【正文】【摘 要】 控制变量法是生物学实验设计和分析中非常重要的方法，依据所遵循的原则设置变量形成对照，从而研究自变量和因变量的关系得出实验结论。本文系统归纳了实验设计应遵循的原则、变量分析方法、实验设计的步骤等。
　　【关键词】 控制变量法；对照原则；实验设计思路

　　实验教学在中学生物教学中处于非常重要的地位，对于培养学生探究能力、严谨的思维，具有举足轻重的作用。在高考中实验分析、实验设计能力的考查是重中之重，因此科学训练学生的实验思维、培养实验能力是中学生物教学中的重要内容。
　　1.变量
　　所谓变量即实验过程中的可变因素，分为自变量、因变量和无关变量。自变量是指实验中人为改变的变量，因变量是指随自变量变化而变化的因素，无关变量是指可能会影响因变量的其他因素，但并不是要研究的因素，所以在实验中要保持适宜且等量。例如，设计实验验证光合作用需要CO2 。自变量应为CO2的有无，因变量为光合作用是否进行，无关变量则为影响光合作用的其他因素，如温度、光强等。
　　2.实验设计遵循的原则
　　2.1对照原则
　　影响因变量的因素很多，只有控制好自变量形成对照，才能凸显出自变量与因变量的关系。实验一般分为实验组与对照组，实验组即为用因变量处理的实验，对照组为施以不同于实验组因素影响或不作处理的实验。对照实验一般分为空白对照、条件对照、相互对照、自身对照四种。
　　2.1.1空白对照
　　指对照组不作处理，自然状况下培养生长的一组。例如，验证甲状腺激素能促进幼小动物的生长发育。我们一般设计如下：
　　①取同时孵化的健康蝌蚪若干，平均分为三组，编号A、B、C
　　②A组每天饲喂含甲状腺制剂饲料，B组每天饲喂等量含甲状腺抑制剂饲料，C组每天饲喂等量的普通饲料。
　　③将三组蝌蚪在适宜温度等条件下饲喂一段时间，定期测量体长变化及发育状况，并记录。
　　在以上实验中，A组为实验组，C组为空白对照组——不作处理。
　　2.1.2相互对照
　　指不单独设立对照组，各组实验都为实验组，自变量各有差异，从而相互形成对照。例如，探究促进扦插枝条生根的最适生长素类似物浓度。我们要设置一系列浓度梯度的生长素类似物溶液，分别对扦插枝条处理，然后对比各组生根条数，从而选出最适浓度。各组实验形成相互对照。
　　2.1.3自身对照
　　指只设置一组实验，通过实验前后自身变化得出结论。例如：观察植物细胞质壁分离及复原实验。在制备紫色洋葱表皮细胞临时装片后，先观察表皮细胞及紫色大液泡的形态大小，而后滴加蔗糖溶液，观察变化，前后对照得出结论。
　　2.2单一变量原则
　　设计实验的目的是探究或验证因变量与自变量之间的关系，所以在对照实验中不同的自变量应该只有一个，两组实验中因变量若不同说明此自变量会影响到因变量；若相同，说明此自变量对因变量无影响。
　　2.3平行重复原则
　　为排除生物遗传差异及偶然因素等的影响，所做实验应该能在相同条件下可重复的。一般在选材时要尽可能的多选或设置多组实验，以便减小误差。例如，进行光合作用实验，要“选取生长状况相同的小麦幼苗若干平均分为n组”，而不是各取1株。
　　3.实验设计的一般思路
　　3.1明确实验目的
　　实验目的有两种类型：验证性实验和探究性实验。前者的结论是已知的，即自变量对因变量的影响是已知的，只需我们设计实验进一步证明。
　　3.2明确实验材料用具
　　实验题目一般会给出材料及用具，在做题时一定要认真研究寻求出实验思路。例如，植物组织中脂肪的鉴定，有两种方法：切片法和组织样液法。若用具中给出显微镜、载玻片、刀片等，则要用到切片法。若给出研钵等，则要制成组织样液进行检测。若让自己选材要注意材料要方便取材且实验效果要好。
　　3.3明确实验原理
　　实验结论是描述自变量与因变量之间关系的，一般是抽象的、规律性的、不可观察的。通过一定实验方法使自变量与因变量的这种关系可观察、直观化，这就是实验现象。为什么能由这种实验现象得出相应结论呢？这就要依靠实验原理，因此说，实验原理是连接实验现象和实验结论的桥梁。
　　3.4明确实验思路
　　根据实验目的分析出自变量、因变量和无关变量，根据条件分析如何控制自变量和无关变量，以及检测因变量。例如，设计实验验证顶端优势的原理。本实验实际就是设计实验验证顶芽产生生长素抑制侧芽生长发育。自变量及控制：顶芽的有无——去除顶芽；生长素的有无——是否涂抹生长素。因变量及检测：侧芽的发育情况——观察。无关变量及控制：光照、温度、水分等——控制相同且适宜。
　　3.5写出实验步骤
　　在分析了实验变量的基础上，实验思路就非常明确了，下面需要的就是把实验步骤条理化，一般按照“三部曲”进行：①取材并编号②设置对照③培养观察并记录。在实验描述时，要注意遵循以上所述原则。例如，以上实验的步骤设计如下：
　　1）取生长状况相同的天竺葵植株3株，分别编号A、B、C。
　　2）将A组植株去除顶芽，B组植株去除顶芽后在断口处涂抹一定浓度的生长素溶液，C组不作处理。
　　3）将A、B、C三组植株放在相同且适宜的温度、水分、光照等条件下培养一段时间，观察侧芽的发育情况并记录。
　　3.6结果预测及结论
　　若为验证性实验，则结果是确定的，结论也是唯一的，即把实验目的抄下即可。例如上例中A组侧芽发育，B组侧芽不发育，C组侧芽不发育。结论：顶端优势的原因是顶芽产生生长素抑制侧芽生长发育。若为探究性实验，则应对可能的结果都要进行预测并得出相应结论。
　　4.实例分析
　　例：作物的生长中心（如花、种子、果实等）对有机物的需要量比其他器官大。研究发现，生长中心与光合作用速率之间是相互协调的。请设计实验证实作物的生长中心与叶片光合作用速率的关系。
　　实验材料：正在抽穗的小麦等。
　　方法步骤：
　　第1步：控制适宜的光照、温度等环境因素不变，进行如图操作；
　　第2步：光照1小时后，        ；
　　第3步：        ；
　　第4步：        。
　　推测最可能的结果：        。
　　实验分析：
　　①实验目的：证实作物的生长中心与叶片光合作用速率的关系（生长中心对有机物需要量大，并与光合作用速率相互协调。即生长中心需求促进光合作用速率）  
　　②变量分析：自变量及控制——生长中心的有无，剪去；因变量及检测——光合作用速率强弱，观察有色液滴移动情况。无关变量——影响光合作用的其他因素，如CO2、光照、水分、温度等，控制相同且适宜。
　　③实验原理：光合作用吸收CO2释放O2，CO2缓冲液能维持透明带内的CO2浓度相对恒定，通过观察玻璃管中有色液滴移动情况判断光合作用的强弱。
　　④实验步骤：
　　第2步：观察并记录滴液移动的方向和格数     
　　第3步：剪去麦穗    
　　第4步：光照1小时后，观察并记录滴液移动的方向和格数
　　推测结果：有麦穗（生长中心）时，滴液向右移动的格数大于摘去麦穗（生长中心）时，滴液向右移动的格数。
　　综上所述，用实验设计所遵循的原则去分析已有实验程序，用变量思想进行实验设计，使实验程序更加科学严谨，实验结论更加科学准确。
　　参考文献：
　　[1]罗庆庆；浅谈高中生物对照实验[J]；学周刊；2011年20期
　　[2]陈先瑞；浅谈对照实验的设置与区分[J]；新课程学习（上）；2012年12期
　　[3]孙伟国；生物对照实验设计题例析[J]；中学生理科月刊；2003年08期