干扰变量(confounding variable)是在测试条件和对照条件之间有差别的第二个因素,所以你无法判断是哪个因素造成了结果。每一份 Co-ordinated Sciences 试卷都会用到这项技能,因为同样的逻辑适用于植物、反应和运动的物体。
这一课接在区分假设与测量计划之后。只有当条件之间唯一有意义的差别是自变量时,计划才是公平测试。
干扰变量怎样藏在情境里?
它通常藏在实验的设置中,而不是标题里。题目告诉你“A 组施了肥,B 组没有”,其他差别只是顺带提到,例如植物放在哪个窗边。
读每一句设置,问自己:“这在两组中是一样的吗?”任何不一样、又可能影响结果的东西,都是候选。
一步一步来
- 在情境中划出自变量和因变量。
- 列出设置的其他特征:位置、时间、数量、大小、来源、仪器。
- 标记每个特征:所有条件相同,还是不同。
- 对每个差别检验合理性:科学家会预期它影响因变量吗?
- 用一句话解释影响,再说明如何控制。
例题
这里所有数据和情境都是自编的。
情境: 一个班级检验肥料 A 是否使豆苗在 14 天后长得更高。八盆施了肥料 A 的豆苗放在阳光充足的窗台上。八盆没施肥的放在教室后面的架子上。施肥的盆子比较大,而且所有盆子都是谁想起来谁就浇水。
步骤 1: 自变量:肥料(有或无)。因变量:14 天后豆苗高度,单位 cm。
步骤 2 和 3: 找到的差别:光照(窗台与架子)、花盆大小(较大与标准)、浇水(不规律、不一致)。两组相同:种子类型和 14 天时间。
步骤 4 和 5:
| 干扰变量 | 为什么重要 | 控制方法 |
|---|---|---|
| 光照 | 光合作用提供生长所需的物质,所以光照更多可能在没有肥料效果的情况下就让植株更高 | 所有花盆放在光照相同的区域,或轮换位置 |
| 花盆大小 | 较大的花盆能容纳更多土壤水分,根的空间也更大 | 使用相同的花盆和相同体积的土壤 |
| 浇水 | 水量不一致会改变生长速度 | 每盆在同一时间浇相同体积的水 |
这个情境不能支持“肥料造成了高度差异”的说法,因为另外三个因素和它一起变化。数据看起来可能很整齐,这正是容易被忽略的原因。
要留意的错误
常见的做法是对每道植物题都写“温度、光照、水分”,却不看情境。
错误答案: “干扰变量是温度、光照和水分。”
这是背下来的清单。得分的是在给定设置中真正有差别的变量,并附上理由。如果两组都在同一个房间里,温度在这里就不是干扰变量。
改正的方法是引用情境:“施肥的花盆放在阳光充足的窗台上,所以额外的光照可能促进了生长。”
自我检测
1. 学生比较两块金属块冷却的快慢。金属块 X 放在木桌上,金属块 Y 放在冰凉的瓷砖地上。金属块 X 也更大。写出两个干扰变量。
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放置的表面(木头与瓷砖,导热方式不同)和金属块大小(表面积和质量不同)。两者都与金属种类一起变化。
2. 某情境中,两组幼苗放在同一个窗台上。一名学生说光照是干扰变量。他对吗?
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不对。两组的光照相同,在这里已被控制,不能解释任何差别。
3. 一名学生测试斜面角度如何影响球滚动的距离。10° 的斜面用橡胶球,30° 的斜面用钢球。干扰变量是什么?怎样控制?
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球的材料(连同质量和表面)。每个角度都用同一个球。
接下来
接下来,比较重复实验与独立方法说明当干扰变量已被控制、但方法本身仍可能有偏差时,如何核对结果。科学探究评论工具能让你用结构化的提示检验自己对情境的判断。
学生常发现,质疑实验设置的习惯需要练习。在一对一线上综合科学补习中,老师可以不断给你新的情境,直到这些问题成为本能。