在科研中如何运用实验法

在科研中如何运用实验法
在科研中如何运用实验法

在科研中如何运用实验法
一．教育实验法概述
（一）实验法的特点与意义
实验法是通过主动变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果联系的一种科研方法.其主要特点有:
第一,主动变革性.观察与调查都是在不干预研究对象的前提下去认识研究对象,发现其中的问题.而实验却要求主动操纵实验条件,人为地改变对象的存在方式、变化过程,使它服从于科学认识的需要.
第二,控制性.科学实验要求根据研究的需要,借助各种方法技术,减少或消除各种可能影响科学性的无关因素的干扰,在简化、纯化的状态下认识研究对象.
第三,因果性.实验以发现、确认事物之间的因果联系为直接宗旨和主要任务,本质上是按因果推论逻辑设计与实施的,它是揭示事物之间的因果联系的有效工具和必要途径.
揭示研究对象的因果联系是科学研究的主要任务.一般认为,要确认A、B两变量中,A是B的原因(B是由A引起的),必须满足三个条件:
第一,共变关系,即 A变B也变.如果A变B未变,则不能肯定A是B的原因.
第二,时间顺序,即A在B前变,或与B同时变化.如果B先于A变化,则也不能肯定A是B的原因.
第三,控制原则,必须在排除A之外的一切可能对B发生影响的情况下,才能确定A是B的原因.
观察法、调查法都是对自然发生的现象进行描述、归纳与分析,不能主动操纵、干预研究对象,难以排除原因与结果之外第三变量的干扰,最终也很难确认事物间的因果联系只能对某种可能性的原因进行推测.与观察法、调查法相比较,实验不仅常利用实验组与控制组的对比来确定变量的共变关系,用预测与后测来了解实验前后情况,决定变量发生变化的时间顺序,而且更重要的是采用各种控制方法、技术来改变研究对象的存在状态,排除了无关因素的干扰,从而满足了因果推论的第三个条件,成为揭示变量间的因果联系的有效方法.
与哲学方法相比较,实验将事物间的因果联系以可经验方式显现出来,最终不是靠思辨的力量而是靠事实的说服力,不是由推理的逻辑而是以操作性的实践,不是以定性的方式而是以定量的方法来证明、确认研究对象的因果联系的客观存在,保证了研究过程的可重复性、结论的可检验性和认识结果的客观性.
实验方法也有它自身的局限性：
第一,科学研究中的许多变量是无法操纵、控制的,不能通过实验法去研究.原因与结果处于不同层次,许多原因往往不能直接观察到,而需在事物的深层结构和内在机制上加以理解性解释.
第二,实验控制有时使实验情境与实际生活情境存在一些差距,从实验情景中获得的结论并不完全适用于实际生活情景,它还需要通过广泛的实践作进一步的检验.
第三,实验过程本身离不开理论假设的引导,离不开对研究对象的观测,从某种意义上来说,实验是观察调查与理性思辨的综合运用.
（二）教育实验的特征与基本要求
1．教育实验的特征
教育实验是实验性的教育实践活动,又是教育性的实验研究活动,是实验性和教育性的统一.作为一种教育科研活动,它与其它科学实验有着共同的实验性,这就是它的主动变革性、控制性和因果性,又有着不同于其它科学实验的个性,这就是它的“教育性”.
（1）实验者与教育者合二为一.一个教育实验工作者不仅是实验的设计者、组织者、实施者,而且同时必须是一个教育者,必须在教育人的过程中研究教育.
（2）教育实验的被试就是教育对象,是一定群体的学生.他们是参与实验的主体,有自己的自主性、创造性,研究者必须尊重他们的意愿,发挥他们的积极性、创造性.“与儿童一起实验”,而不能损害儿童的身心健康.
（3）教育实验更多地是在真实的社会环境和学校环境里(而不是在专门的实验室)进行,不可避免地要受到政治、文化、民俗及其它大量的非科学因素的干扰,其实验控制不如实验室实验那样精确、严密.
（4）教育实验既要确认教育现象之间的因果联系,即旨在求真,又要探索有效的教育内容、方法,有力地促进儿童身心的健康发展,即旨在求善.它既要有求真作基础和前提条件,又要以至善为出发点和归宿,同时受到真理标准与价值规范的双重制约.
2．教育实验的基本要求
（1）在理论假设的引导下,有目的、有预见地操纵实验条件,进行教育变革.一方面,整个实验操作是为了检验假设并构建新的假设而进行；另一方面,假设直接指导实验方法的选择,实验资料的搜集与实验结果的总结.教育实验的操作直接关系到儿童身心的健康和发展,实验者必须以高度严谨的科学态度,提出实验假设,对实验方案的效应作严密的科学论证,以避免负效应的出现.
（2）从检验假设的需要出发,根据研究的性质任务,适度控制实验条件,采取有效措施,尽可能地避免或减少与实验目的无关因素的干扰.没有控制就不能称之为实验.要增强实验控制的意识,创造出更多的符合教育实验实际的有效控制方法.
（3）坚持以实验事实为依据,公开实验操作过程和操作方法,实事求是地报告实验结果,让不同的研究者进行重复验证,确保假设检验的客观性.教育实验变量常常是综合性的、整体性的.综合变量的输入产生综合效应,从整体上是可以重复显示的.当然,这种重复并不是过去发生的社会事件原原本本地再现出来,许多具体的细节是难以完全重现的.
（4）在遵循教育性原则的前提下开展实验,使实验研究控制在社会道德允许的范围内.
（三）教育实验中的三种变量
变量是随着条件、情景的变化而在数量或类型上起变化的人或事物的特征或方面,又称因子或因素.
1．自变量
自变量是实验者操纵的假定的原因变量.例如：有几种不同的教材,考察它对学生的学习影响有没有显著差异.在这里,教材就是实验自变量.自变量可以处在不同的变化状态中,如教材便有甲、乙、丙、丁等等不同种类.它是对自变量变化程度的规定.我们要解决的问题不是用不用教材,而是采取哪种教材才能更有效地促进教学.所以,一个实验因子至少要有两种水平才能进行比较,否则其本身就不能构成实验因子.
2．因变量
因变量是一种假定的结果变量,它是实验变量作用于实验对象之后所出现的效果变量.实验因变量必须具有一定的可测性.
3．无关变量
那些不是某实验所需要研究的、自变量与因变量之外的一切变量统称为该实验研究的无关变量,也称非实验因子或无关因子.
如进行几种不同教材的比较实验,教材之外的教师水平、学生原有基础、家庭辅导、学习时间等等一切可能影响教学效果的因素都是该实验中的无关变量.
（四）教育实验的类型
根据教育实验的特点,可以从不同的方面把教育实验分成不同的类型.
1．单项单科实验与整体实验
中小学单科单项改革研究的一个基本目标是解决教育、教学中遇到的困难,提高教育教学水平,提高教育质量,具有强烈的针对性与应用性.这种研究又不单纯是为了一时、一校、一课、一书的改革需要,而越来越注意到弄清某个教育现象内外各个因素之间的关系,并已由单一的解决个别具体问题发展到探索带规律性的现象.从研究的内容看,已包括中小学各门学科,课内、课外、校外的全部教育领域,课程、教材、教法、学法的方方面面,以及学校教育的每一个方面,呈现出内容的广泛性.它研究基本上是以教师为主体,教师、教研(科研)工作者、教育行政工作者三结合；个别研究、教研经集体研究与学校立项研究相结合；一校研究、多校协作研究与区域合作研究相结合?研究形式趋向合作化.但这种“教研”因为带有明显的经验性,难以进行科学的评价,难以探索那些比较复杂的教育现象而受到局限.随着学校教育的发展,“走向合作,扬长避短,优势互补”已成为中小学教育改革研究的基本走向.这与科学在经历了从总体走向分化之后,又在新的基础上进行新的综合这一发展趋势是一致的.它的研究既可以是理论研究,也可以是应用研究,主要以实证研究为主.
中小学整体改革研究是对一所学校的整体改革进行科学范畴的研究活动.中小学办学规律的探索过程,是为学生的全面发展、个性特长健康发展与身心和谐发展,而由学校、家庭、社会共同努力,创造良好教育环境的系统工程；是从指导思想上、统筹规划上、总体设计上、结构调整上,对中小学教育改革进行的宏观控制.中小学整体改革研究是对社会主义初级阶段素质教育规律、教书育人规律的研究,是一种把改革、实验、探索、实践融为一体的实验研究.
这是一种将自然科学领域的实验方法与社会科学领域的改革尝试同时引入教育领域,而在中小学这个特定?间产生的新事物.在这里,“实验”规定着它的科学性,“探索”意味着是一种开拓性的尝试,“改革”显示着它在价值取向上的革命性与操作应用上的能动性,“实践”则表明这是一种以一定理论为依据提出变革实践的课题,以整体设计的教育活动为实践内容,以教育活动显示的结果作为评价依据的可控过程.

2．探索性实验与验证性实验
这是根据实验主要任务的不同所进行的划分.探索性实验探明造成某种现象的原因究竟有哪些,或者操纵某些条件会引起什么效果,它的特点是因子多,常将许多可能影响结果的因子组合在一起,选行比较、筛选、更新,实验规模小,对实验精度的要求也不高.如果对研究课题比较明确,已经有了具体的假设和方案,实验只是为了验证假设是否成立,方案有怎样的效果,这就是验证性实验.它的特点是问题十分明确,因素不多,实验规模较大,控制要求也比较高.探索性实验与验证性实验是相互联系的.虽然在实际研究的不同阶段,探索与验证、发现与确认两者有所侧重,可以分步走,但新的教育设想、方案的提出,这既是发现,同时也包含着对一切可供选择的方案的比较、筛选.对已有方案的实施,也不是一个机械执行的过程,而是一个创造性的物化与具体化的过程.
3．前实验、准实验与真实验
这是根据实验控制的程度、实验内外效度所作的划分.前实验是指缺乏控制无关因子的措施,内外效度是较差的实验.准实验指在现成的教学班级内进行、没有随机分派被试、不能完全控制误差来源的实验.真实验指随机分派被试、完全控制无关因子、内外效度都很高的实验.这种分类是美国的坎贝尔等人站在自然科学的立场,以实证主义的标准划分的.一般不用于对我国教育实验的划分.

二．教育实验的步骤与实验要求
（一）实验课题的确定与理论假设的形成
1．课题的产生与选定
2．假设的形成
假设的形成思路有二:
一是归纳式.侧重从学校的实际工作出发,对已有的教育教学经验进行归纳、筛选、分析,提出切实的教改实验的设想.如上海青浦县的“大面积提高数学教学质量实验”,他们在三年抽查研究、积累160项专题经验的基础上,筛选出四条有效的教学措施：第一,让学生在迫切要求之下学习；第二,组织好课堂教学的层次；第三,指导学生亲自去尝试；第四,及时提供教学效果的信息,随时调节教学.这四项措施就是该项实验的假设.
二是演绎式.侧重从教育科学或其他相关学科理论出发,通过理性思辨,派生出一些新的教育哲学观念、教学改革思想,并具体化为教改实验的措施.我国80年代以来许多教育实验假设便是从心理学、脑科学、系统论原理中引申出来.如根据人脑科学研究关于左右半脑功能互相联系以及大脑潜能的最新观点,演绎出让儿童言语符号学习与动作形象学习交替进行,促进左右脑协调发展的实验假设.两种思路是密切联系,缺一不可的.经过探索并形成的实验假设,必须是合理的,有一定的事实材料和科学理论依据,能够解释已有事实；必须是新颖的,是针对某一教育问题所作的大胆设想,具有一定的创新意义；必须是可检验的、简明的,涉及到的变量是可以操作的,切忌笼统、含糊不清.
（二）实验方案的设计与实施
1．教育实验的设计
（1）设计就是要对整个实验的进程进行全面规划,其内容包括两个方面:
①实验操作部分.确定实验自变量的操作原则、方法与实施程序；规定实验对象的选择原则、分组方法和实施程序；制定无关变量控制的目标、原则、方法与程序；提出阶段性实验目标达成的评价标准和方法以及终级目标达成的评价标准和方法,即进行因变量观测设计；确定实验资料的积累要求、实验数据的处理方法.
②实验管理部分.制订以上述内容为核心的实验工作计划,包括组织保证、规章制度、设备筹划、经费使用、时间进程的安排等具体方案.
（2）教育实验最基本的设计类型
①前测后测单组设计
(RG) Y1 X1 Y2 X2 Y3
R代表随机抽样,G代表小组,RG代表实验组是采用随机抽样配成的.X1、X2代表同一类实验因子的两种不同水平的实验处理.Y代表因变量的观测数据,Y1为初次观测数据,Y2 、Y3分别为两次处理后因变量变化的观测结果.通过Y1与Y2、Y1与Y3以及Y2与Y3的差异比较,来反映两种不同的处理效果的优劣.
使用单组设计要求:第一,随机选择一组被试；第二,实验因子两种水平的处理的先后顺序应随机确定,并且后一实验处理不受前一实验处理的干扰；第三,至少要安排两次观测,一次在处理Xl之后,另一次在处理X2之后.如能再作一次原初水平的观测就更好.几次观测的难度、信度、效度应相当；将前后两种处理比较的前提条件是无关因子的影响在实验前后两个阶段基本恒定不变.否则,我们就不能将两次测验之差归结为实验因子水平的不同.
上述实验设计在实践中有时被简化为：
(RG) Y1 X Y2
X为实验处理,Y1为施行处理前对被试的观测结果,Y2为施行处理后的观测结果.实验结束后,通过前测与后测结果的比较,来判别实验处理是否对实验结果产生明显的效应.这样,实验简便易行多了.但由于缺乏必要的比较,归因分析是很不充分的,它没有排除被试本身自然成熟的影响.为了弥补实验设计的不足,研究者应尽可能使用有常模参照的各种标准化测验,将实验班学生的发展同相应的常模比较；寻找可用对照的比较组.
②前测后测等组设计
(RG1) Y1 X1 Y2
(RG2) Y3 X2 Y4
将实验对象随机分成两个或两个以上的等值组,然后分别对各组施以不同的实验处理,并使一切无关因子对各组的影响效果相等.实验结束后,通过实验前后各组测验结果的比较,来鉴别实验处理的优劣.等组设计的最主要规范是随机选择被试,进行分组,确保实验各组除实验处理不同,其它各方面的情况基本相同,并随机确定各组所接受的实验处理.
③简单随机化设计
RG1 X?1---Y1
RG2 X2---Y2
RG3 X3---Y3

RGn Xn---Yn
简单随机化设计要求：第一,随机将被试分派到各实验组；第二,各实验组的被试应尽可能多些,以保证无关因子的影响在随机化的过程中得到均衡；第三,随机安排实验处理；第四,采用多差分析,进行实验数据的多重比较.简单随机化设计能够在一次实验中解决多种处理效应的差异比较问题,既提高了工作效率,又增强了实验结论的可靠性,它是一切现代化实验设计的基础.
（3）实验方案设计必须遵循下列要求:
第一,可操作性要求.包括实验目的具有一定的可观测性,实验变量具有明确的操作界定.条件控制切实,措施落实,其中要特别强化有别于常规教育教学的实验变量的操作程序、规则说明.
第二,与理论假设的内在一致性要求.
第三,可比性要求.根据课题特点,选择适当的实验设计类型,设计必要的控制组、对照班,尽可能地平衡、清除主要的无关变量的影响,确保实验前后的可比性,或实验班与对照班的可比性,以便进行实验效果的归因分析.
第四,研究过程设计合乎规律的要求.对实验工作进程的安排要合理,按认识过程的客观规律办事,形成行之有效的研究思路和工作方法.
2．实验方案的实施
（1）健全实验组织,准备实验器材,落实实验学校、班级与实验教师保证其代表性.
（2）加强实验进程的控制,一方面要使实验变量随实验的意图变化,切实贯彻方案规定的程序、原则,保证落实到位；另一方面保持实验教师、实验对象、实验环境的相对稳定,排除来自家庭、社会多方面因素的干扰.
（3）有目的、有计划地观测实验效果,经常不断地收集实验资料、数据.
（4）周期较长的实验应做好阶段性小结,不断进行形成性评价.查明在实验因子的影响下,在实验过程的不同阶段,儿童身心是怎样发展变化的.不断将实验结果与初期目标作系统对照,分析阶段性目标达成度.
（三）实验成果总结与应用推广
1．实验总结
（1）将大量的原始资料、数据归纳整理成易于处理和能够理解的统计图表,并在这基础上进行必要的统计检验与统计控制.
（2）运用科学的原理与方法,对取得实验结果的原因进行解释,从理论上回答“为何如此”的问题,做出因果关系的结论.
（3）将实验探究的过程与结果客观地、全面地反映出来,形成实验报告和学术论文.坚持定量分析与定性分析相结合,对实验事实、数据去伪存真,客观地公布于众.反对对实验数据作修剪,对实验效果作选择性的报道,甚至凭空捏造.要遵循因果推论的准则,对实验结果进行归因分析.报告结果时,必须详细说明实验结果的取得所依赖的条件(师资水平、社区教育环境、儿童经济文化背景等).
2．应用推广
成功的教改实验总是在先进的教育理论、正确的教育思想指导下进行的.推广教改实验成果的关键在于转变教育思想.同时,教改经验中既有共性的东西构成其可迁移性,又具有一定的个性,必须因人、因地、因时而异.
对教改经验的学习、教改成果的应用,需要广大教育工作者根据自身实际,认真地加以选择、提炼、创新,为我所用.并不是任何实验都可以推广应用的.为了确保实验成果的科学性、先进性,必须深入开展局外人对实验成果的科学评价、评论.
任何教改实验总是在一定范围内有效,把本来只适用于特定情景下的教改经验夸大为普遍有效的真理,是不科学的.实验成果推广还必须作整体规划,协调各方面的力量,有步骤、分层次地推进.避免一哄而上,造成大面积教育的失误,其中特别需要加强对实验教师的培训.

三．教育实验中无关因子的控制
（一）无关因子控制的意义
实际影响实验效果的因素除了实验因子外,还有很多非实验因子,若不采取措施控制它们,则随着自变量操纵的渐次展开,诸多无关因子也会同时发生作用,或与自变量作用一致,或与之相反,那么,实验者就不能证实实验效果是实验因子引起的,还是无关因子引起的,或者是两者相互作用的结果,以至无法进行归因分析,从而导致假设检验的失败.通常所讲的实验控制,主要是指控制无关因子,排除它们的干扰,使之不影响我们对实验因子效应的正确观测与鉴定.
（二）无关因子控制的方法
经典实验常采用随机、消除、恒定、平衡、抵消等方法来控制无关因子.
1．随机.指在选择被试、安排实验处理顺序等许多实验环节上不受实验人员主观意图的影响,而由偶然机遇决定.问题在于,教育实验不能打乱正常的教学秩序.有时,实验者不能不限于在允许的学校和班级内进行,实验人员在确定学校、班级、执教者时不得不有意而为之.
2．消除.即想方设法使无关因子从实验情境中消失.一些心理实验在暗室或隔音室内进行,就是为了消除作为无关因子的光线、室外噪音等物理因素的干扰.教育实验中诸多影响实验结果的心理因素是无法消除的.不恰当地采用消除法,会使实验情境失去“自然性”、“现实性”,反而会引起被试的疑虑、期望、紧张等情绪变化,干扰实验的进程.
3．恒定.即使无关因子效应在实验前后保持不变,不影响实验效果的前后比较.如使实验班人数固定不变,实验教师保持相对稳定等,但由于教育实验周期长,实验对象身心不断发展,诸多因子无法恒定不变.
4．平衡.指在分组比较实验中,要使各组的无关因子作用相同,这样可以把实验班与对照班的不同归结为实验处理的不同.
5．抵消.即让同样的被试先后接受几种不同的实验处理,使每一种实验处理以不同的次序出现,列成机会均等的组合,并随机分派接受各个顺序组合.
让同样的被试先后轮换接受各种不同的实验处理,从理论上讲,被试自身以及由实验顺序造成的练习、适应、疲劳等无关因子效应便可在先后轮换过程中相互抵消了.但如果一种新的教学体系系统性较强,就不能让被试一会儿学习甲教材,一会儿学习乙教材.轮换在提高实验精度的同时,也延长了实验时间,在实验周期较长的情况下不宜使用.
还应该采取适应教育实验特点新对策:
(1)纳入处理
(2)重复验证
(3)统计控制
(4)代表性策略
(5)开展辅助实验
(6)作详细说明

四．运用教育实验法应注意的问题
（一）实验设计要符合基本的道德准则
（二）必须提出实验的假设
（三）确定实验的自变量（实验因素）
（四）明确评价因变量的指标
（五）严格控制无关变量
（六）教育实验需要反复进行
（七）实验研究与其他研究方法的综合运用
由于实验法是探索教育的因果关系的方法,所以有人说：“实验法是教育科研的生命”.长期以来,我们对实验法重视不够,运用较少,也是造成我们教育科研水平不高的原因之一.所以应该提倡广大的教育工作者重视实验、参与实验,特别是要不断增强实验的意识,以提高研究工作的水平.当然,这并不是说只有进行实验,才能提高研究工作的水平,教育中需要研究的问题是多种多样的,教育研究的方法种类也很多,不同地区、不同的教育工作者在条件、水平等方面差异也很大,所以还是要根据需要和可能选择适当的方法进行教育研究,只有这样,才能使教育科研更加蓬勃发展,才能推动教育事业不断前进.

能不能具体点啊，要不，我只能说“具体问题，具体分析”了