如何区分对照实验和对比实验

  《现代汉语词典》第5版中表明,对照:相互对比参照;对比:(两种事物)相对比较。从字面意思上理解,对照实验与对比实验其实没有本质的区别,都是为了研究自变量对实验结果所造成的影响而设计的实验,但在中学实验教学中,它们还是有一些区别的。

  科学实验中,经常需要通过严格控制无关变量,观察自变量(施加某种因素)对实验结果造成的影响。大多数情况下,如果只有一组实验,不足以说明该变量是影响实验结果的唯一因素,这时,需要设置一个未施加这种因素(自变量)而已知的实验结果作为对照,以明确这种因素所起的作用。因此,通常把经过控制处理的一组(或者未知实验结果的一组)称为实验组,而未经过处理的一组(自然状态下或者已知实验结果的一组)称为对照组。

  实验组中的自变量通常可以用加法原理或减法原理进行控制。加法原理或减法原理是指与常态相比较,人为地增加或减少某种影响因素的原理。例如,探究不同酸碱度对唾液淀粉酶的影响的实验中,为控制pH调节酸碱度,人为地加入盐酸或氢氧化钠溶液。加入盐酸或氢氧化钠溶液相对于蒸馏水来说就是加法原理;再如,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,分别放在放有新鲜水草的普通河水,含有一定浓度的甲状腺激素或甲状腺抑制剂的河水的3只培养缸中进行饲养。上述三组实验中,添加了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,后者从表面看是增加了某种因素,实验上是抑制蝌蚪产生甲状腺激素,是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,而用普通河水的一组是对照组。

  在中学教学的层面上,可以将对照实验分为空白对照,如加入等量的清水、蒸馏水或生理盐水;自身对照,如研究动物的内分泌腺时,先摘除内分泌腺体,一段时间后再移入其腺体或补充一定量的相关激素,以观察生物自身实验前与实验后情况的变化;条件对照,如特意控制一定的可以预知结果的自变量因素,使实验结果更加令人信服,上述蝌蚪实验中的第三组就能基本说明问题,等等。

  如果并不知道两组(或多组)实验中的自变量对实验结果所造成的影响,需要通过实验来进行确定,此时就可以称这些实验为对比实验,对比实验也可称为相互对照实验。例如,在美国科学家鲁宾和卡门的有关光合作用的同位素实验中,当时他们并不能确定氧气中的氧元素来自于二氧化碳分子还是水分子中的氧,因此,设计的实验就是分别标记二氧化碳中的氧元素和水中的氧元素,从实验结果中进行判断和确定,此时,就不能简单地分辨谁是实验组,谁是对照组,只能将它们看做是相互对照或者对比实验,因此,在某些实验中对比实验也可以称为判决性实验。再如,1952年,赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料,利用放射性同位素标记技术,证明DNA是遗传物质,蛋白质不是遗传物质。他们用35S和32P分别标记噬菌体的蛋白质外壳和DNA分子,这就是一组对比实验(相互对照),也是一个判决性实验。中学生物学教学中的对比实验有很多。例如,探究某种酶的最适宜温度和pH;质壁分离实验中,探究洋葱磷片叶表皮细胞的细胞液的大致浓度,等等。

  对照实验和对比实验在一定的条件下是可以相互转变的。人类在不同的时期,对事物的认知也在不断发展;不同的人,对事物的认知水平也有差异。例如,如果人们不知温度对某种种子萌发的影响,此时设计一系列的实验条件进行研究,这就是对比实验,从对比实验中可以确定该种子萌发的最适宜温度;如果现在人们已知了上述种子萌发的最适宜温度,还想研究其他温度对该种子萌发的影响,此时设计的实验就是对照实验。同样,对于学生来说,因知识有限,对照实验在一定的条件下也可以认为是对比实验。

  实验教学中,强调的是实验设计的基本原则和对变量的控制等基本要素,而不应花过多的精力分析某个实验是对照实验还是对比实验,讨论这些名称问题并没有太多的实际意义,不会给学生的学习带来切实的帮助。

  此文发表于《中学生物教学》杂志2009年第6期


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