实验方案设计范文

(1)课题的涵义与表述

研究者要清楚准确地表述所要研究的课题（课题主要研究什么的）

(2)研究的背景

与课题相关的研究背景，包括国内外研究的历史和现状。查阅与课题有关的文献资料，了解此课题领域内他人的研究成果、研究方法、研究经验等，从中明确自己研究课题的科学价值，找出实验研究课题的突破点。

(3)研究的目的、意义

首先要表明这项课题研究的目的，即为什么要研究；其次要说明课题研究的意义，凶手课题的理论意义和实践意义。

(4)研究的范围和内容

研究对象是指被研究的人、事或物等。研究内容的多少与课题的大小有直接关系。研究内容必须准确地体现课题，与课题相吻合。

(5)研究的理论依据和假设

研究者要指出自己所提课题的理论依据，并提出科学的假设。假设就是研究者自己对于某个问题的认识或解决某个问题的设想。研究者应根据课题的实际情况建立相应的假设。

(6)研究的方法和途径

研究实验过程中所采用的方法和措施。在这里要具体说明。如用调查法，可写明调查方式是问卷还是访谈。教育科研方法很多，研究者要根据研究对象、研究内容来选取恰当的研究方法。在课题研究过程中，可以几种方法并用，或以一种方法为主，其他方法为辅。

研究课题选择的误区

（1)想法（idea)越多越好。

（2)一味追求革命性的、突破性的成果

（3)数学、理论和公式越复杂越好。

（4)追求史无前例。

科研设计常见错误

（1)研究的课题没有阳性和阴性对照组。

（2)缺乏随机组。

（3)缺乏双盲的研究。

（4)样本数量太少。

（5)观测指标或样本错误。

一、 实验内容

考虑不同库水升降条件下,“浸泡—风干”循环作用对岩石试样实验, 对每一期试样进行单轴或三轴实验, 得出在不同水位升降条件下对岩体力学参数的影响规律, 及在不同“浸泡—风干”循环期次作用下力学参数劣化规律。

二、 试验岩样

试验所用砂岩取自三峡库区秭归沙镇溪镇白水河滑坡, 为侏罗系上沙溪庙组砂岩。在同一个岩层开出较大片的岩块, 并在现场切割成小块运回试验室钻心取样。 根据《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266—99)、 《水利水电工程岩石试验规程》(SL264—2001)以及国际岩石力学学会推荐标准, 同时满足RMT-150C岩石力学试验系统三轴试验岩样规格要求, 经过细心切磨制成尺寸为Φ50mm×100mm圆柱形试件。 试样的精度严格满足规范要求: 高度、 直径偏差≤±0.3mm, 试件两端面不平整度≤±0.05mm(图5-1)。

岩石矿物鉴定结果为绢云母中粒石英砂岩(图5-2), 孔隙式钙质胶结结构, 基质具微细鳞片变晶结构的中粒砂状结构。 岩石由石英、 长石、 岩屑、 云母等组成。 碎屑组分有燧石岩屑, 次角-次圆状, 粒径0.3mm, 占10%石英碎屑, 次角-次圆状, 均匀分布,粒径0.3～0.5mm, 占80%基质组分为绢云母, 占10%。

图5-1 岩石试样

图5-2 岩石显微结构

三、 实验方案

考虑不同水位与浸泡条件, 以及“风干—饱和”循环过程岩石强度劣化规律。浸泡一个周期后, 对试样进行声波、 回弹测试, 通过三轴试验得出不同期次、不同水压条件、不同围压下岩样的强度, 分析砂岩试样浸泡后强度劣化规律。 具体试验流程如图5-3所示。

图5-3 库水条件下水-岩作用实验流程

考虑六次“饱和—风干”循环过程方案, 浸泡周期为30天, 自然风干为五天, 然后把风干的试样重新放入仪器中继续浸泡, 为一个循环周期, 如图5-4所示。

图5-4“风干—浸泡”循环试验

考虑三种水位升降及浸泡方案, 设计三种水位条件, 0. 8MPa水压(80m升降)、0.4MPa水压(40m升降)、0.0MPa水压(未升降)。 每期试样30天, 前10天上升到设计水位, 中间10天水位稳定期, 后10天为水位下降期, 如5-5所示。

图5-5 不同水位升降及浸泡试验方案

四、 试验所需仪器

1.岩石取心机、岩心切割机

取心机用于钻取Φ50mm圆柱岩石岩心, 最大取样深度630mm, 摇臂手动升降, 配有台虎式夹持装置岩心切割机与取心机配套使用, 如图5-6所示。本文制作试样为Φ50mm×100mm圆柱形标准试件。

图5-6 岩石取心机和切割机

2. HT225 WB型岩石回弹仪

回弹仪是一种测定强度性质和弹性性质的测量仪器, 基本原理是使用回弹仪拉簧驱动仪器内的重锤弹击岩石表面,在试验面上一次锤击得到重锤的回击力,剩余的能量就是回击距离, 即为回弹值(N)。根据回弹值与岩石强度, 可以直接建立两者的经验关系, 当N值越大, 表明岩石强度越大N值越小, 表明岩石强度底。本文用回弹仪测试岩石试样的回弹值, 检验岩石强度。

3. NM-4A非金属超声检测分析仪

NM-4A非金属超声检测分析仪主要用于检测混凝土的强度、裂缝深度、混凝土匀质性、损伤层厚度、 混凝土厚度、桩身完整性、结构内部缺陷、 钢管混凝土内部缺陷。 NM-4A测定方法为: 将被测岩样放在具有压电晶体的两个探头之间, 一个探头作为重复式脉冲声波源, 另一个探头作为脉冲接收器。 均匀适当加压使探头与岩样紧密接触, 通过探头发射和接受的脉冲, 并经过微型计算机处理后屏幕上即可显示两个探头之间的传播时间(T)。 根据岩样长度, 即可计算出声波通过该岩样的传播速度每块岩样重复测量多次,最后取其平均值作为该岩样声波传播速度。

图5-7 RMT-150C试验机

4. RMT-150C岩石力学试验系统(图5-7)

RMT-150C岩石力学试验系统为伺服控制, 有位移控制、行程控制与载荷控制三种控制方式主要用于岩石和混凝土一类材料的力学性能试验可完成单轴压缩、 单轴间接拉伸、 三轴压缩和剪切等多种岩石力学试验。 本文主要用于对岩石试样的压缩试验。 单轴试验——由轴向位移进行控制, 加载速率为0.002mm/s三轴试验——先用力控制轴向力与围压一起加载, 轴向力速率为0.1kN/s, 围压加载速率为0.05MPa/s, 然后再用位移进行控制, 加载速率为0.002mm/s。

5. XP-203E偏光显微镜(图5-8)

偏光显微镜系统是将精密的光学显微镜技术、 先进的光电转换技术、尖端的计算机图像处理技术完美地结合, 在地质、矿产、冶金等部门广泛使用的一种仪器。XP-203E偏光显微镜可作单偏光观察、正交偏光观察、锥光观察以及显微摄影。 电脑型偏光显微镜系统(XP-203E)由以下几个部件组成: 偏光显微镜、适配镜、摄像器(CCD)、A/D(图像采集)、计算机。

图5-8 XP-203E偏光显微镜系统

6. YRK-1岩石溶解试验仪(图5-9, 图5-10, 图5-11)

目前, 有关水-岩作用实验研究大多都在常压条件下进行, 很少有人考虑和研究库水压及水位升降条件下的水-岩作用试验, 也没有一种仪器可模拟在不同压力条件下的水-岩作用机理的实验平台。

图5-9 有压岩石溶解仪的结构图

图5-10 水压力室俯视图

图5-11 控制箱

YRK-1岩石溶解试验仪为本试验开发的一种模拟库水压及库水升降条件下岩石溶解试验仪, 下面将对该仪器进行详细的介绍。

(1)一种模拟库水压力条件的仪器的研制

本实验仪器为一种模拟库水压力状态下水-岩作用的实验装置, 模拟蓄水后库岸岩(土)体所受水压力环境, 通过考虑不同水压力及水位升降条件下的岩石-水作用的浸泡实验, 研究库水条件下的水-岩作用及力学损伤特征。 为了达到上述目的, 本仪器制作由岩石溶解室(压力室), 动、 静水模拟控制系统, 压力控制系统, 压力传感带等组成。

水压力室: 主要由底座、 圆柱形水压力室和盖板组成, 底板与盖板之间分布有八根加固螺栓, 通过密封垫圈将圆柱形水压力室固定在底座和盖板之间。水压力室采用不锈钢和有机玻璃制作, 以便承受较大压力。

压力控制系统: 由内部压力传导系统和外部压力控制系统组成。在水压力室底部安装一个压力传感带与外部压力控制系统相接, 该压力传感带与外部压力控制系统相连外部压力控制系统由供压装置和高精度压力表以及压力传导管道组成, 通过高精度压力表将15MP压力转变为0～1.4MP(量程范围)的压力传递到压力传感带(稳压状态), 通过压力传感带将压力传递给水, 进而控制水压力室中的水压, 满足实验要求达到的压力状态。

动、 静水模拟控制系统: 该系统由稳压电源、 直流电机、 叶轮组成。 直流电机安装在水压力室的底板下部, 通过转轴与水压力室内部的叶轮相连。 可以模拟在动水状态下岩石的溶解特征, 也可以模拟在静水状态下岩石的溶解特征同时, 通过控制直流电机转速进一步模拟在不同动水状态下岩石的溶解特征。 与压力控制系统组合可以进一步模拟在水库库水压力状态下(具有一定的流速情况下)的水-岩作用。 同时在水压力室下部设置水样采集口, 通过水样分析研究岩石溶解特征。

(2)岩石溶解仪操作步骤

a. 压力室放置试样。 首先将制备好的岩样放入水压力室内, 分层直立或横卧摆放盖上盖板并将加固螺栓拧紧, 固定好。

b. 压力室充水。 通过进水管向水压力室内注水, 注水期间将放气螺丝打开, 将水压力室内空气排除, 直至水漫出注水管后, 封闭进水管, 拧紧放气螺丝。

c. 控制压力室水压力。 连接外部压力控制系统与内部压力控制系统, 确认连接完成后, 将总控箱中的气源压力调节阀全部放开(拧至最松位置), 放气阀放到“开”的位置。 缓慢旋转气源压力调节阀, 按照实验要求调节压力, 并通过外部压力系统通过压力传到装置将压力传递给水, 保证水-岩作用是在一定库水条件下进行。

d. 取出试样。 完成一个实验周期之后(实验流程要求), 获取试样之前, 首先关闭总气源(氮气瓶), 按照试验流程调节阀慢慢将气源压力减小, 打开放气阀以及放气螺丝,使残余气体放出。 开放水样采集口, 获取足够水样供分析。 取出岩样做相应分析。

(3)岩石溶解试验仪的特点

该仪器制作的优点是: 结构简单、 易操作、安全可靠, 可以模拟库区岩体所处不同水压力环境, 根据需要保持或调节水压力状态模拟库水位升降设置动、 静水模拟控制系统, 以模拟库水扰动设置取水管道, 以便分析离子浓度的变化。

该仪器可以模拟在库水升降条件及水压力状态下岩石所处的水环境, 为研究库水条件下水-岩作用机理及力学特性而提供一套室内实验平台。

实验设计方案具体的编写方式就要以实验名称，实验目标，实验方法及步骤，还有最后的实验结论这样子的一个方面去进行编写。

还有就是最后的预期结果都是要把它写下来的，比如在某些生物实验或者化学实验里面的话就可以这样子去进行编写。

在进行相关的一些实验的时候先定下来实验名称就是相关物体的一些制作。然后在实验目标里面就是要让学生或者是相关的一些工作人员经过独立自主的一个实验过程来感知某某知识点的一个内容的，从而可以让相关的一些人员对相关的一些东西达到一个正确的认识。

然后在相关的实验方法以及步骤里面就会按照整一个实验过实验过程，把它记载下来，然后这就可以作为实验设计方案的一个内容以及格式。

相关如下：

1、明确探究目的和已有条件，制定计划与设计实验的过程。

2、尝试选择科学探究的方法及所需要的器材。

3、尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。

4、认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用。

注意：

1、要明确实验目的，设计的方案要与猜想紧密相连，并且能够验证猜想是否正确。

2、要选择合适的研究方法。一般常用的方法有控制变量法、转换法、现象或数据归纳法等。

3、要根据需要列出实验器材设计实验步骤和记录表格等。

相关介绍：

自然界和人类社会中，很多现象和事物都不是独立存在的，它们往往纵横交错在一起。数据分析的其中一个重要目的就是研究事物之间的相互关系，发现事物或现象背后客观存在的规律性。

这些客观规律性往往受到各种因素的影响，因此，为了减少数据分析结果的误差，同时提高准确性和精确性，合理的实验设计是必不可少的。

如果实验设计不合理，不仅会增加实验次数，延长实验周期，造成人力、物力和时间的浪费，而且会导致预期的结果难以达到，甚至导致整个研究工作失败。

实验设计应用的范围非常广，不仅应用在生物学以及医学领域，也应用在工农业生产、微生物试验、市场调查、心理学研究以及教学科研等各种不同领域。

经常使用的实验设计方法有完全随机设计、随机区组设计、交叉设计、析因设计、拉丁方设计、正交设计、嵌套设计、重复测量设计、裂区设计以及均匀设计等。不同的实验设计方法适用不同的情况。

1、引言

包括研究问题及假设，涉及研究什么？为什么研究？前人都做了哪些贡献？在前人研究基础上你提出什么问题？具体假设是什么？为什么这么假设？

如果题目要求重点论述这一部分，按照如下顺序：研究背景、前人研究贡献、前人研究不足、本研究问题、本研究假设。如果没有要求，则写出研究背景、研究问题和研究假设即可。

2、方法

2.1被试：如何选择和分配被试，对被试人数、年龄等人口统计学变量作简要描述。

2.2实验设计：采用什么实验类型。是被试内设计？被试间设计？还是混合设计？或者采用的是问卷法。同时需要对自变量和因变量做简要说明。如本研究采用两因素混合设计，自变量为……，因变量为……，控制了……等无关变量。

2.3实验材料：实验法可以说说实验中需要用到哪些文本、视频或实物材料；对于问卷法，用“测量工具”代替“实验材料”，主要说明使用了哪些问卷，并对问卷作简要介绍（名称、题目数、信效度如何）。

2.4实验程序：重点，也是难点。需要按①②③④……详细描述实验的流程。

3、结果

这里的结果肯定只能是预期的结果，但还是需要简单说明下，通过上述的实验设计或问卷调查能得出哪些研究结果。先说使用的统计分析方法，无外乎独立样本t检验、相关样本t检验，单因素方差分析、多因素方差分析、回归分析等。

然后就按①②③④……对预期结果作简要说明，注意一定要结合研究假设进行说明。

4、讨论

主要说明下研究的理论和实际价值，相比于以往研究有何创新之处？本研究还有哪些不足有待改进。

实验法的话尽量不要说自己实验设计有问题，可以说说本研究还有哪些变量没有涉及到？有待进一步研究；或者变量之间的认知神经机制尚不明确，需要进一步研究。

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1、实验题目，依据明确的实验目的确定实验内容及实验题目；

2、提出假设，对可见现象提出一种可检测的解释；

3、预期结果，在检测假设前，首先应提出实验的预期结果，若未得到预期结果则说明假设不成立，若得到预期结果则假设成立；可以用照片或者表格记录数据

4、设计实验，根据实验目的及提出的假设，具体设计实验的方法步骤；

5、观察并收集实验数据，按设计实验的内容、方法及次数等进行观察，并如实记录；

6、分析实验现象与数据，对实验记录下的现象、数据、结果进行有序的整理和科学的分析；

7、得出结论，根据所学科学知识、依据实验事实进行推理，得出相应的结论；

8、撰写实验报告

实验因子是指实验所操纵的因子，反应因子是指由操纵实验因子所引起的变化（即实验结果），它们的确定是进行方案设计的前提。如在“酸碱度对酶催化作用的影响”的实验中，实验因子是溶液ph值的变化，反应因子是酶催化作用的强弱。

2有效控制无关因子

所谓的无关因子并不是与实验效果无关，而是指除实验因子外也影响实验效果的因子，只是这些因子不是本实验所要探究、关心的实验因子。要考察实验因子所产生的效果，就要对无关因子进行控制，这是实验设计最显著、最重要的特点，是实验设计应遵循的基本准则。最常用的控制无关因子的方法主要有：

3成功操纵实验因子

我们正是通过操纵实验因子来观察或测量反应因子的变化的，因此实验因子的成功操纵是实验的核心。如离子交换吸附实验中的实验因子是溶液中有无离子，因此能否确保对照组中的液体无离子（实验因子的操纵）是实验能否成功的关健。

4

科学观察反应因子

实验结果是否准确，也取决于确定的观察或测量指标是否得当、是否合理、是否全面、是否清楚。如在上述“酸碱度对酶催化作用的影响”实验中，加入碘液以观察溶液有否变蓝及变蓝的程度来确定淀粉酶是否起作用及催化作用的强弱。

5需要注意的基本原则

1、科学性原则：

2、可行性原则：

3、简便性原则：

4、可重复性原则：重复、对照、随机是保证实验结果准确的三大原则。

5、单一变量原则：不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。

6、对照性原则：实验中的无关变量很多，必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。只有设置对照实验，才能有效地排除其它因素干扰结果的可能性。

设置对照组有4种方法：

(1)空白对照：即不给对照组做任何处理；例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，起空白对照。

(2)条件对照：这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。

(3)自身对照:指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对照组；例如，“质壁分离与复原”实验，自身对照简便，但关键要看清楚实验处理前后的现象及变化差异。

(4)相互对照:不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。这种方法常用于等组实验中。“植物向光性”实验中，利用若干组燕麦胚芽鞘的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长素与植物生长弯曲的关系。

首先要知道实验目的，然后找到适合的实验方法，再根据实验方法设计实验步骤（如果是现成的方法更好），根据步骤归纳总结所需要的仪器试剂等，最后按照实验目的，实验原理，实验方法，仪器试剂，实验步骤，数据处理这几部分进行总结即可。

在学校实验室的管理中，发现了一些问题，其中如：在统筹安排各班级上实验课的时间需要人工实现，而且经常会出现同时有多个班级要使用实验室的冲突，并且调课后没有及时通知老师和班级同学。为了方便实验室的管理，我们提出利用网络来管理实验室的上机情况。以学校的网络实验室为背景，开发一个开放实验室管理系统设计方案.

实验室管理信息系统?功能描述：?实验室的使用情况、查看实验信息、增加实验项目、增加实验材料。实验室的管理员通过本系统可以清楚的掌握实验室当时的使用情况；同时管理员还可以通过系统的操作界面清楚地了解其中任何一个实验室的试验信息（例如：实验项目的个数、预约的实验时间、实验项目的名字、所需要的实验器材、实验人数等）；当外界人员需要申请在某一实验室做项目时，管理员可以通过查看实验室的使用情况而合理的给申请者安排做实验的时间；为了方便增加实验项目输入实验信息，在系统中备份一些实验常用的实验器材，但是每个实验对器材的要求是不一样的，在系统中我们可以任意的加进实验所需器材，为了提高管理效率系统将器材分为大型中型和小型三类。

实验设计的主要步骤可归纳为：根据研究目的提出假设；拟定验证假设的方法、程序；选择适当的处理、分析实验数据的统计方法。

试验设计，也称为实验设计。数理统计的一个分支。关于如何按照预定目标制订适当的实验方案，以利于对实验结果进行有效的统计分析的数学原理和实施方法。

一个实验的设计，即对实验的一种安排，需要考虑实验所要解决的问题类型、对结论赋予何种程度的普遍性、希望以多大功效作检验、试验单元的齐性、每次试验的耗资耗时等方面，选取适当的因子和相应的水平，从而给出实验实施的具体程序和数据分析的框架。

作用

试验设计在工业生产和工程设计中能发挥重要的作用，主要有：提高产量；减少质量的波动，提高产品质量水准；大大缩短新产品试验周期；降低成本；试验设计延长产品寿命。

在工农业生产和科学研究中，经常需要做试验，以求达到预期的目的。例如在工农业生产中希望通过试验达到高质、优产、低消耗，特别是新产品试验，未知的东西很多，要通过试验来摸索工艺条件或配方。如何做试验，其中大有学问。试验设计得好，会事半功倍，反之会事倍功半，甚至劳而无功。

如果要最有效地进行科学试验，必须用科学方法来设计。所谓试验的统计设计，就是设计试验的过程，使得收集的数据适合于用统计方法分析，得出有效的和客观的结论。如果想从数据作出有意义的结论，用统计方法作试验设计是必要的。

当问题涉及到受试验误差影响的数据时，只有统计方法才是客观的分析方法。这样一来，任一试验问题就存在两个方面：试验的设计和数据的统计分析。这两个课题是紧密相连的，因为分析方法直接依赖于所用的设计。