實驗教學中無關變量的控制

張旻

實驗材料可以成為無關變量，在設計實驗時，應注意材料的選擇，材料的處理，以控制實驗材料，防止實驗材料對實驗結果的干擾，對因變量的影響。

除了實驗材料可以是無關變量外，很多因素也都可以成為無關變量，如PH、溫度、氣壓、試劑的用量、大氣中二氧化碳等等。對這些無關變量進行有效控制，往往需要對照性原則、等量性的原則的貫徹執行。對照性原則、等量性原則，在控制很多無關變量中都起著非常重要的作用。

例：為探究溫度對膜透性的影響，取質量和形態相同的兩塊馬鈴薯進行對照實驗，所得到的結果如下：

（1）本實驗的自變量是（）。

（2）在20℃下馬鈴薯塊質量增加，主要與細胞具有（）（細胞器）有關。

（3）在40℃時，隨時間增加，馬鈴薯質量下降的主要原因是膜的通透性增大、細胞內容物外滲造成的。請完成下列實驗設計并回答問題。

實驗原理和實驗儀器與藥品（略）。

實驗步驟：第一步：取4只相同的燒杯，分別加入10ml蒸餾水，編號為A、B、C、D；第二步：取2塊質量為10克且形態相同的馬鈴薯用蒸餾水反復沖洗三次，用濾紙將水吸干，再分別放入A、B兩燒杯中，C、D兩燒杯作為對照；第三步：（ ）；第四步：1.5小時后取出燒杯中的馬鈴薯，使燒杯中的溶液保持或恢復至20℃；第五步：（）；結果預測：（）。

討論：實驗步驟中設計C、D組作為對照的目的是（）。

答案：（1）溫度。（2）液泡。（3）第三步：A和C燒杯置于20℃下；B和D燒杯置于40℃的恒溫水浴中（只要答案合理均可）。第五步：用電導儀分別測量溶液的電導度，并記錄。結果預測：B燒杯中溶液電導度減去D燒杯中溶液電導度的值大于A燒杯中溶液電導度減去C燒杯中溶液電導度的值。（只要答案合理并與第三步的答案對應即可）。討論：排除空氣中的二氧化碳等因素對實驗結果的干擾。

第（3）小題，是接續（1）（2）的一個驗證實驗。實驗目的是“驗證溫度越高，馬鈴薯細胞膜的通透性越大”。根據實驗原理和實驗步驟分析，這個實驗的意圖是想通過測量相同溫度下的電導度，比較實驗材料在不同溫度下造成的電導度，以比較不同溫度下實驗材料滲出的細胞內容物的多少，最終比較不同溫度下的細胞膜通透性大少。

①這個實驗的自變量表面上看是溫度，實質上是溶液中滲出的細胞內容物的多少。因變量是電導度。實驗原理告訴我們：“空氣中的二氧化碳、溫度都會影響電導度的測量數值”，即空氣中的二氧化碳、溫度是影響電導度數值的無關變量。

②這個實驗，準確地測量溶液中細胞內容物滲出造成的電導度的值很關鍵。細胞內容物滲出造成的電導度的值可信度越大，通過比較電導度證明細胞膜的通透性隨溫度升高而增大的結論越可信。

要準確地測量細胞內容物滲出造成的電導度，就需要有效地控制空氣中二氧化碳、溫度對電導度的影響。實驗過程中，設置了“加等量的蒸餾水而不放置馬鈴薯”即對照組，也就是實驗中的C、D組，用C、D組來控制空氣中二氧化碳對電導度測量值的影響。A、B組為實驗組。實驗操作中，B和D燒杯置于40℃恒溫鍋中水浴，1.5小時后，取出B中的馬鈴薯，再降溫于20℃測B、D的電導度，取B減D電導度的差作為B中馬鈴薯40℃下細胞滲出的內容物在20℃下造成的電導度；A和C燒杯，一直保持在20℃條件下，1.5小時后取出A中的馬鈴薯，測A、C中的電導度，求其差，作為A中馬鈴薯20℃細胞滲出的內容物造成的電導度。B和D組，A和C組，都是通過實驗組的電導度減去對照組的電導度，排除了無關變量二氧化碳“對細胞內容物滲出造成的電導”度測量值的影響。也就是通過執行對照性原則，設置C、D對照組，排除了無關變量二氧化碳對實驗結果的影響。

溫度也能影響電導度的值，也是無關變量。（3）這個實驗通過測量A、B、C、D組都在20℃條件下的電導度，并比較相同溫度20℃條件下的電導度之差，來比較不同溫度造成的細胞內容物滲出量的多少。這些做法，實際上是執行了等量性原則，即進行相同溫度下電導度的差值比較，有效地控制了溫度對電導度的影響。

③這個實驗除控制溫度這一無關變量，使用了等量性原則外，還通過“取四只相同的燒杯，分別加入10ml蒸餾水”“取2塊質量為10g且形狀相同的馬鈴薯”等措施，執行等量性原則。這避免了“燒杯”“蒸餾水的量”“馬鈴薯的質量、形狀”這些無關變量對實驗結果的影響。

由上述實例可見，等量性原則和對照性原則在控制無關變量方面，確實是非常重要的，執行等量性原則和對照性原則，控制無關變量，切實可行而且非常有效。

（洛陽市第三中學）