高中生物新课程中对照实验和对比实验的例谈
高中生物新课程中对照实验和对比实验的例谈
王琼（安徽省肥东第一中学 231600）
[摘要]：本文通过举例分析了什么是对照实验和对比实验，从而进一步说明了对照实验和对比实验的区别和联系。
[关键词]：实验设计，对照实验，对比实验。
新高中生物课程中实验设计较以前加强不少，而对照实验和对比实验是实验设计中两个重要的方面。故而新课程中对其特别强调，要求学生能真正的理解和运用这两种实验设计的区别和联系。另外对比新旧高中生物课程可以发现，新课程以素质教育为背景，倡导以发现问题——探究问题为理念，从而来提高学生的科学探究能力，而自然科学中发现问题并去探究必然要设计实验来解决。下面就结合例题来谈谈两种重要的实验设计方法——对照实验和对比实验，以期对学生生物实验设计的理解和运用有所帮助。
1、对照实验
1.1对照组：对照实验中两组实验，其中一个空白实验组或正常实验组或已知实验结果的实验组为对照组。
1.2.1举例
[空白实验]实验题目：设计实验证明某昆虫呼吸作用产生CO2。
实验步骤：
A：取同种等大的活昆虫若干，均分两组，编号甲、乙。
B、把乙组昆虫灭死后，两组昆虫均放在密闭的装置中，均连通澄清石灰水，其它条件相同且适宜，一段时间后观察两组石灰水状况。
实验结果：甲组澄清石灰水变混浊，乙组澄清石灰水无变化。
实验结论：某昆虫呼吸作用能产生CO2。
分析：以上实验中，由于乙组昆虫为等大的死昆虫，等于未放实验材料，属于空白实验组，为对照实验中的对照组。我们万不可认为空白对照组就一定是不给对照组以任何处理因素，只是不加实验组中自变量的处理因素，实际上空白对照组还是需要一定的处理，如以上实验中空白对照组乙组昆虫是作了杀死处理的。
[正常实验组]实验题目：设计实验验证甲状腺激素能提高动物神经系统的兴奋性。
实验步骤：A：取同种等大的正常老鼠两只，编号甲、乙。
B：甲组饲喂等量的并加一定量的甲状腺激素，乙组饲喂等量的普通饲料，其它条件（温度、亮度、湿度等）均相同且适宜，一段时间后，对两组老鼠的神经兴奋性加以比较。
实验结果：甲组老鼠较乙组老鼠是上蹿下跳，难以平静……
实验结论：甲状腺激素能提高动物神经系统的兴奋性。
分析：以上实验中，由于乙组老鼠没有饲喂甲状腺激素，但实验前也知道该老鼠的一切生理正常，包括神经的兴奋性，故为正常实验组，为对照实验的对照组。
[已知实验结果组]实验题目：设计实验验证甲状腺腺体能影响动物幼
小个体的发育。
实验步骤：A：取同种等大的幼鼠两只，编号甲、乙；
B：甲去除甲状腺，乙不去除，其它生活条件相同且适宜，一段时间后比较两幼鼠发育状况。
实验结果：甲组幼鼠停止生长发育，而乙组幼鼠生长发育正常。
实验结论：甲状腺腺体能影响（促进）动物幼小个体的发育。
分析：以上实验中，由于幼鼠没有去除甲状腺，本身是能正常发育，为已知实验结果的实验组，故为对照实验中的对照组。
这里值得说明的是：以上正常实验组（未加甲状腺激素）和已知实验结果实验组（未切除甲状腺），就实验所需验证的自变量而言有人均理解为不作处理的空白对照，也是有道理的。
1.3实验组：以对照组为基础做一个实验而得出科学的结论，一般为未知实验结果的实验组，总体来说是经过人为处理了自变量的实验组。
1.3.1举例，在以上（1.2.1）所举例中，甲组分别放了活的昆虫，切除了甲状腺和饲喂了甲状腺激素的饲料，均为人为依自变量处理过的实验组，为实验组，不再赘述。
2、对比实验
2.1定义：设置两个或两个以上的实验组，通过对比的结果来分析探索某种因素和实验对象的关系，一般适用于探究性实验。
2.2理解：对比实验是指实验结果之间相互比较，各组实验之间是平行关系，组和组之间没有明显的对照组和实验组之分，若指定其中一组为实验组，其它组则均为其对照组，同时该组也可以是其它组的对照组，对比实验和范畴比对照实验小，因为对比实验中每任何两组之间实际就是一个对照实验，因为两组之间也只是一个因素不同（自变量）。因而又有人将对比实验称为相互对照实验。
2.3举例：实验题目：设计实验探究促进柳枝扦插生根的适宜浓度的生长素溶液。
实验步骤：A配制质量百分含量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%浓度的生长素稀释液。
B、在每一生长素稀释溶液中均浸泡同种等粗长的柳枝三根，一段时间观察每组柳枝的生根状况。
实验结果：0.2%组中柳枝生根的平均数最多。
实验结论：0.2%的生长素溶液能较好的促进柳枝扦插生根。
2.4分析：在0.2%的生长素溶液中柳枝扦插生根最多，但若没有其它组的对照，我们就不能说0.2%的生长素溶液是以上各浓度生长素溶液中最适宜浓度。当然没有0.2%的生长素溶液作为对照，我们也不能说其它生长素溶液就不是最适宜的浓度，因而对比实验中各实验组之间是相互对照的平行关系。这里值得注意是，关于浓度梯度，PH值梯度，温度梯度等的实验设计题，可以在适宜梯度范围内再设计更小梯度来更精确的测定，如以上得出0.2%的生
长素溶液较好的促进柳枝扦插生根后，我们还可以再在0.2%浓度的左右设计更小浓度梯度来测定，如0.18%、0.19%、0.20%、0.21%、0.22%……，真正做到没有最好，只有更好。另外对比实验中的梯度实验设计，至少要设计三组以上，方有说明力。
最后还要明确的是，不是所有的实验设计均需要设计对照组，也有的析因实验设计中就不需要对照组，如孟德尔的遗传定律实验就无需对照组。
综上所述，我们知道实验设计是高中生物教学中传统的重难点知识，也是近些年来高考中必考的一种题型，因而还是需要学生理解对照实验和对比实验的区别和联系。通过举例分析比较对照实验和对比实验，对实验设计能力的提高应该是有帮助的。
参考文献
《生物》（普通高中课程标准实验教科书，必修1） 人民教育出版社，朱正威 赵占良主编。
高中生物新课程中实验设计原则的解读
王琼（安徽省肥东第一中学 231600）
[摘要]：结合高中生物学新课程的学科特点，运用概念、举例等方法解读了实验设计所要遵循的六大原则。准确把握实验设计的原则，是得出科学实验结论的前提。
[关键词]：实验设计原则 解读
新一轮基础教育课程改革对教师的思维方式，教育理念等产生了深刻的影响。生物科学作为自然科学，是以自然事实说话的，一贯倡导探究性学习，尤其是新课标更加注意发展学生的科学探究能力。而通过实验设计来培养学生的科学探究能力，综合实践能力，知识应用能力和创新能力，是效果非常好的一种手段。下面是笔者通过教学实践对实验设计所需遵循的六大原则的解读。
1、对照原则
在实验设计中，通常设置对照组，通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差，鉴别实验中的处理因素（自变量）同非处理因素（无关变量）的差异。实验设计中可采用的对照方法很多，除了有标准对照、自身对照、相互对照之外，通常采用空白对照原则，即不给对照组任何处理因素，值得强调的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对照组还是要做一定的处理，只是不加实验组的处理因素。
对照原则是实验设计中首先要考虑的，因为没有对照，单一方面实验得出的结论是片面的，不能说明任何问题的。例如：验证一种口服制剂能用于抑制癌细胞的生长，若只给一些癌变的老鼠口服这种制剂来观察结果，这样得到是孤立的结果。因为人们还可以这样认为：该制剂是促进癌细胞的生长，或抑制了癌细胞的生长，或对癌细胞的生长既无促进作用，也无抑制作用。设若有另一组同样癌变的老鼠不口服这种制剂（口服等量
生理盐水），最后对两组老鼠出现不同的结果加以对照，得出结论是令人信服的。
2、单因子变量原则
单因子变量原则，即控制其它因素不变，只改变其中某一因素（自变量）观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其它实验条件要求做到前后一致。
单因子变量原则和对照原则同等重要，而且是使实验结果令人信服的必须遵守的核心原则。为了准确的遵守单因子变量原则，我们一般依照以下程序来做实验设计。
首先明确实验设计的题目。教学过程中经常发现有的同学在做阅读材料实验题时（没有直接给出实验设计题目，而是把实验设计题目嵌合在信息阅读和所给的实验材料中），在没有找到实验题目的情况下，就下笔写了起来，这等同于清明节上坟祭祖，没有找到“坟地”（实验题目）便“哭”了起来，这样得出的实验结果是可想而知的，离题万里。
其次在确定实验的题目后，一定要在题目中找到实验设计的主题，即实验要探究或验证的对象。若没有找到主题，便难以确定自变量，也就没办法遵循单因子变量的原则，这就等于清明节上坟祭祖，找到了“坟地”，但没有找准“坟头”（实验题目中主题）便“哭”了起来，得到的实验结果和客观的真实结果是相去甚远的。
最后在确定了实验主题后，针对主题（自变量）的有无，处理或不处理等，自然就遵循了单一变量的原则，这就抓住了实验设计的主干和命脉了。例如：为了验证胰岛素具有降低血糖的作用，这里的实验题目是一目了然的，而实验的主题是胰岛素，故实验组和对照组中的适量胰岛素的有和没有是我们确定的主题，而现实中有的同学设计了不同的胰岛素浓度梯度来做，这样得出结论是降低血糖的适宜胰岛素浓度。而不是验证胰岛素能降低血糖浓度，这是不符合实验的主题目的。这里还要提出的是，有的实验题中不止一个主题，如验证光合作用需要光和叶绿体，这里的两个主题分别是光和叶绿体，需要分别处理这两个主题，一般设置一组作为共同对照组，在分别设置无主题光和无主题叶绿体的两个实验组即可。
3、可性行原则
可行性原则指实验所需的材料，设备以及做法等要切实可行，符合客观事实条件。例如验证植物根的向地性和茎的背地性生长是重力因素引起的，这个实验的主题就是重力，据这个主题有的同学把两组等同的植物一组置于重力环境下，另一组置于无重力环境下，单就单因子变量来说这种设计是对的，但在现实生活中对一个中学生来说，怎样把植物置于无重力环境中是难以实现的，若置于太空中一方面难
以实现，另一方面太空中其它诸多因素难以控制。所以在可行性原则的指导下，需另辟思路，把各组植物在相同地理条件下变化它们的形态位置的摆放（水平摆放、竖直摆放、倾斜摆放等），通过观察实验结果，得出的实验结论也是准确的。
4、随机性原则
实验设计中的随机变化原则，是指被研究的样本是总体中任意抽取的，这样做的意义在于：一是可以消除或减少系统误差，使测验有显著性的普遍意义；二是平衡各种条件，避免实验结果中的偏差。随机性原则主要在一些宏观性的科学研究中体现明显，如调查某地区某段时间的生男生女的比例，采用样方法调查某草原生态系统中植物的种类和数量等。
5、平行重复原则：
平等重复原则，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件重复实验，观察其对实验结果影响的程度。
平行重复原则有两个方面的理解，第一是设计实验都必须能够重复，换句话说让别人也能重复的去做该实验，这是具有科学性的标志。纵观生物科学发展史上的经典实验，如赫尔希、蔡斯等人的噬菌体侵染细菌实验，孟德尔探究的两大遗传学定律的实验等，都是后人能够重复来做的，和可行性原则是相对应的。第二是随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差。但不能消除它的全部影响，平行重复原则就是为解决这个问题而提出的。例如：验证适宜浓度的生长激素能促进动物幼小个体的发育，在实验组和对照组中所有的蝌蚪数量就不能是随机的一只或几只，而是随机的数十只以上，这样就排除了脆弱的一两只蝌蚪个体因偶然因素而造成较大的实验偏差。
6、节约原材料原则
节约原材料指在实验设计过程中，在不影响得出科学实验结论的前提下，尽量节约实验的材料，真正的做到“量入为出”。
节约原材料原则表面看起来和平行重复原则有点相悖，其实不然，如上面用蝌蚪做实验材料，我们每组不能只有一只或几只，但更不能用成千上万只，再譬如用脊蛙证明反射弧中的传入神经和传出神经的传导功能（2003年高考题内容），我们可以采用自身对照的办法，在做完整反射弧具有正常反射功能的前提下，再分别切断传入神经和传出神经来验证它们对兴奋的传入和传出功能，整个实验只用一只青蛙，而不需要据传入神经和传出神经这两个自变量来分别设计两个实验组，再另加一个对照组，用三只青蛙了，毕尽青蛙是保护动物，不能滥用。
以上解读的实验设计遵循的六大原则，它们在实验设计考虑程序上有一定先后之分的。但在遵循力度上是没有主
次之分的。一个科学实验设计是一定要遵循这些原则的，这些原则之间的关系是密不可分，相辅相成，相得益彰的。
参考资料：
1、《生物》（普通高中课程标准实验教科书，必修1，必修2）人民教育出版社，朱正威，赵占良主编。
2、《高中生物教材全解》天津人民出版社，吴君民主编
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