實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無(wú)關(guān)變量的控制

張旻

實(shí)驗(yàn)材料可以成為無(wú)關(guān)變量，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)注意材料的選擇，材料的處理，以控制實(shí)驗(yàn)材料，防止實(shí)驗(yàn)材料對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾，對(duì)因變量的影響。

除了實(shí)驗(yàn)材料可以是無(wú)關(guān)變量外，很多因素也都可以成為無(wú)關(guān)變量，如PH、溫度、氣壓、試劑的用量、大氣中二氧化碳等等。對(duì)這些無(wú)關(guān)變量進(jìn)行有效控制，往往需要對(duì)照性原則、等量性的原則的貫徹執(zhí)行。對(duì)照性原則、等量性原則，在控制很多無(wú)關(guān)變量中都起著非常重要的作用。

例：為探究溫度對(duì)膜透性的影響，取質(zhì)量和形態(tài)相同的兩塊馬鈴薯進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，所得到的結(jié)果如下：

（1）本實(shí)驗(yàn)的自變量是（）。

（2）在20℃下馬鈴薯塊質(zhì)量增加，主要與細(xì)胞具有（）（細(xì)胞器）有關(guān)。

（3）在40℃時(shí)，隨時(shí)間增加，馬鈴薯質(zhì)量下降的主要原因是膜的通透性增大、細(xì)胞內(nèi)容物外滲造成的。請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并回答問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器與藥品（略）。

實(shí)驗(yàn)步驟：第一步：取4只相同的燒杯，分別加入10ml蒸餾水，編號(hào)為A、B、C、D；第二步：取2塊質(zhì)量為10克且形態(tài)相同的馬鈴薯用蒸餾水反復(fù)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(duì)照；第三步：（ ）；第四步：1.5小時(shí)后取出燒杯中的馬鈴薯，使燒杯中的溶液保持或恢復(fù)至20℃；第五步：（）；結(jié)果預(yù)測(cè)：（）。

討論：實(shí)驗(yàn)步驟中設(shè)計(jì)C、D組作為對(duì)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(dǎo)儀分別測(cè)量溶液的電導(dǎo)度，并記錄。結(jié)果預(yù)測(cè)：B燒杯中溶液電導(dǎo)度減去D燒杯中溶液電導(dǎo)度的值大于A燒杯中溶液電導(dǎo)度減去C燒杯中溶液電導(dǎo)度的值。（只要答案合理并與第三步的答案對(duì)應(yīng)即可）。討論：排除空氣中的二氧化碳等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。

第（3）小題，是接續(xù)（1）（2）的一個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰膀?yàn)證溫度越高，馬鈴薯細(xì)胞膜的通透性越大”。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟分析，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意圖是想通過(guò)測(cè)量相同溫度下的電導(dǎo)度，比較實(shí)驗(yàn)材料在不同溫度下造成的電導(dǎo)度，以比較不同溫度下實(shí)驗(yàn)材料滲出的細(xì)胞內(nèi)容物的多少，最終比較不同溫度下的細(xì)胞膜通透性大少。

①這個(gè)實(shí)驗(yàn)的自變量表面上看是溫度，實(shí)質(zhì)上是溶液中滲出的細(xì)胞內(nèi)容物的多少。因變量是電導(dǎo)度。實(shí)驗(yàn)原理告訴我們：“空氣中的二氧化碳、溫度都會(huì)影響電導(dǎo)度的測(cè)量數(shù)值”，即空氣中的二氧化碳、溫度是影響電導(dǎo)度數(shù)值的無(wú)關(guān)變量。

②這個(gè)實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確地測(cè)量溶液中細(xì)胞內(nèi)容物滲出造成的電導(dǎo)度的值很關(guān)鍵。細(xì)胞內(nèi)容物滲出造成的電導(dǎo)度的值可信度越大，通過(guò)比較電導(dǎo)度證明細(xì)胞膜的通透性隨溫度升高而增大的結(jié)論越可信。

要準(zhǔn)確地測(cè)量細(xì)胞內(nèi)容物滲出造成的電導(dǎo)度，就需要有效地控制空氣中二氧化碳、溫度對(duì)電導(dǎo)度的影響。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)置了“加等量的蒸餾水而不放置馬鈴薯”即對(duì)照組，也就是實(shí)驗(yàn)中的C、D組，用C、D組來(lái)控制空氣中二氧化碳對(duì)電導(dǎo)度測(cè)量值的影響。A、B組為實(shí)驗(yàn)組。實(shí)驗(yàn)操作中，B和D燒杯置于40℃恒溫鍋中水浴，1.5小時(shí)后，取出B中的馬鈴薯，再降溫于20℃測(cè)B、D的電導(dǎo)度，取B減D電導(dǎo)度的差作為B中馬鈴薯40℃下細(xì)胞滲出的內(nèi)容物在20℃下造成的電導(dǎo)度；A和C燒杯，一直保持在20℃條件下，1.5小時(shí)后取出A中的馬鈴薯，測(cè)A、C中的電導(dǎo)度，求其差，作為A中馬鈴薯20℃細(xì)胞滲出的內(nèi)容物造成的電導(dǎo)度。B和D組，A和C組，都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)組的電導(dǎo)度減去對(duì)照組的電導(dǎo)度，排除了無(wú)關(guān)變量二氧化碳“對(duì)細(xì)胞內(nèi)容物滲出造成的電導(dǎo)”度測(cè)量值的影響。也就是通過(guò)執(zhí)行對(duì)照性原則，設(shè)置C、D對(duì)照組，排除了無(wú)關(guān)變量二氧化碳對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

溫度也能影響電導(dǎo)度的值，也是無(wú)關(guān)變量。（3）這個(gè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量A、B、C、D組都在20℃條件下的電導(dǎo)度，并比較相同溫度20℃條件下的電導(dǎo)度之差，來(lái)比較不同溫度造成的細(xì)胞內(nèi)容物滲出量的多少。這些做法，實(shí)際上是執(zhí)行了等量性原則，即進(jìn)行相同溫度下電導(dǎo)度的差值比較，有效地控制了溫度對(duì)電導(dǎo)度的影響。

③這個(gè)實(shí)驗(yàn)除控制溫度這一無(wú)關(guān)變量，使用了等量性原則外，還通過(guò)“取四只相同的燒杯，分別加入10ml蒸餾水”“取2塊質(zhì)量為10g且形狀相同的馬鈴薯”等措施，執(zhí)行等量性原則。這避免了“燒杯”“蒸餾水的量”“馬鈴薯的質(zhì)量、形狀”這些無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

由上述實(shí)例可見(jiàn)，等量性原則和對(duì)照性原則在控制無(wú)關(guān)變量方面，確實(shí)是非常重要的，執(zhí)行等量性原則和對(duì)照性原則，控制無(wú)關(guān)變量，切實(shí)可行而且非常有效。

（洛陽(yáng)市第三中學(xué)）