4.实验设计：构建有效实验的关键要素

需要清楚地理解什么是假设和预测。假设是基于已有知识或观察提出的初步解释，它通常是一个可测试的陈述。例如，假设可以是“增加光照会促进植物的生长”。而预测则是基于假设所作出的具体预期结果，通常是定量的。例如，“如果将植物放在每天接受12小时光照的环境中，预计在一周内植物高度将增加5厘米。

在确定了假设后，你需要制定一个实验步骤来测试这个假设是否正确。

01   材料准备

准备一份详细的材料清单，包括所有实验所需的设备、工具和仪器。在实验前，检查所有材料是否齐全且可用，确保设备正常工作，以避免实验中断。实验中断可能造成控制变量方面的不确定性，甚至造成部分实验数据的不准确。

另外，对材料进行分类和标记，方便实验过程中快速找到所需材料，减少时间浪费。

02   实验组与对照组

§ 有对照组的情况

定义实验组和对照组，实验组是接受处理的组，例如施加某种肥料的植物。对照组是不接受处理的组，例如不施肥的植物。通过对比实验组和对照组的结果，分析处理的效果。确保每个组都进行多次实验，以提高结果的可靠性。

§ 没有对照组的情况

在没有对照组的情况下，实验组的设置尤为重要。明确实验组的条件和处理方式，例如在测量物体下落时间时，选择不同高度进行实验，通过多次重复实验来增强结果的可靠性。可以在不同环境条件下进行实验，例如在真空中和空气中进行相同实验，以探索不同条件对结果的影响。

03   变量控制

在实验过程中，详细记录所有实验条件，以便在分析数据时能够准确理解实验环境对结果的影响。

04   实验步骤设计

将实验过程分解为具体的步骤，逐条列出。确保每一步都简洁明了，便于理解和执行。以下为举例：

1．准备实验设备，确保计时器和测量尺正常工作。

2．选择一个特定高度（如1米）进行实验。

3．将小球从该高度释放，使用计时器记录下落时间。

4．重复步骤2和步骤3多次，记录每次的下落时间。

5．计算平均下落时间并记录结果。

另外，可以使用图示或流程图来呈现实验步骤，使其更加直观和易于理解。

注：预实验：在正式实验之前，可以进行预实验，这是为了保证每个步骤都可行，并根据实际情况进行调整。

05   实验设计检查单

你是否包含了所有实验组和对照组的描述及其大小？

你是否包含了所有步骤的逐步清单？

你是否描述了如何改变自变量，以及如何测量这种变化？

你是否解释了如何测量因变量或变量的变化？

你是否解释了如何保持控制变量在一个恒定值？

你是否指定了打算重复实验的次数（至少三次），并且这个重复次数是否足以提供可靠的数据？

其他人是否可以根据你写的实验程序重复实验？