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2. 对照原则

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 在实验设计中,除被研究的自变量外,其他无关变量均保持相同且适宜,以排除干扰。

从哪来 本知识点为高二生物第1讲起点,无前置知识点依赖,直接基于科学探究的基本逻辑建立。

为什么 生物实验往往涉及多个变量(如温度、pH、浓度等)。若不控制无关变量,就无法确定实验结果的变化究竟是由自变量引起的,还是由其他环境因素导致的。对照原则通过设置“参照系”(对照组),确保实验结果的差异仅归因于自变量,从而保证实验结论的因果逻辑严密性。

讲法
类比法:公平竞赛。 适合形象思维强、对抽象逻辑感到困难的学生。 讲解:想象一场百米赛跑,如果A选手穿钉鞋,B选手穿拖鞋,且A在顺风跑道,B在逆风跑道,你无法判断谁跑得快是因为腿快还是因为鞋和风。对照原则就是让所有选手穿同样的鞋、在同一起跑线、同种风向下比赛,只改变我们要研究的那个条件(比如是否服用兴奋剂),这样结果才公平、可信。
讲法
逻辑推导法:排除法。 适合逻辑思维强、喜欢探究因果关系的学生。 讲解:实验目的是探究“X是否影响Y”。如果实验中X变了,Y也变了,但Z(无关变量)同时也变了,那么Y的变化可能是X造成的,也可能是Z造成的,或者是X和Z共同造成的。为了锁定X的作用,必须让Z保持不变(控制无关变量),并设置一个X不改变但其他条件完全相同的组(对照组),通过对比两组Y的差异,才能唯一确定X的作用。
讲法
案例拆解法:酶活性实验。 适合喜欢具体实例、讨厌纯理论的学生。 讲解:我们要研究“温度对淀粉酶活性的影响”。 错误做法:一组加淀粉酶+淀粉+高温,另一组加淀粉酶+淀粉+低温+大量水。 结果:高温组分解快,低温组分解慢。 提问:能说是温度影响的吗? 学生:不能,因为水量也不同。 结论:必须保证两组的水量、pH、底物浓度完全一样,只有温度不同。这就是对照原则的核心——单一变量原则的体现。
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练一道
基础题
某同学探究“光照强度对植物光合速率的影响”,设计了如下实验: A组:强光照射,适宜温度,充足CO₂。 B组:弱光照射,低温环境,充足CO₂。 结果A组光合速率高于B组。 问:该实验设计是否合理?为什么?
变式
为了验证“甲状腺激素具有促进新陈代谢的作用”,某生物兴趣小组选取健康小鼠若干只,随机均分为甲、乙两组。 甲组:切除甲状腺,注射生理盐水。 乙组:切除甲状腺,注射甲状腺激素。 两组小鼠饲养条件相同。 问:该实验设计中,甲组起什么作用?该实验体现了对照原则的哪种具体形式?
试试手自己判
检测题
某实验探究“土壤湿度对蚯蚓活动频率的影响”。 实验组:湿润土壤,25℃,黑暗。 对照组:干燥土壤,15℃,明亮。 结果:实验组蚯蚓活动频率高。 请指出该实验设计违背了对照原则的哪一点,并说明理由。
看答案和判分标准
答案:违背了单一变量原则(或无关变量控制原则)。 理由:实验中除了土壤湿度(自变量)不同外,温度(25℃ vs 15℃)和光照(黑暗 vs 明亮)这两个无关变量也不同。因此,无法确定蚯蚓活动频率的差异是由土壤湿度引起的,还是由温度或光照引起的,或者是三者共同作用的结果。
判对标准:
1. 明确指出违背了“单一变量原则”或“无关变量未控制”(2分)。
2. 准确列出未控制的无关变量:温度和光照(2分)。
3. 说明后果:无法确定因果关系,实验结论不可信(1分)。
总分5分,三点全对得满分。
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