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生物实验中的干扰因素
案例概要
在进行高三的生物实验复习的时候，我让学生做二道实验例题，二题中有一个干扰因素不同，但大多数学生在做题的时候没有去仔细思考，去分析什么是干扰因素，而运用长期训练形成的定向思维来做题，所以无法找出这二道题中的干扰因素的不同，也就没有思考过是否用使用不同的方式去解决问题。而本人也发现自己没有对于实验中的干扰因素的处理方式做一个系统的理论的整理。
情节再现
浙江省**中学是浙江省重点高中，一直以来，学校对新教师的培养，老教师对年轻教师的指导，都为年轻教师的成长帮助甚多。而我，正是得到众多帮助的一名年轻教师，但是在此同时，我发现在我得到帮助的同时，我也慢慢的形成一种依赖心理，我对一些教学问题的察觉能力也开始迟钝。
在2005年上半年，正是高三紧张复习的最后的阶段，而我已经是第三次带高三毕业班，在前2年的复习中，我基本上都是在老教师的指导下完成各项任务，对于在复习中所碰到的各种问题基本上没有深入的去分析并加以整理，所以在这一年，我试图让自己去摸索高三复习的一般模式，试图比较独立的把握住高三复习的脉搏，能够比较明确的建立起高中生物的知识体系。我有意识的让自己去总结各种专题，其中，我总结了一个专题，是专门针对生物实验的设计及应用的。生物实验是生物高考中的重点及难点内容，所以众多的生物教师都凭自己的经验设计了生物专题，我这个专题则是将各种生物试题类型按照实验类型加以划分，在各种试题中归纳出实验方案相似的加以分类，其中重中之重，仍然是对照实验。但在对照实验的试题分析时，我碰到了这样2道题。这2道题让我开始对实验中各种干扰因素的处理产生了疑惑，发现自己没有一个系统的理论可以解决这个问题。
例1： 将同时孵化的同种蝌蚪１５条（体长均为１５毫米），随机分为３组（每组５条），在相同的水质、饲料、温度条件下进行饲养实验．Ａ组饲料中加入甲状腺激素，Ｂ组饲料中加入甲状腺抑制剂，Ｃ组饲料不加任何药物．在饲养实验的１０～１２天中．按时用坐标纸观察蝌蚪的生长变化状况．
（１）此实验要研究的假设可能是＿＿＿＿＿＿＿＿＿．
（２）此实验中使用同种、同长的蝌蚪和相同的实验条件，其中实验组是＿＿＿＿＿＿＿＿＿；对照组是＿＿＿＿＿＿＿＿＿．
（３）本实验的预期结果可能是＿＿＿＿＿＿＿＿＿．
例2：为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，并预测实验结果。
(1)材料和用具：日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。
(实验提示：给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。)
(2)方法与步骤：
(3)结果预测：
在分析了例1之后，我开始例2的分析，与例1进行比较，我让学生以实验设计的基本程序为基础去分析，可以发现2题在实验目的、给药方式、实验检测指标不同，但实验的基本设计思路是相似的：设计对照实验，实验组给予一定处理，而对照组不做处理，其他条件相同，测定实验结果，从而验证实验目的。
这样的分析之后，大多学生可以形成一个实验方案。于是，我请一位学习中等的学生上来回答，这个学生按照例1的思路顺利的写出例2的解题方案：
步骤：1、分组：将两组大白鼠分别标号为甲组和乙组
2、实验组：每日用灌胃器给甲组灌以含一定量甲状腺激素溶液
对照组：每日用灌胃器给乙组灌以等量的蒸馏水
饲养一定时间
3、测定甲组和乙组鼠的耗氧量和活动量
结果预测：实验组的耗氧量和活动量均大于对照组。
这个方案是最常见的一种对照实验，通过实验组和对照组在针对实验要求的不同变量（实验因素）：是否给与甲状腺激素上使之不同之外，在其他的各个因素的控制则完全保持一致，这样就使各干扰因素对2组的结果的作用保持一致，而明确了实验结果的不同必然是实验因素不同导致的。
当这位学生写好之后，我请其他学生思考是否都是这样的实验方案，发现没有其他学生提出异议。我有点失望但又有点预料中事，因为在分析完例1之后，学生基本上就会在例1的基础上去分析例2，而不去思考2题的差异性。其实如果仔细比较例1和例2的各干扰因素，则会发觉其并不一致。诚然，在鼠的生理状态，培养条件如温度，给予水的量等干扰因素上，2题是相同的，但是在给药的方式上，例1用的是常规的饲喂给药，而例2用的是灌胃器给药，这样不同的给药方式对实验结果的影响是不同的，饲喂给药对结果影响几乎没有，而用灌胃器给药的话，必然会影响鼠的生理状况从而影响了实验结果，在这个意义上说，例1的饲喂给药不能成为干扰因素，而例2的灌胃给药则成为干扰因素。
所以我提出这样的问题：用灌胃器给药的方式会不会对实验结果造成影响？也就是说，此题中的给药方式是不是一样干扰因素？如果是，如果排除这个干扰因素？
一个机智的学生马上回答：这是一种干扰因素，但是由于实验组和对照组都用相同的方式给药，所以就排除了这个因素对实验结果的干扰了。
这个回答是我预料中的，但是我要的另一种解答方案，于是我接着问：没错，但是除了这样的方法之外，还有没有其他的方法可以将这个因素排除在实验之外呢？
当我提出这个问题的时候，学生开始无法理解，怎么样的处理才是将这个因素排除在实验之外呢。我也发现自己这样的提问并不恰当，但在当时，我无法寻出更为合理的提问。因为我即使明白了2题的干扰因素的不同，但是对这2题中干扰因素的处理方式有什么不同，我没有相应的理论知识加以界定。在这种情况下，学生们在三三两两的小声讨论着，但没有一个学生站起来回答。我只能暗示说：灌胃的时间如果发生改变的话，那么这个实验方案上会发生怎么样的变化？
终于，一女学生站起来，这女学生是个相当聪明的人，但平时不喜欢常规的做题训练，而对一些比较蹊跷的问题特别感兴趣，她回答说：可以在实验处理之前，先将2组鼠的活动量和耗氧量加以测量，然后在实验处理之后，再进行测量，并进行比较。
于是，按照她的意思，我写下了这样的方案：
步骤：1、分组：将两组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量
2、实验组：每日用灌胃器给予甲组鼠灌以甲状腺激素溶液
对照组：每日给予乙组鼠灌以等量的蒸馏水
2组饲养一定时间
3、测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量。
（3）结果预测：①未给甲状腺激素时，甲、乙两组鼠的耗氧量和活动量相近。
②给甲组鼠甲状腺激素后，其耗氧量和活动量均大于乙组鼠。
这样的方案是否就将灌胃给药这个干扰因素排除在实验之外呢？
我们来分析一下，在这个设计中，它是把灌胃这个因素也当作为了一个实验因素，而2组都受到两个实验因素的影响，而在结果预测的描述中，可以知道，在2组其中一个实验因素相同，另一个实验因素不同时，实验结果出现不同，那么就可以说明结果不同是那个不同的实验因素所引起的。
当这样的方案提出之后，我参照标准答案，发现它给予我的也是这样的答案。于是我没有对这个答案进行进一步的分析，满足于此了。
然而，下课之后，一位男同学上来跟我这么说，这个答案还不完整，看，这个实验方案和上一个实验方案的区别，目的是为了将灌胃这个干扰因素明确的排除掉，而后面的实验结果的描述中却没有将灌胃对于实验的影响的大小量化出来！
当时，我羞愧啊，也为我有这样的学生而感到幸运，同时倍觉压力。当一个教师，当你对一个问题懈怠的时候，那么你往往就要面临着这样尴尬的局面！
我马上做出反应，肯定了这位学生的看法，并加以鼓励之后，在下个班级的课堂中，我对自己这个错误做出纠正。
在上面对题目的分析的基础上，我对那位同学给于我的启示加以整理。接下去问：这个实验方案出来之后，我们是否就已经知道灌胃这一因素的实验结果的影响了吗？
于是经过一段时间的思考之后，学生明白了实验结果的描述必须要有针对性。在对实验结果的描述进行修改时，首先分析在实验的结果中，要进行的对比的是哪个数据？
如表中存在着2种对比，一是实验组和对照组的结果比较，一是每组是实验前后参数的比较。而这2种比较各自的意义是什么？哪一种比较更符合实验意图？
回答：前一种比较并不能排除灌胃这种给药方式对实验结果的干扰，而后一种比较，对照组在实验前后的对比便可以排除这种干扰，而实验组的前后对比便能说明竟甲状腺激素的功能，最后的答案确定为：
步骤：1、分组：将两组大白鼠分别标号为甲组和乙组，并分别用给出的仪器，测定与记录耗氧量和活动量
2、实验组：每日用灌胃器给予甲组鼠灌以甲状腺激素溶液
对照组：每日给予乙组鼠灌以等量的蒸馏水，饲养一定时间
3、测定与记录甲、乙组鼠的耗氧量和活动量。
（3）结果预测：对照组的结果：实验前后的耗氧量和活动量变化不大；实验组的结果：实验前后的耗氧量和活动量变化较大，而且给药后的耗氧量和活动量明显大于给药之前。
在这个案例中，有我最不能面对自己的地方，正因为如此的不堪面对，才有更为深刻的反思。
案例中需要讨论的问题
生物问题
实验中出现的干扰因素应该具有哪些具体的原则来加以排除？
高中教程中并没有具体的说明各种干扰因素的处理方式，但是在具体做题的时候却已经在不自觉的应用了。那么是否需要对已经在使用的各种处理方式进行归纳并告之学生呢？
教学问题
在教学中，一个问题的提出应该是能最大限度的启发学生的思维，但在上面这个案例中，如何从上一个实验方案过渡到下一个实验方案？应该提出怎样的问题？
在我在提出需要另一种答案的时候，往往是一些不喜欢做常规训练的学生能迅速的得到新的方案，那么常规训练是加强了学生的思维定势还是能让学生学会规范的做题？其中利弊如何评价？
在对一个问题的分析时，无论是多小的问题，你也必须要加以自己的分析和消化，尤其在对照参考答案的时候，对参考答案的质疑，应该是一名合格教师应该具备的能力。但是这样就存在这样的一个问题，人的认知，对学科的理解，精力都似乎有限的，这样的情况下面，你如何才能保证自己的理解完全是正确的，如何才能时刻保持对问题的探究意识呢？
学生思维的评价
在学生开始做题的时候，学生会用自己已学过的类似的题目做参考，这是知识的迁移，但是在进行参考的同时，学生却不善于在此题和彼题之间进行比较，去寻找2者的区别，这必然导致学生用已有答案来套现在的问题，这便为一种思维定势。这个问题是学生中普遍存在的问题，那么如何培养学生在进行知识的迁移的同时，能分析区分各具体题目的不同呢？
扩展
这个案例中，针对2道生物实验中的干扰因素，我们可以进行一般性的归纳：
恒常法
对于不能消除的变量，我们可以使它在整个实验中保持恒定，即所有的被试对象都接受相同的无关变量。由于这些无关变量在实验中都保持恒常，它们对接受自变量不同水平的每个被试对象，所能产生的影响都是一致的，所以不会影响通过自变量不同水平对因变量所造成的变化差异。如上面例题中关于鼠的生理状态，实验中需要控制的温度等条件。
平衡法
这种控制方法的目的，是让无关变量产生的作用在所有的实验组及控制组的效果都保持平衡。也就是说，每一组都受到这些无关变量变化的作用，但它们作用的大小在各组都是一样的。如例2中，2组鼠都接受灌胃，这样就使灌胃对结果的作用保持平衡。
纳入法
是指把某些可能对实验结果产生影响的因素也当作自变量来处理。比如上题提到灌胃方式给药对实验结果可能产生影响这样的前提下，就可以用纳入法，这样每组都受到两个自变量的影响，而对照组的结果预期则可以说明罐胃方式对结果影响的大小，再与实验组的结果进行对比就可以明白另一个变量：激素存在与否对实验结果的影响。
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