小學科學實驗方法及其操作規范 科學實驗一般包括五個環節，①明確實驗目的；②選擇實驗原理和方法；③合理選擇實驗儀器和裝置；④確定具體實驗步驟；⑤分析和處理實驗數據。而選擇實驗方法是其中的關鍵環節。科學實驗方法有很多，這里只介紹常用的幾種方法。觀察法、控制變量法、類比法、放大法、比較法、平衡法、轉換法、理想實驗法等。一、觀察法觀察法是人們為了認識事物的本質和規律有目的有計劃的對自然發生條件下所顯現的有關事物進行考察的一種方法，是人們收集獲取記載和描述感性材料的常用方法之一，是最基本最直接的一種實驗方法。簡單的觀察法就是仔細的看。但它和一般的看不同，觀察是通過感覺器官或借助科學儀器，有目的、有計劃地感知客觀對象從而獲得科學事實的一種研究方法。1. 觀察要有順序，有重點觀察要按著從上到下或從整體到局部的順序進行，在使用儀器時科學小實驗步驟有圖，首先要觀察它的量程，認清它的刻度值。如在做水的沸騰實驗時，在使用溫度計前，就要先觀察溫度計的量程，認清它的刻度值。實驗過程中要注意觀察水沸騰前和沸騰時水中氣泡上升過程的兩種情況，溫度計在沸騰前和沸騰時的示數的變化。2. 觀察要有記錄，記錄要客觀 觀察是有目的的活動，觀察獲得的信息要以文字或圖畫的形式記錄下來，為科學認識的獲得提供依據。
對觀察結果的記錄實際上是對觀察對象的描述，這種描述要客觀。不能將推理加工后的結果作為描述，也不能將自己的感覺加入到觀察結果中。如對蝸牛的觀察，“蝸牛嘴里有很多牙齒”——不能寫出推理結果“蝸牛嘴里有一萬多顆牙齒”，“一碰蝸牛，它就把頭縮回殼里”——不要加入個人感情色彩“蝸牛是膽小鬼”。3. 所觀察的主題和變量要少 觀察的現象一般不超過兩個變量。如水的觀察，提供純凈水或自來水，觀察水的性質——無色、無味、透明等；提供污濁的河水或湖水，觀察水的污染。每次觀察一個主題。如果將純凈水和污濁的河水提供給學生，同時觀察兩個主題，學生的科學認識會產生混亂。如觀察擺角（變量一）、擺長（變量二）、擺球質量（變量三）對擺動周期（因變量）的影響，每次控制兩個變量不變，觀察一個變量的變化對因變量產生的影響。4. 觀察活動要突出科學原理 觀察是為了獲得經驗和對經驗進行分析研究，所以觀察的重點在理解科學的概念及其形成過程，也就是要突出科學原理。如在學生制作降落傘、使用降落傘的活動中，重點在體會空氣的存在和空氣的阻礙作用——這是這一活動的科學原理，而重點不在降落傘的制作。二、控制變量法控制變量法是指討論多個變量的關系時，通過控制幾個量不變，只改變其中一個量從而轉化為多個單一量影響某一個量的問題的研究方法。
這種方法在實驗數據的表格上的反映為某兩次實驗只有一個條件不同，若兩次實驗結果不同則與該條件有關。否則無關。反之，若要研究的問題是物理量與某因素是否有關則只使該因素不同，而其他因素均應相同。研究擺球的擺動。即擺球擺動過程中涉及的變量：擺線長短、擺球輕重、擺角大小、擺球擺動快慢。若考察擺線長短對擺動快慢的影響，則保持擺球輕重、擺角大小不變，改變擺長，測量擺動周期。研究植物的生長（用幾粒豆種培育長成豆苗）。影響豆苗生長的因素及豆苗生長情況：水的多少、是否提供陽光、肥料多少、溫度高低、豆苗生長高度。若研究陽光對豆苗生長的影響，選擇兩組豆苗，保持水的多少、肥料多少、溫度高低都相同，一組豆苗置于陽光下，另一組始終放置在一個紙盒內。觀察豆苗的生長情況。三、類比法類比法就是“觸類旁通”“舉一反三”，它是根據兩個或兩類對象之間某些方面的相同或相似而推出他們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。從而可以幫助理解較復雜的實驗和較難的科學知識。類比是一種推理方法，不同事物在屬性、數學形式及其他量描述上有相同或相似的地方就可以用類比推理。類比法是提出科學假說作出科學預言的重要途徑。類比事例很多，如電流與水流的類比、植物莖內導管類比毛細管、聲波與水波類比、液體浮力類比為液體向上的托力等。
類比也是科學家常運用的一種思維方法，如原子的核式結構類比為行星運動模型等。四、放大法放大法是科學實驗中常遇到一些微小科學量的測量。為提高測量精度，常需要采用合適的放大方法，選用相應的測量裝置將被測量進行放大后再進行測量。常用的放大法有累計放大法、形變放大法、光學放大法、機械放大法等。1. 累計放大法在被測量能夠簡單重疊的條件下，將它擴大若干倍再進行測量的方法。如測量一張紙的厚度：即測量一疊紙的厚度，除以這疊紙的張數；測量一根金屬絲的直徑：即將金屬絲密繞在直管狀物上，用直尺測量密排金屬絲總長度，然后除以這排金屬絲包含的根數，等等。累計放大法的優點在于不改變測量性質的情況下將測量擴大后再進行測量，從而增加測量結果的有效數字位數，減小測量的相對誤差。在使用累計放大法時，要注意兩點，一是在擴大過程中被測量不能發生變化；二是在擴大過程中努力避免引入新的誤差因素。2．形變放大法形變是力作用的效果，在力學中形變的基本表現形式為體積、長度、角度的改變。而顯示形變的方法可用力學的方法，也可用電學、光學的方法。如：體積的變化可以由液柱長度的變化顯示。3．光學放大法是使被測物體通過光學裝置放大視角形成放大像，以便于觀察，從而提高測量精度。
例如放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等。4. 機械放大法利用機械部件之間的幾何關系，使測量量在測量過程中得到放大的方法。如機械天平。用等臂天平稱量物體質量時，如果靠眼睛判斷天平的橫梁是否水平，很難發現天平橫梁的微小傾斜，通過一個固定于橫梁垂直的長指針，就可以將橫梁的微小的傾斜放大為較大的距離量（或弧長）。五、比較法測量就是將被測量與一個被選作計量標準單位的同類物理量進行比較，找出被測量是計量單位的多少倍的過程。比較法就是將被測量與標準量進行比較而得到測量值的方法。比較法是科學測量中最普遍、最基本、最常用的測量方法。分為直接比較法和間接比較法。1. 直接比較法直接比較法是將被測量與已知的同類量或標準量直接進行比較。如用直尺測長度、用量杯測量液體的體積、用砝碼在等臂天平上測量質量等，都屬于直接比較測量方法。直接比較法具有以下特點：（1）同量綱，被測量與標準量的量綱相同。即單位相同。（2）同時性，被測量與標準量是同時發生的，沒有時間的超前和滯后。（3）直接可比性，被測量與標準量直接比較而得到被測量的值。直接比較法的測量誤差受測量儀器或量具自身誤差的制約，因此要提高測量準確度的主要途徑是減小儀器的測量誤差。
2. 間接比較法很多測量量不能直接測量，但是可以利用測量量之間的關系，先制成與被測量有關的儀器或裝置科學小實驗步驟有圖，再利用這些儀器或裝置與被測量量進行比較，這種借助一些中間量，或將被測量進行某種變換，來間接實現比較測量的方法稱為間接比較法。如在測量電阻時，可以用萬用電表直接測出阻值，這是直接測量法。也可以利用伏安法，先測出被測電阻兩端的電壓和通過的電流，通過歐姆定律R=U/I，可得到電阻。這種方法就是間接比較法。再如，測量摩擦力大小，是通過勻速拉動小車，由拉動小車的彈簧秤所顯示的拉力來推知摩擦力大小。六、平衡法平衡法是利用物理學中平衡態的概念，將處于比較的物理量之間的差異逐步減小到零的狀態，判斷測量系統是否達到平衡態來實現測量。在平衡法中，并不研究被測量量本身，而是與一個已知量進行比較，當兩個量差值為零時，用已知量描述待測量。利用平衡法，可將許多復雜的科學現象用簡單的形式來描述，可使一些復雜的科學關系簡明化。利用等臂天平在稱物體質量時，當天平指針處在刻度零位或零位左右等輻擺動時，天平達到力矩平衡，此時待測物體的質量和砝碼的質量相等。惠斯通電橋測電阻也是應用平衡法來測量電阻的。它是根據電流、電壓等電學量之間的平衡原理來設計電路的。
七、轉換法在測量中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的量，通用用一些非常直觀的現象去認識或用易測量的量直接測量的方法。比如，古代曹沖稱象的故事中，實際上是敘述了把不可直接測量的大象的質量轉換為可測的石塊的質量。還有，我們很難測出不規則物體的體積，但是根據阿基米德原理，可將其轉換為液體的體積進行測量。馬德堡半球實驗可以證明大氣壓的存在，霧的出現可以證明空氣中含有水蒸氣，影子的形成可以證明光的直線傳播等等。八、理想實驗法理想實驗又叫“假想實驗”“思想實驗”，它是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理思維過程和理論研究重要方法。理想實驗雖然叫實驗，但它同所說的真實實驗是有原則區別的，真實實驗是一種實踐活動，而理想實驗是一種思維活動，前者是可以將設計通過具體實驗過程實現的實驗，后者則是在抽象思維中想出來而實際上無法作到的實驗。但是理想實驗不是脫離實際的主觀臆想。設計理想實驗要具備三個基本條件。首先，要以真實的科學實驗為基礎，抓住關鍵性的科學事實，對真實的實驗過程作深入的抽象分析。其次，運用科學抽象方法，建立理想模型，塑造理想條件和理想過程。最后，邏輯方法的運用也是設計理想實驗的一個條件。
如在研究物體運動時的伽利略理想實驗。伽利略認識到，影響人們正確認識運動情況的是摩擦阻力，而這又是人們在日常觀察物體運動時難以完全避免的。伽利略注意到，當一個球沿斜面向下滾時，它的速度增大，而向上滾時，它的速度減小。由此他推論，當球沿水平面滾動時，它的速度應不增不減。實際上他也發現，球愈來愈慢，最后停下來。伽利略認為，這并非是它的“自然本性”，而是由于摩擦阻力的緣故，因為他同樣還觀察到，表面愈光滑，球便會滾得愈遠。于是他推論，若沒有摩擦阻力，球將永遠滾下去。于是他得出力不是維持物體的運動即維持物體的速度的原因，而恰恰是改變物體運動狀態即改變物體速度的原因。因此，一旦物體具有某一速度，如果它不受力，就將以這一速度勻速直線地運動下去。伽利略的理想實驗就是從思維中想象出來的金屬球、斜面和平面等理想模型作為實驗物，以無摩擦和平面的無限延伸等理想條件作為實驗條件，以金屬球從斜面滾下后以恒定的速度在無限的平面上永遠不停地運動的理想過程作為實驗過程。伽利略把實驗觀察和抽象思維結合起來，找到了深入理解運動問題的真正線索，是他研究工作的卓越之處。愛因斯坦稱贊道：“伽利略的發現以及他所用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。”理想實驗在科學科學的研究中有著重要的作用，但是，理想實驗的方法也有其一定的局限性。理想實驗只是一種邏輯推理的思維過程，因此由理想實驗所得出的任何推論都必然由真實的實驗的結果來檢驗。
