科学实验方法的基本步骤

研究课题确定后，就要开始实验活动。实验活动一般包括三个阶段：实验设计阶段、实验方案实施阶段、实验结果分析阶段。

（一）实验设计阶段

实验设计阶段也叫实验准备阶段。实验设计是实验成功的前提和基础，主要可概括为以下几个方面。

1．调研相关文献　了解在已选定的课题范围内，国内外已做了哪些工作，哪些问题已经解决，哪些问题还未解决或未彻底解决，使用了哪些技术方法，以及做了怎样的前瞻。

2．明确实验目的　即明确实验主要解决哪一个或哪几个问题。这一般不难做到，因为课题的题目一般都写得清楚明白。问题在于如果是一个较大的课题，必须分步实施，那就要围绕总目标，明确每一步要实现的目的，这既需要学识又需要经验。

3．选择实验技术和实验方法　这是实验设计中最重要也是最困难的一步。实验技术一般来说是越先进越好，因为科学研究的创造性不仅表现在选题上，还集中表现在实验技术和实验方法上，尤其集中在实验方法的创新上。所以，科研人员对于实验方法是非常关注的。

4．选择实验材料　在实验材料的选择中要尽量贯彻典型性原则，即实验材料在实验过程中能集中表现符合研究目的的现象和数据。实践证明，要做好这点也非易事，既需要聪明才智也需要机会条件。为了保证科学实验达到预期目的，有时需要设计几个方案，然后围绕实验目的，对实验方案进行优化和选择。优化就是将几个方案进行比较，从中选择和确定一个较好的方案，然后以选定的方案为主，将其他方案的优点尽量集中到该方案上来，其中包括技术设备的选择、方法上的革新、样本的确定、实验步骤的安排等。此后，要进行开题报告或召开课题论证会，征询专家和同行的意见，以完善设计方案。

（二）实验方案实施阶段

此阶段是变革实验对象的实践活动阶段。在这一阶段，要尽量在技术操作上不发生错误，注意在实验过程中是否出现新问题，并且要客观、详细地记录实验中所获得的每一个实验数据和资料。一般而言，应严格按照实验方案和操作规程进行，但当在实验中出现最初的实验构思和设计中没有预料到的新问题、新情况时，要根据实际情况进行灵活处理，或对原有方案做局部调整，或进行根本性的改动，使实验得以顺利进行。

（三）实验结果分析阶段

对实验过程中记录的数据，要正确地处理和科学地分析，才能提高实验结果的可靠性，才能有新发现以至建立科学理论。实验结果分析主要包括技术处理和理论分析两步。

1．技术处理　现代科学实验大多采用各种信号来表示数据，这些信号必须通过技术处理才能变成一目了然的实验资料。由于主客观原因，实验难免产生误差（包括系统误差和随机误差），必须借助于数理统计方法，将那些不易理解的信息转化为可处理的变量，校正和分析收集到的实验数据，并绘制成图表等形象、直观的材料，以有助于做出正确的判断。比如，这些数据说明了什么？哪些偶然性数据需要排除？哪些数据对实验目的最有意义？它们之间有什么规律性的联系？等。如19世纪英国物理学家瑞利在测定氮的密度时发现，从空气中测定的氮的密度与从氨中测得的氮的密度稍微不同，他没有忽视这一微小的差异，经过深入研究，终于发现了一种新元素——氩。

2．理论分析　只有认真地对实验结果进行理论分析，才能揭示数据中隐含的本质和规律，导致新的科学发现，或形成新的理论观点。一般而言，实验者的理论分析水平越高，发现科学真理的可能性越大。居里夫人的女儿伊雷娜·居里和丈夫约里奥·居里在分析用粒子轰击铍的实验结果时，发现一种新强烈辐射实验现象，做进一步的理论分析，仅凭不带电这一特性就确定它是r辐射。当时，英国青年物理学家查德威克正在卢瑟福的指导下从事寻找中子的研究，他很快将居里夫妇所发现的新的辐射现象与中子假说联系起来，通过实验证实这种中性射线就是中子，居里夫妇痛失了发现中子的良机，查德威克却因此获得了1935年诺贝尔物理学奖。