無關(guān)變量的控制(一)

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，主要是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。高中生應(yīng)具備的科學(xué)探究能力，其中很重要的方面就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力——主要是設(shè)計(jì)對照試驗(yàn)的能力。設(shè)計(jì)對照試驗(yàn)已經(jīng)在高考中時(shí)不時(shí)的成為了選拔學(xué)生、甄別學(xué)生能力的一種重要手段。

對照試驗(yàn)是一種“出了一個(gè)因素以外，其余因素都保持不變”的實(shí)驗(yàn)。其中的“一個(gè)因素”實(shí)際上就是自變量，即實(shí)驗(yàn)過程中可以人為改變的變量。由自變量的變化引起變化的變量成為因變量。實(shí)際上，除了自變量能引起因變量變化以外，還有其他的變量也能引起因變量的變化。但對照實(shí)驗(yàn)中只允許一個(gè)自變量影響因變量，而其他能引起因變量變化的“因素”都必須加以控制，不能影響因變量，這些被加以控制的“因素”再對照試驗(yàn)中叫無關(guān)變量。

控制無關(guān)變量，在對照試驗(yàn)中非常重要，它關(guān)系到在對照試驗(yàn)中能不能真正執(zhí)行單一變量原則，能不能實(shí)現(xiàn)由一個(gè)變量——自變量引起因變量的變化。只有由一個(gè)自變量影響實(shí)驗(yàn)的因變量，才能找到實(shí)驗(yàn)考查的因素——自變量與因變量之間的必然關(guān)系，得出唯一的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的目的。

控制無關(guān)變量的措施很多，而且應(yīng)該貫穿在實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟中。

首先實(shí)驗(yàn)材料就與無關(guān)變量的控制有著密切的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)材料選擇與無關(guān)變量的控制有著密切的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)材料選擇不當(dāng)，會直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，影響因變量，不能使自變量對因變量的客觀影響真正顯現(xiàn)出來，使人們無法找到自變量與因變量的必然聯(lián)系，得不出科學(xué)的結(jié)論，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｋ?，在?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選材中，要科學(xué)選材，只要實(shí)驗(yàn)材料不是自變量，就要有效地控制住材料這一無關(guān)變量，以防它對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。

例：調(diào)查結(jié)果表明，豚草存在著明顯的生存優(yōu)勢，對于豚草的這種生存優(yōu)勢的形成原因，有人認(rèn)為可能是由于豚草根部分泌的某種物質(zhì)抑制了龍葵等植物的生長。請你利用下列給出的材料及用具，把實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整。

材料及用具：……龍葵、豚草……

方法步驟：第一步：取一潔凈的錐形瓶，編號為甲，加入適量的完全營養(yǎng)液，取長勢較好的豚草植株種與瓶中。

第二步：將甲瓶放在適宜的環(huán)境條件下培養(yǎng)一段時(shí)間后，全部取出其中的豚草植株。甲瓶中的培養(yǎng)液保存?zhèn)溆谩?/p>

第三步：另取兩只潔凈錐形瓶，編號為乙、丙，分別加入( )的完全營養(yǎng)液。

第四步：取( )的龍葵植株隨機(jī)均分為兩組，并分別植于乙、丙兩錐形瓶中。向乙瓶中加入一定量的甲瓶中培養(yǎng)過豚草的培養(yǎng)液，向丙瓶中加入與之等量的適當(dāng)稀釋的完全培養(yǎng)液。

……

在上述實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的目的是“探究豚草根部分泌的物質(zhì)是否抑制了龍葵等植物的生長”，自變量是“豚草根部分泌物”，因變量是“龍葵的長勢”，無關(guān)變量應(yīng)該是除了自變量以外能影響龍葵生長的因素，如選擇材料時(shí)，龍葵植株的長勢等。

在本實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)組和對照組材料的長勢在實(shí)驗(yàn)之初就必須相同，如果選材時(shí)，兩組中龍葵的長勢不相同，其長勢不同勢必也會引起因變量“龍葵長勢”在實(shí)驗(yàn)組對照組的不同，也就引入了另一個(gè)變量影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，造成無法確認(rèn)自變量與因變量之間有沒有必然聯(lián)系，無法完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｋ员緦?shí)驗(yàn)第四步應(yīng)該選擇“長勢相同”的龍葵植株均分為兩組。

材料的處理也與無關(guān)變量的控制有著密切的關(guān)系。

材料選擇以后，有時(shí)需要對材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚匀コ牧媳旧硭皵y帶”的無關(guān)變量對因變量的影響。

在生長素發(fā)現(xiàn)的歷程中，著名荷蘭科學(xué)家溫特通過實(shí)驗(yàn)證明了胚芽鞘的彎曲生長確實(shí)是胚芽鞘尖端產(chǎn)生的一種化學(xué)物質(zhì)引起的。在溫特的實(shí)驗(yàn)中，他將胚芽鞘尖端切下放在瓊脂塊上，又將這樣處理的瓊脂塊放在去掉胚芽鞘尖端的胚芽鞘一側(cè)，觀察其生長反應(yīng)。最后一步所用的實(shí)驗(yàn)材料“胚芽鞘”，溫特去掉了它們的尖端，控制了無關(guān)變量——胚芽鞘尖端對自身胚芽鞘彎曲生長的影響，最終確認(rèn)了“處理過的瓊脂塊”對胚芽鞘的生長產(chǎn)生了影響，令人信服地找到了使胚芽鞘產(chǎn)生向光性的根本原因。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，溫特對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了恰當(dāng)?shù)靥幚?，有效地控制了材料本身“攜帶的”無關(guān)變量。

實(shí)驗(yàn)材料在對照試驗(yàn)中非常重要，實(shí)驗(yàn)材料的選擇實(shí)驗(yàn)材料本身都可能給對照試驗(yàn)引入無關(guān)變量，所以再對照試驗(yàn)的第一步“實(shí)驗(yàn)材料的選擇和處理”，就要注意控制無關(guān)變量，以確保一個(gè)自變量對因變量的影響，使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

（洛陽市第三中學(xué)）