也議對照實驗中的“對照組”和“實驗組”

左延柏

摘 要 針對對照實驗中的“對照組”和“實驗組”進行了一定的分析和思考。

關鍵詞 對照實驗 實驗變量 對照組 實驗組

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）11 - 0059 - 03

2016年江蘇省高考生物試卷中實驗題和實驗素材題的比重較大，很多題都是以實驗為背景。試卷的命制充分體現(xiàn)了生物學科的學科特點，突出了對實驗原理、實驗方法和實驗操作細節(jié)的考查。其中第8題就涉及了對照實驗中的“對照組”和“實驗組”的分析和判斷，對于生物學對照實驗中的“對照組”和“實驗組”如何區(qū)分，許多學生對此很是困惑，甚至少數(shù)教師也不是十分清楚。

1 對照實驗中的“對照組”和“實驗組”的引入

【例1】 （2016·江蘇高考8）過氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性沒食子酸呈橙紅色。為探究白菜梗中是否存在過氧化物酶，設計實驗如下表。下列相關敘述正確的是（ ）

A. 1號管為對照組，其余不都是實驗組

B. 2號管為對照組，其余都為實驗組

C. 若3號管顯橙紅色，無需對照就能證明白菜梗中存在過氧化物酶

D. 若4號管不顯橙紅色，可證明白菜梗中無過氧化物酶

解析：過氧化氫酶能催化H2O2的分解，產(chǎn)生的[O]能使溶于水的無色焦性沒食子酸氧化生成橙紅色沉淀。該實驗的目的是探究白菜梗中是否存在過氧化物酶，自變量是白菜梗的有無，則1號和2號是對照組，3號和4號是實驗組，3號與1、2號對照，2、3號管顯橙紅色，1號不變色，證明白菜梗中存在過氧化物酶，C錯誤；若4號管不顯橙紅色，與3號對照，說明高溫使過氧化物酶變性失活，D錯誤。

參考答案：A。

本題的主旨是通過相關酶實驗分析考查學生的理解能力。解答該題的關鍵在于根據(jù)實驗目的分析自變量、因變量及無關變量，理解對照組和實驗組的區(qū)別。

2 對照實驗中經(jīng)常涉及的幾種變量分析

在研究一種條件對研究對象的影響時，所進行的除了這種條件不同以外，其他條件都相同并把實驗結(jié)果進行比較的實驗，叫做對照實驗。對照實驗有變量且只有一個，實驗過程中可以變化的因素稱為變量，其中人為改變的變量稱做自變量。隨著自變量的變化而變化的變量稱做因變量。

2.1 自變量與因變量

在實驗中實驗者所操縱的、對實驗對象的反應產(chǎn)生影響的變量稱為自變量；由操縱自變量而引起的實驗對象的某種特定反應稱為因變量。

例如在驗證二氧化碳有無會影響光合作用過程中氣體產(chǎn)生的實驗中，二氧化碳的有無是自變量，光合作用過程中氣體的產(chǎn)生就是因變量。因此，自變量和因變量是相互依存的，沒有自變量就無所謂因變量，沒有因變量也無所謂自變量。

2.2 相關變量與無關變量

凡是對因變量直接產(chǎn)生影響的實驗條件都稱為相關變量，而對因變量不直接產(chǎn)生影響的實驗條件稱為無關變量。

【例2】 為了驗證葉片在光合作用和呼吸作用過程中有氣體的產(chǎn)生和消耗，請用所提供的實驗材料與用具，在給出的實驗步驟和預測實驗結(jié)果的基礎上，繼續(xù)完成實驗步驟的設計。

實驗材料與用具：煙草幼苗、試管兩支、蒸餾水、NaHCO3稀溶液（為光合作用提供原料）、真空泵、暗培養(yǎng)箱、日光燈（實驗過程中光照和溫度等條件適宜，空氣中O2和CO2在水中的溶解量及無氧呼吸忽略不計）。

實驗步驟和預測實驗結(jié)果：

A. 剪取兩小塊相同的煙草葉片，分別放入盛有等量蒸餾水和NaHCO3稀溶液的兩支試管中。此時，葉片均浮在液面上。

B. 用真空泵抽去兩支試管內(nèi)液體中和葉肉細胞間隙中的氣體后，敞開試管口，可觀察到葉片均下沉到試管底部。

C. ……

例2中影響葉片在光合作用和呼吸作用過程中氣體的產(chǎn)生和消耗的因素有：光照強度、光照的有無、光質(zhì)、光照時間、光合面積、溫度、礦質(zhì)元素、二氧化碳的濃度、pH、植物種類、植物的年齡等。這些因素都應是相關變量。而實驗者是誰、實驗者的性別、實驗所用的試管、所用的真空泵、實驗用的植物高矮、葉片形狀、植株的形態(tài)等對實驗結(jié)果無直接影響，是為無關變量。

2.3 額外變量與控制變量

在相關變量中，實驗者用以研究的變量稱為自變量，實驗者不用于研究的那些相關變量稱為額外相關變量，或簡稱為額外變量。在實驗中，額外變量是必須加以控制的。如果不控制額外變量，就會不清楚因變量的變化是由自變量的影響引起的，還是由因額外變量的變化引起的，因而就無法得出明確的結(jié)論。由于在實驗中額外變量是必須加以控制的，所以額外變量也被稱為控制變量。

3 對照實驗中常用的幾種對照方法

在設計對照實驗時，按對照的內(nèi)容和形式上的不同，通常有自身對照、空白對照、條件對照、相互對照等幾種對照類型，其中大部分的對照實驗屬于空白對照。

3.1 自身對照

自身對照指實驗與對照在同一對象上進行，即不另設對照組。單組法和輪組法一般都包含有自身對照。如“植物細胞質(zhì)壁分離和復原”實驗就是典型的自身對照。自身對照，方法簡便，關鍵是要清楚實驗處理前后現(xiàn)象變化的差異，實驗處理前的對象狀況為對照組，實驗處理后的對象變化則為實驗組。

3.2 空白對照

空白對照指不做任何實驗處理的對象組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑，一起進行沸水浴，比較它們的變化。這樣，甲為實驗組，乙為對照組，且乙為典型的空白對照。空白對照能明白地對比和襯托出實驗的變化和結(jié)果，增強說服力。

3.3 條件對照

條件對照指雖然給對象施以某種實驗處理，但這種處理不是針對實驗假設所給定的實驗變量，是作為一種相反意義的對照，使得實驗結(jié)果更具說服力。

【例3】 “動物激素飼喂小動物”實驗，其實驗設計方案是：

甲組：不飼喂藥劑（空白對照組）；

乙組：飼喂甲狀腺激素（實驗組）；

丙組：飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組）。

甲狀腺激素可以促進動物生長發(fā)育。顯然，丙組為條件對照，該實驗既設置了條件對照，又設置了空白對照，通過比較、對照，更能充分說明實驗變量——甲狀腺激素能促進小動物的生長發(fā)育。

4 對照實驗中的“對照組”和“實驗組”辨析

在對照實驗中，進行了實驗變量處理的對象組是實驗組，自然狀態(tài)（未加以實驗變量處理）的對象組稱為對照組。針對具體的實驗區(qū)分實驗組和對照組時，需要搞清楚實驗控制的原理。

實驗控制的原理不外乎加法原理和減法原理兩種：與常態(tài)相比，人為增加某種影響因素即加法原理，人為去除某種因素即減法原理。運用加法原理設計的實驗，做了加法處理的那一組實驗就是實驗組，沒有做加法處理（處于自然狀態(tài)）的那一組就是對照組；運用減法原理設計的實驗，做了減法處理那一組實驗是實驗組，沒有做減法處理那一組實驗是對照組。

如上述例3中的甲組（不飼喂藥劑）與乙組（飼喂甲狀腺激素）相比，乙組是做了加法處理的一組，所以乙組是實驗組，而甲組是自然狀態(tài)（未處理的），是對照組。再如，在證明Mg是植物正常生長發(fā)育所必需的礦質(zhì)元素實驗中，甲組——用缺Mg的全素培養(yǎng)液培養(yǎng)植物，乙組——用全素培養(yǎng)液培養(yǎng)植物。其中人為去除Mg的培養(yǎng)液，屬于應用減法原理，所以甲組為實驗組，乙組為對照組（以生物正常的自然狀態(tài)或最佳狀況作為對照）。

【例4】 （多選）某同學為驗證pH對酶活性的影響，設計的方法步驟如下表所示。有關評價合理的是

（ ）

A. 缺少對照組

B. 實驗預期結(jié)果不正確

C. 檢驗實驗結(jié)果的試劑選擇不恰當

D. 實驗操作步驟的安排不合理

解析：實驗中有兩個實驗組，分別加入了酸和堿，還應該設置一組加等量蒸餾水的對照組；在強酸、強堿作用下，淀粉酶的活性喪失，試管1、2的結(jié)果預期應是均變藍，因此該實驗的結(jié)果預期不正確；實驗操作步驟的安排不合理，應先向加入淀粉酶溶液的不同試管中分別加入蒸餾水、酸和堿，搖勻后再分別加入淀粉溶液。

參考答案：ABD。

在對照實驗中，對照組就像是一個標準或確定的參照物，實驗組就是以它作參照或作比較的。分析例1和例4可以發(fā)現(xiàn)，對照實驗可能有多個對照組、多個實驗組，分析時需弄清楚是哪幾個進行對照，從而得出相應的結(jié)論。