摘 要 大多生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中都需設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計過程中，首先要區(qū)分實(shí)驗(yàn)組和對照組，對照實(shí)驗(yàn)的類型又有很多，因此要根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)。本文以高中生物課本的相關(guān)實(shí)驗(yàn)為例，對對照實(shí)驗(yàn)的類型進(jìn)行逐一分析。
關(guān)鍵詞 生物學(xué)實(shí)驗(yàn) 對照原則
“對照原則”是中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計中最常用的原則，通過設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)，既可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說服力。
一個實(shí)驗(yàn)可包括實(shí)驗(yàn)組和對照組，實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對象組，所處理的變量就是我們要研究的內(nèi)容；對照組，也稱控制組，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對象組。按對照的內(nèi)容和形式上的不同，常用的對照類型有空白對照、自身對照、相互對照、條件對照、配對對照、標(biāo)準(zhǔn)對照、陽性對照、陰性對照、安慰劑對照等9種類型。
1 空白對照
空白對照指不做任何實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組而言的，實(shí)際上對照組還是要做一定的處理，只是不加實(shí)驗(yàn)組的處理因素，或者說相對于實(shí)驗(yàn)組而言，除實(shí)驗(yàn)變量外，別的處理與實(shí)驗(yàn)組完全相同。空白對照能明白地對比和襯托實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果，增加說服力。通常未經(jīng)實(shí)驗(yàn)因素處理的對象組為對照組，經(jīng)實(shí)驗(yàn)因素處理的對象組為實(shí)驗(yàn)組；或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(shí)驗(yàn)組。例如，在“生物組織中可溶性還原糖的鑒定”的實(shí)驗(yàn)中，向甲試管溶液加入試劑，而乙試管溶液不加試劑（零劑量），一起進(jìn)行溫水浴加熱，比較它們的變化。這樣，甲為實(shí)驗(yàn)組，乙為對照組，且乙為典型的空白對照�？瞻讓φ漳苊靼椎貙Ρ群鸵r托出實(shí)驗(yàn)組的變化和結(jié)果，增強(qiáng)了說服力。
例題剖析：有人設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究有機(jī)肥是否能提高土壤肥力并優(yōu)于化肥。實(shí)驗(yàn)分為兩組，一組農(nóng)田施有機(jī)肥，一組農(nóng)田施化肥。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計缺少（ ）
A．施用有機(jī)肥和適量化肥的對照田
B．既不施用有機(jī)肥也不施用化肥的對照田
C．施用大量化肥和少量有機(jī)肥的對照田
D．施用少量化肥和大量有機(jī)肥的對照田
解析：本題考查是否具有對一些生物學(xué)問題進(jìn)行初步探究的能力。本題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠袃蓚�，一是探究有機(jī)肥是否能提高土壤肥力，二是探究有機(jī)肥的肥力是否優(yōu)于化肥。就實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊欢�，施用有機(jī)肥的農(nóng)田只有與既不施用有機(jī)肥也不施用化肥的農(nóng)田作對照，才能說明有機(jī)肥是否能提高土壤肥力。答案：B
2 自身對照
自身對照指對照組和實(shí)驗(yàn)組都在同一研究對象上進(jìn)行，不另設(shè)對照。自身對照方法簡便，關(guān)鍵是看清實(shí)驗(yàn)處理前后現(xiàn)象變化的差異。實(shí)驗(yàn)處理前的對象狀況為對照組，實(shí)驗(yàn)處理后的對象變化則為實(shí)驗(yàn)組。如“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”實(shí)驗(yàn)，就出現(xiàn)了兩次對照，其中第一次對照是在高濃度溶液處理下，質(zhì)壁分離狀態(tài)與自然狀態(tài)形成對照；第二次對照是在低濃度溶液處理下，復(fù)原后狀態(tài)與質(zhì)壁分離狀態(tài)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(yǎng)基上，讓其自然生長，經(jīng)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(shí)驗(yàn)都在同一個體上進(jìn)行，屬于自身對照。
例題剖析：某校生物興趣小組將體重、大小和年齡相同的成年小鼠分成甲、乙、丙三組，分別進(jìn)行如下表所示的兩步連續(xù)實(shí)驗(yàn)，下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的敘述錯誤的是：（ ）
組別
第一步操作
第一步現(xiàn)象
第二步操作
第二步現(xiàn)象
甲組
腹腔注射適量適宜濃度的胰島素溶液
小鼠活動減弱直至昏睡
腹腔注射適量適宜濃度的胰高血糖素溶液
小鼠逐漸蘇醒、活動恢復(fù)正常
乙組
腹腔注射適量適宜濃度的胰高血糖素溶液
檢測小鼠尿糖呈陽性
腹腔注射適量適宜濃度的胰島素溶液
檢測小鼠尿糖逐漸呈陰性
丙組
腹腔注射適量的生理鹽水
小鼠活動正常、尿糖檢測呈陰性
腹腔注射適量的生理鹽水
小鼠活動正常、尿糖檢測呈陰性
A．該實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證胰島素和胰高血糖素的功能以及它們在調(diào)節(jié)血糖過程中的拮抗作用
B．該實(shí)驗(yàn)的對照有同組內(nèi)的自身對照、甲乙間的相互對照，設(shè)計丙組作空白對照無必要
C．該實(shí)驗(yàn)所用的胰島素溶液和胰高血糖素溶液應(yīng)是生理鹽水與相應(yīng)激素配制而成
D．該實(shí)驗(yàn)同一步所用的三種溶液用量必須相等，同一組前后兩步所用溶液用量可以不等
解析：該實(shí)驗(yàn)通過甲組和乙組的自身對照，可驗(yàn)證胰島素和胰高血糖素的功能以及它們在調(diào)節(jié)血糖過程中的拮抗作用。實(shí)驗(yàn)要嚴(yán)格遵循對照原則和單一變量原則，因此該實(shí)驗(yàn)所用的胰島素溶液和胰高血糖素溶液應(yīng)是生理鹽水與相應(yīng)激素配制而成，而且該實(shí)驗(yàn)同一步所用的三種溶液用量必須相等，同一組前后兩步所用溶液用量可以不等。該實(shí)驗(yàn)有組內(nèi)的自身對照（第一步與第二步對照），也有甲乙兩組的相互對照，但是丙組的空白對照也很有必要，因?yàn)橹挥信c空白對照相比較才能夠看出實(shí)驗(yàn)組的情況是否異常。答案：B
3 相互對照
相互對照是指不單獨(dú)設(shè)對照組，而是幾個實(shí)驗(yàn)組相互對比對照，其中每一組既是實(shí)驗(yàn)組也是其他級別的對照組，由此得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。一般是在探究某種實(shí)驗(yàn)因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不明確的情況下使用，通過實(shí)驗(yàn)的相互對比，確立實(shí)驗(yàn)變量和反應(yīng)變量的關(guān)系。在等組實(shí)驗(yàn)法中，若不設(shè)空白對照，則大都是運(yùn)用相互對照。相互對照較好地平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有說服力。例如，“植物的向性運(yùn)動”的等組實(shí)驗(yàn)中，5個實(shí)驗(yàn)組采用的都是相互對照，較好的平衡和抵消了無關(guān)變量的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力。又如“驗(yàn)證植物根對礦質(zhì)離子有選擇吸收的特性”，可把番茄和水稻分別培養(yǎng)在成分相同的培養(yǎng)液中，過一段時間后，測定培養(yǎng)液中各種礦質(zhì)元素離子濃度的變化，就會發(fā)現(xiàn)番茄吸收Ca多，吸收Si少；而水稻吸收Si多，吸收Ca少。以上就是兩個實(shí)驗(yàn)組的相互對照。再如，在“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”的實(shí)驗(yàn)中，需要設(shè)置有氧和無氧兩個條件，探究酵母菌在不同氧氣條件下細(xì)胞呼吸的方式，這兩個實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果都是事先未知的，通過對比可以看出氧氣條件對細(xì)胞呼吸的影響。
典型分析：
溫度對唾液淀粉酶活性的影響實(shí)驗(yàn)：
（1）實(shí)驗(yàn)對象：加了相同淀粉糊的四支試管。
（2）對照處理：不另設(shè)對照組，而是將四支試管分別放在溫度為80℃、60℃、37℃、0℃的不同環(huán)境中，并同時逐個加入相同的唾液。
（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：對相同時間內(nèi)四組溶液中淀粉糊消化程度進(jìn)行檢測，并記錄檢測值。
（4）對照分析：通過對四組檢測值之間相互對比，得出淀粉糊消化程度最高組的溫度，即為本探究實(shí)驗(yàn)的唾液淀粉酶活性的最適溫度。
例題剖析：請用所給的實(shí)驗(yàn)材料和用具，設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性。要求完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)測試驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論，并回答問題。
實(shí)驗(yàn)材料與用具：適宜濃度的蔗糖酶、唾液淀粉酶、蔗糖、淀粉4種溶液，斐林試劑、37℃恒溫水浴鍋、沸水浴鍋。
（1）若“＋”代表加入適量的溶液，“―”代表不加溶液，甲、乙等代表試管標(biāo)號，請用這些符號完成下表實(shí)驗(yàn)設(shè)計（把答案填在答題卡上相應(yīng)的表格中）。
溶液
試管
蔗糖溶液
蔗糖酶溶液
淀粉溶液
淀粉酶溶液
甲
＋
＋
―
―
乙
丙
丁
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
①按照上表中的設(shè)計，取試管、加溶液�！ �
② 。
③ 。
④ 。
（3）結(jié)果預(yù)測： 。
（4）結(jié)論： 。
（5）在上述試驗(yàn)中，如果僅將37℃恒溫水浴鍋的溫度調(diào)到20℃。而在其他條件不變的情況下重做上述實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)磚紅色試管中的顏色會比37℃時的淺，其原因是 。
解析：本題綜合考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基本技能，要驗(yàn)證蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性，因此應(yīng)遵循對照性原則、科學(xué)性原則和單一變量原則。（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性，所以要設(shè)計兩組對照實(shí)驗(yàn)，一組是用蔗糖作為底物，分別在兩支試管中加入等量的蔗糖溶液，并分別向這兩支試管中滴加等量且適量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液；另一組是用淀粉作為底物，分別在兩支試管中加入等量的淀粉溶液，并分別向這兩支試管中滴加等量且適量的蔗糖酶溶液和唾液淀粉酶溶液。（2）承接表中實(shí)驗(yàn)設(shè)計步驟，充分混合后，37℃恒溫水浴一段時間。取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混均并置于50℃～65℃水浴一段時間。（3）實(shí)驗(yàn)的結(jié)果最可能是：含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管（試管甲），以及含有淀粉和淀粉酶溶液的試管（試管乙）中出現(xiàn)磚紅色沉淀；其他試管中不出現(xiàn)磚紅色沉淀。（4）該實(shí)驗(yàn)可以證明酶的催化作用具有專一性。（5）根據(jù)酶的特性，溫度為37℃左右是哺乳動物細(xì)胞中酶活性的最適溫度，20℃低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少，故紅色試管中的顏色較淺。
答案：（1）
溶液
試管
蔗糖溶液
淀粉溶液
蔗糖酶溶液
唾液淀粉酶溶液
甲
乙
―
＋
―
＋
丙
＋
―
―
＋
丁
―
＋
＋
―
（2）②混均，37℃恒溫水浴一段時間
③取出試管，分別加入適量的斐林試劑，混均，50℃～65℃水浴一段時間
（3）含有蔗糖和蔗糖酶溶液的試管（試管甲），以及含有淀粉和淀粉酶溶液的試管（試管乙）中出現(xiàn)磚紅色沉淀；其他試管中不出現(xiàn)磚紅色沉淀
（4）哺乳動物的蔗糖酶和淀粉酶的催化作用具有專一性
（5）紅色試管中的顏色較淺 20℃低于酶的最適溫度，酶活性低，水解產(chǎn)生的還原糖少
4 條件對照
條件對照是指雖給對象施以某種實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中對照組與實(shí)驗(yàn)組相比只是少了實(shí)驗(yàn)變量的影響，或者說這種處理不是實(shí)驗(yàn)假設(shè)所給定的實(shí)驗(yàn)變量意義的。通常施以條件因素的對象組為對照組，施以實(shí)驗(yàn)因素的對象組為實(shí)驗(yàn)組。例如，在艾弗里證明DNA是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組是“R型活細(xì)菌＋S型細(xì)菌的DNA混合培養(yǎng)”，條件對照組是“R型或細(xì)菌＋S型細(xì)菌的DNA和DNA酶混合培養(yǎng)”。再如，“驗(yàn)證甲狀腺激素促進(jìn)幼小動物發(fā)育”的實(shí)驗(yàn)中，采用等組實(shí)驗(yàn)法，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案是：以蝌蚪為實(shí)驗(yàn)材料，甲組（實(shí)驗(yàn)組）飼喂甲狀腺激素；乙組（條件對照組）飼喂甲狀腺抑制劑；丙組（空白對照組）對蝌蚪不做任何處理。通過比較、對照、更能充分說明實(shí)驗(yàn)變量──甲狀腺激素有促進(jìn)動物生長發(fā)育的作用。條件對照的目的是通過對比得出相對立的結(jié)論，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性。
例題剖析：請用DNA酶作試劑，選擇適當(dāng)?shù)牟牧嫌镁�，完成下列的�?shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證促進(jìn)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌的物質(zhì)是DNA，并預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
（1）實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計
第一步： 。
第二步：分組、編號并處理。
組合編號
A
B
C
處理
不加任何提取物
加入提取出的S型細(xì)菌DNA
加入提取的S型細(xì)菌DNA和DNA酶
第三步： 。
第四步：將接種后的培養(yǎng)基放在適宜溫度下培養(yǎng)一段時間，觀察菌落的生長情況。
（2）預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出結(jié)論： 。
（3）通過你設(shè)計的實(shí)驗(yàn)，還能得出的新的結(jié)論是 。
解析：在驗(yàn)證促進(jìn)R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化成S型細(xì)菌的物質(zhì)是DNA的實(shí)驗(yàn)中，只有B組加入了S型細(xì)菌的DNA，其培養(yǎng)基中會產(chǎn)生S型細(xì)菌，而其他培養(yǎng)基中均沒有產(chǎn)生S型細(xì)菌，證明S型細(xì)菌的DNA是遺傳物質(zhì)。
答案：
（1）從S型細(xì)菌中提取DNA，制備符合要求的培養(yǎng)基�！ �
將R型細(xì)菌分別接種到三組培養(yǎng)基上。
（2）A組、C組中未出現(xiàn)S型細(xì)菌，說明DNA分子可以使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌．
（3）DNA的結(jié)構(gòu)要保持完整才能使R型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為S型細(xì)菌。
5 配對對照
配對對照是指嚴(yán)格一致的成對對象分置不同實(shí)驗(yàn)變量的對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果更有說服力。例如薩克斯的實(shí)驗(yàn)，巧妙地設(shè)計了對照實(shí)驗(yàn)，自變量是光照（一半葉片置光下、一半置黑暗），因變量是顏色變化，比較光合作用放氧率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度高。
6 標(biāo)準(zhǔn)對照
生物生理、生化的某些項(xiàng)目也都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，將觀察測定的實(shí)驗(yàn)數(shù)值與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值相比較，以確定其正常與否的對照方法。例如，用一種已確認(rèn)的藥物作標(biāo)準(zhǔn)對照組，比較新藥的藥效。
7 陽性對照
陽性對照是指給對照組施以已經(jīng)被證明是一種有效的處理因素。例如，研究某化合物是否致癌的長期動物實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組為用該化合物處理，陽性對照組用已知的致癌物感染。又如實(shí)驗(yàn)者在研究一種新的抗生素時，可以用已經(jīng)被證明有抗菌作用的青霉素或其他抗生素與有效的青霉素有同樣的作用，則這種抗生素的抗菌作用得到證明，反之，則被否定。用青霉素作對照組稱為陽性對照組。再如“在控制淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用實(shí)驗(yàn)”中，1號試管作為陽性對照注入2mL可溶性淀粉溶液，在唾液淀粉酶的作用下水解成還原糖，且能夠與斐林試劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成磚紅色的氧化亞銅沉淀；而2號試管作為實(shí)驗(yàn)組注入2mL蔗糖溶液，在同樣條件下，卻沒有生成磚紅色的氧化亞銅沉淀，由此可以證明唾液淀粉酶具有專一性，它只能使淀粉水解，卻不能使蔗糖水解。其它實(shí)驗(yàn)如“比較過氧氫酶和Fe3+催化效率”也屬于陽性對照。
8 陰性對照
陰性對照是為排除假陽性而設(shè)的對照。例如，檢驗(yàn)?zāi)侈D(zhuǎn)基因植物是否有殺蟲效果，必須設(shè)置陰性對照（沒有殺蟲效果的植物組），記錄昆蟲自然死亡數(shù)，再作假設(shè)檢驗(yàn)統(tǒng)計推斷。
9 安慰劑對照
安慰劑對照，又稱雙盲試驗(yàn)。為避免和控制人為或自然因素干擾而設(shè)置的對照，試驗(yàn)者和實(shí)驗(yàn)對象不知道何為實(shí)驗(yàn)和對照。例如，例如試驗(yàn)?zāi)承滤�，使用同樣外觀的安慰劑作對照，除科研設(shè)計者外，醫(yī)生和病人都不知誰用新藥誰用安慰劑。
在設(shè)計對照實(shí)驗(yàn)時，一定要使反應(yīng)的條件相同，參與反應(yīng)物質(zhì)的量相等，這是實(shí)驗(yàn)設(shè)計中等量性原則的要求�？梢哉f，等量性原則與對照性實(shí)驗(yàn)是相伴而生的，只要是對照性實(shí)驗(yàn)，就一定要體現(xiàn)等量性原則。否則，會使實(shí)驗(yàn)結(jié)果失去可比性，從而影響對照的價值。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/171914.html
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