假设(hypothesis)是实验可以检验的主张。测量计划(measurement plan)则是一组决定:改变什么、测量什么、怎样测量、保持什么不变。在 Co-ordinated Sciences 0654 中,你要在生物、化学和物理情境中同时处理这两者。
这一课是跨主题实验评价的起点。之后的内容都依赖你能把这两件事分开。
为什么要把想法和方法分开?
假设说明你认为什么是真的,计划说明你怎样去查明。两者混在一起时,读者无法判断结果不理想是因为想法错了,还是方法不好。
可以做个快速测试:这句话能靠数据来检查吗?如果句子里有“将测量”“使用天平”“重复五次”之类的字眼,它属于计划。如果它说明一个量如何影响另一个量,它就是假设。
一步一步写出这一对
- 写出主张,并点明两个量:“X 增大时,Y 增大(或减小)”。
- 写明自变量(你改变的量),包括范围和单位。
- 写明因变量(你测量的量),包括仪器、单位和分度值。
- 列出控制变量,即必须保持不变的量。
- 说明重复次数以及如何处理,例如计算平均值。
例题
本课所有数据都是为教学自编的。
情境: 一名学生怀疑糖在较热的水中溶解得更快。
假设: 水温越高,糖完全溶解所需的时间越短。
测量计划:
| 部分 | 决定 |
|---|---|
| 自变量 | 水温:20、30、40、50 °C,用温度计读到 1 °C |
| 因变量 | 直到看不见晶体的时间,单位秒,秒表读到 0.1 s |
| 控制变量 | 水 100 cm³,糖 5.0 g,搅拌速度相同,烧杯类型相同 |
| 重复 | 每个温度做三次,再计算平均时间 |
检查逻辑:4 个温度 × 3 次 = 共 12 次实验。假设点明了两个量和方向;计划说明每个量怎样测、用什么单位、什么保持不变。
自编的预测是:50 °C 的平均时间比 20 °C 短。如果数据相反,假设就得不到支持,但这个计划仍然是公平测试。
要留意的错误
回答“写出假设”时,常见的是披着假设外衣的计划。
错误答案: “我将用秒表测量糖在四个温度下溶解的时间。”
这句话描述的是动作,没有提出任何可以被数据推翻的主张。改正的方法是加上关系:“温度越高,溶解时间越短。”然后把秒表和温度放进计划里。
相反的错误也会出现:写“实验将会很准确”这样的假设,是对方法的评论,而不是对科学的主张。
自我检测
1. 这是假设还是计划的一部分?“光照更多的植物,两周后质量更大。”
Show answer
这是假设。它把两个量(光照和植物质量)联系起来,并且可能被数据推翻。
2. 一名学生写:“保持体积为 50 cm³,并使用量筒。”这是计划的哪一部分?
Show answer
这是带仪器的控制变量决定,属于计划,不属于假设。
3. 针对这个问题写出假设,并指出自变量和因变量:较重的小车离开斜面后会滚得更远吗?
Show answer
假设:小车质量越大,离开斜面后滚得越远。自变量:小车质量(kg)。因变量:滚动距离(m)。斜面高度和表面需要控制。
接下来
当你能干净利落地写出这一对,就可以学习在混合情境中识别干扰变量,检验你的计划是否真正只隔离了一个改变。科学探究评论工具可以让你用自己的描述来练习。
有些学生发现计划比假设更难写得精确。我们的老师会在一对一线上综合科学补习中帮你补上这一环。