「规划一个实验」的答案必须列出目的、假设,操纵变量、反应变量与固定变量,仪器与材料,一份显示变量如何被改变与受控的编号步骤,结果如何制表,以及结论如何得出。
「规划一个实验」题是 SPM化学试卷三,SPM化学 的实验试卷(试卷三为实验考试,评估科学过程技能),里最有挑战性的部分,因为它要你设计一整个探究,而不只是回答一个被描述的实验。好消息是:分数是按一组固定的标题给的,所以只要你每次都遵循同样的结构,就很少漏掉哪一项。
本指南给出那个结构、一个你可以套用的模板、一个示范,以及要避免的错误。
题目问什么
规划题给你一个问题,例如「规划一个实验,研究酸的浓度如何影响它与大理石碎块反应的速率」,并要你写出完整的规划。它考查你能否把目的变成一份公平、可行的步骤,并说明你会如何处理结果。
阅卷者按规划的每一部分给分,所以最稳妥的做法是在清楚的标题下作答,覆盖每一部分。
每次都要遵循的结构
按这个顺序、在这些标题下作答:
- 目的。 清楚说出实验要查明什么,通常直接取自题目。
- 假设。 写一个可检验的陈述,带方向地连起操纵变量与反应变量,如「浓度越高,速率越快」。
- 变量。 点出操纵变量(你改变的)、反应变量(你测量的),以及固定变量(为公平检验而保持不变的)。
- 仪器与材料。 列出你需要的一切,选择能给出任务所需精度的仪器。
- 步骤。 写编号步骤,显示你如何在一段数值范围内改变操纵变量、如何把固定变量保持不变、以及如何测量反应变量。为可靠性纳入重复读数。
- 数据制表。 展示你会用的空表,每一栏都有标题与单位,准备好接收读数。
- 结论。 说明你会如何用结果来接受或否定假设,例如描述预期的趋势。
只要你覆盖了这七项,就覆盖了分数。
一个可套用的步骤模板
大多数速率、量或比较类实验都符合这个形状:装好仪器;量取固定量的受控反应物;把操纵变量取第一个值加入;测量反应变量;把操纵变量取更多几个值重复,其余全部保持相同;每个读数重复取平均。把步骤写得让公平检验一目了然,相同体积、相同温度、只改一个变量,正是获得步骤分的关键。
示范
问题: 规划一个实验,研究盐酸的浓度如何影响它与过量大理石碎块反应的速率。
- 目的: 查明酸的浓度如何影响反应速率。
- 假设: 酸的浓度越高,反应速率越快。
- 变量: 操纵,酸的浓度;反应,速率(以固定时间内收集的气体体积、或收集固定体积气体所需的时间来测量);固定,酸的体积、大理石碎块的质量与大小、温度。
- 仪器: 锥形瓶、导气管、气体注射器或排水法的量筒、秒表、量筒、天平。
- 步骤: 把固定体积的第一个浓度的酸量入锥形瓶;加入固定质量的大理石碎块并启动秒表;量出固定时间后收集的气体体积;用更高浓度的酸重复,保持酸的体积、碎块的质量与大小以及温度相同;每个读数重复取平均。
- 制表: 一张表,设「酸的浓度 / mol dm−3」与「固定时间内的气体体积 / cm3」等栏(含重复与平均栏)。
- 结论: 若固定时间内的气体体积随浓度增大而增大,则速率随浓度增大,支持假设。
常见错误
- 忘了固定变量。 只改操纵变量、却不说什么保持不变的规划不是公平检验;始终列出固定变量,并在步骤里显示它们如何被保持不变。
- 步骤含糊。 「让酸反应并测速率」不够;给出带数量与所测对象的编号步骤。
- 操纵变量没有范围。 你必须在几个数值上改变它、而不只是两个,好让趋势能被看出。
- 漏掉重复。 重复读数并取平均能提高可靠性,常常是一个给分点。
- 没有空表或没有单位。 画好带标题与单位、为数据准备好的表。
- 结论不提假设。 说明结果会如何证实或否定预测。
拿满分的建议
先把这七个标题写下来,再逐一填写,这保证你在时间压力下不漏掉哪一节。通过在变量清单里、又在步骤里点出固定变量,使公平检验一目了然。
选与所需精度相符的仪器,别引用编造的数字,描述你会测量什么,而不是你尚未得到的结果。让步骤保持为编号步骤,使方法易于遵循与评分。
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