例谈高中生物教材对照实验的设置

在实验设计过程中，必需遵循的基本原则是“对照性原则”。一个实验往往分实验组和对照组。实验组是接受自变量处理的实验对象组，处理的自变量是研究的对象。对照组是不接受自变量处理的实验对象组。实验中有三种重要的变量： 自变量，因变量，无关变量。通过设置适当的对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。为便于科学设计实验“验证生物学事实和探究生物学问题”，笔者就现行高中《生物》教材（新课标人教版）中涉及的自身对照、空白对照、相互对照和条件对照等不同对照类型，结合全国高考理综卷有关生物试题作些分析。

一、自身对照

【案例】“植物细胞的吸水和失水”的探究实验：①制作洋葱鳞片叶外表皮的临时装片，以供实验观察；②用低倍显微镜观察洋葱鳞片叶外表皮细胞中紫色的中央液泡的大小，以及原生质层的位置；③从盖玻片的一侧滴入蔗糖溶液，在盖玻片的另一侧用吸水纸吸引，这样重复几次，盖玻片下面的洋葱鳞片叶外表皮就浸润在蔗糖溶液中；④用低倍显微镜观察，看细胞中央液泡大小的变化，以及原生质层在什么位置，细胞大小是否变化；⑤在盖玻片的一侧滴入清水，在盖玻片的一侧用吸水纸吸引，这样重复几次，洋葱鳞片叶外表皮又浸润在清水中；⑥用低倍显微镜观察，看中央液泡是否逐渐变大，原生质层的位置有没有变化，细胞大小有没有变化。

【分析】有两次对照：第一次是第②步在滴入蔗糖溶液（实验）之前的质壁的情况（对照组）与第④步在滴入蔗糖溶液（实验）之后的质壁的情况（实验组）进行对照观察，说明质壁的分离；第二次是第④步在滴入清水（实验）之后的质壁的情况（对照组）与第⑥步在滴入清水（实验）之后的质壁的情况（实验组）进行对照观察，说明质壁的复原。实验前后的变化足以说明质壁分离和复原，因此不必要不另设对照组。

【结论】像这样，不另设对照组，对照组和实验组都在同一研究对象上进行，通过实验前后的对比分析得出结论，这样的对照实验就是自身对照。

【应用】例1 将人的红细胞放入4 ℃蒸馏水中，一段时间后红细胞破裂，主要原因是（ ）

A.红细胞膜具有水溶性

B.红细胞的液泡体积增大

C.蒸馏水大量进入红细胞

D.低温时红细胞膜流动性增大

解析 本题主要考查自身对照的运用。通过比较“将人的红细胞放入4 ℃蒸馏水中”前和后的不同结果，可得出“红细胞破裂”是由于蒸馏水大量进入红细胞所致。

答案 C。

二、空白对照

【案例】德国植物学家萨克斯的实验：他把绿叶先在暗处放置几小时，目的是消耗叶片中的营养物质，然后，他让叶片一半曝光，另一半遮光，过一段时间后，他用碘蒸气处理这叶片，发现曝光的一半呈深蓝色，遮光的一半则没有颜色变化。这一实验成功地证明了光合作用的产物除氧气以外还有淀粉。

【分析】萨克斯的实验巧妙之处在于让同一叶片一半曝光，另一半遮光，曝光一半是实验组，遮光一半是对照组，实验的自变量是光照。实验组有光照，对照组无光照。用同一叶片的好处是能更好地排除叶片本身（无关变量）对实验结果的影响。

【结论】像这样，实验组施以某个因素进行处理，而对照组则不施以这个因素，在这之外不进行相同处理的对照实验，叫做空白对照。

【应用】例2 番茄幼苗在缺镁培养液中培养一段时间后，与对照组相比，其叶片光合作用强度下降的原因是（ ）

A.光反应强度升高，暗反应强度降低

B.光反应强度降低，暗反应强度降低

C.光反应强度不变，暗反应强度降低

D.光反应强度降低，暗反应强度不变

解析 本题主要考查空白对照的运用。实验组是缺镁培养液组，对照组是完全培养液组。自变量是镁，镁是合成叶绿素必需的矿质元素，在缺镁培养液中培养一段时间后的番茄幼苗，叶绿素含量比对照组的少，光反应强度降低。如此， ATP和「H」的生成量减少，进而导致暗反应强度降低。

答案 B。

三、相互对照

【案例】“探究光照强弱对光合作用强度的影响”的实验：……③将内部气体逸出的小圆形叶片，放入黑暗处盛有清水的烧杯中待用。这样的叶片因为细胞间隙充满了水，所以全部沉到水底。④取3只小烧杯，分别倒人20 mL富有二氧化碳的清水。⑤分别向3只小烧杯中各放入10片小圆形叶片，然后分别对这三个实验装置进行强、中、弱三种光照。⑥观察并记录同一时间段内各实验装置中小圆形叶片浮起的数量。

【分析】3只小烧杯（三组实验）中除光照强度不同以外，其他条件都相同，光照强度即为自变量。由于自变量光照强度不同，三个实验的因变量小圆形叶片浮起的数量（光合作用产生的氧气）不同，那么就找到了自变量和因变量的因果关系。三组实验可以两两进行对照。

【结论】像这样，不另设对照组，对几个实验组分别施以不等量的某因素进行处理，通过这几个实验的相互对比分析该因素在实验中的作用。这样的对照实验就是相互对照。

【应用】（略）

责任编辑：周瑜芽