变量-解答生物实验设计题的好“抓手”

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1、变量:解答生物实验设计题的好“抓手”　　高中生物学各种类型的实验设计类题目的解答都与变量有关。实验步骤设计一般分为四步：（1）取材，分组，编号。生物学试验中所用的材料包括生物材料、器皿、试剂等（此步骤操作中要排除实验材料中无关变量的干扰）。（2）对照设置（进行实验变量处理）。（3）继续处理（无关变量适宜且稳定）。（4）反应变量的检测。可见实验步骤设计的每一个环节，都必须做好相关变量的确认和操控。其解题模型如图1所示。　　可见，只要抓住变量，就可以建立解题模式，使解题有“法”可依，有“路”可循。现举例说明如下。　　1变量的确认　　1.1变量的类型　　生物学实验中的变量是指可被操

2、纵的特定因素或条件。根据其在实验中的作用，可分以下几种情况：　　1.1.1实验变量与反应变量　　实验变量，也称自变量，指实验中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所引起的变化结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，两者之间具有必然的因果关系。　　1.1.2无关变量与额外变量　　无关变量也称控制变量，指实验中除实验变量以外的，影响实验现象和结果的因素或条件，并非与实验“无关”，只不过不是实验中要研究的目标。额外变量也称干扰变量，指实验中由无关变量控制不当引起的变化和结果。实验设计和操作中应力求使实验组之间以及实验组和对照组之间的无关变量保持相同且适

3、宜，避免额外变量的干扰，便于清晰地研究实验变量和因变量的关系。　　1.2实验变量和因变量的确认　　通常有以下几种确认方法：　　（1）直观法：即由实验名称或实验目的直接找到实验变量和因变量。　　实验变量和因变量一般隐含在题干的信息中，因此可根据实验目的、实验材料等已知条件确定实验变量和反应变量。实验课题一般可描述或转化为：“……对……的作用或影响”或“……是……”的格式。在“对”或“是”之前的中心词可认为是实验变量，而在“对”或“是”之后的中心内容部分可认为是反应变量。例如：①探究pH对酶活性的影响;②设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响;③验证二氧化碳是绿色

4、植物光合作用的原料;④验证镁是植物生活的必需元素……在上述问题中，实验变量可分别确定为：pH;生长素或生长素类似物;二氧化碳;镁。　　（2）逆推法：有些实验不能由实验名称或实验目的找到实验变量，可由实验结果（因变量）逆向推出导致其产生的直接原因即为实验变量。例如“探究成熟的植物细胞的吸水和失水的原因”实验中，植物细胞失水（因变量）的原因是外界溶液浓度大于细胞液浓度，吸水（因变量）的原因是外界溶液浓度小于细胞液浓度，而成熟的植物细胞失水和吸水主要取决于原生质层内外的浓度差，所以浓度差是失水和吸水的原因，即实验变量（表1）。　　（3）对比法：有些较复杂的实验还可以从实验组和对照组

5、中找出其中不同的量，而且它又是导致实验结果（因变量）的必然原因，这个量即为实验变量。　　2变量与实验步骤　　2.1操纵实验变量　　操纵实验变量是指设法给研究对象施加干扰，造成实验对象的变化，从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。不同的实验有不同的操纵实验变量的方法，一般来说有两种情况。一种情况是如果实验变量是一个外在的条件，一般运用实验控制的加法原理来操纵实验变量，即设法给研究对象施加实验变量的干扰，造成研究对象的变化，从而使研究对象在被激发状态中反映其某些特征。例如，在“SO2对植物叶片的影响”的实验中，就是通过实验组对生活着的植物叶片（研究对象）施加实验变量（

6、SO2）来观察叶片的生长状况。　　另一种情况是如果实验变量是一个实验条件，一般运用实验控制的减法原理来操纵实验变量，即设法排除实验变量对研究对象的干扰，同时尽量保持被研究对象的稳定。如在“探究种子萌发的外界条件”的实验中，实验变量分别是水、温度和空气，但它们同时又都是种子萌发的外界条件，这时实验组在设计时可分别设法减去水、温度和空气对种子萌发的影响。　　2.2控制无关变量的影响　　最常用的控制无关变量的主要方法见表2。　　2.3检测因变量　　如何知道因变量的结果呢？就要确定观察和测量的指标和方法，即观察指标。它是指在观察的现象中用什么指标来反映和表达因变量。在实验步骤的最后一

7、句话往往是关于观察指标的，“观察……的变化“，其中“……的变化”就是观察指标。例如，“比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率”中，反应变量是催化效率的高低，相应的观察指标分别是产生气泡多少的比较、冒气泡时间长短的比较和卫生香燃烧情况的比较。　　根据实验结果是否可直接观测得到，有下列两种情况：　　（1）可直接观测的因变量（表3）。　　（2）隐蔽的因变量的检测（表4）。　　因变量如何检测还要根据题目所给试剂及生物材料特性来确定。　　2.4预测因变量的结果，推理得到实验结论　　观察、实验的价值即在于获得验证性的结