第二章 STEM项目研究设计

第二章研究设计,创新与通用技术组黄强,本章内容,研究设计的组成部分,定量数据与定性数据,STEM实验研究设计的组成部分,假设,变量,实验组,对照组,常量,1,假设,假设：对观察到的现象或事件给出暂时的、推测性的、可检测的解释。,皮肤,毒隐翅虫提取液浓度越高，对皮肤的损伤越大,毒隐翅虫,第二十五届全国青少年科技创新大赛中学组一等奖,2,变量,变量,自变量,因变量,被有意改变或操控的变量又称可操控变量,因循着自变量而改变的变量，又称应变量,毒隐翅虫提取液浓度越高，对皮肤的损伤越大,1.自变量,2.因变量,毒隐翅虫提取液浓度,对皮肤的损伤,举例,如果真涡虫的繁殖速率与温度相关，那么真涡虫在较低温度下繁殖速率会比在较高温度下繁殖速度慢。,1.自变量,2.因变量,温度,真涡虫的繁殖速率,自变量and因变量,研究问题：植物杀虫剂的效果如何,自变量,可能的因变量,不同品牌的植物驱虫剂（理想情况下还需包括不同活性成分的水平）,虫咬数量虫咬大小驱虫时长,是你在实验中能够改变这个变量的数量或者性质,是你要在实验中所记录的“效果”最好尽可能的对测量结果进行量化,背景研究,3,实验组和对照组,实验组,对照组（控制组）,1,2,是指接受自变量处理的对象组。通常由多组实验对象接受处理，但自变量的变化程度有所不同。,即参照物。对照组和其它的实验组接受同样的实验处理，唯一不同的是他们的自变量不变的。,第25届全国青少年科技创新大赛行为与社会科学领域,积极心理学在灾后中学生心理重建中的有效性研究,北川中学绵阳东辰国际学校,安县中学北川西苑中学安县桑枣中学,团体心理咨询,实验组,对照组（控制组）,第25届全国青少年科技创新大赛生命科学领域小学组（一等奖）,幼苗结薯现象的发现与实验探究,实验组,对照组,重复设置,重复是指对实验组和控制组所重复进行的实验处理,用来减少与自变量相关的变化、研究人员测量误差以及研究对象差异所带来的影响,1,2,实验组和对照组的重复设置,实验数据采集的重复设置,幼苗结薯现象的发现与实验探究,1.实验组和对照组的重复设置,重复设置,实验分组和胁迫处理,每种实验处理及对照均在同样条件下种植3盆马铃薯,2.实验数据采集的重复设置,观察马铃薯幼苗显微结构的变化:每个植株选取3-5个叶片样本进行观察,小结薯的淀粉含量：每个样本重复测定3次,维生素C水平和水果采摘时间之间的联系,背景研究和预实验的作用,假设：如果维生素C在桔子中的含量是与距离它被从树上摘下的时间有关，那么越新摘下的桔子维生素C水平越高。,6小时、12小时、24小时,1周、2周、3周,1周、4周、8周,背景研究预实验,样本,5-10岁儿童,群体,样本,在科学研究中，绝大多数情况都不可能获取整个群体的所有数据，这就需要从整个群体中选取一定数量的样本进行研究。样本被普遍应用于科学研究，代表整个群体做出推断。,样本中实验对象的特性与群体中的个体是一致的。,1,样本量越大，实验结果就更加可信。,2,4,常量,常量是指在实验中对所有组和实验操作中都需要保持一致的因素，以便减少额外变量造成的影响。,幼苗结薯现象的发现与实验探究,实验前对马铃薯块的处理，切块,清洗都要一致,所有组的马铃薯小植株都要选择一样的土壤进行种植,选用同样型号的种植盆,常量是指在实验中对所有组和实验操作中都需要保持一致的因素，以便减少额外变量造成的影响。,额外变量是指在自变量以外的，可能影响到实验结果的变量。额外变量如果不被控制或降低到足够小的程度，那么将会对实验造成偏差。,探究种子萌发的条件光照,常量：空气、土壤、水分、种子数量、种子种类,额外变量：温度,内容回顾,假设实验组对照组变量常量,本章内容,研究设计的组成部分,定量数据与定性数据,使用带有计量单位的数字来表示的数据,定量数据,定性数据,用来描述特性、性质或类别的数据,使用带有计量单位的数字来表示的数据，能用数字表达的数据。,定量数据,5厘米,56Kg,6天,60毫升,收集定量数据的目的是对结果进行分类、组织、分级，这样方便实验组之间或实验组与对照组之间进行数学比较。,收集定量数据的目的,中位数,众数,变化率,平均数,总变化,统计显著性,用来描述特性、性质或类别的数据,定性数据,性别:男女,颜色:红绿,心理压力:大小,非测量结果,如何使用定性数据？,1.非测量结果定性的描述帮你记录实验中的一些现象，这些现象不一定必须通过测量获得。可能更多的是我们充分利用自身的感观对实验现象进行描述，比如视觉、听觉、味觉、触觉，嗅觉等。,非测量结果,客观科学描述,如何使用定性数据？,2.客观科学描述获取定性数据时要注意客观性和科学性，使用详细的、描述性的语言，不要有判断或推断。,这个溶液看起来很正常,这个溶液是无色、无味、透明的，摸起来凉凉的,非测量结果,客观科学描述,频率、分类,如何使用定性数据？,3.用频率分类或评级的方式呈现除叙述性描写外，定性信息可以用频率分类或评级的方式呈现，这两种方式都使用数字来表现定性信息。,1,2,3,4,5,矿物的硬度分级,莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准。1812年由德国矿物学家FrederichMohs首先提出用10种矿物质来衡量物体相对硬度，即莫氏硬度，由软至硬，分为10级。,莫氏硬度判断矿物的硬度等级,方解石硬度3,？,莹石硬度4,硬度3-4之间,一手数据,二手数据,二手数据,一手数据,也称原始数据。指通过人员访谈、询问、问卷、测定等方式直接获得，时效性和相关性更好。,利用文献，统计年报以及数据库等前人统计好的数据资料。优点是获取成本低，且现成可用。一般可以长时间保存，生成数据趋势图方便。,即时可信保密,省事省钱省时,一手数据和二手数据的获取,一手数据能够提供量身定制的信息，但往往需要很多的时间以及成本。,二手数据通常是能够廉价的取得，而且可在更短的时间内进行分析，但由于数据获取的最初