實驗變量的應用舉例

摘要：生物是一門以實驗為基礎的學科，不論在平時的考試還是在高考中實驗設計都是考查的核心內容之一。縱觀近幾年高考中的生物實驗題，其特點都是在緊扣教材的前提下，從多個角度、多層面地考查學生實驗設計的能力。在實驗設計中，對變量的把握又是學生解題的關鍵點。實驗變量是指實驗過程中的變化因素，科學實驗的本質就在于揭示變量間的因果關系，故明確實驗中的變量對于實驗設計型題型的解答是非常必要的。本文著重介紹了實驗中的三個變量，并從變量分析的角度對實驗設計題型進行了應用舉例

關鍵詞：實驗變量；實驗設計；應用舉例。

1變量的類型

實驗中的變量包括自變量、因變量與無關變量三種。

自變量是指實驗中人為地加以改變的變量，自變量必須是可以操縱的；因變量是指隨著自變量的變化而變化的變量，實驗中必須為因變量找到可以觀察與測量的指標，否則就無法知道實驗的結果；無關變量是指除自變量外對實驗結果造成影響的變量，由于無關變量的存在，使得自變量不是單一影響因變量的因素，自變量與因變量間的關系也就失去了必然性，因此實驗中必須排除無關變量對實驗結果的影響。

例如：在“探究光照強度對光合作用強度的影響”實驗中，光照強度是自變量，可在一定范圍內設置一系列具一定梯度的光照強度（可利用不同瓦數的臺燈或是通過調整不同距離的光源來實現）來改變自變量。由此可見，在實驗中，光照強度的不同是可以人為控制的，也就是自變量是可以人為控制的，否則這個實驗就無法完成。

因變量是光合作用強度，有什么方法可以用于測定光合作用的強度呢？由光合作用的總反應式可知，測定二氧化碳的減少量、氧氣的生成量、淀粉的合成量均可。具體運用什么方法要根據題目中的要求或是題目中給予的材料所定，在方法均可行的情況下則應選用最簡單的方法。

除了自變量和因變量外，剩下的變量均是無關變量。如，各實驗組中小圓形葉片的數量、燒杯裝有的清水中二氧化碳的含量，環境的溫度、濕度、pH等都有可能對實驗結果產生影響。對于無關變量要盡可能的排除，如實驗用到的材料要盡可能沒有污染，環境溫度、濕度最好始終保持一致。

總之，對這些變量的處理應始終遵循實驗設計的基本原則：即單一變量原則和對照實驗原則。

2變量分析在實驗設計中的應用舉例

明確實驗中的三個變量有利于我們對實驗課題和實驗原理的分析，還有利于對實驗步驟的設計。

例 （2007山東高考）。近期統計數據顯示，癌癥已經成為我國城鄉居民的首要死因。請根據提供的材料回答問題：

端粒酶是與染色體末端結構相關的一種細胞組分。下表中數據顯示細胞癌變可能與端粒酶的活性有關，請完成下面的探究實驗：

實驗目的：探究端粒酶與細胞癌變的關系。

實驗材料：癌細胞、端粒酶抑制劑、細胞培養液等。

實驗步驟：

①__________________________________；

②__________________________________；

③__________________________________。

結果預測及分析：。

本題是以2009年諾貝爾醫學獎為研究背景，主要涉及的高中生物知識點有細胞的癌變、動物細胞培養、細胞的衰老和酶等。并在此基礎上考查學生如何對實驗變量進行控制。

實驗是要“探究端粒酶與細胞癌變的關系”，根據實驗的目的可以知道這里不同的條件是“有端粒酶”與“無端粒酶”兩種。也就是說有無端粒酶是實驗的自變量，是實驗過程中可以人為控制的。而此自變量又如何控制呢？可從題目給出的實驗材料中找到答案，即通過“端粒酶抑制劑”來控制。實驗組加入含端粒酶抑制劑的細胞培養液，對照組加入等量的細胞培養液就可以實現對自變量的控制。

實驗的因變量是“細胞癌變”，那么有什么依據可以判斷癌變是否發生呢？可以通過實驗表格中的數據，即癌細胞具有無限增值的特點來判斷。與此相對應的，對于實驗結果也應用實驗組與對照組增值代數的多少來描述。如果實驗組增值代數比對照組減少，說明端粒酶抑制劑與細胞癌變有關；如果實驗組仍能無限增值，則說明端粒酶抑制劑與細胞癌變無關。

實驗的無關變量有很多，除了自變量與因變量以外的都是無關變量。如兩組中癌細胞數量的多少、細胞培養液的用量、環境溫度、濕度、pH等條件，這些無關變量都應保持一致。

此外，實驗中還有一些要注意的問題。若題目還給出“正常細胞”作為實驗材料，應根據另一材料“端粒酶抑制劑”判斷出所選用的細胞為“癌細胞”。再者，實驗過程要遵循探究實驗的一般程序，即按照“第一步分組編號，第二步設計對照，第三步記錄、比較”進行作答。

參考文獻：

［1］林祖榮.實驗中的變量及其在實驗設計中的應用［J］.高考，2009，(3).

［2］張運發.2009年高考有關社會熱點問題的考察［J］.高考試題分析，2009，(10).