逻辑学原理在生物学实验组,对照组设定中的应用

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逻辑学原理
在生物学实验组、对照组设定中的应用----此文发表于全国教育类核心期刊《生物学教学》2005.10
曾吉
生物学是以实验为基础的一门科学，各项生物学原理及规律都是通过实验探究验证得出的。

因此，实验在生物教学中也占有举足轻重的地位。

实验不仅可以帮组学生了解事实、概念、原理，掌握生物学实验技能和学习科学方法，更是培养学生思维能力、创新能力等的重要载体。

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年《生物科考试说明》中规定的能力要求就指出要“理解所学实验的实验内容，包括实验原理、方法和操作步骤，掌握相关的操作技能；具备验证简单生物学事实的能力，并能对实验现象和结果进行解释和分析；掌握探索性实验的一般方法，能够制定课题研究的初步计划，并能按计划完成课题研究任务。

”但在实际教学中，多数教师往往只注重于对学生进行实验程序（目的—原理—假设—步骤—器材原料—预期—观察—分析—结论）的训练，及学生对于实验原则（控制性原则、对照原则等）的掌握，而忽视了培养学生的逻辑思维能力。

所以往往造成学生对实验程序和原则的生搬硬套，困惑连连。

比如生物实验中关于实验组和对照组的设定，就令广大师生深感头痛。

1 萨克斯实验引发的争论
先来看个例子，光合作用发现过程中的萨克斯实验大家都非常清楚：把经暗处理的叶片一半遮光，另一半曝光，过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光部分没有发生颜色变化，曝光的那一部分叶片则呈现深蓝色。

关于该实验，就有很多争论，主要集中在两点：一是关于该实验的目的：
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其中犹以第二个问题最为难辩，因为各自的理由都显得不那么充分。

比如说空白对照是指给对照组施以没有任何影响的处理因素（参照《新版生物学实验论》P33页）。

那到底是遮光没有影响呢，还是曝光没有影响呢？这就要看是参照暗处理的叶片还是参照正常情况下的叶片了。

而以对照组的结果是已知的来判别的话，则两种处理的结果似乎都是已知的。

2 实验组、对照组的设定与实验目的的关系
之所以出现这样的难题，就在于机械地套用概念与原则：只知道要对照，却不知为什么要对照及如何对照。

也就是没有明确实验目的与实验组对照组的关系。

生物学实验是有一定研究对象，并根据研究目的，运用一定手段主动控制、干预研究对象，或控制环境、条件，即创造一种典型环境或特殊条件，并在其中进行的探索生命现象及其运动规律的实践活动（参照《新版生物学实验论》P23页）。

所以实验组是针对实验目的来控制、干预研究对象而进行的实验操作，是用来证明实验假设的。

对照组则是为了排除其它无关因素或非研究因素的干扰而进行的操作。

因此，在萨克斯实验中引起争论的两个问题，应该联系起来思考：要确定哪一组是对照组首先得确定该实验的目的。

那么萨克斯实验的目的到底是什么呢？初看好象确实是为了“证明光合作用需要光照”。

但任何科学探究是与当时的知识背景分不开的，当时光合作用的过程还不清楚，植物能否产生淀粉并不完全确定，更加谈不上以淀粉作为检测光合作用的标准了。

由此我们可以确定萨克斯做该实验的目的是为了证明植物在光下能产生淀粉，而为了证明这一点只需直接证明即可，也就是直接把叶片(无淀粉的)置于光下，观察有无淀粉产生即可证明。

遮光组作为对照组，用以确定淀粉不是来自于其它来源。

当然如果以现在的知识背景来看，我们已经确知光合作用的过程条件产物等，所以该实验目的变成了证“明植物光合作用需要光照条件”，淀粉的有无就是检测标准了。

此时我认为遮光处理是实验组，因为这样可以证明无光不可以进行光合作用，而对照组只是为确定其它因素对此结果无影响(比如材料,空气等的影响)。

从逻辑学原理来看，前者是直接证明，因为这是要证明“A是B的充分条件”，即植物在光下是产生淀粉的充分条件，所以只要直接证明“由A得B”即可。

而后者（“证明光合作用需要光”）是反证法，因为这是要证明“A是B的必要条件”，即光照是光合作用的必要条件，直接证明显然证明不了，所以反过来证明没有光就不能进行光合作用，相当于说“非A则非B”推出“A是B的必要条件”。

3 逻辑思维方法的应用
从上面的论述中我们不难提炼出这样的逻辑思维方法：做实验时，我们首先要确定其实验目的，针对实验目的我们可以是直接证明，也可以用反证法。

直接证明时以给予实验因子作为实验组。

用反证法时以去除该实验因子作为实验组。

并且通常情况下在证明“A是B的充分条件”时就用直接证明，而在证明“A是B的必要条件”时用反证法。

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我们以实例来检验一下这个方法。

如在“植物的矿质代谢”中，我们要验证“某种矿质元素是否是植物的必需矿质元素”，所用的就是反证法，因为这是要证明某种矿质元素是否是植物正常生长的必要条件。

因此实验中以去除该元素的完全营养液一组做为实验组，而以完全营养液一
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组作为对照组。

再比如在“温特实验”中，我们是要证明“胚芽鞘尖端可以产生某种物质促进生长”（胚芽鞘尖端是产生生长素的充分条件），所以是直接证明，接触胚芽鞘尖端的琼脂块一组就是实验组，没有接触胚芽鞘尖端的琼脂块一组是对照组。

在解题时应用这个方法也是简单有效的，如下题（05年北京春季高考第5题）：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。

下面是关于实验组或对照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生长育好 ⑥生长不良
A ．②③⑤
B ．①③⑥
C ．①④⑤
D ．②④⑥
该题的争议也是很大，答案选B 还是选C 众说纷纭，无法定论。

但以逻辑思维方法做指导，该实验应该是用反证法，很容易就得出答案是B 。

当然，生物学实验中也可能会出现“A 既是B 的充分条件也是B 的必要条件”的情况。

比如在“艾弗里证明DNA 是遗传物质”的实验中，既直接证明了“DNA 是细菌转化的充分条件”，也反过来证明了“DNA 是细菌转化的必要条件”（没有DNA 不能发生转化）。

此时，两组实验应该是相互对照。

同理，在未知“A 是B 的充分条件还是必要条件”的情况下，也是相互对照。

如03春季高考题：现有一种植物的种子，已经知道它的萌发受水分、温度和氧气的影响，但不了解其萌发与光是否有关，探究光的有无对该种子萌发的影响，请你依据所给材料和用品设计出实验的方法步骤，预测可能的实验结果，并分别得出相应的结论。

该题中遮光组与曝光组就是相互对照。

总之，科学实验应该是非常注重严密性的，每一个结论的得出都应该是经过严密的逻辑推理的。

因此，我们在设定实验组与对照组时，就应
该依据逻辑学方面的原理，针对实验目的来确
定。

而不能盲从于某种原则或方法，因为每一种
原则或方法都会有其局限性。

必要时我们应该从
多角度去思考，以利于互相印证。

本文的目的不
仅在于提供了一种思考的方法或者说角度，更在
于提醒广大同行
要注重培养学生
的内在的思维能
力，让他们自己去发现方法，寻
找规律，不要为
了解题而一味地机械模仿。

营销部新员工实习报告
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