实验教学中无关变量的控制

张旻

实验材料可以成为无关变量，在设计实验时，应注意材料的选择，材料的处理，以控制实验材料，防止实验材料对实验结果的干扰，对因变量的影响。

除了实验材料可以是无关变量外，很多因素也都可以成为无关变量，如PH、温度、气压、试剂的用量、大气中二氧化碳等等。对这些无关变量进行有效控制，往往需要对照性原则、等量性的原则的贯彻执行。对照性原则、等量性原则，在控制很多无关变量中都起着非常重要的作用。

例：为探究温度对膜透性的影响，取质量和形态相同的两块马铃薯进行对照实验，所得到的结果如下：

（1）本实验的自变量是（）。

（2）在20℃下马铃薯块质量增加，主要与细胞具有（）（细胞器）有关。

（3）在40℃时，随时间增加，马铃薯质量下降的主要原因是膜的通透性增大、细胞内容物外渗造成的。请完成下列实验设计并回答问题。

实验原理和实验仪器与药品（略）。

实验步骤：第一步：取4只相同的烧杯，分别加入10ml蒸馏水，编号为A、B、C、D；第二步：取2块质量为10克且形态相同的马铃薯用蒸馏水反复冲洗三次，用滤纸将水吸干，再分别放入A、B两烧杯中，C、D两烧杯作为对照；第三步：（ ）；第四步：1.5小时后取出烧杯中的马铃薯，使烧杯中的溶液保持或恢复至20℃；第五步：（）；结果预测：（）。

讨论：实验步骤中设计C、D组作为对照的目的是（）。

答案：（1）温度。（2）液泡。（3）第三步：A和C烧杯置于20℃下；B和D烧杯置于40℃的恒温水浴中（只要答案合理均可）。第五步：用电导仪分别测量溶液的电导度，并记录。结果预测：B烧杯中溶液电导度减去D烧杯中溶液电导度的值大于A烧杯中溶液电导度减去C烧杯中溶液电导度的值。（只要答案合理并与第三步的答案对应即可）。讨论：排除空气中的二氧化碳等因素对实验结果的干扰。

第（3）小题，是接续（1）（2）的一个验证实验。实验目的是“验证温度越高，马铃薯细胞膜的通透性越大”。根据实验原理和实验步骤分析，这个实验的意图是想通过测量相同温度下的电导度，比较实验材料在不同温度下造成的电导度，以比较不同温度下实验材料渗出的细胞内容物的多少，最终比较不同温度下的细胞膜通透性大少。

①这个实验的自变量表面上看是温度，实质上是溶液中渗出的细胞内容物的多少。因变量是电导度。实验原理告诉我们：“空气中的二氧化碳、温度都会影响电导度的测量数值”，即空气中的二氧化碳、温度是影响电导度数值的无关变量。

②这个实验，准确地测量溶液中细胞内容物渗出造成的电导度的值很关键。细胞内容物渗出造成的电导度的值可信度越大，通过比较电导度证明细胞膜的通透性随温度升高而增大的结论越可信。

要准确地测量细胞内容物渗出造成的电导度，就需要有效地控制空气中二氧化碳、温度对电导度的影响。实验过程中，设置了“加等量的蒸馏水而不放置马铃薯”即对照组，也就是实验中的C、D组，用C、D组来控制空气中二氧化碳对电导度测量值的影响。A、B组为实验组。实验操作中，B和D烧杯置于40℃恒温锅中水浴，1.5小时后，取出B中的马铃薯，再降温于20℃测B、D的电导度，取B减D电导度的差作为B中马铃薯40℃下细胞渗出的内容物在20℃下造成的电导度；A和C烧杯，一直保持在20℃条件下，1.5小时后取出A中的马铃薯，测A、C中的电导度，求其差，作为A中马铃薯20℃细胞渗出的内容物造成的电导度。B和D组，A和C组，都是通过实验组的电导度减去对照组的电导度，排除了无关变量二氧化碳“对细胞内容物渗出造成的电导”度测量值的影响。也就是通过执行对照性原则，设置C、D对照组，排除了无关变量二氧化碳对实验结果的影响。

温度也能影响电导度的值，也是无关变量。（3）这个实验通过测量A、B、C、D组都在20℃条件下的电导度，并比较相同温度20℃条件下的电导度之差，来比较不同温度造成的细胞内容物渗出量的多少。这些做法，实际上是执行了等量性原则，即进行相同温度下电导度的差值比较，有效地控制了温度对电导度的影响。

③这个实验除控制温度这一无关变量，使用了等量性原则外，还通过“取四只相同的烧杯，分别加入10ml蒸馏水”“取2块质量为10g且形状相同的马铃薯”等措施，执行等量性原则。这避免了“烧杯”“蒸馏水的量”“马铃薯的质量、形状”这些无关变量对实验结果的影响。

由上述实例可见，等量性原则和对照性原则在控制无关变量方面，确实是非常重要的，执行等量性原则和对照性原则，控制无关变量，切实可行而且非常有效。

（洛阳市第三中学）