撰寫實驗設計原理示例(2): 把白花染成一半紅、一半白的原理

注意: 請先閱讀以下文章，因不會重複相關的說明。

(1) 如何撰寫實驗設計原理

(2) 實驗原理撰寫例子(1)氣泡蒸騰計量度蒸騰速率(失水速率)的原理

把白花染成一半紅、一半白的實驗設計原理


建議答法:
- 當水分自白色花瓣表面散失時(1分)
- 水會因為蒸騰牽引力的關係，由底部向上移動(1分)
- 水分的移動主要透過莖花朵枝條內的特定中空直向的管道(木質部組織)運輸，(1分)
- 速率較透過組織快(1分)
- 如花朵枝條底部被切開兩半，分別置於不同溶液時，紅色溶液及清水的話，(1分)
- 由於紅色染料溶於水，不同溶液及內裡的溶解分子及水分，便會各自主要沿枝條內部，於兩方向上運輸(1分)
- 到達頂部花瓣時，溶液內紅色染料分子便會擴散至其他位置，使花瓣呈一半紅、一半白的狀態。(1分)

根據以上撰寫的原理，你可以推論以下問題的答案嗎?
1. 如何令染花速率最快?
2. 如最後無法把花染色的話，有甚麼可能出現的地方?
3. 如最後整朵花也染成紅色的話，是甚麼原因?

實驗原理撰寫例子(1)氣泡蒸騰計量度蒸騰速率(失水速率)的原理

氣泡蒸騰計量度的實際並不是失水速率，而是吸水率。因此，屬於間接量度依變項的變化，有必要詳細說明這間接方法如何跟失水速率的關係。(因為其他人未必認同這間接方法的準確性)


可能答案(1):(評分見底部)

- 由於植物吸收水分後大部份經蒸騰作用散失，因此氣泡蒸騰計可用來量度蒸騰速率。

建議答案
(1)當植物透過葉片散失水分時(代表失水速率，亦即是真正的蒸騰速率)，由於蒸騰牽引力的關係，水分會沿植物莖部的木質部向上運輸。(1分)
(2)由於水分子之間拉力的關係，蒸騰計內的水分會進入莖底部的木質導管內。(1分)
(3)氣泡計內的氣泡會隨水流移動方向作出相應速率的移動。(1分)
因此，量度氣泡移動速率可作為植物失水的指標。

根據以上的寫法，假如實驗結果不符預期的話，你應可更容易檢測出可能出錯的地方。例如
根據第(1)句: 水分並沒有向上運輸。(木質部栓塞?)
根據第(2)句: 水分並沒有進入莖底部(栓塞?)
根據第(3)句: 氣泡不隨水流移動(太大?)

你會發現，詳細的實驗設計原理會涉及其他知識:包括物理、化學等，這是為何撰寫實驗設計原理困難的原因。

不同的實驗設計會有不同的誤差(尤其是間接提供或量度的)，以這實驗為例:
可能問題包括
1. 氣泡的大小會否影響隨水流動的速率?
2. 氣泡體積會隨時間發生變化嗎?
3. 氣泡移動速率(吸水率)與失水率之間的關係?

以上的問題會涉及有否需要作些實驗設計的假設。如以上的因素皆有影響的話，實驗的準確度便會減弱。如影響太大的話，這個實驗設計便是不良的，應放棄! 如估計影響不是很大的話，實驗仍會進行，但應列出你的假設，讓其他人知道。(因為其他人未必認為影響可以不理會的)


由於以上的問題而需要制定的假設可以是  
1. 吸水率與失水率成正比。
2. 實驗進行期間，氣泡體積減少速率很慢。

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可能答案(1)的評分數:
 1 分，來自有說明失水與吸水的關係
或

 0 分，由於沒有提及氣泡，不像回答這問題!

決定自變項及依變項速成法

有些同學可能對如何列出自變項(indepedent variable)及依變項(dependent variable)有些疑惑，這裡提供一個簡單的方法，試試是否可更快列出正確的自變項及依變項。

首先你必須清楚掌握實驗目的。

以下實驗為例:

「 研究加熱對細胞膜透性的影響。」

然後，請記住:

自變項: 解答你在這實驗中你會改變的項目(即由你控制的項目)。

依變項: 解答你在這實驗中會觀察的項目(一般來說是你在實驗進行時會量度的項目)。

自變項及依變項一般皆能在實驗目的中找到。

就以上實驗目的:

自變項: 是加熱(即不同溫度)

依變項: 細胞透性的變化(但觀察甚麼才能知道?)(可能是:材料的重量改變)

因此:

自變項是: 不同的溫度(注意: 不是溫度)

依變項是: 材料的重量變化。

注意: 無論是自變項或依變項皆是你在實驗設計中真正操作(改變或量度)的變項。

參考網址: http://en.wikipedia.org/wiki/Independent_variable

如何撰寫實驗設計原理

首先你必須先明白，究竟撰寫實驗設計原理的目的是甚麼?

撰寫的目的是: 解釋你的實驗設計為何能達到你的實驗研究目的。

由此可知，你必須先弄清楚你實驗研究目的!

我們用以下例子作說明:

實驗的目的是: 研究光強度對光合作用速率的影響。

基本上，你要先弄清楚甚麼是自變項(independent variable)，甚麼是依變項(dependent variable)才能繼續下去。大部份實驗皆有自變項及依變項的。(甚麼實驗沒有??)

接下來，你要決定如何提供實驗中的自變項及如何量度(或觀察)實驗中的依變項。
你不要以為控制自變項很容易，就以上實驗目的而言，自變項很明顯是「光強度」。但如何提供不同的光強度呢?

少說也有起碼 5 種方法! 譬如:
1. 以不同距離的光源
2. 用可調較電力的光源
3. 用不同層數的紗布遮蓋光源
4. 用不同光強度的光源
5. 用不同數目的光源

6. ....

以上有些方法可能非常明顯與光強度的關係，有些則要想一想!

以上的方法有分別嗎? 你會選擇哪一方法? 你選擇的準則是甚麼? 為何這些方法跟提供不同的光強度有關? 你選擇的方法有否限制? 你需要預先撰寫實驗中的假設嗎?

以上問題皆是撰寫你的實驗設計原理時必須列出的!

未完成! 還有....依變項如何量度?

如何撰寫實驗原理

實驗設計的原理的內容應是
- 用以解釋你的實驗設計如何能達到實驗目的。

因此，必須先準確界定實驗的目的。