例談高中生物教材對照實驗的設置

在實驗設計過程中，必需遵循的基本原則是“對照性原則”。一個實驗往往分實驗組和對照組。實驗組是接受自變量處理的實驗對象組，處理的自變量是研究的對象。對照組是不接受自變量處理的實驗對象組。實驗中有三種重要的變量： 自變量，因變量，無關變量。通過設置適當的對照實驗，既可排除無關變量的影響，又可增加實驗結果的可信度和說服力。為便于科學設計實驗“驗證生物學事實和探究生物學問題”，筆者就現行高中《生物》教材（新課標人教版）中涉及的自身對照、空白對照、相互對照和條件對照等不同對照類型，結合全國高考理綜卷有關生物試題作些分析。

一、自身對照

【案例】“植物細胞的吸水和失水”的探究實驗：①制作洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片，以供實驗觀察；②用低倍顯微鏡觀察洋蔥鱗片葉外表皮細胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生質層的位置；③從蓋玻片的一側滴入蔗糖溶液，在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引，這樣重復幾次，蓋玻片下面的洋蔥鱗片葉外表皮就浸潤在蔗糖溶液中；④用低倍顯微鏡觀察，看細胞中央液泡大小的變化，以及原生質層在什么位置，細胞大小是否變化；⑤在蓋玻片的一側滴入清水，在蓋玻片的一側用吸水紙吸引，這樣重復幾次，洋蔥鱗片葉外表皮又浸潤在清水中；⑥用低倍顯微鏡觀察，看中央液泡是否逐漸變大，原生質層的位置有沒有變化，細胞大小有沒有變化。

【分析】有兩次對照：第一次是第②步在滴入蔗糖溶液（實驗）之前的質壁的情況（對照組）與第④步在滴入蔗糖溶液（實驗）之后的質壁的情況（實驗組）進行對照觀察，說明質壁的分離；第二次是第④步在滴入清水（實驗）之后的質壁的情況（對照組）與第⑥步在滴入清水（實驗）之后的質壁的情況（實驗組）進行對照觀察，說明質壁的復原。實驗前后的變化足以說明質壁分離和復原，因此不必要不另設對照組。

【結論】像這樣，不另設對照組，對照組和實驗組都在同一研究對象上進行，通過實驗前后的對比分析得出結論，這樣的對照實驗就是自身對照。

【應用】例1 將人的紅細胞放入4 ℃蒸餾水中，一段時間后紅細胞破裂，主要原因是（ ）

A.紅細胞膜具有水溶性

B.紅細胞的液泡體積增大

C.蒸餾水大量進入紅細胞

D.低溫時紅細胞膜流動性增大

解析 本題主要考查自身對照的運用。通過比較“將人的紅細胞放入4 ℃蒸餾水中”前和后的不同結果，可得出“紅細胞破裂”是由于蒸餾水大量進入紅細胞所致。

答案 C。

二、空白對照

【案例】德國植物學家薩克斯的實驗：他把綠葉先在暗處放置幾小時，目的是消耗葉片中的營養物質，然后，他讓葉片一半曝光，另一半遮光，過一段時間后，他用碘蒸氣處理這葉片，發現曝光的一半呈深藍色，遮光的一半則沒有顏色變化。這一實驗成功地證明了光合作用的產物除氧氣以外還有淀粉。

【分析】薩克斯的實驗巧妙之處在于讓同一葉片一半曝光，另一半遮光，曝光一半是實驗組，遮光一半是對照組，實驗的自變量是光照。實驗組有光照，對照組無光照。用同一葉片的好處是能更好地排除葉片本身（無關變量）對實驗結果的影響。

【結論】像這樣，實驗組施以某個因素進行處理，而對照組則不施以這個因素，在這之外不進行相同處理的對照實驗，叫做空白對照。

【應用】例2 番茄幼苗在缺鎂培養液中培養一段時間后，與對照組相比，其葉片光合作用強度下降的原因是（ ）

A.光反應強度升高，暗反應強度降低

B.光反應強度降低，暗反應強度降低

C.光反應強度不變，暗反應強度降低

D.光反應強度降低，暗反應強度不變

解析 本題主要考查空白對照的運用。實驗組是缺鎂培養液組，對照組是完全培養液組。自變量是鎂，鎂是合成葉綠素必需的礦質元素，在缺鎂培養液中培養一段時間后的番茄幼苗，葉綠素含量比對照組的少，光反應強度降低。如此， ATP和「H」的生成量減少，進而導致暗反應強度降低。

答案 B。

三、相互對照

【案例】“探究光照強弱對光合作用強度的影響”的實驗：……③將內部氣體逸出的小圓形葉片，放入黑暗處盛有清水的燒杯中待用。這樣的葉片因為細胞間隙充滿了水，所以全部沉到水底。④取3只小燒杯，分別倒人20 mL富有二氧化碳的清水。⑤分別向3只小燒杯中各放入10片小圓形葉片，然后分別對這三個實驗裝置進行強、中、弱三種光照。⑥觀察并記錄同一時間段內各實驗裝置中小圓形葉片浮起的數量。

【分析】3只小燒杯（三組實驗）中除光照強度不同以外，其他條件都相同，光照強度即為自變量。由于自變量光照強度不同，三個實驗的因變量小圓形葉片浮起的數量（光合作用產生的氧氣）不同，那么就找到了自變量和因變量的因果關系。三組實驗可以兩兩進行對照。

【結論】像這樣，不另設對照組，對幾個實驗組分別施以不等量的某因素進行處理，通過這幾個實驗的相互對比分析該因素在實驗中的作用。這樣的對照實驗就是相互對照。

【應用】（略）

責任編輯：周瑜芽