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實驗

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實驗(英語:Experiment)是在設定的條件下,用來檢驗某種假設,或者驗證或質疑某種已經存在的理論而進行的操作。通過控制變量產生不同的結果,實驗有助於人們理解現象之間的因果關係。實驗的目標各有不同,尺度也有大有小,但實驗總是依賴可重複的操作,以及對結果的邏輯分析。

即使很小的孩子也能進行基礎的實驗,以理解世界萬物的運行方式。
即使很小的孩子也能進行基礎的實驗,以理解世界萬物的運行方式。

兒童能做基礎的實驗來理解物體落地的現象,科學家團隊則可花數年時間進行系統探究才能進一步理解某些現象。在科學課上,實驗等動手活動對學生的學習非常重要。實驗能提高學生的考試成績,助長學生的學習興趣,使學生學習更投入,長期的實驗的效果尤為顯著。[1]實驗可以是個人日常生活中自然的觀察比較行為(如試嘗一盒巧克力以找到最喜愛的口味),也可以是嚴格控制的(如在許多研究亞原子的科學家的監督下使用複雜設備開展的實驗)。自然科學社會科學使用的實驗有相當大的不同。

實驗經常包含對照。通過對比對照組與實驗組的測量結果,能把單個獨立變量以外的因素對實驗的影響降到最低,使實驗的結果更加可靠。對照是科學方法的一部分。在理想的情況下,通過對照實驗能控制所有的變量。這樣,若得出預料中的結果,就有可能確定實驗正確地進行了,實驗結果是受檢驗的變量的作用結果。

科學研究中,實驗是可以重複的,不同的實驗者在前提一致,操作步驟一致的情況下,能夠得到相同的結果。通常科學實驗最終以實驗報告的形式發表。[來源請求]

試驗的含義與實驗不同,它指的是在已知某種事物的時候,為了了解它的性能或者結果而進行的試用操作。

簡介

科學方法中,實驗是一種為檢驗相互競爭的模型假說的優劣而進行的觀察研究[2][3]研究者也用實驗檢驗已有的理論或新的假說,以支持或證偽它們。[3][4]

對一些過程或現象,人們會預想它們是如何運作的,而實驗就通常用於檢驗這些假說。但做實驗不一定要先有假說,只是看看會發生什麼就夠了;做實驗也有時只是為了檢驗之前的結果。如果實驗的操作沒有問題,那它所得出的結果,通常要麼讓這個假說顯得更可信(但不是證明它:某些科學哲學指出,實驗永遠不能「證明」假說),要麼提供反例從而證明理論或假說是錯的,但總可以對理論或假說進行一些特意的改動來挽救,不過這樣它就變複雜了。

實驗也必須控制可能的干擾因素,否則會破壞實驗的準確性或可重複性,或使實驗的結果難以理解。通過對照實驗,或在隨機實驗中通過隨機分配,可以消除干擾。

實驗是工程學物理科學的科學方法中的重要組成部分。工程師和科學家提出理論和假設,來描述特定條件下物理過程的運作方式(例如,能否用某種工藝規程生產所需的化合物),然後做實驗來檢驗。這些領域中,實驗通常側重於複製相同的操作程序,希望以此產生相同的結果,而很少做隨機分配。

醫學社會科學中,不同學科使用實驗研究的程度大相逕庭。但當研究者做實驗時,實驗通常遵循臨床試驗的形式,把不同的處理或控制條件隨機分配給不同的實驗單位(通常是個人),評估所產生的若干結果。[5]不同於物理科學的實驗規範,醫學和社會科學中的實驗通常側重於平均處理效應(實驗組和對照組中產生的結果的差異)或實驗產生的其他的檢驗統計量。[6]單個研究中通常不複製實驗,而系統綜述元分析則把單獨的實驗匯總起來研究。

各個科學分支中實驗的實踐各有差異。例如,農業研究中的實驗經常是隨機實驗(如用於測試不同肥料的效果),而實驗經濟學在檢驗理論中的人類行為時,所做的實驗經常不需要把處理和控制條件隨機分配給每個人。

種類

根據不同研究領域中專業標準的不同,實驗有多種分類方法。例如,可把實驗分為對照試驗自然實驗和實地實驗。

「真實驗」是某些學科(如心理學政治學)中的一種社會研究方法,其中有兩種變量:實驗者控制自變量,並測量因變量。真實驗的特徵是,通過隨機分配來中和實驗者偏差,並在實驗的大量重複中確保控制所有干擾因素。[7]

實驗的目標因學科而異,包括檢驗理論、尋找並記錄現象、發展理論、對決策者提出建議,這些目標不同而不互斥。[8]實驗的目標不同,其效度也會不同。

著名的實驗

  1. 相傳伽利略比薩斜塔上曾經做過自由落體比薩斜塔實驗,證明了自由落體下落的規律。但後來美國語言與信息研究中心的執行主任凱斯·達維林指出這是一個誤傳,伽利略並沒有做過這項實驗。
  2. 伽利略的斜面滾球實驗。
  3. 拉瓦錫證明空氣是由氧氣氮氣組成的實驗。
  4. 青蛙實驗,在緩慢升高溫度的水中的青蛙不會跳出水面而被燙死,這證明了心理學中人若對於環境的不適應程度不明顯,危機感將下降的說法。
  5. 密立根油滴實驗
  6. 牛頓色散實驗。
  7. 邁克耳孫-莫雷實驗

參見

參考文獻

  1. ^ Stohr-Hunt, Patricia. An Analysis of Frequency of Hands-on Experience and Science Achievement. Journal of Research in Science Teaching. 1996, 33 (1): 101–109. Bibcode:1996JRScT..33..101S. doi:10.1002/(SICI)1098-2736(199601)33:1<101::AID-TEA6>3.0.CO;2-Z. 
  2. ^ Cooperstock, Fred I. General Relativistic Dynamics: Extending Einstein's Legacy Throughout the Universe Online-Ausg. Singapore: World Scientific. 2009: 12. ISBN 978-981-4271-16-5. 
  3. ^ 3.0 3.1 Griffith, W. Thomas. The physics of everyday phenomena : a conceptual introduction to physics 3rd. Boston: McGraw-Hill. 2001: 3–4. ISBN 0-07-232837-1. 
  4. ^ Wilczek, Frank; Devine, Betsy. Fantastic realities : 49 mind journeys and a trip to Stockholm. New Jersey: World Scientific. 2006: 61–62. ISBN 978-981-256-649-2. 
  5. ^ Holland, Paul W. Statistics and Causal Inference. Journal of the American Statistical Association. December 1986, 81 (396): 945–960. JSTOR 2289064. doi:10.2307/2289064. 
  6. ^ Druckman, James N.; Greene, Donald P.; Kuklinski, James H.; Lupia, Arthur (編). Cambridge handbook of experimental political science. Cambridge: Cambridge University Press. 2011. ISBN 978-0521174558. 
  7. ^ Types of experiments. Department of Psychology, University of California Davis. [2021-05-17]. (原始內容存檔於2014-12-19). 
  8. ^ Lin, Hause; Werner, Kaitlyn M.; Inzlicht, Michael. Promises and Perils of Experimentation: The Mutual-Internal-Validity Problem. Perspectives on Psychological Science. 2021-02-16: 1745691620974773. ISSN 1745-6916. doi:10.1177/1745691620974773 (英語). 
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