1.2 物理化学中设计性实验的实验设计方法
物理化学实验中的多数题目是在前人科学研究的基础上,经过归纳、总结、简化而逐渐成形的。所以物理化学实验与科学研究工作之间没有不可逾越的鸿沟,在设计思路、测量原理和方法上基本类同,只是在测量仪器、测量系统、测量步骤等具体内容上作了某些改变,以适应教学实验的条件和满足教学的需要。因此学会物理化学实验的设计思路和方法,对于学生今后做毕业论文或从事科学研究工作是十分必要的。为了培养这方面的能力,本书安排了一定数量的设计性实验,使学生有机会在实践中学到一些实验设计的常识和方法。下面简述一下学生拿到设计实验题目后,如何进行工作。
1.设计程序
(1)认真研究题目的内容和要求,包括题目所属的范畴,数据结果要求的精密度和准确度,哪些是直接测量的量,哪些是间接测量的量,难点是什么,影响因素有哪些等。
(2)进行调研工作,查阅有关的文献资料,包括前人采用过的实验原理、实验方法、仪器装置、反应容器等,进行分析、对比、综合、归纳。
(3)对实验的整体方案和某些难点的局部方案进行初步的设想和规划,并写出预习报告(除常规的要求外,必须有整体测量示意图及所需的仪器、试剂清单)。实验前一周将预习报告交任课教师,以便审查方案和准备仪器、试剂,否则不予做实验。
2.设计方法
(1)首先根据题目内容和要求,选择合适的实验研究原理和测量方法。可以从前人已做过的工作中选择,也可以在前人研究的基础上提出新的实验研究原理和测量方法,也可以将前人的实验研究方案作些改进。当然如能取各家之长,重新设计更完善的实验模型则更好。
(2)选配合适的测量仪器。在测量原理和测量方法确立之后,应着眼于选配合适的测量仪器。所选仪器的灵敏度、最小分配值和准确度应满足测量的误差要求,但勿盲目追求高、精、尖。测量装置要尽可能简便,容易操作与筹建。特别应注意实验仪器的精度配套,否则会造成不必要的浪费。例如:若实验结果用记录仪记录,通常只有3位有效数字,所以如果实验中需要测定电压数值,则不必选用有5位以上数字的数字电压表。
(3)反复实践,不断改进。实践是检验真理的标准。实验设计方案是否可行,最后要通过实验来验证。由于人们的认识与客观事物的规律不一定完全符合,因此在实践中出现这样那样的问题是必然的。要善于发现问题,总结失败的经验教训,不怕困难。在反复实践中不断改进,不断完善,直至取得满意的结果。
总之设计的原则应体现科学观念、实践观念与经济观念。