论实验设计中对照实验的设置

论实验设计中对照实验的设置

湖南省邵阳县石齐学校唐晓冰刘改娥（422100）

实验设计是指在正式进行科学实验之前，实验者根据一定的目的和要求，运用有关的科学知识原理，制定实验过程中的材料、仪器、方法、步骤等全部方案。中学生物学中的实验设计，是为研究一个课题（或一个问题）提供一个简易的可行性方案，并通过这个方案的实施探究或验证一个生物学结论（事实）或者对某一生物学现象做出科学合理的解释。

实验设计是实验考查的最高层次，理科综合能力测试也特别突出对生物实验设计的考查。实验设计题已成为理科综合卷中的热点题、压轴题。如：2000年全国理科综合卷中设计实验“验证Ca2+在血液凝固中的作用”；2001年全国理科综合卷中设计实验“证明生长素在植物体内的运输只能从形态学上端运输到形态学下端”；2002年全国理科综合卷中“验证镁是植物生活的必需元素”的错误实验分析及正确的实验设计思路；2003年全国理科综合卷中“验证脊髓背根具有传入功能，腹根具有传出功能”的实验设计；2004年全国理科综合卷中以小白鼠为实验对象，设计实验“验证胰高血糖素具有升高血糖的生理作用”；2005年全国理科综合卷中以小鼠活动状况为观察指标，设计实验“验证胰岛素具有降低血糖作用”。通过前面例举的生物实验题可以看出，每个题目的实验设计都需要设置对照实验。

对照是生物实验设计的基本思想。设置对照实验的目的在于排除无关变量对实验结果的影响，使实验结果的可信度更高，说服力更强。

1、哪些实验设计需要设置对照实验

中学生物实验可以分为5类：1）细胞结构观察类实验，如观察植物细胞有丝分裂，用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动；2）生理现象观察类实验，如观察植物细胞的质壁分离与复原实验，植物向性运动的实验设计和观察；3）物质成分鉴定类实验，如DNA的提取与鉴定，生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定；4）物质性质探索类实验，如比较过氧化氢酶和Fe3+的催化效率，探索影响淀粉酶活性的条件；5）生物实习和研究性学习类实验，如种群密度的取样调查，调查环境污染对生物的影响。从前面的分类和示例来看，生理现象观察、物质成分鉴定、物质性质探索、生物实习和研究性学习的实验，一般需要设置对照实验，可以这样说，只要研究未知因素对实验过程和实验结果是否有影响作用的实验设计，都需要设置对照实验。

2、如何区分对照组和实验组

对照实验分为对照组和实验组。对照组是指实验在正常条件下进行，不接受实验变量处理的对象组；实验组是指实验含有未知的、需要探究的因素，接受实验变量处理的对象组。

例1、大麦种子结构如图a，发芽时，胚产生赤霉素，有人推测赤霉素扩散到糊粉层，诱导合成淀粉酶，淀粉酶再分泌到胚乳中，使储藏的淀粉分解，为胚生长发育提供物质和能量。有同学对此开展课题研究，假设你是其中一员，请根据课题研究要求，回答有关问题。

课题：赤霉素能否诱导淀粉酶合成。

假设：赤霉素能诱导淀粉酶合成。

实验：供选材料——表面消毒的干燥大麦种子若干粒，将种子横切成两部分（X部分无胚，Y部分有胚），如图b所示。

供选试剂——①蒸馏水，②适当浓度的赤霉素溶液。

方法：请在下表空格内填入适当的材料、试剂和用于定量测定的物质名称。

结果：若假设成立，实验组和对照组的结果将如下图中的和。

定定定

分析：该研究课题的目的是探究赤霉素能否诱导合成淀粉酶，实验变量为赤霉素，测定物质（观察指标）是淀粉酶的生成量，或者淀粉的减少量。含有实验变量赤霉素为实验组，不含实验变量赤霉素为对照组。赤霉素的来原有两个：直接加入和胚产生。

1)直接加入赤霉素，则材料选用都是X部分，其中加入蒸馏水的对象组为对照组，加入等量的一定浓度的赤霉素溶液的对象组为实验组。

2)胚产生赤霉素，则材料选用分别为X部分和Y 部分，选择试剂都是蒸馏水，其中选用X部分的对象组为对照组，选用Y部分的对象组为实验组。

3、实验设计中对照组的设置

生物实验设计的一般步骤为：

明确实验目的实验要求验证或探究的问题是什么

实验进行的理论依据

分析实验原理观察指标

影响实验的因素，找出实验变量

设计实验思路实验设计的基本框架

选择实验器材实验材料、仪器和药品等

加工、处理材料，实验分组、编号

设计实验步骤设置对照（对不同组进行实验变量处理）

观察并记录实验结果

预期结果和分析对实验结果进行预测、表达和处理

根据实验要求，先寻找到实验进行的科学原理，明确实验进行或完成与否的观察指标是什么？如颜色变化，长度和体积变化，溶液浑浊度、沉淀和气泡现象。然后分析影响实验进行的外界因素，如光照、重力、温度、PH值、溶液浓度、物质含量等，通过分析、综合，确定实验变量。一般来说，实验要求探究的因素就是实验变量。最后根据实验变量设置对照实验，其中不接受实验变量处理的对象组为对照组，接受实验变量处理的对象组为实验组。

例2：已知胃液中含有蛋白酶，胃蛋白酶可以崔化蛋白质水解，又知道高温会破坏酶的活性，但不知道胃蛋白酶加热到65℃的高温后是否会影响其生物活性。为探究此课题，请你依据所给材料和用具设计一个实验方案。

材料、用具：经过稀释的胃液、鸡蛋、酒精灯、试管、玻璃细管，大烧杯、温度剂等。

实验步骤：

预测结果：

分析：该实验目的是探究胃蛋白酶经65℃处理后是否具有催化作用，而不是胃蛋白酶在65℃条件下是否具有催化作用。胃蛋白酶在适宜条件下，能将蛋白质水解成多肽或氨基酸。因此，根据实验目的和原理设计实验步骤时，应该先弄清三个问题。

1）实验变量是胃蛋白酶是否经过65℃处理，反应变量是催化作用的变化，催化作用可能没有改变，可能改变（变小或丧失）。如果催化作用没有改变和变小，应该与没有经过65℃处理的酶对照比较，如果催化作用丧失，可与没有酶(蒸馏水)对照比较。

含有胃蛋白酶经过65℃处理…………………实验组

不经过65℃处理………………对照组

不含胃蛋白酶：蒸馏水…………………………对照组

2）实验通过什么现象（观察指标）探究处理过的酶是否具有催化作用？先要处理实验材料，将蛋白清煮沸使之凝固，然后通过固体形状（大小、长短等）变化来观察实验现象。

最后，设计实验步骤。

练习1：试设计一个实验验证“黄瓜子房发育成果实需要种子提供生长素”。

提示：①黄瓜是雌雄同株单性花。

②生长素是实验变量，生长素来源有二个：直接涂上和种子产生。