化学教育实验研究法

化学教育实验研究第一节教育实验研究法概述一、教育实验研究法的基本概念与特点二、教育实验的局限性三、教育实验研究法的基本类型一、教育实验研究法的基本概念与特点实验法，就是按照特定的研究目的和理论假设，人为地控制或者创设一定的条件，从而验证假设、探讨现象之间因果关系的一种科研方法。教育实验研究，就是研究者根据一定的目的和计划，在控制条件下，对被试（教育对象）施加可操纵的教育影响，然后观测被试的变化及教育效果，以此推断所施加的教育影响同教育效果之间是否存在因果联系的一种研究。你了解哪些教育实验？福禄贝尔创办幼儿园拉伊和梅伊曼创办了实验教育学1930年美国“八年研究”[1933-1941]：30所中学与300所学院中学化学新课程改革中小学的校本课程开发……举例赫尔劳克（Hurlock，K.B.）实验他把加法计算的单一作业交给三个组的学生，对三组学生的处理是，第一组教师给学生以表扬，第二组教师给学生以批评，第三组教师对学生放任自流。结果受表扬的一组学生成绩最好，受批评的一组学生成绩次之，被放任的一组学生成绩最差。这一结果表明，评价者的态度影响学生的学习热情，从而导致学生成绩的差异。黑龙江宁安实验小学尹玉兰老师班里有一名留级女生，学习吃力，常常受到批评，精神压力大，每天总是用怯生生的目光注视着老师。一天，她的字写得特别认真，尹老师面带笑容地说：“来，握握手，祝贺你取得的进步。”放学后，她跑回家，兴奋地告诉妈妈：“今天老师和我握手了，我敢和老师说话了。”从此以后，孩子的目光不再躲避老师，每天有说有笑，学习也变得主动了。第一节、化学教育实验研究概述一、教育实验的发展脉络和特点1、教育实验的产生和发展自然科学实验——物理学、实验生物学、实验心理学——教育领域；赫尔巴特和欧文——齐勒和莱恩——赫尔巴特教育理论产生分流，整体主义教育实验和科学主义教育实验泰勒的“八年研究”（1933-1941）将上述两者结合，引入评价，定性与定量，过程评价、结果评价、追踪评价相结合。2、当代教育实验发展的基本特点整体性与分析性相融合，科学主义与自然主义一体化二、化学教育实验的概念

化学教育实验的概念在化学教育实践中进行的、根据一定的理论假设，以一定的化学教育目的为指导，通过合理而有条件地控制变量，变革实验因子，从而探索化学教育规律的一种科学研究方法。化学教育实验研究中的变量假设被试自变量因变量无关变量化学教育实验中的变量自变量（independentvariable)：称刺激变量或实验变量，也称实验因子，是由实验者主动操纵、掌握，从而引起因变量发生变化的因素，如教师、教材和教学参考资料、仪器设备、教学方法、教学手段、社会家庭环境、家长职业的影响、学生原有知识基础、学生身心健康状况等等。因变量(dependentvariable)：称反应变量(responsevariable)，是因自变量的变化而产生的现象或结果，如学生学习成绩、自学能力、心理素质、创新能力等的提高或者增强。无关变量(irrelevantvariable)：是指在实验中除所规定的自变量以外的一切能影响实验结果的变量，又可分为恒性变量和变性变量。恒性变量(controlledvariable)，其中有些因子对教学实验的效果影响很大，如教师的知识水平和教学的艺术技巧、学生的知识基础和技能基础、教学条件等，必须设法予以控制，使实验因子更“纯化”、实验结果更准确。变性变量是指偶然产生的影响某次教学效果的一种变幻莫测的难以控制的变性因子。如教师或者学生身体不适、心情不畅或者不可抗拒的灾难等。无关变量的来源第一，被试方面。主要包括：性别、知识基础、智力水平、学习方法、家庭背景、参与动机、有关经验、性格特点、当时的生理状态、焦虑等。第二，主试方面。主要包括：主试的年龄、性别、外表、言谈举止、态度、暗示、“实验者效应”等，如教师的业务水平、教学观念、教学策略、课外作业与辅导等。第三，研究设计方面。主要包括：研究方法本身的不完善、研究被试选择不当、测量工具不完善、研究程序安排不合理等第四，研究实施环境方面。主要包括：温度、光线、声音、熟悉性、桌面好坏、房间阔窄等。此外，在研究实施现场发生意外事件第五，数据处理方面。主要包括：分类不合理、评分标准不统一或评分过失、统计方法使用不当等。三、化学教育实验的特征1、实验能把影响教学的某一特定因子分离出来，具有简化和纯化的特征；初中化学程序启发教学实验----改革教材因子分化出来，其他因子采用对消的方法。2、实验可以是人们观察到在自然状态下难以发现的情况，从而使研究课题不断扩大，具有强化和深化的作用；3、实验可以年复一年地多次开展，具有重复“过滤”的作用；4、实验可以在较小的范围内对教学过程进行量化，便于测量，使之精确化并增强其可操作性四、化学教育实验的功能1、对教学改革与发展的推动2、对教学理论的发展3、对化学教师业务素质的提高4、对教育实验元研究的促进五、化学教育实验的类型1、按实验场所分——实验室实验、自然实验2、按实验涉及的因子分——单项实验、综合实验、整体实验3、按实验的主要任务分——探索性实验、验证性实验与应用型实验实验室实验指在专门的实验室内，使用各种设备进行的，旨在探究在特定情境下的教学规律的研究方法。Eg，国家在大连、青岛设置的基础教育课程改革实验区-----特殊的“教学改革实验室”。自然实验又称为现场实验，是将实验研究与日常活动及有目的的观察、调研结合起来，以便发现在自然状况下各种教学因素在教学过程中的相互关系、各自的左右以及教学规律等。单项实验，又称单因子实验，是指对单个因素进行操作变革以观察其效果的实验。单个因素：某种教材、教学方法、学生的某一发展因素（自学能力、思维能力、合作学习能力以及个性、情感等）。如“六课型单元教学”实验，“自学能力培养”实验。综合实验，是指对有内在联系的两项或多项因素进行综合性操作变革，以观测其综合效果的实验。例如，“程序启发教学”实验，就是对化学教材和教学方法进行综合变革，以考查对学生学业成绩、自学能力、迁移能力等影响的综合实验。整体实验，对教育教学中某一个独立的整体结构进行全面地、系统地操作变革，以观测其结构功能效果的实验。如，国家进行的化学新课程改革。探索性实验：侧重于发现新的化学教学规律的实验。例如，在20世纪80年代中期化学程序启发教育实验初期，实验的目的就是探索在新的教材形式和新的教学方式下化学教学的新规律。验证性实验：侧重于已得出的科学理论进行检验，从而确立它或否定它的实验，建立子探索性实验基础上。例如，化学程序启发教学的中期实验。应用性实验，侧重于把发现和验证过的科学理论应用于具体的教学实际，使科学理论转化为实践效益。如，“大面积推广程序启发教学”实验，“目标教学”实验等都属于此类。一个记忆实验的分组设计一个班学生，分成二组，第一组用想象背诵法，第二组用复述（机械记忆）法记忆1篇课文，每组背诵5次，再进行检测，考察哪种方法更有效。教材改革教育实验实验假设：实验教材比全国统一教材更适合本校中学化学教学。自变量：某实验班按照实验教材和教学指导书进行酸碱盐教学，对比班按照全国统一的教材和教学指导书进行酸碱盐教学；因变量：分段化学成绩；样本：高中一年级两个班各41人，条件控制：同一教师教学，作业练习时间统一，统一测试入学前化学能力和智力情况。解题思维策略训练提高解题能力的实验假设：系统进行解题思维策略训练可提高学生解应用题的能力。实验处理：实验组用自编教材，讲解6种解题方法（简化法、图解法、结构训练法、联想法、假设法、对应法），每周3次，每次1节课，共7周21节课。控制组不讲，只做同样的练习。因变量：学生解题能力（操作定义：化学计算难题测验）条件控制：随机取样；同一教师教学；前后测相同（等值难题，测验时间与要求前后一致）；练习内容相同。第二节化学教育实验的设计前苏联教育家巴班斯基认为，教育实验用于解决下列认为：1、确定一定的教育影响同所达到的学生作业、教养和发展的效果之间的依从关系，2、揭示一定条件同所取得的教育效果之间的依从关系；3、确定教育措施或条件同教师和学生为达到一定效果而消耗的时间、精力之间的依从关系4、比较两种或多种教育影响方案或条件的效果，从中选择从某种标准来看最佳的方案；5、证明一定的措施体系在相应条件下，根据一系列标准来看的合理性；6、发现原因联系。一、教育实验设计的基本要求1、突出自变量跟因变量的共变关系2、实行实验因子前后测试的时间顺序3、控制非实验变量的“恒性因子”根据以上原则，实验过程的设计的主要环节如下：1、论证实验的因果假设的共变关系；2、选取实验对象，科学分配到实验班、对比班；3、对被试进行前测；4、引进自变量施加实验因子于实验班、对比班5、对被试进行后测6、比较前测、后测因变量之差异，并进行因果分析7、根据因果变量的强度和性质，判定假设的正确与否或符合的程度与水平如何化学教育实验的方法设计单组实验法等组实验法循环实验法（轮组实验法）单组实验法是将某一个实验因子或某几个实验因子，施于同一组的被试，通过变革前后的测验，比较其实验效果，简称为“单组前后测”实验设计。基本公式：被试——（前测1——因1——后测1——差1）——（前测2——因2——后测2——差2）差1=后测1-前测1，差2=后测2-前测2，实验结果=差1-差2或用符号表示：S——（IT1——EF1——FT1——C1)——（IT2——EF2——FT2——C2)C1=FT1-IT1，实验结果=C1-C2C代表产生的变化

等组实验法是以不同的实验因子分别施加于两个或几个情况基本相同或相等的组，然后比较其所发生的的变化。基本公式：S1——（IT1——EF1——FT1——C1)S2——（IT2——EF2——FT2——C2)实验结果=C1-C2轮组实验法是将两种实验因子分别应用在两个组别的实验里，经过一定时间后，将两个实验因子轮换，并与前期的时间相等，然后比较所得的结果。轮组的基本公式S1——（IT1——EF1——FT1——C1)——（IT2——EF2——FT2——C2)S2——（IT3——EF2——FT3——C3)——（IT4——EF1——FT4——C4)EF1结果=C1+C4EF2结果=C2+C3实验结果=（C1+C4）-（C2+C3）实验方法的选择1、随机取样法2、测量分组法3、逐个分配法第三节教育实验研究的一般程序准备实施总结一、实验的准备阶段

选择和确定实验课题

提出实验假设*选择实验模式和实验对象

制定实验方案*(1)问题的提出。(2)实验的理论基础和指导思想。(3)实验的对象和方法。(4)自变量与因变量的操纵。(5)实验的具体步骤。(6)实验的组织与领导二、实验的实施阶段

要体现正面教育性

被试必须保持正常状态

必须认真考虑所采用的手段和技术会不会产生不科学的结论进行试探性的实验

三、总结阶段

整理实验资料统计分析实验结果撰写实验报告题目署名前言实验的目标与原则实验的内容实验的过程与方法实验的结果与分析讨论参考文献与附录第四节化学教育实验的操作模式*

实验设计是指实验的操作方法，指根据实验研究课题的性质和实验研究所具备的主客观条件，对有关被试的选择和分组、自变量的操作、因变量的测量、无关变量的控制等问题所确定的具体操作程序。实验设计符号说明：X—一种实验处理；O—一次测试或观察；R—被试被随机选择分配和控制；Ｓ：被试教育实验设计确定实验处理（自变量的变化）列举总体、样本、实验单位、抽样方法及样本大小确定因变量及适当的测量方法陈述研究假设判断需要控制的无关因素，控制方法、控制过程和控制程度选择实验设计模式案例：教师情绪状态对教学效果影响的实验研究一、问题的提出教师的情绪状态是影响课堂教学效果的一个重要因素，快节奏的现代社会已使这一问题在教育教学中更加明晰地凸显出来。以往虽有研究者曾提出或关注过该领域的问题，但对二者之间关系的探讨缺乏实证性研究。本研究将以实验的方法科学论证教师的情绪状态与课堂教学效果之间的内在关系，具有一定的理论价值和较强的现实意义。二、理论假设1、教师的情绪状态对教学效果有影响2、教师的积极情绪状态有助于提高教学效果3、教师的消极情绪状态降低教学效果三、自变量与因变量的说明1、自变量：教师情绪状态分三级水平：正状态（精神饱满面带微笑富有激情）负状态（精神颓废面容憔悴萎靡不振）常态（介于正负状态之间）2、因变量：教学效果分三方面内容：学习成绩（知识的掌握）学生非智力因素（兴趣、动机）教师情感体验（自我效能感）四、实验过程1、被试的选择：从某大学本科三年级学生中随机抽取150名同学进行实验。2、被试的分组：将被试随机分为正状态、负状态、常态三个组。3、实验的实施：同一教师、同一内容、同一教学环境分别在三个组上课。4、结果测查：考试（后附考卷）问卷调查（后附：学生课堂情感体验问卷调查表）访谈（后附：教师教学自我效能感访谈提纲）五、实验结果统计1、三种状态下学生学习成绩2、三种状态下学生非智力因素3、三种状态下教师自我效能感六、实验结果分析

1、三种状态下学生学习成绩的比较2、三种状态下学生非智力因素的比较3、三种状态下教师自我效能感的比较4、三种状态下性别差异比较5、三种状态下专业差异比较6、三种状态下成绩差异比较七、实验的基本结论1、2、3、——八、实验干扰变量控制的说明解题思维策略训练提高小学生解题能力的实验研究研究问题：(1)以教学法形式进行解题思维策略训练的可行性；(2)影响解题思维策略训练的主要因素；(3)不同学习成绩学生解题思维策略特点及差异研究假设：专门系统地进行解题思维策略训练，可提高学生解应用题的能力。实验组——用自编教材，讲解6种应用题的方法(简化法图解法、结构训练法、联想法、假设法、对应法)，每周3次，每次1节课，共7周20节课。控制组——不讲，只做练习。目标总体：某市小学六年级学生。接近总体：某市某小学六年级2个班(六年级中取学习成绩最好的班和最差的班)。

样本大小：94人，平均年龄12岁零3个月，其中实验班47人(男22，女25)，控制班47人(男24，女23)。

取样方法：对被选的2个班学生进行33分钟的学习能力测验，15分钟的数学基本知识测验，30分钟数学难题测验，把分数相差3分内的学生配对分组，删去4名条件相差太大的学生，随机分成2个等组，注意男女生人数大致相等。实验单位：每个独立的学生。因变量：学生解应用题的能力。操作定义：等值数学难题训练。

采用的控制方法：(1)随机指派形成被试组；(2)控制性别差异；(3)同一教师教；(4)前后测相同(等值难题，测验时间与要求前后测一致)；(5)练习时间相同。实验设计：实验组、控制组前后测设计。实例1实例2：以“复习时间分配与外化学复习效果”为研究主题，进行一项教育实验设计研究假设：分散复习效果优于集中复习实验处理：复习时间分配方式取样：一定数量高一学生，按智力水平、外语水平分成4个等组因变量测定：复习效果，统一测验成绩实验设计类型：多重处理设计：Ｓ１（Ｏ－Ｘ１－Ｏ）Ｓ３（Ｏ－Ｘ３－Ｏ）Ｓ２（Ｏ－Ｘ２－Ｏ）Ｓ４（Ｏ－Ｘ４－Ｏ）

控制方法：智力水平、原有成绩、复习时间总量、复习内容相同、后测相同

时间12345678处理1：20’20’20’20’20’20’-统处理2：30’30’30’30’-一处理3：40’40’40’-测处理4：120’-验一、单组实验概念：因素与水平（处理）1.单组后测设计2.单组前后测设计3.时间序列设计1.单组后测设计只有一个被试组且不是随机选择，对其先实施实验处理，然后进行因变量的测量，用测量的成绩来描述实验的效果。设计方式是：Ｓ（Ｘ－Ｏ）这是比较粗糙的一种设计方法，有许多无关因素对实验效果的影响可能无法排除，实验内在效度低。在某些特定的情况下，可以采用这种设计方法，如在无法设定控制组的情况下，而对因变量的测量有常模参照时，就可以用这一设计模式。案例：情景作记忆一位化学教师深感学生对于金属活动性顺序记忆存在障碍，于是设计了“情景记忆”方法在班上试行，经一段时间后发现学生记忆准确率有所提高。假设：运用“情景记忆”教学法可提高学生的记忆质量处理：在化学课上，教师运用“情景记忆”法进行教学因变量测定：试题测验实验设计：单组后测2.单组前后测验设计对一组被试先进行前测验；然后实施实验处理；最后进行后测验。比较前后测的成绩来确定实验的效果——后测对前测具有显著性的增值作为实验处理的效应。设计方式：Ｓ（O1－X－O2）情景作文一位化学教师深感学生对于金属活动性顺序记忆存在障碍，于是设计了“情景记忆”方法在班上试行，经一段时间后发现学生记忆准确率有所提高。假设：运用“情景记忆”教学法可提高学生的记忆质量处理：在化学课上，教师运用“情景记忆”法进行教学因变量测定：试题测验实验设计：单组后测前测：在原来教学方法下对学生的写金属活动性顺序应用进行测验使用新方法1星期后进行金属活动性顺序试题测试两个实验处理的单组前后测验设计对一组被试先进行一种方法的前后测验实验。然后再对同一组被试进行另一种方法的前后测验实验。用两次所得的结果比较两种方法的优劣。设计的方式可以表示成：设计方式：Ｓ（O1－X1－O2）－（O3－X２－O4）或Ｓ（O1－X1－O2－X２－O3）比较：（O3-O2）-（O2-O1）单组前后测验设计由于只有一组被试，在研究中一些无关因素也没有得到很好的控制。案例：文章的生字密度对学生阅读理解的影响假设：阅读理解随着文章中生字密度的增加而下降自变量：生字密度实验处理：5：1；10：1因变量：阅读理解测验分数被试：二年级三班40名学生控制变量：文章的长度、文章主题的熟悉程度、文章类型、被试阅读能力等。实验设计：单组前后测设计例1．在学校C中，研究两种阅读方案（A和B）对3年级学生阅读成绩的影响。研究假设：（1）对不同阅读成绩的学生，用方案A教学阅读成绩的平均增加分数与用方案B教学的平均增加分数之间没有差异。（2）按照原有的阅读成绩，对那些得分在后30%的学生用方案A来教，其平均增分大于用方案B来教的平均增分。（3）按照原有的阅读成绩，对那些得分在前30%的学生用方案B来教，其平均增分大于用方案A来教的平均增分。（4）按照原有的阅读成绩，对那些得分在中间40%的学生用方案A来教与用方案B来教其平均增分没有差异。操作性定义：1.研究中包括的个体：所有C学校3年级的学生

2.方案A：从Y出版社买来的材料以及活动建议

3.方案B：从X出版社买来的材料以及活动建议自变量：阅读材料——A和B因变量：阅读分数的增加3、时间序列设计是按一定时间间隔对一组被试进行一系列测验，而把实验处理安排在这一系列测验的某两个之间。实验的效果是通过比较实验处理前后各个测验结果的差异得到的。设计方式是：Ｓ（Ｏ－Ｏ－Ｏ－Ｘ－Ｏ－Ｏ－Ｏ）特点：对一个非随机取样的被试组作周期性的一系列测量，观察在施以实验处理前后的一系列测量分数是否发生非连续性变化的现象，从而推断实验处理是否产生效果——时间系列设计包含有重复测量，并且在多次测量之间插入一次实验处理榜样和强化对道德判断的影响某校一个班40人，在实验前，老师连续4次（1周1次）测量学生的诚信观念，然后施加实验影响，即老师在1周内每天给学生介绍一个讲诚信的故事，当学生作出正确道德判断时，立即给予表扬（强化），1周过后连续4次（1周1次）复测学生的诚信观念。统计分析：比较前4次和后4次测试的结果是否连续，如果有跳跃上升，则说明实验处理有效。等组设计等组设计是对两个自然组（实验组与控制组）分别进行前后测验，被试不是随机分配，实验处理随机指派。设计方式：S1（O1－X－O2）S2（O3－－O4）比较方法：一是如果两个组前测没有差异，则通过比较后测成绩来说明实验处理的效果；二是如果前测不相等，则通过将两组前后测成绩的变化来进行比较，即O2—O1和O4－O3比较，以此估计自变量的效果。S1（O1－X1－O2）S2（O3－X2－O4）S3（O5－－O6）比较：A[（O2—O1）-（O5－O6）]B[（O4－O3）-（O5－O6）]A&B[（O2—O1）-（O4－O3）]这种设计方法在教育实验研究中被普遍采用。这种实验设计能够控制一些无关变量的影响，但是，不能保证被试的代表性。等组设计举例：记数教学样本：某小学一年级两个班各41人自变量：实验班按照实验教材和教学指导书进行万以内计数教学，对比班按照全国统一的教材和教学指导书进行万以内计数教学；因变量：分段数学成绩；条件控制：同一教师教学，作业练习时间统一，统一测试入学前数学能力和智力情况。案例：文章的生字密度对学生阅读理解的影响假设：阅读理解随着文章中生字密度的增加而下降自变量：生字密度实验处理：5：1；10：1因变量：阅读理解测验分数被试：二年级三班40名学生控制变量：文章的长度、文章主题的熟悉程度、文章类型、被试阅读能力等。实验设计：等组设计循环组设计循环组实验是以两个或两个以上条件不完全相同的个体或群体为实验对象，在其他条件保持不变的情况下，实验者将若干不同的自变量或同一自变量的若干不同水平，分期、轮流施加于各实验组，使因变量产生变化，然后分别对各个自变量引起的各种因变量的变化加以测量、评价并对其总和加以对比分析，以判断哪一个自变量最有效。有不同组和不同的实验处理，每组按照不同顺序循环接受实验处理，比较各种实验处理的平均成绩。每组既是实验组，又是对照组。第一轮实验实验一组：S1（O1－X1－O2）（O11）实验二组：S2（O3－X2－O4）（O21）

第二轮实验实验一组：S3（O5－X2－O6）（O12）实验二组：S4（O7－X1－O8）（O22）比较方法：（O11+O12

）－（O21+O22

）讲授和讨论法的教学效果比较某数学老师试图比较学生学习新课时使用两种方法的效果，于是在所教的同级两个班进行比较实验，第一个月，一班采用讲授法，二班采用讨论法，第二月两个班转换教学方法，在每个月结束时测试学习成绩。统计分析：比较各班使用不同方法的学业成绩，即计算2个班用同一方法所得成绩的平均分，进行差异检验。真实验设计真实实验设计是被试为随机抽样和随机分组，并且都有一个控制组的设计。这种设计不仅保证被试具有代表性，对无关变量也进行了有效的控制，因此，具有很好的内在效度和外在效度。真实验设计的四种常见表现形式前后