中学生物学实验中无关变量的控制_韩益钧

·56·

2012年（第37卷）第5期

中学生物学实验中无关变量的控制

韩益钧

摘

要关键词

中学生物学

实验教学

无关变量

（江苏省东台市教育局教研室224200）

本文借助实验情境例析了运用消除法、恒定法及均衡法科学处理无关变量的基本方法及注意点。

无关变量的控制是生物学实验设计中重要而又复只有控制好无关变量，才能排除无关干扰，让杂的内容，

从而得出正确的自变量与因变量形成单一对应的关系，

结论。本文借助中学生物学实验教学中的一些实例，就合理控制无关变量的基本方法及注意点进行了分析。11．1

控制中学生物学实验无关变量的基本方法合理消除影响实验结果的部分无关变量

控制

也可以忽略该无关变量对实验的干扰。

以2011年安徽高考生物卷第29题为例：保水剂是一类高分子聚合物，可提高土壤持水能力及水肥利用率。某兴趣小组探究“保水剂和氮肥对小麦光合作，用的影响”进行了以下实验：

材料用具：相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干、保水剂、氮肥等。

方法步骤：①略；②在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午，于10∶00～11∶00从每组选取相同数量的叶片，进行CO 2吸收量及叶绿素含量的测定，结果（均值）如下表（略）。

实验结论：适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度。

问题（1）：请指出步骤②的缺陷并改正（其余小题略）

该题看似考查材料的选取及处理，实质上考查的“保水剂和氮肥对小麦是无关变量的控制，研究课题是，因此要保证所选取材料的生理状态光合作用的影响”

和数量等一致，从而避免“保水剂和氮肥”以外的无关变量对实验产生干扰。题干中明确了在相同时间段选取相同数量的叶片，即运用恒定法使部分无关变量处实验还需保证各组叶片生理状态于相同状态。另外，

也相同，但这只具有理论上的可能性，因此可采取均衡法让各实验组内叶片的生理状态尽可能处于均衡状态，通常的做法就是在植物相同部位选取长势相同的这种处理材料的方法能够最大限度地叶片进行实验，

使得无关变量在各组实验中均衡地发挥作用，从而让这些无关变量对实验的影响最小化。1．3

将所有无关变量控制在相对适宜状态

在实验▲

。

无关变量是不让无关变量介入到研究情境中去，完全排除在自变量和因变量对应关系之外。因此在实验条件允许的情况下，可首先考虑用消除法处理某些无关变量。

“探究植物发生蒸腾作用主要部位”例如，在实验中，某学生进行了这样的设置：用无色透明的薄塑料袋将天竺葵及其盆土完全包扎后作为对照组，实验组则将长势相似的天竺葵剪去所有叶片后用相同的薄塑料放置在相同环境条件下，一段时间后袋进行相同包扎，

观察两组实验中塑料袋上水珠的多少来获取实验结果。该实验设计看似科学合理，但实际上在剪除了实验组中的叶片后会留下众多的切口，而切口处发生的蒸腾会成为不可忽略的无关变量，切口蒸腾产生的水这将会直接影响实验结果的效度，珠会成为干扰变量，

因此是不恰当的。在重新认识、反思了该设计的不足后，较妥当的做法是用蜡封的方式将切口封住以避免也可用薄塑料袋先对实验组中的每片叶片切口蒸腾，

以进行单独包扎后再进行与对照组相同的整体包扎，避免创伤引发的切口蒸腾。这两种改进措施都运用了消除法，成功避免了新的无关变量的产生，从而得到了科学的实验结果。1．2

将无关变量控制在恒定或均衡状态

在多数实

无关变量既影响着因变量的变化又无法予以消验中，

一般可采用恒定法使其在各组实验中处于恒定或除，

即把变量变为常量，这样因变量的变化就可相同状态，

归结于自变量的改变从而得出结论。如果不能把无关变量在各组内控制为相同状态，还可以采取均衡法使各无关变量在实验组和控制组中均衡发生作用，此时

中对无关变量的设置要符合生物学基本规律，满足生物体生长、生活的基本条件，使得生命活动和生化反应在尽可能适宜的条件下自然发生，否则无关变量就可能成为严重制约实验过程、影响实验结果的负面因素，甚至会导致实验者在不知情的状态下得出背离客观事实的结论。因此，在实验设计中要把无关变量所需的条件控制在相对适宜状态。

“验证鼠妇喜好潮湿环境”例如，在的实验中，学生随机取相同的干燥土壤均分为两份，其中一份用水淋湿，在20℃左右的阴暗处将若干头健康鼠妇置于两

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪

主要参考文献

［1］沈韫芬．1999．微型生物在污水处理中的原理、作用和应用．生物

34（7）：1～4? 学通报，

2012年（第37卷）第5期

份土样中间，观察鼠妇在自然状态下的最终趋向并分别计数，试图验证鼠妇喜好潮湿的土壤。该设计考虑了原始土样、温度、光照等无关变量的相同或均衡，但却忽视了鼠妇喜好在富含腐殖质的土壤处取食、活动在实际操作中就出现了鼠妇因无法适应任何的习性，

一种土样而徘徊于两份土样之间无所适从的意外结果，实验也因此无法得出结论。经过反思与研讨，可通富含腐殖质的环境中重新取土来改过在鼠妇喜好的、进并完成该实验。2题2．1

无关变量的设置应力求全面、完整

能够影响实

验过程的因素很多，稍有疏忽都会影响实验的效度。不少无关变量往往在最初的实验设计中很难考虑周全，有的需要通过查阅资料或进行预实验收集整理，还有的则要在反复多次的重复实验甚至是失败中获得，因此在实验设计的初始过程中要联系生产实践尽可能全面地设置好各种无关变量。

以2011年江苏高考卷第31题为例：为探究植酸研究者设计并进酶对鲈鱼生长和消化酶活性的影响，

行了相关实验，实验步骤及结果如下：①鲈鱼的驯养（略）；②饲料的配制（略）；③鲈鱼的饲养：挑选体格健大小一致的鲈鱼随机分组，放养于规格相同的浮式壮、

海水网箱中，放养密度为60尾/箱。给对照组的鲈鱼定时投喂适量的普通饲料，给实验组的鲈鱼同时投喂⑤略。等量加酶饲料；④、

科学控制中学生物学实验无关变量需要注意的问

有

·57·

问题（3）：步骤③中还应控制好的无关变量主要▲

。（其余小题略）

该问简单明了，但由于试题素材来源于教材之外，学生缺少感性认识，难以进入具体的实验情境，在作答有许多时颇费思考。其实在进行鲈鱼的实际养殖时，养殖条件是必须具备的，否则不但无法完成实验，也可能连鲈鱼的存活都无法保证。联系水生生物生存的基本常识可知：鲈鱼跟其他生物一样需要适宜的温度和足够的溶解氧，由于是海生生物还要保证适宜的水体盐度，这些养殖条件都是实验者在初始设计阶段可以试题并未对学生提出过高的要求。该题对考虑到的，

无关变量设置的全面与完整性地提出了一定的要求，试图在操作层面考查学生的实验思想和思维的完整较好地将中学实验教学引向实践应用，可有效提高性，

学生设计并实施实验的能力。2．2

关注无关变量的动态变化

在实验操作过程中，

某些无关变量伴随着实验的进展会发生动态变化，由于师生的注意力一般都集中在对自变量的操控和因变量的观测上，往往对无关变量的控制难以兼顾，有时就会出现科学性偏差。

“环境因素例如对人教版高中生物学教材中：探究

对光合作用强度的影响”实验，多数学生提出的研究课并设计了题是探究光照强度对光合作用强度的影响，甲图所示的实验装置，通过改变试管与灯的距离来实现光照强度的变化，在室温25℃等适宜条件下开展实验

。

甲图乙图

在师生讨论交流过程中发现：改变试管与灯的距但试管接受光照强离虽然可以实现光照强度的变化，

度的不同也会直接导致其温度的改变，既然环境温度这个无关变量无法保持相同，那接下来的实验也就无法继续。经过商讨认为：在灯与试管之间添加一个盛水容器吸收灯光的热量，可以较好地减小光强变化对试管内水温的影响（如乙图所示），当然条件许可也可30℃的环以在恒温实验室中完成实验。在该实验中，境温度看似是一个相同且适宜的无关变量，但由于自变量的改变导致温度这个无关变量也在同步发生动态不细致推敲就会发生差错。变化，

在接下来的实验中，不少学生又进行了这样的操作：每隔5min 改变一次试管与灯之间的距离，实时记

录5min 内试管中产生气泡（O 2）的数量，但实验结果各有的甚至出现了气泡数量与光照强度不成正不相同，

相关的情况，背离了预期，在反思与交流中发现：在连CO 2浓度这个续实验过程中，水中的CO 2不断被消耗，进而无关变量在连续实验中发生了不易察觉的下降，影响了光合作用的强度，甚至使得光合作用产生O 2不增反降，由于CO 2浓度的变化，该实验已经无法在时间上形成前后对照。在对策研讨时认为：可以让班级内各实验小组分别在预设的多个梯度距离（如10cm 、20cm 、30cm 等）下进行实验，由于各实验小组试管中水实验时长也相同，因此CO 2浓度的CO 2初始浓度相同、

同期下降的幅度可以认为是均衡的，从而形成相互对照。?