「測量」這個步驟，在整個科展的研究過程中，扮演著相當重要的角色。大部分的研究題目，都需要經過許多的測量過程，才能得到所需要的數據資料，進而成為自己研究成果的分析參考。然而，實驗中想要測量的對象，通常都不是那麼容易可以想要量就量得到的，像是「一顆球掉到地上時產生的衝擊力」這樣的測量，雖然我們都知道球的重量越重、或是球從越高的地方掉下來，都會對地面產生較大的衝擊力，但這個力要怎麼測量，絕對不單單只是在地上放一個磅秤，讓球掉到磅秤上就可以測量得到。除了找出測量方法之外，這個測量所產生的數據誤差大不大、要如何避免誤差產生？也是測量過程中不可不注意的問題。本文就要從「想要的數據量得到」這個問題來談。
用最適合的測量 清楚描述實驗結果
實驗中進行測量時，會有許多需要測量的實驗目標物，也會有需要要表達的實驗狀態，這些把往往都需要用數字把它表達出來。這次我們要用三個不同的實驗，說明如何利用適當的測量方法，表達出我們的實驗結果。
一、直接測量
比如說，在我們的研究中，需要測量待測物體在水中所受到的浮力，而一個物體在水中所受到的浮力，可以從幾個方法得到：
(1)首先用彈簧秤測量物體在空氣中的重量，接著再測量物體在水中的重量，空氣中的量到的重量減掉水中量到的重量，就等於物體所受到的浮力。
(2)從物理上可以知道，物體在水中所受浮力，會等於這個物體所排開水的重量，所以只要記錄物體放入水中前後的水位高度，經由水位高度變化推算物體所排開水的體積，再乘上水的密度，就可以知道物體排開水的重量。
這兩種方式，第一種是用測量工具直接對「力」來測量，量到的數字，直接就能代表我們想要得到的物理量；另一種是對「水位」進行測量，雖然我們測量的是水位的變化，可能是水位上升了多少公分，但這個數字有物理上的定律可以直接轉換成我們想知道的浮力。這些方式所得到的結果可以直接用到實驗中，這就是本文所說的直接測量。
二、間接測量
海綿、保麗龍這兩種材料常常用來提供物體保護，我們想要知道物體受到一個力量衝擊的時候，哪一種材料吸收衝擊力量的效果比較好？當我們準備好兩塊一樣大小的海綿和保麗龍時，馬上碰到的問題就是
1.要如何測量衝擊力量的大小?
2.要如何測量吸收力量的大小?
一個衝擊就是一個碰撞，其實可以再細分為碰撞開始到結束的時間、碰撞過程的形變、碰撞速率大小與角度等等。設想一個實驗設計的出發點，還沒有對衝擊與碰撞想得這麼仔細時，一開始想到的，以白話來講大概就是「撞得大不大力」。而「撞得大不大力」就需要我們找出具體且合理的數字來表示。
我們可以用一個重物，比如說一個用鋼珠，從不同的高度以自由落體的方式掉落在我們的待測材料上，我們想要看看我們的待測材質，對不同的衝擊力大小的反應時，只需要改變鋼珠落下的高度，從越高的地方掉下來所代表的，就是用越大的力量來衝擊。換句話說，如果原本的設定是希望在實驗中，用小鋼珠、中鋼珠、大鋼珠產生100克重、200克重、300克重等不同的力量，如果這三個數字只是用來當做「小力」、「中力」、「大力」，而沒有一定要是100、200、300的話，那這個變數，就可以改用同一個鋼珠，分別從10公分、20公分、30公分等不同高等掉落，同樣可以有「小力」、「中力」、「大力」這樣的效果。
而材料所吸收的衝擊力，則可以用鋼珠反彈的高度來測量。鋼珠直接掉落在堅硬的地面上時，會向上彈起一個高度。將海綿或是保麗龍墊在地上時，鋼珠所彈起的高度一定會比較低。我們只要比較鋼珠從堅硬地面上彈起的高度，以及從待測材料上彈起高度的不同，中間反彈高度的差異，就可以代表被待測材料所吸收的力量了。以圖上的例子來說，原本沒有待測材料的保護，鋼珠從距地150公分落下時，會彈起120公分高；現在放了待測材料後，鋼珠從距離材料150公分上方落下時，彈起了40公分高。也就是說，中間反彈相差的80公分所需要的力量，被待測材料吸收掉了。
簡單來講，這個實驗中直接測量到的是「撞擊到不同的待測材料時，鋼珠落下高度與反彈高度的關係」。也就是，我們把整個實驗中對「力量」的測量，用「高度」來代表。
三、替代測量
玻璃做的燒杯是實驗室中最常用來加熱的容器，但日常生活中我們會有各種不同的加熱容器像是水壼、炒菜鍋、湯鍋等不同材料、不同形狀的容器來加熱。要找到不同材料、相同形狀與大小的鍋子很難；但要找到相同材料、但不同形狀與大小的鍋子，通常只要買同一個牌子的就有了。如果我們設計了一個實驗，想要知道哪一種容器拿來燒開水的效果比較好，可以較有效率的把水煮沸到100度C的話，我們可以採用前述間接測量的方式，測量把水加熱到沸騰所需要的時間，來表示不同容器加熱的效果。這樣的實驗聽起來很合理，但在實驗操作過程卻會有一些小問題。首先第一個問題，每天打開水龍頭，出來的水溫就未必相同。另一方面，在整個加熱過程中，一開始溫度上升較快，但到了接近沸騰時，溫度會上升的非常慢。實驗可能從25度C加熱到95度C花了約15分鐘，但95度到100度C的時間卻花了20分鐘。將實驗再重覆做一次的結果，25度C加熱到95度C還是花了約15分鐘，但95度到100度C只花了10分鐘，很顯然在加熱到接近沸騰時，會因為一些難以控制的因素而影響到實驗，像是實驗進行中周圍環境的改變等。這個問題就好像英文考試考600分的人，英文能力未必真的比考598分的人好一樣。雖然把水燒到沸騰是把自來水變成飲用水的一個條件，回頭看看我們實驗的重點，我們想要討論的是不同容器的加熱效果，結果發現實驗在接近100度C時會有很大的差異產生，而這個差異的產生並不是由我們想要討論因為容器的不同所引起。這個時候我們可以再實驗設計成用「從30度上升到90度C的加熱時間」來替代我們原本的實驗。一方面可以避開每天水龍頭水溫不同的問題，同時也可以減少在水溫接近100度C時，每次實驗所產生的差異。利用「從30度上升加熱到90度C所需要時間」來替代「加熱到沸騰所需要的時間」。這就是所謂的「替代測量」。
科展研究的主題包羅萬象，其中充滿了同學們的科學夢想與創意。在整個研究進行過程中，運用合理且方便的測量方法，將同學們具體的idea 變成一個可以量得出來的數字，除了可以讓實驗更順利的進行，更可以清楚的表達同學們想要呈現的研究結果。
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