生物實驗設計的變量與控制

摘 要 討論實驗設計中的實驗變量與反應變量、無關變量與額外變量及其各種變量的控制方法。

關鍵詞 生物實驗 實驗設計 變量

中圖分類號G633．91

文獻標識碼 B

1 變量

在實驗設計中，變量是指可被操縱的特定因素或條件。據其在實驗中的作用，可分為以下2類。

1．1 實驗變量與反應變量

實驗變量(又叫自變量)是實驗中可以人為改變的實驗條件，該條件的改變，將引起實驗結果的相應改變。它是實驗要研究的變量，一般是題目已知的或是可以根據題目提供的已知條件來獲取的。確定的方法是：往往要“驗證什么”、要證明“什么”、要探究“什么”，“什么”就是實驗變量。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗，實驗變量就是溫度，即低溫(冰塊)、適溫(37℃)、高溫(沸水浴)；反應變量(又叫因變量)是指實驗中由實驗變量而引起的變化和結果。通常實驗變量是原因，反應變量是結果，二者具有因果關系。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗，由于溫度的改變，唾液淀粉酶水解淀粉的反應結果也隨之改變，從而說明唾液淀粉酶的活性不同，這就是反應變量。反應變量要有相應的觀察和測量指標，一般常見的反應變量的類型有：特異的顏色變化和沉淀反應、生物形態結構和生理特征的變化、生物生長發育的速度和生化反應的速度等。在“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗中，反應變量是通過加碘液后溶液顏色發生變化來體現的。

【例1】某研究性學習課題是“探究青霉素對酵母菌生長的影響”，請你指出該實驗的實驗變量和反應變量各是什么。

解析及答案：青霉素是該實驗設計題的實驗變量，且是惟一的自變量。培養基中酵母菌菌落的生長情況(有無菌落的出現)可作為該實驗的反應變量。

1．2無關變量與額外變量

無關變量是指實驗中除實驗變量以外的影響實驗現象和結果的其他因素或條件。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗的無關變量有唾液新鮮程度、可溶性淀粉溶液的濃度和純度、試劑溶液的劑量、濃度和純度、實驗操作程序、溫度處理的時間長短等。而額外變量則是無關變量對實驗所造成的影響或結果，其可以干擾正常的實驗現象和結果，以至于造成實驗誤差。如“探究溫度對唾液淀粉酶水解淀粉的影響”的實驗中，pH就是其中一個無關變量，若pH不適宜將會出現不應有的實驗誤差，從而導致實驗的失敗。

2 控制變量

根據實驗目的和實驗原理，對實驗中的各變量進行不同方式的控制是設計生物實驗最關鍵的步驟，也是生物實驗設計的靈魂。

2．1控制實驗變量

控制實驗變量的方法一般有2種：一種是如果實驗變量是一個外在的條件(對研究對象而言)，一般運用實驗控制的加法原理來控制實驗變量，即設法給研究對象施加實驗變量的干擾，造成研究對象的變化，從而使研究對象在被激發狀態中反映其某些特征。例如，在“探究SO₂對植物葉片的影響”的實驗中，就是通過實驗組對生活著的植物葉片(研究對象)施加實驗變量(SO₂)來觀察葉片的生長狀況的。另一種情況是如果實驗變量是一個實驗條件，一般運用實驗控制的減法原理來控制實驗變量，即設法排除實驗變量對研究對象的干擾，同時盡量保持被研究對象的穩定。如在“探究種子萌發的外界條件”的實驗中，實驗變量分別是水、溫度和空氣，但它們同時又都是種子萌發的外界條件，這時實驗組在設計時可分別設法減去水、溫度和空氣對種子萌發的影響。

【例2】驗證甲狀腺激素對蝌蚪發育的影響。該實驗設計時自變量的控制方法是什么?

解析及答案：自變量是甲狀腺激素，根據加減法原則，其自變量的控制方法是：給實驗組的食物中加入甲狀腺制劑，對照組的食物中不加甲狀腺制劑。