歪斜，使成像质量不清晰。 物镜可以一个一个地推到正确的使用位置，每推动一个物镜听到“咔”的一声，物 镜的光轴便与目镜的光轴结合，利于观察。 调焦装置 显微镜上装有粗准焦螺旋和细准焦螺旋。位于镜臂的上端较大的一对螺旋是粗准焦 螺旋，其转动一周，镜筒上升或下降 10mm。 位于粗准焦螺旋下方较小的一对螺旋为细 准焦螺旋，其转动一周，镜筒升降值为 0.1mm，细准焦螺旋调焦范围不小于 1.8mm。 （2）光学系统：包括目镜、物镜、聚光镜、可变光阑、反光镜。 目镜：是由一组透镜组成、插在镜筒顶部的镜头，靠近观察者的眼睛。它的作用 是将物镜放大后反映出的倒立实像进一步放大而成倒立的虚像。有 5*、10*、16*。 物镜：靠近被观察的物体即标本，其作用是将被观察的物体作第一次放大。放大 倍数在 10 倍以下的为低倍镜头；40*为高倍镜头，这类物镜与标本之间不需要加任何的 液体介质，称为干燥物镜。100*为油镜，使用时要在标本和物镜之间加入液体做介质， 如香柏油。每一物镜的镜筒上都刻有一组数字，如 10/0.25 和 160/0.17，其中，10 为放 大倍数，160 为光学筒长（单位：毫米） ，0.17 是所要求的盖玻片厚度（单位：毫米） ， 0.25 为数值孔径即镜口率，镜口率越大，工作距离越小，分辨率（是判别标本两点之间 的最短距离的能力）越强，物镜的性能越好。 15 聚光器：聚光器也叫集光器。位于载物台下方的聚光器支架上。它主要由聚光镜 和可变光阑组成。 聚光镜：在载物台下面，由透镜组成，它可以集中透射过来的光线，使更多的光能 集中到被观察的部位。聚光镜可通过其升降螺旋的转动进行上、下调节以求适宜光度： 向下降落光线减弱，向上提升则光线增强。用高倍镜时，视野范围小，则需上升聚光镜； 用低倍物镜时，视野范围大，可下降聚光镜。 可变光阑：在聚光镜下面，控制由反射镜来的光束大小，以调节物象的清晰度。 （简 易的显微镜是用金属转盘上的大小不同的圆孔来调节的。 ）它是由十几片薄金属片组成的 虹彩光圈，调节时推动其把手。光强时缩小光圈，光弱时放大光圈。虹彩光圈下面还附 设有一个金属圆圈，根据需要可放置某种色调的滤光片，作用是让所选择的某一波段的 光线通过，而吸收掉其他的光线，即为了改变光线的光谱成分或削弱光的强度。 提高观 察效果和突出某一部位的效果。 反射镜：利用自然光照明的显微镜都装有反射镜，是一面平、一面凹的双面镜， 可以在弧弓上翻转，其作用是把光线送入聚光器。平面仅能反光，光线均匀；凹面兼有 反光和汇集光线的作用，光线集中。根据光线的强弱决定使用哪一面，光线弱时使用凹 面，反之使用平面。 3.显微镜的使用方法 显微镜的使用方法主要包括两方面的内容，一是光度的调节，二是焦距的调节。具 体使用方法如下： （1）取镜 要轻拿轻放。从镜盒中取显微镜时右手握住镜臂，左手平托镜座，保持镜筒直立， 不可倾斜和单手提镜，以免摔落目镜。将显微镜放在座位左侧里离桌边 5 厘米处，右侧 可放记录本和绘图纸等。 （2）安装目镜 取下目镜镜头盖，从镜头盒里取出所需倍数目镜，安放在镜筒上。注意取目镜时， 手指不要触碰目镜的上下透镜，以免污染镜头。 （3）对光 转动转换器使低倍物镜对着载物台中央的通光孔，将反射镜转向光源，使光线射入 聚光器，用左眼从目镜中观察并调节反射镜、聚光器以及光阑，使视野中充满光线，均 匀、明亮而不刺眼。 （4）调焦观察 把准备好的玻片放在载物台上，固定好，用推进器移动载玻片，使玻片中的被观察 材料对准载物台的通光孔正中。从侧面看着，旋转粗准焦螺旋，逐渐下降镜筒，至物镜 将接近玻片时（物镜与玻片的距离不少于 5 毫米） ，用左眼看目镜，双手慢慢转动粗准焦 螺旋使镜筒上升，直到物象清晰为止。切记不要一开始就一面看着目镜，一面下降镜筒， 这样会碰坏玻片，污损物镜。此时，若物象不在视野中央，可用推进器慢慢移动载玻片， 16 在视野中寻找。物像出现后，再用细准焦螺旋进行调节，直至物像清晰。通常使用低倍 物镜观察时，用粗准焦螺旋调焦就可以得到满意的效果，此时应尽量不用或少用细准焦 螺旋。 观察时睁开双眼，做到左眼观察，右眼看绘图。 （5）高倍物镜观察 如需详细观察某一部分的细微结构，则先在低倍物镜下找到合适的清晰的目标，并 移到中央，然后转动物镜转换器，用高倍物镜观察，此时只需将细准焦螺旋向上或向下 转动即可看到清晰的物像。切记：使用细准焦螺旋时，用力要轻，转动要慢，转不动时 不要硬转。 在观察过程中，由于材料、目镜、物镜放大倍数等不同，所需光线强弱也不同，可 以调节聚光镜上、下位置和光阑的大小。如由低倍物镜转换成高倍物镜后，物像会显得 暗且不清晰，这时可通过适当升高聚光镜或放大光圈来调节。 在使用高倍物镜时，因工作距离很短，一般不可再动粗准焦螺旋。 （6）油镜观察 如观察材料欲放大 1000 倍以上时，则需要使用油浸镜头即 100 倍的物镜 。使用油 镜时，采用的目镜跟使用其他倍数的物镜时一样，观察时也必须先在低倍物镜中找到被 检物像，再换高倍物镜调焦，并将被检部分移到视野中心。然后移开物镜镜头，在盖玻 片上滴一滴香柏油或石蜡油，再将油镜头换上观察。切记：使用油镜头时，绝对不能使 用粗准焦螺旋，只能用细调，否则会压碎玻片或损伤物镜镜头。油镜使用完毕，应立即 用擦镜纸蘸少许清洁剂（无水乙醇：乙醚=3:7） ，将镜头上的油擦去，否则油干燥后，就 不易清除。最好不用二甲苯擦，以免二甲苯进入镜头，使树胶溶解，透镜松动。 （7）换玻片标本 每一种标本观察完毕后，必须把高倍物镜或油镜转换至低倍物镜，在低倍镜下取出， 这样可避免损坏玻片和镜头。换上新玻片后，重新从低倍物镜开始观察。 （8）用后整理 实验全部完成后，将镜筒升高，取下玻片；用干净的纱布等把载物台擦拭干净；转 动物镜转换器，将物镜转成八字形垂于镜筒下，以免物镜镜头下落与聚光镜碰撞。然后 调节粗准焦螺旋使镜筒下降至两物镜侧面与载物台轻触为止。取下目镜放入镜头盒内， 并将镜头盖安放进目镜镜筒。转动反射镜，使镜面与载物台垂直。右手握镜臂，左手平 托镜座将显微镜放人箱内。 17 第二章第二章 小学科学实验方法及其操作规范小学科学实验方法及其操作规范 科学实验一般包括五个环节，明确实验目的；选择实验原理和方法；合理选 择实验仪器和装置；确定具体实验步骤；分析和处理实验数据。而选择实验方法是 其中的关键环节。科学实验方法有很多，这里只介绍常用的几种方法。观察法、控制变 量法、类比法、放大法、比较法、平衡法、转换法、理想实验法等。 一、观察法一、观察法 观察法是人们为了认识事物的本质和规律有目的有计划的对自然发生条件下所显现 的有关事物进行考察的一种方法，是人们收集获取记载和描述感性材料的常用方法之一， 是最基本最直接的一种实验方法。简单的观察法就是仔细的看。但它和一般的看不同， 观察是通过感觉器官或借助科学仪器，有目的、有计划地感知客观对象从而获得科学事 实的一种研究方法。 1. 观察要有顺序，有重点 观察要按着从上到下或从整体到局部的顺序进行，在使用仪器时，首先要观察它的量 程，认清它的刻度值。如在做水的沸腾实验时，在使用温度计前，就要先观察温度计的 量程，认清它的刻度值。实验过程中要注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程的 两种情况，温度计在沸腾前和沸腾时的示数的变化。 2. 观察要有记录，记录要客观 观察是有目的的活动，观察获得的信息要以文字或图画的形式记录下来，为科学认识 的获得提供依据。对观察结果的记录实际上是对观察对象的描述，这种描述要客观。不 能将推理加工后的结果作为描述，也不能将自己的感觉加入到观察结果中。如对蜗牛的 观察， “蜗牛嘴里有很多牙齿”不能写出推理结果“蜗牛嘴里有一万多颗牙齿” ， “一 碰蜗牛，它就把头缩回壳里”不要加入个人感情色彩“蜗牛是胆小鬼” 。 3. 所观察的主题和变量要少 观察的现象一般不超过两个变量。如水的观察，提供纯净水或自来水，观察水的性 质无色、无味、透明等；提供污浊的河水或湖水，观察水的污染。每次观察一个主 18 题。如果将纯净水和污浊的河水提供给学生，同时观察两个主题，学生的科学认识会产 生混乱。如观察摆角（变量一） 、摆长（变量二） 、摆球质量（变量三）对摆动周期（因 变量）的影响，每次控制两个变量不变，观察一个变量的变化对因变量产生的影响。 4. 观察活动要突出科学原理 观察是为了获得经验和对经验进行分析研究，所以观察的重点在理解科学的概念及 其形成过程，也就是要突出科学原理。如在学生制作降落伞、使用降落伞的活动中，重 点在体会空气的存在和空气的阻碍作用这是这一活动的科学原理，而重点不在降落 伞的制作。 二、控制变量法二、控制变量法 控制变量法是指讨论多个变量的关系时，通过控制几个量不变，只改变其中一个量 从而转化为多个单一量影响某一个量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上 的反映为某两次实验只有一个条件不同，若两次实验结果不同则与该条件有关。否则无 关。反之，若要研究的问题是物理量与某因素是否有关则只使该因素不同，而其他因素 均应相同。 研究摆球的摆动。即摆球摆动过程中涉及的变量：摆线长短、摆球轻重、摆角大小、 摆球摆动快慢。若考察摆线长短对摆动快慢的影响，则保持摆球轻重、摆角大小不变， 改变摆长，测量摆动周期。 研究植物的生长（用几粒豆种培育长成豆苗） 。影响豆苗生长的因素及豆苗生长情况： 水的多少、是否提供阳光、肥料多少、温度高低、豆苗生长高度。若研究阳光对豆苗生 长的影响，选择两组豆苗，保持水的多少、肥料多少、温度高低都相同，一组豆苗置于 阳光下，另一组始终放置在一个纸盒内。观察豆苗的生长情况。 三、类比法三、类比法 类比法就是“触类旁通” “举一反三” ，它是根据两个或两类对象之间某些方面的相同 或相似而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。从而可以帮助理解较 复杂的实验和较难的科学知识。类比是一种推理方法，不同事物在属性、数学形式及其 他量描述上有相同或相似的地方就可以用类比推理。类比法是提出科学假说作出科学预 言的重要途径。 19 类比事例很多，如电流与水流的类比、植物茎内导管类比毛细管、声波与水波类比、 液体浮力类比为液体向上的托力等。类比也是科学家常运用的一种思维方法，如原子的 核式结构类比为行星运动模型等。 四、放大法四、放大法 放大法是科学实验中常遇到一些微小科学量的测量。为提高测量精度，常需要采用合 适的放大方法，选用相应的测量装置将被测量进行放大后再进行测量。常用的放大法有 累计放大法、形变放大法、光学放大法、机械放大法等。 1. 累计放大法 在被测量能够简单重叠的条件下，将它扩大若干倍再进行测量的方法。如测量一张纸 的厚度：即测量一叠纸的厚度，除以这叠纸的张数；测量一根金属丝的直径：即将金属 丝密绕在直管状物上，用直尺测量密排金属丝总长度，然后除以这排金属丝包含的根数， 等等。累计放大法的优点在于不改变测量性质的情况下将测量扩大后再进行测量，从而 增加测量结果的有效数字位数，减小测量的相对误差。在使用累计放大法时，要注意两 点，一是在扩大过程中被测量不能发生变化；二是在扩大过程中努力避免引入新的误差 因素。 2形变放大法 形变是力作用的效果，在力学中形变的基本表现形式为体积、长度、角度的改变。而 显示形变的方法可用力学的方法，也可用电学、光学的方法。如：体积的变化可以由液 柱长度的变化显示。 3光学放大法 是使被测物体通过光学装置放大视角形成放大像，以便于观察，从而提高测量精度。 例如放大镜、显微镜、望远镜等。 4. 机械放大法 利用机械部件之间的几何关系，使测量量在测量过程中得到放大的方法。如机械天平。 用等臂天平称量物体质量时，如果靠眼睛判断天平的横梁是否水平，很难发现天平横梁 的微小倾斜，通过一个固定于横梁垂直的长指针，就可以将横梁的微小的倾斜放大为较 大的距离量（或弧长） 。 20 五、比较法五、比较法 测量就是将被测量与一个被选作计量标准单位的同类物理量进行比较，找出被测量 是计量单位的多少倍的过程。比较法就是将被测量与标准量进行比较而得到测量值的方 法。比较法是科学测量中最普遍、最基本、最常用的测量方法。分为直接比较法和间接 比较法。 1. 直接比较法 直接比较法是将被测量与已知的同类量或标准量直接进行比较。如用直尺测长度、 用量杯测量液体的体积、用砝码在等臂天平上测量质量等，都属于直接比较测量方法。 直接比较法具有以下特点： （1）同量纲，被测量与标准量的量纲相同。即单位相同。 （2）同时性，被测量与标准量是同时发生的，没有时间的超前和滞后。 （3）直接可比性，被测量与标准量直接比较而得到被测量的值。 直接比较法的测量误差受测量仪器或量具自身误差的制约，因此要提高测量准确度 的主要途径是减小仪器的测量误差。 2. 间接比较法 很多测量量不能直接测量，但是可以利用测量量之间的关系，先制成与被测量有关 的仪器或装置，再利用这些仪器或装置与被测量量进行比较，这种借助一些中间量，或 将被测量进行某种变换，来间接实现比较测量的方法称为间接比较法。如在测量电阻时， 可以用万用电表直接测出阻值，这是直接测量法。也可以利用伏安法，先测出被测电阻 两端的电压和通过的电流，通过欧姆定律 R=U/I，可得到电阻。这种方法就是间接比较法。 再如，测量摩擦力大小，是通过匀速拉动小车，由拉动小车的弹簧秤所显示的拉力来推 知摩擦力大小。 六、平衡法六、平衡法 平衡法是利用物理学中平衡态的概念，将处于比较的物理量之间的差异逐步减小到 零的状态，判断测量系统是否达到平衡态来实现测量。在平衡法中，并不研究被测量量 本身，而是与一个已知量进行比较，当两个量差值为零时，用已知量描述待测量。利用 平衡法，可将许多复杂的科学现象用简单的形式来描述，可使一些复杂的科学关系简明 21 化。 利用等臂天平在称物体质量时，当天平指针处在刻度零位或零位左右等辐摆动时， 天平达到力矩平衡，此时待测物体的质量和砝码的质量相等。 惠斯通电桥测电阻也是应用平衡法来测量电阻的。它是根据电流、电压等电学量之 间的平衡原理来设计电路的。 七、转换法七、转换法 在测量中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的量，通用用一些非常直观 的现象去认识或用易测量的量直接测量的方法。比如，古代曹冲称象的故事中，实际上 是叙述了把不可直接测量的大象的质量转换为可测的石块的质量。还有，我们很难测出 不规则物体的体积，但是根据阿基米德原理，可将其转换为液体的体积进行测量。马德 堡半球实验可以证明大气压的存在，雾的出现可以证明空气中含有水蒸气，影子的形成 可以证明光的直线传播等等。 八、理想实验法八、理想实验法 理想实验又叫“假想实验”“思想实验”，它是人们在思想中塑造的理想过程，是 一种逻辑推理思维过程和理论研究重要方法。理想实验虽然叫实验，但它同所说的真实 实验是有原则区别的，真实实验是一种实践活动，而理想实验是一种思维活动，前者是 可以将设计通过具体实验过程实现的实验，后者则是在抽象思维中想出来而实际上无法 作到的实验。但是理想实验不是脱离实际的主观臆想。设计理想实验要具备三个基本条 件。首先，要以真实的科学实验为基础，抓住关键性的科学事实，对真实的实验过程作 深入的抽象分析。其次，运用科学抽象方法，建立理想模型，塑造理想条件和理想过程。 最后，逻辑方法的运用也是设计理想实验的一个条件。如在研究物体运动时的伽利略理 想实验。伽利略认识到，影响人们正确认识运动情况的是摩擦阻力，而这又是人们在日 常观察物体运动时难以完全避免的。伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚时，它的速 度增大，而向上滚时，它的速度减小。由此他推论，当球沿水平面滚动时，它的速度应 不增不减。实际上他也发现，球愈来愈慢，最后停下来。伽利略认为，这并非是它的 “自然本性”，而是由于摩擦阻力的缘故，因为他同样还观察到，表面愈光滑，球便会 滚得愈远。于是他推论，若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。于是他得出力不是维持物 22 体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。 因此，一旦物体具有某一速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线地运动下去。 伽利略的理想实验就是从思维中想象出来的金属球、斜面和平面等理想模型作为实验 物，以无摩擦和平面的无限延伸等理想条件作为实验条件，以金属球从斜面滚下后以恒 定的速度在无限的平面上永远不停地运动的理想过程作为实验过程。伽利略把实验观察 和抽象思维结合起来，找到了深入理解运动问题的真正线索，是他研究工作的卓越之处。 爱因斯坦称赞道：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的 成就之一，而且标志着物理学的真正开端。” 理想实验在科学科学的研究中有着重要的作用，但是，理想实验的方法也有其一定的 局限性。理想实验只是一种逻辑推理的思维过程，因此由理想实验所得出的任何推论都 必然由真实的实验的结果来检验。 23 第三章第三章 小学科学实验数据处理规范小学科学实验数据处理规范 第一节第一节 误差分析误差分析 误差存在于一切科学实验和测量过程中，在实验的设计、仪器本身的精度、环境条 件及实验数据处理中都可能存在误差，因此分析测量量可能产生的各种误差，尽可能消 除其影响，并对最后中未能消除的误差作出估计，就是科学实验中不可缺少的工作。 一、误差定义及分类一、误差定义及分类 在一定条件下，任何一个测量量的大小都是客观存在的，都有一个实实在在、不以 人的意志为转移的客观量，称为真值。一般来说真值仅是一个理想的概念，只有通过完 善的测量才能获得，但是，严格的测量难以做到，故真值就不能确定。实际测量中常用 被测量的实际值或已修正过的算术平均值来代替真值，称为约定真值。测量误差就是测 量结果与被测量的真值（约定真值）之间的差值。测量误差的大小反映了测量结果的准 确程度。测量误差可以用绝对误差和相对误差来表示。 绝对误差：若某测量值为 x，真值为 A，则测量误差定义为 =XA 此误差反映了测量值偏离真值的大小和方向。 相对误差：100% 测量真值 绝对误差 E 绝对误差可以表示某一测量结果的优劣，但在比较不同测量结果时则需要用相对误 差表示。例如，测量 10m 长相差 1mm 与测量 1m 长相差 1mm，两者绝对误差相同，而相对 误差不同。 误差分类：测量中的误差主要分为两种类型，即系统误差和随机误差（偶然误差） 。 24 二、随机误差（偶然误差）二、随机误差（偶然误差） 1. 随机误差及其来源 随机误差是指在多次测量同一被测量过程中，绝对值和符号以不可预知的方式变化着 的测量误差。例如，在测量过程中，在相同条件下重复测量同一测量量时，不会得到完 全相同的结果，其测量值分散在一定的范围内，所测得的误差时正时负，绝对值时大时 小，既不能控制也无法预测。 随机误差的产生，一方面由于测量过程中一些不确定因素引起的，如人的感官灵敏度 以及仪器的精密度的限制，由于环境干扰等因素的影响。另一方面是由于被测量量本身 的不稳定性，如加工零件或被测样品本身存在的微小差异。随机误差就个体而言是不确 定的，但其总体对大量个体的总和是服从一定的统计规律的，可以采取统计的方法估算 其对测量结果的影响。除了这两种误差还有粗大误差，是由于实验者使用仪器的方法不 正确，粗心大意读错、记错数据造成的。在实验中要极力避免这种错误。 2. 随机误差处理 对于随机误差，最常用的是测量多次取平均值的方式，这也是甄别错误数据的方法。 三、系统误差三、系统误差 1. 系统误差及其来源 系统误差指在多次测量同一被测量的过程中，保持恒定或以可预知方式变化的测量误 差。它具有确定性、有规律性、可修正性。 它主要来源于仪器的结构，或测量方法，如天平不等臂，电表的示值不符；仪器设备 安装调整不妥，不满足规定的使用状态，如不水平、不垂直；理论或方法的误差，由测 量所依据的理论公式近似或实验条件达不到理论公式所规定的要求引起的。如单摆测重 力加速度时所用公式的近似性，伏安法测电阻时，不考虑电表内阻等。 2. 系统误差处理 （1）交换法 在测量过程中对某些条件进行交换，使产生系统误差的原因对结果起相反的作用，如 为了消除天平不等臂而产生的系统误差，可将被测物进行交换测量。 （2）抵消法 25 在测量过程中，改变测量中的某些条件并进行两次测量，使两次测量中误差的大小相 等、符号相反、取其平均值作为测量结果以消除系统误差。 第二节第二节 测量结果的有效数字测量结果的有效数字 任何测量仪器总存在仪器误差，在仪器设计中总应使仪器标尺和最小分度值与仪器误 差的数值相适应，两者基本上保持在同一数位上。由于受到仪器误差的制约，在使用仪 器对被测量进行测量读数时，就只能读到仪器的最小分度值，然后在最小分度值以下还 可以再估读一位数字。从仪器刻度读出的最小分度值的整数部分是准确数字，称为可靠 数字，而在最小分度以下估读的末位数字，一般也就是仪器误差所在的那一位数字，它 具有不确定性，其估读也会因人而异，通常称为可疑数字。我们把测量结果中所有可靠 数字加上末位的可疑数字统称为测量结果的有效数字。 一、有效数字的特征一、有效数字的特征 1. 有效数字的位数与仪器精度（最小分度值）有关，也与被测量的大小有关，对于 同一被测量，如果使用不同精度