单一变量原则,是处理实验中的复杂变量关系的准则之一。它有两层意思:一是确保“单一变量”的实验观测,即不论一个实验有几个实验变量,都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范,即实验实施中要尽可能避免无关变量及额外变量的干扰。例如,上述实验遵循单一变量原则,第一在观测上要做到:低温处理观测记录低温下的变化和结果,适温处理观测记录适温条件下的变化和结果,高温处理观测记录高温下的变化和结果,反应变量不能混淆;第二在操作上要做到:对3个实验一要在预先的低温、适温、高温条件下做实验处理,常见的错误是先在常温(譬如25℃)下做处理再放到低温、适温、高温条件中进行观测,这样就混入了“常温”这个无关变量及额外变量。总之,实验设计、实施的全过程,都应遵循单一变量原则
三、控制与平衡控制原则
实验的第三个要素是“控制”;第三项原则是“平衡控制”原则。
控制,是处理实验中变量关系的又一准则,指实验要严格地操纵实验变量,以获取反应变量;与此同时,还要严格地均衡无关变量,以消除额外变量。一句话,通过实验控制,尽量消除实验误差,以取得较精确的实验结果。如果说“单一变量”原则,主要是对实验变量与反应变量的控制而言,而这里的“平衡控制”原则,则主要是对无关变量与额外变量的控制而说的。意思是说,实验中的无关变量的因素条件,很难避免,只有设法平衡和抵消它们的影响。
常用的方法有:
1 单组实验法。对一组(或一个)对象,既用Ａ法,又用Ｂ法,顺序随机或轮流循环,这是生物实验常用的实验方法。例如,“观察植物细胞的质壁分离与复原”实验,通常是将作好的洋葱紫色鳞片叶表皮细胞装片,先用蔗糖溶液做质壁分离观察;接着又用清水做质壁分离复原观察,这就是单组实验法。由于对象同一,无关变量影响也就被平衡和抵消了。
2 等组实验法。将状况相等的对象,分成两组或多组,一组用Ａ法,另一组用Ｂ法,这也是生物实验常用的实验方法。例如,“植物激素与向性”实验,设计了5组实验,其对象---玉米幼苗,要求品种、萌发期、粗细、大小、长势等状况都是相同的,这就是等组实验法,对无关变量的影响起到了平衡和消除作用。3 轮组实验法。对两组或两组以上的对象,轮番循环两个或两个以上的实验处理,如甲组---Ａ法、Ｂ法;乙组---Ｂ法、Ａ法等。这样能有效地平衡和抵消无关变量的影响。自然,操作起来要麻烦一些。例如,“植物向光性”实验,可随机取2株(组)生长状况并不相等的玉米幼苗,作如下实验处理:
甲组:玉米幼苗---先用“不透光”处理①---后用“单侧光”处理②
乙组:玉米幼苗---先用“单侧光”处理③---后用“不透光”处理④
实验结果,则是①+④(“不透光”)和②+③(“单侧光”)之比较。这就是轮组实验法。这种实验处理的匹配,对平衡、消除无关变量和额外变量就更有说服力了。
四、对照与实验对照原则
实验的第四个要素是“对照”；第四项原则是“实验对照”原则。
对照是实验控制的手段之一,目的仍在于消除无关变量对实验结果的影响。
实验对照原则是设计和实施实验的准则之一。通过设置实验对照对比,既可排除无关变量的影响,又可增加实验结果的可信度和说服力。
通常,一个实验总分为实验组和对照组。实验组,是接受实验变量处理的对象组;对照组,亦称控制组,对实验假设而言,是不接受实验变量处理的对象组。至于哪个作为实验组,哪个作为对照组,一般是随机决定的。这样,从理论上说,由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的、被平衡了的,故实验组与对照组两者之差异,则可认定为是来自实验变量的效果,这样的实验结果是可信的。按对照的内容和形式上的不同,通常有以下对照类型:
