例析实验中的“对照组”

陕西 蒋立锋 江苏 陆晓梅

(作者单位：陕西省柞水中学；江苏省靖江市第一高级中学)

实验分组与设计是高考中常见的一类试题，具有鲜明的生物学学科特点，很好地考查了学生的必备知识和学科核心素养。笔者节选部分高考试题，分析并总结实验分组与设计在高考试题中的考查方式。

1.原题再现

【例1】(2019年，全国卷Ⅰ，第29题节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干早处理，该植物根细胞中溶质浓度增大,叶片中的脱落酸(ABA)含量增高,叶片气孔开度减小。回答下列问题。

(3)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由ABA引起的。请以该种植物的ABA缺失突变体(不能合成ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。要求简要写出实验思路和预期结果。

【答案】(3)取ABA缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变；将上述干旱处理的ABA缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行ABA处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是ABA处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。

【实验分析】本实验要验证的结论实际上为两个:一是“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的”;二是“干旱条件下气孔开度减小是由ABA引起的”。

【答案分析】官方所给的参考答案中,对第一个结论的验证选择了同一组ABA缺失突变体植株在干旱处理前后进行自身对照。对第二个结论则选择了两组ABA缺失突变体植株设置干旱与否的对照实验予以验证。除此之外，还可以设计以下两种方案。

【方案1】设计3组实验形成相互对照进行验证。先测定ABA缺失突变体植株的气孔开度,取气孔开度相同的ABA缺失突变体植株均等分为A、B、C三组,A组在正常水分条件下培养,B、C两组在干旱条件下培养,其中B组进行ABA处理,C组不做处理。一段时间后，分别测定3组植株的气孔开度。预期结果是B组植株气孔开度小于A组和C组且A、C两组植株的气孔开度相同。

【方案2】设计一组实验形成自身前后对照进行验证。取ABA突变体植株先在正常水分条件下培养，测定气孔开度，经干旱处理后再测定气孔开度,在干旱条件下进行ABA处理，一段时间后测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变，干旱条件下ABA处理后气孔开度减小。

以上三种实验方案均能实现题目要求，其本质区别在于对照组的设置方式是采取空间上分开还是时间上分开，而清晰合理的分析思路离不开对照实验的基本设置方法。相信从教多年的教师会有这样的体会,“相差多年的高考题中经常会出现神似题型”，这是模型考查的常见现象,如2013年大纲卷第32题的实验考查思路和方式与2019年全国卷Ⅰ如出一辙。

2.对照实验

对照是实验必不可少的内容，是为了阐明某个因素对某个特定对象的影响的必需环节。通常一个实验可分为实验组和对照组。实验组是接受实验变量处理的对象组；对照组也称控制组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组。从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量影响是相等的、平衡的，故实验组与对照组两者的差异可认定为是来自实验变量的效果，这样实验结果是可信的。

3.对照方式

3.1空白对照

空白对照指不做任何实验处理的组别，如还原糖鉴定时，不加斐林试剂的一组；验证X对某植物的呼吸速率的影响实验中，不用X处理的一组等。空白对照组看似毫无意义，但能明确地对比和衬托出实验的变化与实验的结果，增强了实验的说服力。

3.2自身对照

自身对照指实验与对照在同一对象上进行，即不另设对照组。单组法和轮组法一般都包含自身对照，如“植物细胞质壁分离和复原”实验，就是典型的自身对照实验。自身对照方法简便，其关键是要看清楚实验处理前后的实验现象的变化差异，实验处理前的对象变化为对照组，实验处理后的对象变化则为实验组。

3.3条件对照

条件对照指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是具有对照意义的，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。如“艾弗里肺炎双球菌转化实验”中，用“S型细菌DNA+DNA酶”完成转化实验的这一组就属于条件对照，通过比较、对照，更能充分说明“转化因子”就是DNA。

3.4相互对照

这类实验也叫对比实验，实验当中不另设对照组，结论全部由几个事先未知的实验组相互对比得出。如“探究氧气条件对细胞呼吸的影响”实验中，需要设置有氧和无氧两种条件，通过对比两组实验结果，可以看出“氧气条件”对细胞呼吸的影响。此外，教材中“胚芽鞘向光性”实验中，达尔文的实验、拜尔的实验所采用的都是相互对照，较好地平衡和抵消了无关变量的影响，通过相互对照，使实验结果更具有说服力。

在生物学、医学、农学、心理学和教育学等各个领域中，由于实验对象的特殊性，没有对照就没有实验。因此，是否有适当的对照实验，在许多情况下会影响研究的成败，甚至有时对照实验的技术条件比主实验还艰难。在物理或化学的领域里，由于研究对象的构成较为单纯，在多数情况下没有必要进行特殊的对照实验。

在生物学实验中，有时候很难区分哪一组是对照组，哪一组是实验组，经笔者总结，可根据以下几点做出较为准确的判断。

4.对照组

4.1区分对比实验和对照实验

对比实验和对照实验都需要对照，前者没有固定的对照组，即相互对照，后者有相对固定的对照组。如何区分对比实验和对照实验呢？可通过实验结果进行辨别。若实验中有某一组实验结果是事先已知的，那该实验为对照实验，若实验中各组实验结果都是未知的，则为对比实验。

4.2对照组常见设置方式

对比实验的对照组往往是相对的，笔者主要论述比较明显且相对固定的对照实验中的对照组设置方式。

4.2.1常态对照

这里所谓的“常态”就是指接近现实生活的正常状态或自然状态。自然状态下，植物正常生长时需要适宜的光照、水分、矿物质营养等；小动物正常生长需要氧气、营养物质等。需要注意的是，由于自然选择的作用，某种状态对一些生物来说是正常状态，而对其他生物来说可能为异常状态，如干旱、缺氧、血红蛋白含量高等。因此，不可以认为某种状态的处理一定就是对照组，还需要根据生物自身特性而定。选取教材中部分实验分析如表1所示。

表1

【例2】为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验，选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是

( )

①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养

⑤生长良好 ⑥生长不良

A.②③⑤ B.①③⑥

C.①④⑤ D.②④⑥

【答案】B

4.2.2加减对照

探究两种物质对某种生命活动的影响之间的相关性，既需要对不同物质进行单独处理的实验，也需要将两者进行共同处理的实验，这类实验的三组实验中，单独进行处理的实验作为对照组，如探究生长素和赤霉素对促进胚芽鞘生长是否具有协同效应的实验，用生长素或赤霉素单独处理的实验就是对照组，两种激素同时处理的实验为实验组，这样的处理方式就是“加法对照”；又如，某种降糖药物含有两种成分A和B，为探究哪种成分在降低血糖中起主导作用，可以选择去除成分A或成分B后单独给药，检测实验动物的血糖水平，然后将这两组结果分别与原药处理对比即可得出相应的结论，该实验原药处理的实验为对照组，这样的处理方式就是“减法对照”。这类实验题在高考试题中较为常见，教师在教学时需要注重每组实验处理的目的和原因。人教版教材中提及的斯他林和贝利斯发现促胰液素的实验就是这类实验的原型之一，实验中给狗的小肠肠腔注射稀盐酸就是对照组，注射稀盐酸和小肠黏膜研磨后的提取液就是实验组，该对照方式属于“加法对照”。

【例3】为研究甲状腺激素对蝌蚪生长和发育的作用，设计了如下实验。

将15只蝌蚪均分成三组，分别放在有新鲜水草的普通河水、含有一定浓度的甲状腺激素的河水、含有一定浓度的甲状腺抑制剂的河水，三种条件下的3个培养缸中进行饲养。本实验对照组与实验组如何确定？

上述三组实验中，含有甲状腺激素和甲状腺抑制剂的河水相对于普通河水来说，前者是增加了某种因素，是利用的“加法原理”；后者从表面看是增加了某种因素，实际上是抑制了蝌蚪产生甲状腺激素，即减去了甲状腺激素对蝌蚪的影响，因此利用的是“减法原理”；这两组是实验组，含有新鲜水草的普通河水的一组是对照组。

4.2.3标准对照

部分实验结果会因为试剂用量、加入顺序、操作习惯等人为因素导致有所偏差，这时就需要设置“标准对照”。如验证酶A是否为蛋白质，对照组不加酶A，其余相同等。一般来说，显色类实验都应如此设置对照组，如还原糖、蛋白质、DNA、淀粉等物质的定性检验。一些定量实验也需要设置对照组，如测定叶绿体色素的吸收光谱实验，溶解色素的溶剂本身对不同波长的吸收率也要一并测出。

【例4】过氧化物酶能分解H2O2，氧化焦性没食子酸呈橙红色。为探究白菜梗中是否存在过氧化物酶，设计实验如表2。下列相关叙述正确的是

( )

表2

A.1号管为对照组，其余不都是实验组

B.2号管为对照组，其余都为实验组

C.若3号管显橙红色，无需对照就能证明白菜梗中存在过氧化物酶

D.若4号管不显橙红色，可证明白菜梗中无过氧化物酶

【答案】A

【解析】从表中信息可知，管1为空白对照组，管2为阳性(标准)对照组，管4为条件对照组(相对于管3)。

4.2.4隐藏对照

有些实验的结论已经多方证实，被称为“学科常识”，在进行这类实验设计时，就可以免去设计对照组，如普利斯特利的小鼠实验及蜡烛实验。还有些实验，实验过程中可作为对照的资源很丰富，也无需单设对照组，如验证转基因棉花的抗虫、抗病特性，选择普通大田棉花的病虫害发生情况作为对照组即可。

综上，凡是实验必有对照，至于对照组如何设置，方式灵活多样，有些实验的对照组很明确；有些实验可以相互对照，故没有明确的对照组；还有的实验需要多层次设置对照组，进行逐一对比后，方能得出科学合理的结论。总之，对照组的存在是为了满足实验的要求，使实验具有严密的逻辑性和说服力。对于不同的实验设计，在掌握方法的同时，还需要教师们认真分析，区别对待。

设置实验对照的问题本质上是自变量的设置方式与分组，高考复习中，如何做好实验分组方面的复习呢？笔者认为可以从以下两个方面着手：①科学合理地分组，主要是依据实验原理和目的来确定需要设置几组实验组；②每组实验的设计方案，这也是高考中最为常见的实验考查方式，该类型问题的解答需要充分理解实验目的、明确实验的三个变量(尤其是自变量)以及各种变量间的逻辑关系等。只有明确上述两点才能有的放矢地、科学而准确地解答。

新课改实施以来，实验教学与考查仍然以书面形式为主，这与新课标提出的科学思维和科学探究等学科核心素养相差甚远,不排除客观上的学校实验教学资源不足的原因，也可能有主观上的“应试教育为主”的原因，教学与考试中也只能通过设置探究性、情境化的实验试题来促成学科核心素养的达成。教师应转变教学理念，在教学中创造真实条件或虚拟条件组织学生开展探究性学习，提高学生的实验设计与探究能力，培养学生将知识用于解决生活实际问题的能力，实现生物学学科核心素养培养和课堂教学质量提升的双赢局面，为学生的人生发展奠定一定的实践能力基础，同时为国家输送更多具有实践创新潜力的高素养人才。