【学而知-实验规范】小实验大智慧，步步为营探真知
在上一期的“学而知”课堂中，我们为您系统地介绍了选取参考文献和规范引用的正确方法。针对实验研究过程，又有哪些应该注意的内容呢？本期的“学而知”课堂就将为您深入解读科研实验规范，以期培养良好科研习惯。
从上世纪物理化学实验成果推动科技进步，到当代生命科学、量子力学等学科促进人类发展，任何一个科学理论的建立和发展都离不开科学实验的佐证。可以说，没有实验就不会有现代科学技术，在某种意义上也就不可能有现代社会。
一切推理都必须从观察与实验得来。
——伽利略
输12
实验是取得科研成果的最佳途径，而实验操作水平的高低直接关系到实验结果的准确性及科研项目的进度。在日常实验研究的过程中，同学们是否遇到过以下情况：
实验器材准备时与组内成员协调不足，过程中出现捉襟见肘的情况
天平等精密仪器操作前未经校准；
化学试剂配制前未关注有效期，导致使用时试剂已失效，影响实验效果；
化学试剂的储存不符合规定，如需避光保存的试剂未放置于棕色瓶中；
变因素实验中对自变量取样点选取不合理，未能完整反映出实验对象随自变量的变化规律；
实验过程中未能做到随时记录，忽略了部分测试中的重要现象；
实验结果与理论实际相差甚远，在经验的基础上修改数据得出最终结论；
…………
不规范的实验过程不仅会直接导致实验失败，影响期刊发文及论文撰写，错误结论甚至可能会影响到研究领域的进展，误导他人的后续研究。那么，在整个实验研究过程中应该注意哪些内容呢？如何确保实验的真实严谨？下面小编将从实验前的方案设计、实验中的笔记记录、实验后的数据处理及总结反思这四个方面为大家详细解读实验规范。
第
1
则
实验前 — 实验设计严谨有序
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。实验作为一种探究式的学习方法，可以帮助同学们在实践中进一步理解书本上的知识，为期刊发文和论文撰写提供数据支撑。“凡事预则立，不预则废”，如果同学们在独立开展实验前缺乏预先规划，就会导致实验过程中丢三落四、顾此失彼甚至半途而废，严重制约了实验的进程，影响了实验数据的准确性。因此，实验设计是顺利进行科学研究和数据统计分析的先决条件，科学合理的实验设计可以使研究达到事半功倍的效果。
图片来自：tupian114.com
实验设计也就是拟定实验方案的过程，是在思维上解决好实验过程应该“做什么”、“用什么做”和“怎样做”等问题，是对未来实验活动的超前认识。小编将实验设计归纳为以下四步：
实验设计四步骤
A. 确定 研究课题
科研创新的本质是解决问题，发现问题是解决问题的前提，发现问题就需要在大量调研文献的基础上了解目前科研现状，尤其是关注本领域中权威课题组和高水平期刊的最新发文动态。通过调研发现当下研究热点和空白点，明确他人工作中存在哪些没能解决的问题，选择需要攻克的课题。
课题选择的“三六九等”
B. 设定 研究目标
明确研究课题后，需要制定实验目标，即在该实验中需要解决的问题。
C. 制定 实验方案
通过参考高水平文献，借鉴该领域中一些经典的实验方案可以为实验设计提供思路。此外，标准的作用也不容小觑。国家标准和行业标准是根据不同领域中技术要求、工作要求所制定的标准，专业性、技术性较强。在设计实验方案时，标准可以起到很好的指导作用，减少了不必要的实验流程，也更接近生产实践，有利于之后的研究成果转化为实际生产应用。
切忌 查到一篇文章，就立即按照其中方法去实验。要反复调研文献，对比总结：
有哪些常用研究方法？
每种方法的优点和缺点是什么？
选择该实验条件的原因？
步骤中的每个细节处理的原因？
实际操作中可能会遇到哪些情况？
如何改进实验方法？
…………
将实验目的、任务与实验原理结合起来， 根据现有仪器设备和自身知识水平，考虑实验所用方法、实验可能的步骤与有关的一些问题，形成逻辑上清晰、方法与步骤上可行、实验注意事项明确、可具体实施的实验方案。此外，在实验设计时，为了能够准确表述实验过程，可以做出技术路线图和实验装置图，使实验过程清晰明了。这样不仅有助于理顺实验过程的系统思维，也方便之后撰写论文时的直观呈现。
D. 制定 实验计划
有了好的实验方案，其中的细节也不能忽视，需要将实验步骤具体化。不仅要明确实验的总时间跨度，还应具体到各个步骤的周期安排。同学们可以选择甘特图，以简单的图示直观表明计划进度。
实验设计的原则：
1. 对照原则：通过设置对照组，以鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。
☑ 空白对照：不加实验组的处理因素
☑ 相互对照：无单独对照组，实验组间相互对照
☑ 自身对照：对照组和实验组为同一研究对象
2.随机原则：为消除或减少系统误差，保证被研究的样本、分组及实验顺序都是随机的。
3.重复原则：为排除偶然性，在同样条件下重复实验，观察实验结果。
4.均衡原则：实验组与对照组之间在非实验因素方面力求均衡一致。
第
2
则
实验中 — 原始记录客观详实
在科研过程中，原始实验记录有着举足轻重的作用。其不仅是分析实验成败、总结经验的基本素材，可作为撰写论文、成果鉴定、申报奖项的最主要依据；而且是科研活动和成果最重要的原始凭证，可作为法律上裁定科研成果真伪与归属权的最权威证据。
实验记录三宝
笔： 签字笔使书写笔迹能长期保存，字迹工整，准确无误，真实客观记录所有细节和异常现象。
本：原始数据、实验心得、阶段性分析总结，随时记录灵感及发现。
签：可以在试剂瓶、仪器上贴上标签，以便长期保存，同时可将记录笔记归类整理。
实验记录有两大原则：客观真实性、全面准确性。之所以要做实验记录并要求实验记录真实准确，全面客观，目的是准确记录实验的实时条件，让每个实验尽可能可重复。良好的实验记录具有可溯源性，保证其他实验者在条件具备的情况下可以重复所有的实验过程。下面小编以两份优秀的实验记录为例，直观地为您讲解应该详细记录哪些内容，有哪些是之前实验中可能忽视的部分。
第
3
则
实验后 — 数据整理直观真实
原始数据是分散的、杂乱的、不系统的，只能表明单个研究对象的某一性质，反映其表面现象或某个侧面，无法说明总体情况。为了在所得实验数据中提取更多有用的信息，更有效地发挥实验资料的效能，得到比较准确的科学结论，就必须对这些原始实验数据进行一系列的数据处理和分析,使之系统化、条理化，以符合统计分析的需要。
图片来自：nipic.com
数据处理是将数据量从“多”精简到“少”的过程，可以归纳为从原始记录表——单项归纳表——汇总表——关系曲线图的过程。用图表形式将数据展示出来，以便简化数据，使之更容易理解和分析。
注
意
事
项
1. 不可以为了得到理想规律而人为的增删或修改数据点，应保证数据真实可靠；
2.注意区分系统误差和随机误差，锱铢必较。
系统误差是由于测量工具的精度、不可控的外部因素（比如重力、磁场等）引起的测量结果上的偏差。这些影响通常来说是很难避免的，有时可以通过提高设备精度、改进实验设计方案等方法减小系统误差。
偶然误差是由于观察者个人的操作习惯、不同的实验条件（温度、湿度、风速等）对测量结果产生的影响。这些误差一般来说是可以避免的，比如采取多次测量取平均值，这样比一次测得的数值更接近于真实值。
ATTENTION
第
4
则
返本溯源 — 总结与反思
科学实验是探索的过程，结果可能符合假设也可能恰好否定了理论实际，当然还可能有意想不到的成功。数据处理分析并不是科研实验的最后一环节，及时总结与反思同样至关重要。除了同学们熟知的回顾实验操作，还应该关注哪些方面呢？
对于实验过程中细枝末节的“意外”，思考是否忽略了某些处理因素；
思考出现该结果的必然性，即研究因素的理论规律；
对比总结相同方案在不同实验条件下的差异；
现有实验方案的不足，如何进行改进；
针对新问题，如何开展下一步深入研究；
…………
Example
1. 变因素实验中对自变量取样点选取不合理，未能完整反映出实验对象随自变量的变化规律；
2. 对于实验结果的分析要追溯到本质，不应只停留在表面现象。如，温度升高出现的某实验现象，其本质可能是由于温度升高造成材料中成分的变化。
如果实验结果与理论实际并不相符，就需要参照详细的实验记录回忆过程中的各个步骤，详细检查其中的材料或者参数是否发生了变化。在确认实验步骤和环节无误后，则应该按照原实验方案重复进行实验，排除偶然结果。“学而不思则罔，思而不学则殆”，对于新现象、新发现，可以从文献中查找资料，从机理的角度对化学试剂、实验条件等进行分析，寻求实验结果的合理解释，并进行后续深入研究。
通过实验得出的原始数据在我们未来论文撰写、发表过程中的重要作用是不言而喻的。当前论文发表周期较长，为了保证科研成果发表的时效性，抢占发表先机，作者可以在科研过程中通过“数据出版”的方式发布实验的原始数据。数据出版包括数据的采集、处理和分析方法等，但不一定提供科学结论，这些碎片化的数据结果可以作为一种阶段性的成果，更好地展现文章细节。原始数据抢先发表后不影响数据拥有者后续在期刊杂志中继续投稿使用，诸如Springer、Elsevier等国际领先出版平台已开始接收数据论文投稿，中国知网当前也支持中英文数据的发表。
本期“学而知”课堂为您详细介绍了实验过程中需要严格遵守的规范环节，并指出了实验研究过程中应重点关注的问题。在阅读外文文献资料、英文摘要撰写过程中，翻译方法显得尤为重要。如何正确理解作者表达的意思？如何准确翻译英文摘要？如何确保英文内容符合学科内研究的学术性？下期的“学而知”课堂中将为您一一解答，敬请持续关注！
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