生物学实验中变量及其控制

1 生物学实验中变量及其控制 （一）什么是变量 变量也称因子，指实验过程中可以变化的因素。按性质不同，变量通常分为自 变量、因变量、无关变量、额外变量 1. 自变量与因变量 自变量，指实验中由实验者操纵、给定的因素或条件； 因变量，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。 通常，自变量是原因，因变量是结果，两者具有因果关系。实验的目的即在于 捕获解释这种前因后果。如果“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验中，所给定的低温（冰 块）、适温（37℃）、高温（沸水浴）就是自变量。而由于低温、适温、高温条件的 变化，唾液淀粉酶水解淀粉的反应也随之变化，这就是因变量。 2. 无关变量与额外变量 无关变量，指实验中除实验变量以外的影响实验变化和结果的因素或条件。 额外变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。 无关变量是原因，额外变量是结果，显然，额外变量会对反应变量起干扰作用。 例如：在“唾液淀粉酶水解淀粉”的实验变量（低温、适温、高温）以外，试管的洁 净程度、唾液新鲜程度和稀释浓度、可溶性淀粉溶液浓度、试剂溶液的浓度和剂量、 实验操作的程序和温度处理的时间长短，等等，都属于无关变量，要求对低温、适 温、高温三组实验的给定不等同、不均衡、不稳定，则会在实验中产生额外变量， 出现干扰，造成误差。所以控制无关变量和减少额外变量是科学实验的关键之一。 （二）变量控制 生物学实验中变量的控制遵循以下三个原则： 1. 单一变量原则 单一变量原则是对实验变量与反应变量的控制而言。它有两层意思：一是确保 “单一变量”的实验观测，即不论一个实验有几个自变量，都应做到一个自变量对应 2 观测一个因变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实验实施中要尽可能避免无 关变量及额外变量的干扰。 2. “平衡控制”原则 如果说单一变量原则，主要是对实验变量与反应变量的控制而言，而平衡控制 原则主要是对无关变量与额外变量的控制而说到。意思是说，实验中的无关变量的 因素条件，很难避免，只是设法平衡和抵消它们的影响。 “平衡控制”常用的方法有： （1）单组实验法 对一组（或一个）对象，既用 A 法，又用 B 法，顺序随机或轮流循环，这是科 学实常用的实验方法。例如：“观察植物细胞的质壁分离”实验，通常是将做好的洋 葱紫色鳞片叶表皮细胞装片，先用蔗糖溶液做质壁分离观察；接着又用清水做质壁 分离复原观察，这就是单组实验法。由于对象同一，无关变量影响也就被平衡和抵 消了。 （2）等组实验法 将状况相等的对象，分为两组或多组，一组用 A 法，另一组用 B 法，这也是科 学实验常用的实验方法。例如：“植物的向光性实验”，设计了两组实验，其对象— —小麦幼苗，要求品种、萌发期、粗细、大小和长势状况都是相同的。这就是等组 实验法，它可以对无关变量的影响起到平衡和消除作用。 3. 实验对照原则 对照是实验控制的手段之一，目前仍在于消除无关变量对实验结果的影响。通 过设置实验对照对比，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说 服力。 通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组是接受实验变量处理的对象组。 对照组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。 按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型： 3 （1）空白对照 空白对照组指不做任何实验处理的对象组。如在“生物组织中可溶性糖的鉴定” 的实验中，向甲试管溶液中加入试剂，而乙试管溶液中不加入试剂，一起进行沸水 浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组。空白对照能明白地对比和 衬托出实验组的变化和结果，增加了说服力。 （2）自身对照 自身对照指实验与对照在同一对象上，即不另设对照。单组法和轮组法，一般 都包含有自身对照。如“植物细胞的质壁分离和复原”实验，则是典型的自身对照。 自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前 的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。 （3）条件对照 条件对照指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，或者 说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。 案例： “动物激素饲喂小动物”实验的条件对照设计 本实验采用等组实验法，其实验设计方案是： 甲组：饲喂甲状腺激素（实验组） 乙组：饲喂甲状腺抑制激素（条件对照组） 丙组：不饲喂药剂（空白对照组） 上述实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分 说明实验变量（甲状腺激素）对实验结果（促进蝌蚪的生长发育 ）的影响。 （４）相互对照 相互对照指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照。在等组实验法中， 若不设空白对照，则大都是运用相互对照。如“植物激素与向