“對照法”在生物實驗教學中的思考

胡春棟

“對照法”是眾多科學方法中的一種，它是人們認識客觀事物的一種重要方法。在中學教學活動中，它正被廣泛地應用在各科教學中。本篇著重討論“對照法”在高中生物教材中的體現及在實驗設計教學實踐中應用和意義。

一、 “對照法”在教材中的實例體現及意義

“對照法”是人們在認識和分析各種事物時，根據一定的標準，把彼此有某種聯系的事物加以對照，從它們的異同之處來分析、判斷和處理一種認識方法。對于以實驗為基礎的生物學科來說，這種方法的運用帶來了累累碩果，我們不妨對教材一探。

1、在探究性實驗中，“對照法”作出了重大的科學發現。

生長素的發現是歷經數十年的發現性實驗，它以 1880年達爾文的研究為開始，以1934年荷蘭科學家郭葛對生長素的分離鑒定為告一段落。教材對此過程選取精髓，再現這重大的科學發現。精髓部分就是四組對照實驗，第五章《遺傳和變異》敘述了遺傳學的奠基人——孟德爾通過研究豌豆相對性狀的傳遞情況，發現了孟氏第一、第二遺傳規律。

在生物的許多探索性實驗中， “對照法”曾經作出了眾多的重大科學發現，法國微生物學家、化學家巴斯德不也是通過實驗對照揭示了食物腐敗的主要原因是微生物的作用嗎？今天的教育是為了將來，學生在以后的學習、創造生活中，他們也許會用得著前人使用過的方法。

2、在驗證性實驗中，“對照法”揭示了客觀事物的本質與規律。

任何一個事物不僅自身表現出各種各樣相互交織的現象，而且還因周圍環境的變化而互相作用、相互影響，在這種狀態下難以揭示事物的本質與規律。而 “對照法”卻可以根據實驗目的，通過純化研究對象（減少或排除某些因素），突出某些主要因素，從而去認識事物的本質屬性。

例如，成熟的植物細胞是通過滲透作用吸水的。但細胞是很復雜的，如何說明細胞的滲透作用？教材通過對半透膜兩側溶液濃度的對照，通過實驗前后液面高低的對照，揭示了滲透作用的本質是水分子（或其它溶劑分子）通過半透膜的擴散，揭示了植物細胞通過滲透作用失水、吸水的規律。再來看看教材中兩個驗證性的學生實驗《觀察植物細胞有質壁分離和復原》《觀察根對礦質元素離子的交換吸附現象》，前者通過三組實驗結果的對照，揭示了植物細胞發生質壁分離及復原的原理，后者先用活體染色劑來突出對象，然后設定一組對照實驗，揭示了根細胞與礦質元素進行離子交換吸咐的實質。

3、在追溯事物的發展過程中，“對照法”確定了事物發展的順序。

由于同一對象在不同時期發展、變化的緣故，有親緣關系的事物之間或者遵循某種共同規律的事物之間存在著相互聯系。

試分析關于生物的進化，教材是如何提供證據的。在古生物學方面，它追溯了馬的進化歷程：始祖馬 →三趾馬→現代馬；在胚胎學方面，它對照了七種脊柱動物和人的早晚期胚胎；在比較解剖學方面，它比較了同源器官：四種脊柱動物的前肢骨和人的上肢骨。如此根據對象的歷史發展及表現出的相似性、差異性來證明生物是進化的。再如達爾文是如何解釋長頸鹿的進化過程？教材從生活環境的變遷、長頸鹿個體的差異，到生存斗爭中的獲勝與淘汰、不定向的變異與定向的自然選擇通俗明了地為我們演繹了達爾文以自然選擇為中心的生物進化學說。

教材的眾多實例告訴我們，無論是發現性實驗還是驗證性實驗， “對照法”都發揮了其重要作用，一位作者曾這么說“對照法是科學研究中最有力的推理設計之一”。

二、 “對照法”在學科的實驗設計教學中的應用及意義

在大力推行素質教育的今天，人們已將實驗教學作為教學中的重要組成部分。翻一翻今年啟用的高中新教材，不難悟出其中貫穿著這樣一種教學思想；能動（實驗）的盡量動（動手實踐）起來。而所有的實驗（包括模擬實驗）都涉及到實驗設計的問題。在實驗設計中經常要使用 “對照法”，那么使用“對照法”有什么原則呢？

1、實驗設計中“對照法”的使用原則。

要正確地進行對照，必須遵循一些基本原則。其一，客觀對照原則，即客觀事物之間有可比性。實驗設計時，要為比較的事物提供 “等量”、“等同”條件，從而來表現事物差異性的結果。其二，本質對照原則。實驗設計時要純化某些實驗對象，突出主要因素，揭示事物之間的本質區別。

2、“對照法”的實踐應用及意義。

（1）設立對照組的對照實驗設計。

例如，設計實驗驗證甲狀腺激素能促進幼小動物的個體發育。本實驗涉及材料的選擇、方法步驟的設計，根據實驗的現象、結果來得出要驗證的結論。方法固然多樣，但在此設立對照組進行對照實驗設計不失為一種簡潔易行的好方法：

兩組個體：甲乙容器

投放飼料兩種

觀察記載

現象結論

實驗設計中應注意 “等量”概念的使用，如甲、乙容器內蝌蚪的數目、個體大小、生活環境（水、溫度等）均應基本相同。在基本條件相同的前提下，揭示含甲狀腺制劑的飼料與正常的飼料對幼體發育不同影響的本質。

例如，江蘇省 2000年理科綜合能力測試的第25題（題略），該題為實驗步驟的設計，所給的第一步驟已傳遞出設定對照組進行對照實驗的信息，故而在答題時也應注意兩原則的正確運用

第二步、家兔、酒精棉、注射器、取血液

第三步、血液注入 [“等量”]

第四步、 CaCl 2 溶液----

（2）獨立成系的對照實驗設計。

例如， 2000年全國普通高等學校招生統一考試（上海生物學試卷）中最后一題為實驗設計題，摘錄如下：

請根據下述條件設計一實驗，鑒別兩種不同濃度的蔗糖溶液，寫出實驗步驟并分析結果。一瓶 10%的蔗糖溶液、一瓶30%的蔗糖溶液、250ml燒杯一只、半透膜制成的透析袋一只、刻度玻璃管一支、細線一根、支架一個。（1）實驗步驟；（2）結果分析。

本題是一道出自教材（前面談到）的變化題，它可以檢測學生對滲透作用知識的掌握程度及靈活運用的能力。參考答案如下：

（1）實驗步驟：A、將一瓶中的溶液倒入燒杯中。B、將另一瓶中的溶液裝滿透析袋，刻度玻璃管插入袋內溶液中，用線將袋口和玻璃管扎緊。C、將此透析袋放入有溶液的燒杯中，垂直固定于支架上，記錄玻璃管液面刻度。D、一段時間后，觀察玻璃管液面刻度，確定液面是升還是降。

（2）結果分析：如液面升高，則透析袋中的溶液是30%的蔗糖溶液；燒杯中的溶液為10%的蔗糖溶液；如液面降低，則相反。

從以上幾個例題來看，實驗設計既是綜合運用知識、經驗的過程，又是一種創造性活動；既能培養學生對知識的積累能力，又能培養學生的應變能力，還能培養學生的思索、創造能力。

馬克思的《資本論》中有這樣一段名言： “蜜蜂建筑蜂房的本領使人間許多建筑師感到慚愧，但是，最蹩腳的建筑師從一開始就比最靈巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蠟建筑蜂房以前，已經在自己的頭腦中把它建成了”。是的，“建筑師”們在頭腦中進行先行設計的這種復雜的智力活動，蜜蜂是永遠不能做到的。

所以，實驗教學不是簡單的實驗重復，不能滿足于知識傳授，而應致力于學生方法的掌握、能力的培養，讓學生學會發現，學會創造。

（河北省石家莊精英中學）