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浅析中学生物教学中对照实验与对比实验内蒙古呼和浩特市和林一中 生物组 张秀枝摘要：在对照试验和对比实验中，对照性原则是生物实验必须遵循的一个原则，对照实验法在科学探究中占有重要的地位。因此，在高中生物教学中必须让学生透彻理解对照实验的理论和掌握对照的方法。关键词：对照试验 对比实验 对照组 实验组一、对照实验和对比实验的概念对照实验（control experiment ）如果两组（或两组以上）实验中，除了一个因素不同外，其余因素都保持相同，那么这两组（或两组以上）实验称为对照实验。进行实验时，要同时进行对照实验，是因为要在同一环境下得出两种实验结果的资料用作定性及定量的对比分析。同一时间进行对照实验可测出实验在环境因素改变下所作出的改变。 control在英文中"控制;支配;管理"的意思,控制的目的就是得到“实验的对照物”也就是物理上讲的“参照物”，用来做“参照物”的那个实验就称为“control”。 对比试验（comparison experiment ） 指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究其中因素与实验对象的关系，这样的实验称为对比实验。 对比实验不设对照组，均为实验组（或互为实验组和对照组），是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。 comparison是compare的名词形式，compare就是两者相互“比较”的意思。如“Compared with him, I am a bungler. （与他相比,我只能算是一个笨拙的人。）” 综上所述，对照实验的范畴比对比实验广，因而又有人将对比实验称为相互对照实验。 二、 对照实验与对比实验的区别：（一）对照试验（control experiment ）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，也称控制组，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。 1.如何确定对照实验（control experiment ）中的对照组和实验组： 汪古逊先生：“通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的对象组；对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受自变量处理的对象组。” 赵占良先生：“实验的目的是探索仅靠观察所看不到的未知。为了探索这样的未知，必须对研究对象进行人为控制或施加某种影响。在对照实验中，经过这样的控制处理的一组事物称为实验组。为了确证实验组的结果是由人为进行的这种处理引起的，需要用同样的研究对象另外设置不作上述处理的一组事物进行观察，这样的未作实验处理的一组事物称为对照组。”“简单地说，进行了实验处理的事物是实验组，自然状态（未加处理）的事物称为对照组。” 从以上可以看出汪古逊和赵占良的观点是一致的。但赵占良又用“加减法原理”分析“德国植物学家萨克斯做的证明光合作用产生淀粉的实验：对天竺葵进行“饥饿”处理后，让叶片的一半曝光，一半遮光，过一段时间后用碘蒸气检验。叶片在自然状态下总是要见光的，人为地将一半叶片遮盖起来，让光照（实质是光合作用）这一因素处于缺失状态，这实际上就是运用的减法原理，这一组应当属于实验组，曝光的一半叶片则属于对照组。我的观点是：应该从对照的作用来确定实验组和对照组。对照的作用：1、最简单的对照就是确认一个比较的基准，相当于物理学上将的参照系（物），这时常态即“自然状态（未加处理）”的做为对照更为合理。 “常态”为人们所熟识的，这样的参照系（物）更可信和容易被接受。2、对照可以用来消除或平衡无关变量带来的影响。萨克斯做的证明光合作用产生淀粉的实验的实验中，绿叶在实验前已经含有淀粉，“饥饿”处理相当与实验的前测，经过前测处理绿叶已经没有淀粉了，我们只要继续让其保持这种状态就是一个的标准“参照物” “继续让其保持这种状态”其实就相当于“常态” ；遮光的一半叶片还可以还可以消除从别的叶子运输的养分生成淀粉（糖类是以蔗糖的形式在植物的不同的部位运输的，如果实验时间足够长，遮光的一半叶片也含有少量淀粉这种可能是存在的，就象阴生的也叶片消耗养分影响作物的产量一样的道理）这种可能性的影响。 2.如何确定对照实验（control experiment ）的类型：关于对照实验，科学论的书上一般是这么论述的：如果两组实验中，除了一个因素不同外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。对照组和实验组要依据研究的问题和做出的假设来决定，有时候研究的问题和作出的假设改变了，对照组和实验组可能会发生对换。一般来说，保持原有状态的组作为对照组，人为改变条件的组作为实验组；或者是，以知实验结果的组作为对照组，未知实验结果的组作为实验组。体现单因子变量原则的方法就是设置对照，所以单因子变量原则也叫对照原则，目的在于平衡和抵消实验变量以外的无关变量对实验结果的影响。实验设计的对照类型有空白对照、相互对照、自身对照和条件对照等。按对照的内容和形式上的不同： （1） 空白对照： 指不做任何实验处理的对象组。在对实验对象施加或减除自变量的实验中，施加或减除了自变量的实验为一个实验组，另设一组未施加或减除自变量的实验组。这两组实验中，处于自然状态（常态）的一组为对照组，处于非自然状态（非常态）的一组为实验组。例如，在探究植物的光合作用能否产生淀粉的实验中，“饥饿”后的叶片是实验对象，光照是自变量。将“饥饿”后的叶片一半曝光，一半遮光，则曝光的一半是常态为对照组，遮光的一半减除了自变量光照，则遮光的一半是非常态为实验组。其所以叫空白对照，是因为在两组实验中，有一组有自变量的处理，而另一组没有自变量的处理，即有一组在自变量上是空白的。例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中，分别向4支试管加入2mL过氧化氢溶液，然后将2号试管放在90左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与不作任何处理的1号试管作比较，3号试管滴入2滴FeCl3溶液，4号试管滴入2滴新鲜的动物肝脏研磨液，观察哪支产生气泡多。这样，2、3、4号试管为实验组，1号为对照组，且1号试管为典型的空白对照。即用实验研究因素所处理的对象组称为实验组，未用实验研究因素处理的对象组就为对照组。空白对照能明白地对比和衬托出实验组的变化和结果，大大增强了说服力。再比如在探究“X元素是否是植物生长所必须的矿质元素”的实验中，采用溶液培养法：其中甲、乙组对照实验中甲处于正常情况下即有X元素的为对照组，乙为实验组。人教新课标高中生物教材中，把设置空白对照的实验叫做对照实验。例如，在“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，向甲试管溶液加入试剂，而乙试管溶液不加试剂，一起进行沸水浴，比较它们的变化。这样，甲为实验组，乙为对照组，且乙为典型的空白对照。空白对照能明白地对比和衬托出实验的变化和结果，增强了说服力。 （2）自身对照： 指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法，一般都包含有自身对照。如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照。自身对照，方法简便，关键是要看清楚实验处理前后现象变化的差异，实验处理前的对象状况为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。实验中处理和观察的是同一植物细胞，即实验后细胞的质壁分离状态是实验组，实验前细胞的正常状态是对照组。在上述探究“X元素是否是植物生长的必须元素”实验中，乙组实验就存在自身对照，植物幼苗在缺 X 元素的培养液和补充了X 元素后的培养液中的生长构成了自身前后对照，其中补充X元素之后的生长状况是与补充X元素之前的情况作对比而言的， 因此补充X元素前的实验为对照组，补充X元素之后的实验为实验组。例2（08高考全国理综I）.为了验证胰岛素具有降低血糖含量的作用，在设计实验时，如果以正常小鼠注射某种药物前后小鼠症状作为观察指标，则下列对实验组小鼠注射药物的顺序，正确的是：A.先注射胰岛素溶液，后注射葡萄糖溶液B.先注射胰岛素溶液，再注射胰岛素溶液C.先注射胰岛素溶液，后注射生理盐水D.先注射生理盐水，后注射胰岛素溶液解析：在本实验中，实验目的是验证胰岛素是否具有降低血糖含量的作用，因而有无胰岛素应该是本实验中的唯一变量，也就是说，对照组中没有胰岛素，而实验组中应该有胰岛素，且注射胰岛素后血糖浓度应该与实验前发生变化，其一般作法是：给对照组注射一定量的生理盐水，给实验组注射等量的用生理盐水溶解的胰岛素溶液，一段时间后观察两组小鼠的症状表现，可见对照组小鼠正常，而实验组小鼠出现血糖降低的症状，再给实验组小鼠注射一定浓度的葡萄糖溶液，可见实验鼠的症状得以恢复。所以本题应该选A。本题主要考查自身对照的运用。给正常小鼠注射胰岛素溶液会使鼠体内的血糖浓度迅速降低而出现休克等症状，而此症状可通过补充血糖来恢复。注射胰岛素出现症状只能说明胰岛素与症状的相关性；用注射葡萄糖溶液使症状消失说明了此症状与葡萄糖浓度的相关性。（3）条件对照： 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，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。例如，“动物激素饲喂小动物”实验，采用等组实验法，其实验设计方案是： 甲组：饲喂甲状腺激素（实验组）； 乙组：饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）； 丙组：不饲喂药剂（空白对照组）。 显然，乙组为条件对照，该实验既设置了条件对照，又设置了空白对照，通过比较、对照，更能充分说明实验变量甲状腺激素能促进蚯蚓的生长发育。再比如证明DNA是遗传物质的肺炎双球菌体外转化实验中，设置以下几组： 该实验所研究的实验因素为DNA，故用DNA处理的组为实验组，而蛋白质或多糖虽然是实验所实施的处理因素，但与实验因素（DNA）无关，故组之间形成条件对照，组均为组的对照组；而组（实验组）和组（对照组）之间形成空白对照。该实验既设计了条件对照，又设置了空白对照，通过比较实验，更能说明实验因素对实验结果的影响。 （4）相互对照： 指不另设对照组，而是几个实验组相互对比对照，对两个或几个实验都用自变量进行处理，但自变量对各实验组的处理方式或物理量各不相同。然后，对两个或几个实验组的实验结果进行比较来得出结论。象这种两个或几个实验组称为相互对照。用不同方式处理的相互对照：例如，在探究地心引力对幼根生长的影响的实验中，幼根是实验对象，地心引力是自变量。将幼根竖放(包括向地和背地两种情况)和横放，相当于幼根接受不同方向的地心引力的影响，观察幼根在生长过程中的弯曲方向，可以比较地心引力对幼根在生长过程中的向性有何影响。再例如，在探究单侧光对幼苗生长的影响的实验中，幼苗是实验对象，单侧光照是自变量。将不同实验组的幼苗用不同方向的单侧光处理，观察幼苗在生长过程中的弯曲方向，可以比较单侧光照对幼苗在生长过程中的向性有何影响。用不同物理量处理的相互对照：例如，在比较过氧化氢酶与铁离子的催化效率谁高谁低的实验中，过氧化氢是实验对象，催化剂是自变量。分别用具有不同催化效率的催化剂过氧化氢酶和铁离子催化过氧化氢分解，对两个实验的结果进行比较，使酶的催化效率更高这一结论具有很好的说服力。再例如，在探究唾液淀粉酶作用的最适温度的实验中，唾液淀粉酶和由它催化的淀粉的水解反应是实验对象，温度是自变量。用一系列高低不同的温度来处理一系列由唾液淀粉酶催化的淀粉的水解反应，则通过记录各反应装置中的反应速率所对应的温度值，就可以知道唾液淀粉酶作用的最适温度是多少。探索温度对酶活性的影响实验中，不同温度（00C、600C、1000C）状态下的对象组，每一组既是实验组又与其它组别构成对照。通过多个实验组的相互对照，较好的平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。几种实验对照与实验变量的关系和特点可归纳成下表： 对照类型与自变量的关系特点空白对照（对照实验）指没有施加或减除自变量的常态实验组能定性地说明某一自变量的有或无，决定着某一因变量的出现与否相互对照（对比实验）指用不同方式或不同物理量的自变量处理的两个或几个实验组能定量地说明某一自变量的不同方式或物理量决定着某一因变量的变化程度自身对照指施加或减除自变量以前的实验对象状况能定性地说明自变量对因变量的直接影响 生物学中大多数探究性实验都需要设置对照，但并非所有的实验都必须设置对照，象以上介绍的自身对照和相互对照就不需要另外设置对照组。还有一种情况是，有一些实验对象在自然状态下的状况是人们都熟悉的常识，所以对这样的实验对象施加或减除某种自变量的实验，就没有必要设置对照组。例如孟德尔的豌豆杂交实验就没有设置对照组，因为在自然状态下豌豆都是自花受粉的，其后代都是纯种，这是人们都熟悉的常识，那么做杂交实验时就没有必要设置对照组了。总之，是否设置对照组，关键要要看有没有设置对照的必要性。如何解答对照实验试题呢？首先你要明确实验的目的，你准备（或实验者已经）施加何种实验条件来达到这个目的？第二，要明确实验的对象，即为了达到这个目的应选择什么材料或对象为实验对象。而后，根据题意确定实验变量，即本实验的结果的差异或者说结果的变化是由于谁造成的，这个变化的因素就是实验变量，那么对实验变量进行处理的，就是实验组。没有处理是的就是对照组。（二）.对比实验（comparison experiment ）是指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究某中因素与实验对象的关系，这样的实验称为对比实验。对照实验的范畴比对比实验的广，因而又有人将对比实验称为相互对照实验。下面列举实例分析，分子与细胞93页所举出的“对比实验”的例子，又是一个设置空白对照的例子探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式。在该实验中，酵母菌是实验对象，氧气是自变量，一组实验有氧气处理，一组实验无氧气处理，这应该是典型的设置空白对照的实验。 ”其实这是典型的对比试验（comparison experiment ） 。有氧和无氧是两种不同的环境条件，它们对实验过程和结果的影响也完全不同，不能说哪个是空白对照组。 典型的空白对照是下面的两个例题： 1、为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是（ B ） 实验组 对照组 黑暗中培养 在光下培养 生长良好 生长不良 A B C D 2、1864年，德国科学家萨克斯把绿色叶片放在暗处几小时，然后把这个叶片一半曝光，另一半遮光。过一段时间后，用碘蒸汽处理叶片，成功的证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。你认为该实验（ D ） A.没有对照实验 B.不需要对照实验 C.曝光处为对照实验 D.遮光处为对照实验 第1题，正常的时候小麦都是在光下生长的，此为常态，是良好的“参照物”可以做为对照。第2题，“绿色叶片放在暗处几小时”这个处理相当于前测，前测的目的就是找到一个比较的“参照物”或是消除或平衡无关变量带来的影响。绿叶在实验前已经含有淀粉，经过前测处理绿叶已经没有淀粉了，我们只要继续让其保持这种状态就是一个比较的标准“参照物”，因此D.遮光处为对照实验。保持遮光处理的叶子还可以消除从别的叶子运输的养分生成淀粉（糖类是以蔗糖的形式在植物的不同的部位运输的）这种可能性的影响。这时遮光处理的叶子可以消除无关变量带来的影响。总之，在生物学教学中，要使学生准确掌握有关对照实验设计的基本技巧和解题方法，首先要求教师把握对照实验的基本理论，然后持之以恒地有效贯彻到教学实践中。学生只有理解了对照实验的构成和类型，掌握了实验组、对照组的判断，才能在独立进行对照实验的设计或相关题目的解答时，明确实验目的，找准实验对象，抓住单一变量合理设置对照实验，以清晰的思维、条理性的思路，比较完善的设计和解答对照实验，从而进一步提高他们的分析能力、推理能力和实验能力。参考文献：1实验基本理论.汪古逊.中学生物教学.2赵占良.人教版高中生物课程教材中的科学方法体系3中学生物教学 2009.7
