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3. 控制变量(无关变量)

科学探究的基本过程与实验设计 · 高二
讲清楚它是什么

定义 在实验中,除自变量外,其他可能影响因变量结果、需保持恒定或处于适宜状态的因素。

从哪来 本节为起点,无前置知识点。

为什么 生物实验旨在探究“自变量”与“因变量”之间的因果关系。若其他因素(如温度、pH、光照、底物浓度等)同时发生变化,就无法确定因变量的变化究竟是由自变量引起的,还是由这些干扰因素引起的。控制无关变量是为了排除干扰,确保实验结果的唯一解释性,即“单一变量原则”。

类比法:赛车比赛** **适合学生
形象思维强、对抽象逻辑感到困难的学生。 讲解:想象我们要测试“发动机功率”(自变量)对“车速”(因变量)的影响。如果同时让一辆车在平路跑,另一辆车在爬坡跑,或者一辆车满载,一辆车空载,你能说车速差异完全是因为发动机不同吗?不能。因为路况和载重(无关变量)也在变。为了公平比较,必须让两辆车都在平路、同载重下比赛。这些被固定下来的“路况”和“载重”就是无关变量。
逻辑排除法:侦探破案** **适合学生
逻辑思维强、喜欢推理的学生。 讲解:假设“光照强度”是自变量,“光合作用速率”是因变量。如果实验中发现光照强的组长得快,光照弱的组长得慢。此时,如果光照强的组温度是30℃,光照弱的组温度是10℃,那么长得快是因为光多,还是因为温度高?逻辑上无法区分。为了锁定“光”这个嫌疑人,必须把“温度”这个嫌疑人关进牢房(保持两组温度一致)。控制无关变量就是“排除其他嫌疑人”,确保只有自变量在起作用。
操作对比法:对照组的意义** **适合学生
动手能力强、关注实验操作细节的学生。 讲解:在探究“温度对酶活性影响”的实验中,自变量是温度。我们设置了0℃、37℃、100℃三组。除了温度不同,其他什么能变?pH能变吗?不能,必须都用pH=7的缓冲液。酶浓度能变吗?不能,必须等量。底物浓度能变吗?不能,必须等量。为什么?因为如果37℃组酶多,0℃组酶少,那37℃组反应快可能是因为酶多,而不是温度适宜。所以,控制无关变量是通过“设置相同的非自变量条件”来实现的,这是实验操作的核心规范。
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练一道
基础题
在“探究pH对过氧化氢酶活性影响”的实验中,下列哪项属于无关变量? A. pH值 B. 过氧化氢的分解速率 C. 过氧化氢酶的浓度 D. 过氧化氢的浓度
变式
某同学设计实验探究“光照强度对植物光合速率的影响”。他选取了两株生长状况相同的同种植物,分别置于光照强度为1000 lx和5000 lx的环境中。实验过程中,他发现5000 lx组的植物叶片温度比1000 lx组高2℃。 (1) 该实验中的自变量和因变量分别是什么? (2) 该实验设计存在什么缺陷?如何改进?
试试手自己判
检测题
在“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验中,设置甲、乙两组装置。甲组通入空气,乙组密封。两组均加入等量的酵母菌培养液和葡萄糖溶液,并置于相同温度下培养。 (1) 该实验的自变量是什么? (2) 下列哪项操作不能有效控制无关变量? A. 使用等量的酵母菌培养液 B. 将两组装置置于25℃恒温水浴中 C. 甲组通入空气,乙组不通入空气 D. 定期检测两组装置中CO₂的产生量
看答案和判分标准
答案:(1) 氧气的有无(或通气与否)。 (2) C
判对标准:
第(1)问:答出“氧气有无”、“通气与否”、“空气供应”等意思相近的表述得1分。
* 第(2)问:选C得1分。
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