实验设计中的变量

〔摘 要〕变量确立和处理是实验试题关键，本文就结合自己教学体验，介绍实验试题变量类型、确立方法及及实验变量控制。

〔关键词〕实验变量 变量类型 变量控制

实验是自然科学验证假设和就解决问题的最终途径。实验是指在人为控制的条件下研究事物变化的一种方法。而人为可操纵的特定因素或条件在实验中叫做变量。在生物实验设计中对‘变量’的确立、操纵成为实验设计成功与否的关键，若能将实验设计中‘变量’问题解决，高考实验设计试题分数唾手可得。那么实验设计中的‘变量’到底有哪些类型该如何控制呢？

一、变量的类型――实验变量、反应变量与无关变量

1.（1）实验变量与反应变量

实验变量也称自变量，指实验中由实验者所操纵的因素或条件。反应变量也称因变量，指实验中由实验变量而引起的变化和结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果。例如：在探究“酵母菌生长的最适宜pH值”实验中，所调整的各个PH即4.0 、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、就是实验变量，而由于这些不同PH值变化，酵母菌生长情况（数目多少）也随之发生相应变化，这就是反应变量，该实验目的就可以达到解释PH值变化（实验变量）和酵母菌生长情况（反应变量）的关系，并用一定指标（如酵母菌数目）将这个关系呈现。

1.（2）无关变量

无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量外的可能影响实验现象或结果的因素或条件。例如：上述实验中除实验变量（不同PH）外，酵母菌的量、培养基的成分、灭菌情况、酵母菌种类、及培养时环境的温度、培养时间长短等都属于无关变量，如果无关变量中的任何一个或几个因素或条件对这五个不同PH组别（实验组）的给定不等同，不均衡，不稳定都会对实验结果造成干扰，产生误差。在实验设计和操作中要尽量减少无关变量影响，不同实验组别五个变量应完全相同，这样就会排除实验结果差异是由无关变量引起的可能性，便于清晰得研究实验变量与反应变量的关系。

二、变量控制原则――单因子变量原则

单因子变量原则指 ：控制其他因素不变，而只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响，即除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。该原则可使实验中的复杂关系简单化，使结果更准确，更有说服力，其具体包含以下两方面含义： 1. 不论该实验有几个实验变量都应做到一个实验变量对应一个反应变量 2. 实验要尽最大可能避免无关变量干扰。例如在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解作用”的实验中，加入的淀粉和蔗糖已经形成了一个变量因子，若要符合单因子变量原则，加入的淀粉酶量、反应温度、PH等无关变量应控制相同（常量），否则这些无关变量差异将干扰实验结果及相应的结果分析及结论。再如某生物小组为研究阳光对大豆发芽的影响，在两个花盆里种了大豆，并作了如下处理：（表略）

这一实验中，应该改正的错误是（ ）A .两花盆都应放在向阳地方 B.两花盆都应放在黑暗地方C.两花盆温度不应一样D.两花盆都应浇充足水。这个实验研究的是阳光对大豆发芽的影响，故阳光应为自变量，根据单一自变量其他因素（温、度水等）应为常量，所以本题答案为D。本实验两花盆都应浇充足水，这样既保证单一变量，又使大豆不会因缺水而影响发芽。因此在考察单因子变量时，还要尽可能使常量相同且保证实验正常进行而成功。

三、变量控制的有效方法――对照实验

对照实验指除了一个实验变量外，其余一切因素均保持不变的实验。做实验时，要使一个实验更能说明问题，一定要有正反两方面的实验，即实验中设置对照组与实验组进行对比，既能有效排除无关变量影响又能增加实验结果可信度和说服力。

3. （1）对照组和实验组确立

实验中经常要确定对照组与实验组，一般有两种方法：第一依据是否进行实验变量处理来确定。实验研究因素进行处理的组别称实验组，另外未用实验研究变量进行处理的组别就为对照组，例如：萨克斯关于“光合作用需要光”实验中，实验研究因素为‘需要光照’，因此对实验研究因素光进行处理（遮光）组别为实验组，而未对光进行处理（仍光照）就为对照组。第二依据是否处于正常情况来判断，处于正常情况下的组别为对照组，如蚂蚁在寻找食物进行中，头部触角就像天线似的，来回转动，蚂蚁的触角来回运动有什么意义呢？请设计实验方案证明触角在寻找食物中的作用。该实验需设计两组，一组保留蚂蚁触角，另一组去掉蚂蚁触角，其中保留触角为正常状态，应为对照组。

3.（2）对照组的类型

①空白对照：即不给对照组施以实验变量的实验，而根据实验目的只给实验组施以某些实验变量因素以观察这些实验因素对受试者的影响如如在“动物激素饲喂小动物的实验”中，在1号、2号玻璃缸中，各加入5mg的甲状腺激素和甲状腺抑制剂，而3号玻璃缸中不加药，就是作为空白对照。但在“探索影响淀粉酶活性的条件”实验中，2号、3号试管中各注入1ml的5%的氢氧化钠溶液和5%的盐酸溶液，而1号试管作为对照组就应加入等量的蒸馏水作空白对照，而不是什么都不加。在中学实验中，诸如“绿叶在光下能否制造淀粉”“探究种子萌发的条件”等都是空白对照实验。②自身对照：又叫前后对照，指实验组和对照组在同一对象上进行，如“观察植物细胞质壁分离和复原”实验中，对照组即正常洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离及复原细胞为同一细胞，呈典型自身对照。③相互对照：指不另设对照组，而是几个实验组相互对比，如“探究酵母菌生长最适宜PH”实验中，分别用不同PH的相同成分培养基培养酵母菌，进行相互对比，得出生长最快（数目最多）的PH即为最适宜PH。④条件对照：指虽给对照组施以某种实验处理，但不是实验研究的实验因素，以突出实验实施的处理因素与实验所研究因素的差异，从侧面衬托实验因素对实验结果造成的影响，如如，动物激素饲喂小动物的实验方案中：饲喂甲状腺激素的为实验组；饲喂甲状腺抑制剂的是条件对照组；不饲喂药剂的是空白对照组。