生物对照实验中一些重要的概念

生物对照实验中一些重要的概念

经常有学生和老师想弄清楚"实验变量","反应变量","实验组","对照组","单一变量原则"等概念的含义.现归纳如下:

关于高中生物实验

实验是验证假说和解决问题的最终途径，指在人为控制的条件下研究事物的变化的一种方法。这是科学方法的最大特色，也是科学方法中最困难的一步。在科学实验中，要掌握以下几点。

1、变量，是指实验过程中所操作的特定因素或条件。按性质不同分，通常可分为两类。

（1）实验变量和反应变量

实验变量，也称自变量，指实验中由操作者所控制的因素或条件。反应变量，也称因变量，实验过程中由于实验变量而引起的变化或结果，二者具有因果关系。实验目的在于获得和解释这种前因后果。例如2004年高考42题中25℃、10℃就是实验变量，而由于温度条件的变化，小鼠的能量代谢强弱也随之变化，这就是反应变量，该实验即在于获得和解释温度变化（实验变量）和能量代谢（反应变量）的因果关系。

（2）无关变量与额外变量

无关变量也称控制变量，指在实验中除实验变量以外的能影响实验现象或结果的因素和条件。额外变量，也称干扰变量，指实验中由于无关变量所引起的变化和结果。例如，该题中小鼠呼吸作用释放的二氧化碳、密封程度等都属于无关变量。而二氧化碳的释放会影响水检压计测量的不正确，这就是一种额外变量。因此在装置中加入氢氧化碳以消除二氧化碳。所以实验的关键之一在于控制无关变量以减少额外变量。

2、单一变量原则

单一变量原则是处理实验中的复杂关系的准则之一。它有两层意思：一是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验的几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量是确保“单一变量”的操作规范，即实验中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如，该题中遵遁单一变量原则，第一，在观测上要做到：低温观测记录低温下的变化和结果，高温处理观测记录高温下的变化的结果，反应变量不能混淆；第二，在操作上要做到用冰袋先将温度下降后再充入氧气，以防止无关变量的干扰。

3、控制无关变量

控制无关变量保证实验不受干扰或将干扰因素降低到最低，以消除实验误差，取得较为精确的实验结果。常用的方法有：

（1）单组实验法对一组（或一个）对象，既用A法，又用B法，顺序随机或轮流循环，这是生物实验常用的方法。如该题中先测定25℃下的能量代谢的强弱，再测定10℃条件下的能量代谢强弱。

（2）等组实验法将状况相同的对象，分成两组或多组，一组用A法，一组用B法，这也是生物实验常用的方法。

4、对照

对照是实验控制的手段之一，目的还是消除无关变量对实验结果的影响。实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比，既可排队无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。

通常，一个实验总分为实验组和对照组。一般来说，实验组是接受实验变量处理的对象组；对照组对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。两者不是绝对的，实验组和对照组是相对而言的。通过设置实验组和对照组，从理论上说，由于实验组和对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了，所以实验组和对照组两者的差异，则可认定是来自实验变

量的效果，这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同，通常有以下对照类型：（1）空白对照

指不做任何实验处理的对照组。

（2）自身对照

指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。例如“植物细胞质壁分离和复原”实验，自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。

（3）相互对照

指不另设对照组，而是几个实验组相互对照，能较好的抵消无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。

5、观察方法

观察方法是指对反应变量所产生的差异所使用的观察方法和所需要观察的对象，一般可分为：

（1）直接观察法

有的反应变量生物体可以通过性状的改变直接表现出来，此时可通过肉眼直接观察其差异。

（2）间接观察法

有的反应变量是不能直接用肉眼观察到的，例如光合作用速度、呼吸作用强度等。对这些细胞内的化学反应可能物质（气体）或产生的物质（气体）间接来测定，从而了解反应变量的差异。这部分知识或使用的方法学生要通过生物学的基础知识来分析，从中找出最佳方法来观察和记录相关数据。

6、结论

观察、实验的价值在于获得验证性果。因此应谁、说明实验中的实验变量（自变量）和反应变量（因变量）的因果关系，从而得出实验结论。（1）如果所获得的结果与假设相符，则肯定假设；（2）如果结果与假设不相符，则否定假设；（3）如果结果与假设无关，则不能判断。

下面就2004年高考第42题根据以上理论进行简要分析。（题目略）

理论要点

分析要点

实验变量

温度不同：先在25℃下测定，再在10℃下测定（用冰袋放在广口瓶周围，通过调节距离，使广口瓶内的温度控制在10℃。）在这里要注意所加入的氧气量是无关变量，应保持相等。运用单一变量原则，自身对照。

反应变量

能量代谢强弱不同

观察方法（对反应变量的观察）

由于能量代谢是无法直接用肉眼观察，通过生物学基本原理可知，能量代谢中，能量的释放是通过生物体的呼吸作用（主要是有氧呼吸）来完成的，因此测定能量代谢的强弱也就成为测定有氧呼吸的强度。由于有氧呼吸是细胞内发生的生理活动，无法用肉眼直接观察。但可通过测定消耗相同体积的氧气所需时间（或测定在单位时间内消耗氧气的体积）来了解有氧呼吸的强度，从而间接了解能量代谢的强弱。根据实验装置只能选用前者进行。

记录数据

记录在25℃条件下消耗一定量的氧气所需时间，再记录在10℃条件下消耗等量氧气所需时间。

预测实验结果和结论

预测实验结果：

1、消耗5ｍｌ氧气所需时间小于25℃时，说明当外界温度降低时，小鼠的能量代谢会加强。

2、消耗5ｍｌ氧气所需时间多于25℃时，说明当外界温度降低时，小鼠的能量代谢会减弱。

3、消耗5ｍｌ氧气所需时间等于25℃时，说明当外界温度降低时，小鼠的能量代谢不受影响。

最可能的结论和结论：（这部分知识的回答要根据所学的生物学基础知识来回答。）

由于小鼠是恒温动物，外界温度下降时，需要通过增加产热量来维持体温，因而消耗的能量就会增加，有氧呼吸也随之加强。因而消耗同体积的氧气所用的时间10℃少于25℃。从而说明小鼠的生活环境从25℃降为10℃时，能量代谢会加强。