实验设计与分析(一)3

实验分析与设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握实验分析与设计的基本原理，理解实验方法在科学研究中的应用；2. 使学生掌握实验数据收集、处理和分析的方法，能够正确解读实验结果；3. 培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，能结合课本知识设计简单的实验方案。

技能目标：1. 培养学生独立思考和团队协作的能力，能够运用所学知识进行实验设计与实施；2. 提高学生实验操作技能，熟练使用实验仪器和设备，掌握基本实验技巧；3. 培养学生运用信息技术手段，如实验数据分析软件，进行数据处理和分析。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对科学研究的兴趣和好奇心，激发学生探索未知、勇于创新的科学精神；2. 增强学生的环保意识和责任感，使他们在实验过程中关注实验安全、节能环保；3. 培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度，养成独立思考、批判性思维的良好习惯。

课程性质：本课程为实验分析与设计类课程，旨在培养学生的实验操作能力、科学思维能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的学科基础知识，具有较强的动手能力和求知欲，但对实验设计与分析的方法掌握不足。

教学要求：结合课本内容，注重实践操作，以学生为主体，提高学生的实验设计与分析能力，培养科学思维和创新精神。

通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决，达到学以致用的目的。

二、教学内容1. 实验分析与设计基本原理：介绍实验设计的基本概念、分类和原则，结合课本相关章节，让学生了解实验方法在科学研究中的重要性。

2. 实验数据收集与处理：讲解实验数据收集的方法、技巧，以及如何运用统计学方法对实验数据进行处理和分析，引用课本实例进行分析。

3. 实验方案设计：根据课本内容，教授实验方案设计的方法和步骤，培养学生独立设计实验方案的能力。

4. 实验操作技巧：结合课本章节，教授实验操作的基本技巧和注意事项，提高学生的实验操作能力。

5. 实验结果分析与评价：指导学生如何分析实验结果，评价实验方案的优缺点，提出改进措施，结合课本案例进行讲解。

《实验设计与分析》习题与解答P41 习题一1.设用三种方法测定某溶液浓度时，得到三组数据，其平均值如下：1x (1.540.01)mol /L =± 2x (1.70.2)/mol L =± 3x (1.5370.005)mol /L =±试求它们的加权平均值。

解：①计算权重：211100000.01w == 212250.2w ==213400000.005w == 1:2:310000:25:40000400:1:1600w w w ==②计算平均值1.54400 1.71 1.5371600 1.538 1.5/40011600x mol L ⨯+⨯+⨯==≈++5.今欲测量大约8kPa （表压）的空气压力，试验仪表用①1.5级，量程0.2MPa 的弹簧管式压力表；②标尺分度为1mm 的U 形管水银柱压差计；③标尺分度为1mm 的U 形管水柱压差计。

求最大绝对误差和相对误差解：①max 0.21000 1.5%3x kPa ∆=⨯⨯=R E =3100%37.5%8R E =⨯=②33max 1109.8113.610133.4160.133x Pa kPa -∆=⨯⨯⨯⨯==0.133100% 1.66%8R E =⨯= ③33max1109.81109.810.00981x Pa kPa -∆=⨯⨯⨯==0.00981100%0.12%8R E =⨯=6.在用发酵法生产赖氨酸的过程中，对产酸率（%）作6次测定。

样本测定值为：3.48, 3.37, 3.47, 3.38, 3.40, 3.43，求该组数据的算术平均值、几何平均值、调和平均值、标准差s 、总体标准差σ、样本方差s 2、总体方差σ2、算术平均误差Δ和极差R 。

解：①算术平均值： 3.48 3.37 3.47 3.38 3.40 3.433.426x +++++==②几何平均值： 3.42G x == ③调和平均值：63.421111113.48 3.37 3.47 3.38 3.40 3.43H ==+++++④标准差：0.0463s =⑤总体标准差：0.0422σ=⑥样本方差：()()()()()()2222222 3.48 3.42 3.37 3.42 3.47 3.42 3.38 3.42 3.40 3.42 3.43 3.420.0021261s -+-+-+-+-+-==-⑦总体方差：()()()()()()2222222 3.48 3.42 3.37 3.42 3.47 3.42 3.38 3.42 3.40 3.42 3.43 3.420.001766σ-+-+-+-+-+-==⑧算术平均误差：3.48 3.42 3.37 3.42 3.47 3.42 3.38 3.42 3.40 3.42 3.43 3.420.03836-+-+-+-+-+-∆==⑨极差：R=3.48-3.37=0.117.A 与B 两人用同一分析方法测定金属钠中的铁，测得铁含量（μg/g ）分别为： 分析人员A ：8.0，8.0，10.0，10.0，6.0，6.0，4.0，6.0，6.0，8.0 分析人员B ：7.5，7.5，4.5，4.0，5.5，8.0，7.5，7.5，5.5，8.0 试问A 与B 两人测定铁的精密度是否有显著性差异？（α=0.05） 解：①算术平均值：8.08.010.010.0 6.0 6.0 4.0 6.0 6.08.07.210A x +++++++++==7.57.5 4.5 4.0 5.58.07.57.5 5.58.06.5510B x +++++++++==②方差22222222222(8.07.2)(8.07.2)(10.07.2)(10.07.2)(6.07.2)(6.07.2)(4.07.2)(6.07.2)(6.07.2)(8.07.2) 3.7101As -+-+-+-+-+-+-+-+-+-==-22222222222(7.5 6.55)(7.5 6.55)(4.5 6.55)(4.0 6.55)(5.5 6.55)(8.0 6.55)(7.5 6.55)(7.5 6.55)(5.57.2)(8.0 6.55) 2.3101B s -+-+-+-+-+-+-+-+-+-==-③统计量3.71.62.3F == ④临界值0.975(9,9)0.248F = 0.025(9,9) 4.03F =⑤检验∵0.9750.025(9,9)(9,9)F F F <<∴A 与B 两人测定铁的精密度是无显著性差异8. 用新旧两种工艺冶炼某种金属材料，分别从两种冶炼工艺生产的产品中抽样，测定产品中的杂质含量（%），结果如下：旧工艺：2.69，2.28，2.57，2.30，2.23，2.42，2.61，2.64，2.72，3.02，2.45，2.95，2.51 新工艺：2.26，2.25，2.06，2.35，2.43，2.19，2.06，2.32，2.34试问新冶炼工艺是否比旧工艺生产更稳定，并检验两种工艺之间是否存在系统误差？（α=0.05） 解：（1）①算术平均值： 2.69 2.28 2.57 2.30 2.23 2.42 2.61 2.64 2.72 3.02 2.45 2.95 2.512.5713x ++++++++++++==旧2.26 2.25 2.06 2.35 2.43 2.19 2.06 2.32 2.342.259x ++++++++==新②方差22222222222222(2.69-2.57)(2.28-2.57)(2.57-2.57)(2.30-2.57)(2.23-2.57)(2.42-2.57)(2.61-2.57)(2.64-2.57)(2.72-2.57)(3.02-2.57)(2.45-2.57)(2.95-2.57)(2.51-2.57)13-10.0586s++++++++++++==旧2222222222(2.26 2.25)(2.25 2.25)(2.06 2.25)(2.35 2.25)(2.43 2.25)(2.19 2.25)(2.06 2.25)(2.32 2.25)(2.34 2.25)0.016491s -+-+-+-+-+-+-+-+-==-新③F 统计量0.05863.570.0164F ==④F 临界值0.05(12,8) 3.28F =⑤F 检验 ∵0.05F>(12,8)F∴新冶炼工艺比旧工艺生产更稳定 （2）①t 统计量t x x -==②自由度22222222220.05860.0164139df -2-2=200.05860.01641391319111s s n n s s n n n n ⎛⎫⎛⎫+ ⎪+ ⎪⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭+⎝⎭⎝⎭+++++新旧旧新新旧新旧旧新 ③t 临界值0.025t (20) 2.086=④t 检验 ∵0.025t >t (20)∴两种工艺之间存在系统误差9. 用新旧两种方法测得某种液体的黏度（mPa ·s ），如下： 新方法：0.73，0.91，0.84，0.77，0.98，0.81，0.79，0.87，0.85 旧方法：0.76，0.92，0.86，0.74，0.96，0.83，0.79，0.80，0.75其中旧方法无系统误差，试在显著性水平α=0.05时，检验新方法是否可行。

小学科学实验设计与实践案例分析科学实验是小学教育中重要的一环，它为学生提供了实践、观察、推理和探索的机会，帮助他们培养科学思维和解决问题的能力。

在这篇文章中，我们将介绍一些小学科学实验设计与实践的案例分析。

一、案例一：水的沸腾点侦察任务描述：设计并进行一个小学科学实验，侦察水的沸腾点。

案例分析：为了侦察水的沸腾点，我们可以设计一个简单的实验。

首先，准备一些扁豆或者其他小颗粒物品，称为“实验物”。

随后，将水倒入一个透明的容器（如玻璃烧杯）中，接下来将实验物加入水中。

逐渐加热容器中的水，观察实验物的行为，当实验物在水中呈现大量气泡并且浮于水面时，则说明水已达到沸腾状态。

通过这个实验，学生们可以了解到水的沸腾点是多少度，同时也观察到物质在加热时的变化。

此外，可以引导学生思考为什么水会沸腾以及沸腾点的不同因素。

二、案例二：压强对物体浮沉的影响任务描述：设计并进行一个小学科学实验，探究压强对物体浮沉的影响。

案例分析：为了探究压强对物体浮沉的影响，我们可以设计一个简单的实验。

首先，准备一个透明的容器（如玻璃杯），再准备一些小玩具或者其他可漂浮的物品。

将一半容器装满水，然后将玩具轻轻放入水中观察其浮沉状态。

接下来，用手的掌心轻轻按压在容器的口上方，观察玩具的变化。

通过这个实验，学生们可以探究压强对物体浮沉的影响，观察到压强增大时物体的浮力变化。

同时，还可以引导学生思考为什么沉重的物体可能浮起来以及如何利用浮力原理制作让船只浮在水面上的方法。

三、案例三：光的折射实验任务描述：设计并进行一个小学科学实验，研究光在介质中的折射现象。

案例分析：为了研究光在介质中的折射现象，我们可以设计一个简单的实验。

首先，准备一个透明的容器（如玻璃杯）并将其中心刻上一个标记。

接下来，在容器中注入一些水，并将一根笔放在容器中心标记的一侧。

观察到笔的折射现象，当我们从另一侧观察容器时，笔会偏离直线路径。

通过这个实验，学生们可以了解到光在介质中的折射现象，并可以观察到光线发生折射时的偏离情况。

科学实验报告中的实验设计与结果分析一、引言在科学研究中，实验设计与结果分析是至关重要的一环。

合理的实验设计可以确保实验结果的可靠性和准确性，而严谨的结果分析可以推导出科学结论并验证研究假设。

本文将从实验设计的目标、实验变量的控制、样本选择和数据处理的角度出发，详细论述科学实验报告中的实验设计与结果分析。

二、实验设计1. 确定实验目标实验目标是实验设计的基础，它决定了实验的整体结构和方向。

实验目标应明确、具体，并与实验的科学问题紧密相关。

在实验设计中，应根据实验目标明确实验假设和预期结果，以指导实验的进行。

2. 控制实验变量实验设计中的一个关键环节是控制实验变量。

实验变量指的是影响实验结果的因素，而对实验变量的控制可以确保实验结果的可靠和有效。

在实验设计中，需要根据实验目标和问题来选择合适的实验变量，并进行适当的控制。

例如，如果研究红外辐射对植物生长的影响，就需要控制其他环境因素（如温度、湿度等）对实验结果的干扰。

三、样本选择1. 确定样本数量合适的样本数量是保证实验结果可靠性的重要因素之一。

样本数量过少可能导致统计结果不具有代表性，样本数量过多则会增加实验的时间和成本。

在确定样本数量时，需要考虑实验的目标、样本的特性和实验的分析方法等因素，并根据统计学原理进行合理估计。

2. 随机抽样随机抽样是样本选择的一种常用方法，它可以有效减少抽样偏差，并提高实验结果的可靠性和可重复性。

在实验设计中，应使用随机抽样方法来选择实验样本，以尽量避免人为干预对实验结果的影响。

四、数据处理1. 数据收集在实验进行过程中，需要准确地记录和收集实验数据。

数据收集应准确、全面，并采用标准化和规范化的方法。

在实验设计中，应制定详细的数据收集方案，并使用合适的工具和技术进行数据收集。

2. 数据分析数据分析是实验结果分析的关键步骤，它可以揭示实验现象和提取有用信息。

在数据分析中，可以采用统计学方法、图表分析等方式对数据进行处理和解读。

实验课科学实验的设计与分析教案主题：实验课科学实验的设计与分析引言：科学实验是学生进行科学探究和培养科学素养的重要途径之一。

本教案旨在指导教师如何设计和分析科学实验，使学生能够掌握实验设计的基本原则，并具备对实验结果进行合理分析和总结的能力。

一、实验设计的基本原则（500字）1. 确定实验目的和问题2. 设计合适的实验方案3. 建立准确的实验假设4. 选择适当的实验方法和材料5. 控制实验变量6. 进行实验数据的收集和记录7. 分析和解释实验结果8. 提出实验结论和建议二、实验设计与实践（500字）在这一小节中，教师可以选择适当的科学实验，比如“光的折射实验”、“初级生物实验”等，并结合具体实验要求和具体操作步骤，引导学生完成实验操作过程。

同时，教师需要及时解答学生在操作过程中出现的问题，确保实验进行顺利。

三、实验数据的收集和记录（500字）在实验过程中，学生需要认真记录实验数据，并注意收集实验所需材料和仪器设备。

教师可以教导学生如何准确地记录数值、单位、观察结果等，并告诉学生数据的收集应具有客观性和准确性，以保证分析结果的可靠性。

四、实验结果的分析与总结（500字）学生在完成实验后，需要对实验结果进行充分的分析和总结。

教师可以指导学生如何通过图表、统计方法等方式对实验数据进行分析，从而得出结论，并帮助学生理解结果与所设立的实验目的之间的关联。

五、实验结果的应用和拓展（500字）在这一小节中，教师可以引导学生思考实验结果的应用领域和拓展方向，培养学生的创新思维和实践能力。

学生可以参考实验结果，设计新的实验方案或解决实际问题，从而将实验知识与现实生活相结合。

六、实验的改进与展望（500字）在最后一个小节中，教师可以与学生一起讨论实验中可能存在的问题和不足之处，并共同探讨如何改进实验方案和方法。

同时，教师可以展望实验的未来发展方向，鼓励学生积极参与科学研究和创新实践。

结语：通过本节课的学习，学生不仅能够掌握科学实验设计的基本原则和方法，还能够培养科学思维和创新能力，为今后的科学研究和实践奠定坚实的基础。

组合逻辑电路的分析与设计（一）一、实验目的1、掌握组合逻辑电路的分析方法与测试方法。

2、掌握组合逻辑电路的设计方法。

二、实验原理通常逻辑电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

电路在任何时刻，输出状态只取决于同一时刻各输入状态的组合，而与先前的状态无关的逻辑电路称为组合逻辑电路。

1、组合逻辑电路的分析过程，一般分为如下三步进行：（1）由逻辑图写输出端的逻辑表达式；（2）写出真值表；（3）根据真值表进行分析，确定电路功能。

3、组合逻辑电路一般设计的过程为图一所示。

图一组合逻辑电路设计方框图设计过程中，“最简”是指按设计要求，使电路所用器件最少，器件的种类最少。

而且器件之间的连线也最少。

三、实验仪器设备数字电子实验箱、电子万用表、74HC04、74HC20、74HC21、74HC32、导线若干。

四、实验内容及方法1 、设计4线-2线优先编码器并测试其逻辑功能。

数字系统中许多数值或文字符号信息都是用二进制数来表示，多位二进制数的排列组合叫做代码，给代码赋以一定的含义叫做编码。

(1)4线-2线编码器真值表如表一所示输入输出0I1I2I 3I1Y0Y1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 01114线-2线编码器真值表(2)由真值表可得4线-2线编码器最简逻辑表达式为1Y =0I 1I 2I 3I +0I 1I 2I 3I0Y =0I 1I 2I 3I +0I 1I 2I 3I(3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图4线-2线编码器逻辑图（4）按照全加器电路图搭建编码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。

（5）验证所搭建电路的逻辑关系，将测试结果填入自拟表格中。

2、设计2线-4线译码器并测试其逻辑功能。

译码是编码的逆过程，它能将二进制码翻译成代表某一特定含义的信号.(即电路的某种状态)，具有译码功能的逻辑电路称为译码器。

（1）2线-4线译码器真值表如表二所示输入 输出E1A0A0Y1Y2Y3Y1 X X 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 011111表二 2线-4线译码器真值表(2)由真值表可得2线-4线译码器最简逻辑表达式为 0Y =01A A E1Y =01A A E0Y =01A A E 0Y =01A A E(3)由最简逻辑表达式可分析其逻辑电路图2线-4线译码器逻辑图（4）按照全加器电路图搭建译码器电路，注意搭建前测试选用的电路块能够正常工作。

第4章 方差分析在试验分析中，人们经常要确定哪种因素对结果的影响大，哪种因素对结果的影响小，因素间是否存在相互作用以及试验条件的最优化等，这就需要应用一些统计手段。

通常称多次试验结果之间的差异为变差，变差一般用偏差平方和表示。

各因素形成的偏差平方和相加恰好等于总偏差平方和，此为偏差平方和的加和性，是建立方差分析的基础。

从本章开始，对系统误差和偶然误差的概念需要换一个角度来理解，即不能只局限于“误差”，而是应理解为从统计学角度它们相当于误差，实际上它们是由于因素水平的变化而导致了结果的数量差异。

§ 4.1单因素方差分析[例4-1] 进行某化学合成时，为了考查催化剂对收率的影响，分别用5种不同催化剂独立地进行试验，每一种催化剂试验4次，得收率如表所示。

• 本例中，因素：催化剂；水平：5种；指标：收率。

• 偶然误差：每一种催化剂下所得结果的标准偏差s • 系统误差：各催化剂下所得平均值的差异 • 分析思路：把全部数据关于总平均值的方差分解成几个部分，每一部分表示方差的一种来源，将各种来源的方差进行比较，从而判断试验各有关因素对试验结果的影响大小。

本例属于一种单因素方差分析。

将一种试样分发给几个实验室分别测定，由一个人或一个小组用几种不同的方法测定一种试样，或研究一种条件，如温度对显色反应的影响等，都属于单因素试验。

此处，方差分析的目的是考查一个因素的k 个水平对试验结果是否存在显著性差异。

单因素方差分析的数学模型是：式中，m 是总体均值；ai 是i 水平(i =1，2，…，k ，k 为水平数)对结果的影响，即i 水平下的系统误差；rij 是随机误差(j=1，2，…，ni ；ni 为水平重复数)。

该数学模型的意义是在同一因素，不同水平的作用下，试验结果由三部分组成，即总平均值、因素作用和随机误差。

ij i ijx r μα=++()()(), ()ij ij ij ij ij i ij ij ij ij ix x r x r μμμμαμμμα-=-+-=+-=-=偏差平方和令：所以：其中：SSE 为组内偏差平方和，反映了各水平下多次试验结果间的差异。

科学实验设计与分析科学实验的设计与分析是科学研究中至关重要的环节。

合理设计的实验能够确保实验结果的准确性和可靠性，而科学的实验分析能够推动科学研究的进步和发展。

本文将介绍科学实验设计的步骤以及实验结果的分析方法。

一、科学实验设计步骤1. 确定实验目的：在进行任何实验前，首先需要明确实验的目的和要解决的科学问题。

实验目的的明确能够帮助研究者明确实验的方向和目标。

2. 建立假设：根据实验目的，研究者需要提出一个合理的假设。

假设是对实验结果的预测，应该能够提供有关实验结果的明确结论。

3. 设计实验方法：根据实验目的和假设，设计合适的实验方法。

实验方法应该包括实验的步骤、实验材料的准备和实验所需的仪器设备等。

4. 控制变量：在实验设计过程中，需要确定并控制所有可能影响实验结果的变量。

通过控制变量，能够保证实验结果的可靠性和重复性。

5. 收集数据：在实验过程中，研究者需要准确地收集实验数据。

实验数据应该包括实验过程中观察到的现象和实验结果的数值。

6. 分析数据：收集到实验数据后，需要对其进行分析。

数据分析可以使用统计学方法，如平均值、标准差和回归分析等，来推断实验结果是否支持或拒绝了原假设。

7. 得出结论：通过对实验数据的分析，研究者可以得出关于实验结果的结论。

结论应该基于实验数据和对假设的验证，能够回答实验目的和科学问题。

二、实验结果的分析方法1. 描述统计分析：描述统计分析是对实验数据进行整体性和总体性分析的方法。

它可以通过计算平均数、标准差、中位数和众数等统计指标来描述数据的分布情况。

2. 推论统计分析：推论统计分析是利用实验样本来推断总体参数的方法。

通过对抽样数据进行统计学推断，可以对总体的特征和性质做出科学可靠的推断。

3. 方差分析：方差分析是一种用于比较两个或多个样本均值是否存在显著差异的统计方法。

通过方差分析，可以确定实验因素对实验结果的影响是否显著。

4. 相关分析：相关分析是用于判断两个变量之间是否存在相关关系的统计方法。

实验设计与实验分析生物学是一门以实验为基础的自然科学。

生物学的理论都是人们在科学探究的过程中通过实验总结出来的。

但是在实验过程中，会有多种因素影响、干扰实验结果，致使实验失败。

此时，实验分析就显得很重要：一方面，可以找出并排除影响因素，使实验重做能获得成功；另一方面，还可以总结出经验教训，甚至可能还有意外的收获、新的发现，这在科学史上是不乏其例的。

我们在进行实验时，首先对实验的根本目的要有深刻的认识；同时要重视实验结果，还要重视分析结果。

不能只满足于实验的成功，而不愿对实验失败的原因进行分析等。

因此，我们首先必须理解科学探究的一般过程，这是进行实验设计和实验分析的基本前提。

一、科学探究的一般过程科学探究的一般过程可简单地用下图表示：二、实验类型的分析与设计生物科学属于自然科学的范畴，生物实验是生物科学研究的重要方法。

生物实验的类型示实验，学生独立实验等。

三、几种实验类型简介1、实验室实验和自然实验（1）实验室实验是指在实验室内通过各种实验仪器和设备，在人为地制造、控制或改变实验对象的状态和条件下，考察与研究实验对象的一种有目的，有计划的操作或实践活动。

由于实验室内的各种环境和条件便于实验者根据实验目的或实验材料的需要人为制造、控制或改变，而受自然环境干扰较少，因此实验室实验的设计到实验的控制过程、操作过程都比较严格，其实验结果的精确度也比较高。

（2）自然实验是在研究对象处于自然环境中和自然状态下对其加以考察的一种实践活动。

自然实验的优点是把观察的自然性和实验的主动性结合在一起，因此自然实验在生命科学实验中被广泛应用。

由于自然实验中对某些自然因素的控制不容易严格把握，常常影响其实验结果的精确性。

比如：生态学、环境科学以及生物学的生活习性方面的实验研究等都离不开自然实验。

2、探索性实验与验证性实验（1）探索性实验是探索研究对象的未知属性、特征以及与其他因素的关系的实验方法。

探索性实验的特点就是对研究对象的不了解，或不完全了解，全凭实验者去“摸索”和“尝试”，所以探索性实验也称“试验”。