物理IA论文的 5 个写作要点

物理 IA 论文的 5 个写作要点
写作要点 1:只研究一个自变量和一个因变量的关系。
一些同学想把论文写好,就觉得要多研究一些东西,越复杂越好,这是一个错误观念。IA 论文的要求是对一个问题研究深入、细致,往深了挖。如果你的实验中出现两个自变量 (independent variables) 或两个因变量 (dependent variables),看起来做了很多事情、取了很多数据,但你的论文很容易写得蜻蜓点水,要照顾的因素太多,深入不下去,也无法 focus。一篇好的 IA 论文很重要的两个因素是:focused & in-depth analysis。如果实验只有一个自变量和一个因变量,这两点会比较容易实现。

写作要点 2:阐述清楚实验装置和安全措施。
既然评分老师不能亲自看到你的实验,那么最好能让他/她很轻松地理解实验装置和过程。最重要的一点是以图片的形式把你的实验装置记录、呈现出来,比如可以直接将 experimental set-up 拍照,然后在照片中用文字标记好每个仪器分别是什么;或者,尤其是在实验装置比较简单的情况下,也可以自己画一个实验装置的草图,这样会比较清楚、直接。
对于可能会涉及到危险情况的实验,比如在高温或高电压等环境下进行的实验,那么论文中一定要讨论 safety issues,即说清楚你是通过什么措施、防护器材来规避实验风险的。

写作要点 3:多次测量、取平均值、并求不确定性。
实验中我们一般是通过改变自变量,来测量因变量的变化。那么对于每一个自变量的值,都至少要重复三次实验。重复实验的意义在于如果只测一次,数据可能测错了或不具代表性;多测几次,计算平均值和不确定性,才科学。

举个例子(数据纯属虚构),假设我研究的自变量是水温 T,因变量是水的蒸发速率 R。水温设定在 80 摄氏度时,重复三次实验。这三次实验测量的水温分别是 80.2 摄氏度,79.6 摄氏度,80.1 摄氏度,那么取平均就是:
(80.2 + 79.6 + 80.1) / 3 = 80.0 摄氏度
求不确定性是用这组数据中最大值减最小值、再除以 2 来计算:
(80.2 - 79.6) / 2 = 0.3 摄氏度

所以这三次实验的自变量 T 取值范围就是 80.0 ± 0.3 摄氏度,因变量 R 也是同样的方法求,在此不重复了。
无论是算平均值、还是算不确定性,结果的有效数字和小数点后位数都不能变多,只能和原始实验数据保持一致、或更少。有同学可能还会问到,如果我三组实验测量出来的数都一样,比如都测的是 80.1 摄氏度,不确定性怎么计算?
那么要按照实验仪器的不确定性来写,如果实验仪器的不确定性是 ± 0.2,结果就是 80.1 ± 0.2 摄氏度。

写作要点 4:争取把数据汇总到一张图上,这样方便比较,best-fit line should be reasonable。
实际写作中发现一些同学每一组实验都画一张图,这是不对的。针对每个自变量,重复三组实验会计算出自变量的平均值和不确定性,如上述例子中的 80.0 ± 0.3 摄氏度,这个 80.0 摄氏度是图象的一个横坐标, ± 0.3 摄氏度则是这个点横向的 error bar;纵坐标和它的 error bar 是通过计算因变量得出的,所以这三组重复实验最终得到的仅是图象中的一个点及其 error bars。通过多次改变自变量(建议至少五次以上),我们会在坐标上得到五个以上的点,就可以画 best-fit line 了。

画 best-fit line 也有学问,有同学的结果中,五个点明显不在一条直线上,还非要用直线去 best fit 这些点,这就错了;还有的同学用软件中一条完美的曲线拟合图象中的五个点,软件中给出的数学拟合度 (correlation coefficient) 高达 0.999998,这位同学如获至宝,就自信地用了软件给出的五次拟合公式,举个例子:

物理 IA 论文的 5 个写作要点
这个公式看起来很炫、很复杂,与实验数据的拟合度也极其完美,但是否看出这个公式的问题所在?
问题在于它是一个纯数学公式,但我们写物理 IA 的目标是要找到两个物理量的关系和意义,你要弄清楚你的自变量,温度 T,为什么会和因变量,即水的蒸发速率 R, 有如此复杂的关系。我们要通过一些背后的物理原理来解释这个公式的合理性,如果公式中的每个系数确有其意义,或者如果他人的论文也用到了这个公式,我们可以堂堂正正地用它,并和他人的结果相互比较、讨论相似与不同之处,彰显科学风范!但如果找不到其合理性,也没有别的论文用过这个公式,那么直接在论文中放这个公式是不负责任的。

写作要点 5:论文字体与文件形式。
IB 官方并没有规定 IA 论文的字体是什么,但你在编辑论文时,首先字体不能换来换去,要通篇用一种字体;并且建议用 "Times New Roman" 这个字体,这是国际论文的通用字体。
论文终稿的上传形式应该是 pdf,不用多说,pdf 比较规范,而且不容易被再次修改。

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