比較對照實驗和對比實驗提高學生生物學科核心素養

余帆，查紅玉

（1.湖北省浠水縣實驗高級中學，湖北黃岡　438200；2.湖北省浠水縣第二實驗小學，湖北黃岡 438200）

1　區分對照實驗和對比實驗概念是基礎

在教學過程中，教師結合學生處理對照實驗和對比實驗相關題目提出問題，使學生產生興趣，對照實驗和對比實驗到底有什么不同？怎樣區別？引導學生看書或查找資料，明晰對照實驗和對比實驗的概念。

1.1　對照實驗的概念

對照實驗就是保持了單一變量的兩組以上實驗，通過設置對照實驗，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，實驗一般要設置對照組和實驗組。對照組就是與其他組相比，往往缺少某種處理因素甚至不加任何處理因素，或者以正常條件下的實驗作為對照，對照組可根據需要決定是否設置；而人為施加了某種驗證條件，或比對照組多了某項處理因素的實驗，就是實驗組，可根據需要設置為一組或多組。

1.2　對比實驗的概念

設置兩個或兩個以上的實驗組，通過對結果的比較分析，來探究某種因素與實驗對象的關系，這樣的實驗叫做對比實驗。由對照實驗的概念分析可知，實驗控制了單一變量，如探究酵母菌細胞呼吸方式中，兩組實驗都作了處理，有氧和無氧均是自變量，都是實驗組。

2　理清對照實驗和對比實驗的關系是關鍵

而要理清兩者的關系，我們以高中生物課本的相關實驗為例，在學生熟悉的實驗入手，教師先搜集精選實驗材料，編印好導學案，先由學生自學，自主歸納，完成學習任務，課堂分學習小組展示成果，學生點評分析，教師歸納總結。引導學生對對照實驗的類型進行逐一分析，明晰對照實驗一般可包括實驗組和對照組，實驗組，是接受實驗變量處理的對象組，所處理的變量就是我們要研究的內容；對照組，也稱控制組，是不接受實驗變量處理的對象組。按對照的內容和形式上的不同，理清常用的對照類型、特點，并逐一分析、拓展。具體策略如下所述。

2.1　空白對照

空白對照指不做任何實驗的對照組或不給對照組以任何處理因素。值得注意的是，不給對照組任何處理因素是相對實驗組而言的，實際上對照組還是要作一定的處理，只是不加實驗組的處理因素，或者說相對于實驗組而言，除實驗變量外，別的處理與實驗組完全相同。通常未經實驗因素處理的對象組為對照組，經實驗因素處理的對象組為實驗組；或簡單理解為處于正常情況下的對象組為對照組，未處于正常情況下的對象組為實驗組。例如，唾液淀粉酶對淀粉的作用中，對照組加等量的水，實驗組加唾液；探究水對種子萌發的影響實驗，對照組不加水，實驗組加適量的水；“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實驗中，對照組不加試劑（零劑量），實驗組加入試劑；薩克斯“綠葉在光下能否制造淀粉”實驗中，與起始饑餓處理環境相同，則對照組遮光，實驗組曝光。由于空白對照實驗的設計一定要分組進行；變量只能有一個，其他條件均相同，兩者唯一的區別是變量不同，并且保持實驗條件的前后一致性，實驗過程中不可改變其中任何條件。故通過空白對照能明白地襯托出實驗組的變化和結果，增強實驗的說服力。

2.2　自身對照

自身對照指實驗組與對照組都在同一研究對象上進行，不另設對照組。實驗操作前的對象為對照組，實驗操作后的對象為實驗組。如“觀察植物細胞的質壁分離和復原”實驗，就出現了兩次對照，其中第一次對照是在高濃度溶液處理下，質壁分離狀態與自然狀態形成對照；第二次對照是在低濃度溶液處理下，復原后狀態與質壁分離狀態形成對照。又如：要研究植物根具有向重力性，莖具有背重力性，可把某一植株橫放于培養基上，讓其自然生長，經過一段時間后，便可觀察到根向重力生長，莖背重力生長。這里，對照和實驗都在同一個體上進行，屬于自身對照。由于自身對照的實驗材料在實驗過程中必須保持一定的生理活性。持續觀察記錄實驗操作前、后的實驗對象狀況，只要控制好觀察時間，看清實驗處理前后現象變化的差異，自身對照方法簡便，因此我們可對比實驗操作前后現象變化的差異予以分析得出實驗結論。

2.3　相互對照

在等組實驗法中，若不設空白對照，則大多運用相互對照。相互對照是指不單獨設對照組，而是幾個實驗組相互對比對照，其中每一組既是實驗組也是其他級別的對照組，由此得出相應的實驗結論。一般是在探究某種實驗因素對實驗結果的影響不明確的情況下使用，通過實驗的相互對比，確立實驗變量和反應變量的關系，一般表現是實驗因素在量上的多少對實驗結果的影響。相互對照能夠較好地平衡和抵消了無關變量的影響，使實驗結果具有說服力。例如，溫度對唾液淀粉酶活性的影響實驗、pH對過氧化氫酶活性的影響實驗、美國魯賓和卡門的實驗、“植物的向性運動”的等組實驗、“驗證植物根對礦質離子有選擇吸收的特性”、赫爾希和蔡斯以T2噬菌體為實驗材料證明DNA是遺傳物質，蛋白質不是遺傳物質、“探究酵母菌細胞呼吸的方式”的實驗。根據對實驗的分析，相互對照不需要確定對照組和實驗組，每組均為實驗組。每個實驗組除要探究的因素各不相同外，其他所有條件均相同。而最終結論必須由幾組實驗結果的對比得出。這種實驗方法經常用于等組實驗中，由于實驗組采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關變量的影響，使實驗結果更具有說服力。

2.4　條件對照

條件對照是指雖給對象施以某種實驗處理，但這種處理是作為對照意義的，給定的處理因素正是為了保證實驗中對照組與實驗組相比只是少了實驗變量的影響，或者說這種處理不是實驗假設所給定的實驗變量意義的。通常施以條件因素的對象組為對照組，施以實驗因素的對象組為實驗組。條件對照常見的實例有：“動物激素飼喂小動物”實驗，飼喂甲狀腺激素（實驗組）；飼喂甲狀腺抑制劑（條件對照組）；不飼喂藥劑（空白對照組）；艾弗里證明DNA是遺傳物質的實驗，實驗組是“R型活細菌＋S型細菌的DNA混合培養”，條件對照組是 “R型或細菌＋S型細菌的DNA和DNA酶混合培養”；還有酶的專一性實驗、光合作用影響因素實驗探究、酶的高效性實驗等等。

通過對對照實驗四種類型師生互動分析，學生自然懂得如果并不知道兩組（或多組）實驗中的自變量對實驗結果所造成的影響，需要通過實驗來進行確定，此時就可以稱這些實驗為對比實驗，對比實驗也可稱為相互對照實驗。對照實驗與對比實驗兩個概念屬于包含關系，對比實驗從屬于對照實驗。教師還可以繼續拓展，對照實驗和對比實驗在一定的條件下是否可以相互轉變？舉例如下：如果人們不知溫度對某種種子萌發的影響，此時設計一系列的實驗條件進行研究，這就是對比實驗，從對比實驗中可以確定該種子萌發的最適宜溫度；如果現在人們已知了上述種子萌發的最適宜溫度，還想研究其他溫度對該種子萌發的影響，此時設計的實驗就是對照實驗。

3　比較對照實驗和對比實驗促進生物學科理性思維形成

理性思維是生物實驗教學的根本，它主要崇尚科學的思維習慣，旨在用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等科學方法對生命現象的規律進行探討，使學生養成邏輯思維、形象思維等理性思維能力。由于對照和對比實驗是眾多實驗題目中常見的一種，由上面的分析可知要使學生準確掌握有關對照實驗和對比實驗設計的基本技巧和解題方法，理清對照實驗和對比實驗的關系并準確區分、應用，教師需自身掌握基本理論，還需構建和諧高效課堂，并有效地貫徹到教學實踐中。通過對照實驗和對比實驗的分析，教師比較容易幫助學生養成理性的思維，我們還要鼓勵學生在實驗中大膽發現，對事物的內涵、外延進行推理與判斷，培養出更加具有理性思維與創新能力的優秀學生。語言與思維有著密切的關系，在對比和對照實驗設計中可以要求學生具體地描述出實驗現象的變化過程和實驗中產生不同實驗現象的差異，指導學生具體敘述出產生實驗現象差異的原因和歸納經過思維所形成的結論，激發學生的探究性思維，在對比和對照實驗中對學生語言表達能力的培養，也有利于發展學生的邏輯思維。為落實黨的十八大、十九大關于立德樹人要求，貫徹新課改“以人為本，促進學生全面而有個性的發展”的理念，堅持讓學生成為學習的真正主體，課堂的主人，充分發揮學生學習的積極性、主動性，引導學生提出問題、分析問題、通過各種途徑尋求答案，在解決問題的思路和科學方法上加強點撥和引導，讓學生學會主動地去思考探索，順著科學的思路和方法去感知、去思索，從中領悟和形成運用實驗解題的能力，從而有效地培養學生的創新精神和實踐能力，在不知不覺中領略科學知識的真諦。我們高中生物教師只能將生物學核心素養融入高中生物教學之中，幫助學生牢牢掌握生物學的生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任，促使學生的生物學科核心素養得到全面提高。

[1]汪古遜.實驗基本理論[J].中學生物教學，1999（5）：1－3.

[2]汪瑞林.核心素養、素質教育再出發的起點[J].中國教育報,2015（5）：69-70.

[3]張羽,田秋華.論核心素養養成與素質教育發展[J].課程教學研究,2016(12):9-13.