备课素材：实验的变量与对照实验-高一上学期生物人教版必修1

实验的变量与对照实验人教2019版高中生物学必修一P78简单提到了实验的变量和对照实验：学生在回答相关的问题错误率很高。实验的变量中，涉及到自变量、因变量和无关变量。自变量一词来自数学。在数学中，y=f（x）。在这一方程中自变量是x，因变量是y。将这个方程运用到心理学的研究中，自变量是指研究者主动操纵，而引起因变量发生变化的因素或条件，因此自变量被看作是因变量的原因。两者是因果关系，自变量是因，因变量是果，如果两者的关系可以一一对应，则称为函数关系。在一个实验中，实验者主动加以操纵、控制并对被试的反应可能产生影响的变量是自变量。它独立于被试的行为存在。因变量就是因自变量改变而改变的变量，是实验者观察的变量。额外变量（也称无关变量或控制变量）也是可能导致因变量变化的因素，但因实验目的或实验逻辑实验者需控制其尽可能不变甚至将其消除的变量。例如，酶的催化作用具有专一性和高效性实验的变量分析：除作为自变量的因素外，其余因素（无关因素）都保持一致，并将结果进行比较的实验叫作对照实验。1．对照原则生物实验设计最常用的原则，由于实验组与对照组无关变量影响是相等的、平衡的，故实验组与对照组两者的差异，可认为是来自实验变量的效果，排除了无关变量的影响，增加了实验结果的可信度和说服力。2．实验分组实验组是接受自变量处理的对象组，对照组是不接受实验变量处理的对象组。3．对照类型（1）空白对照不做任何处理（自然状态），或除实验变量外，其他处理与实验组完全相同（生理盐水、酒精等溶剂；假手术）。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”实验中，加入试剂的是实验组，不加试剂（零剂量）的为对照组，一起进行温水浴加热，比较它们的变化。（2）自身对照指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，观察实验处理前后现象的变化。实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化为实验组。例如，在“探究某一种元素是不是植物生长发育所必需的”实验中，缺某培养液和完全培养液之间的对照是空白对照。植株出现代谢异常后添加某元素，观察其是否恢复正常，为前后对照！谁说一个实验只有一个对照？谁说一个题里不可以出现多个自变量？（3）相互对照几个实验组相互对比，其中每一组既是实验组也是其他角度的对照组。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响未知的情况下使用，通过相互对比，确立实验变量和反应变量的关系。例如，在“验证植物根对矿质离子有选择性吸收的特点”实验中，可把番茄和水稻分别培养在成分相同的培养液中，培养一段时间后，测定培养液中各种矿质离子浓度的变化，就会发现番茄吸收钙多，吸收硅少，而水稻与之相反。（4）标准对照生物生理、生化的某些项目都有相应的标准，将观察测定的实验数值与规定的标准值比对，以确定实验结果。这就是生物学中常用的用已知测未知思维。例如，医院的化验单中给出的参考值范围就属于标准对照。（5）阳性对照是指给对照组施以已经被证明是一种有效的处理因素。用以确定自变量处理后，是否会引起因变量的变化（定性），以及引起因变量的变化程度（定量）。例如，在“探究淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用”实验中，加入可溶性淀粉溶液的试管作为阳性对照组，加入蔗糖溶液的试管作为实验组，由此可以证明唾液淀粉酶具有专一性。（6）阴性对照阴性对照是为排除假阳性而设的对照。（7）条件对照是指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中对照组与实验组相比只是少了实验变量的影响。施以条件因素的为对照组，施以实验因素的为实验组。例1、下图为探究新鲜的土豆片中的H2O2酶具有催化作用的实验装置图，下列对该实验产生的现象及其结果推测的叙述，正确的是（）A.该实验的自变量是温度和新鲜土豆片的数量B.若增加新鲜的土豆片的数量，量筒中气体的总量会增加C.一段时间后，气体生成量不再增加的原因是土豆片数量限制的D.对照实验的装置可设置为10mL30%的H2O2溶液和煮熟的土豆片，其他条件均相同解析：该实验的自变量为是否含有新鲜的土豆片，而温度和新鲜土豆片的数量属于无关变量，应该保持相等，A错误；新鲜土豆片中含过氧化氢酶，增加新鲜土豆片的数量即增加酶的数量，这样会加快化学反应速率，使量筒中产生气体的速率加快，但是反应物的量没有改变，因此量筒中气体的总量不变，B错误；一段时间后，气体生成量不再增加的原因是该反应的底物已耗尽，C错误；根据单一变量原则，对照实验的装置可设置为10mL30%的H2O2溶液和煮熟的土豆片，其他条件均相同，D正确。故答案为D。例2、在研究温度对某种酶活性的影响实验中，不同温度下反应物浓度随反应时间的变化如图所示。下列说法错误的是（）A.本实验中，温度属于自变量，酶的用量属于无关变量B.在三组实验中，50℃条件下酶降低活化能的效率最高C.若在t1之前将A组的温度提高10℃，其反应速度会加快D.在t1～t3时间段，反应物浓度的降低限制了B组反应的速率解析：从图得知，本实验中，自变量是温度，因变量是反应物浓度，酶量属于无关变量，A正确；在相同时间内，B组曲线下降的最快，说明该组温度下酶促反应速度