一個實驗對照的幾種設計的正誤分析

生物學是一門以實驗為基礎的學科，生物實驗設計要科學、嚴謹，因此，生物實驗設計必須遵循對照原則，單一變量原則等，而這又是實驗設計的難點。下面就是通過一個實驗的幾種對照設計進行分析，談談如何進行對照的設計。

題目：如圖1所示某課外小組為驗證單側光影響生長素分布的實驗設計方案及實驗結果。

實驗目的略。

實驗材料：完整的胚芽鞘若干、云母片(或薄玻璃片)、瓊脂塊等。

實驗步驟：

①將胚芽鞘尖端切下，置于中間插有云母片的瓊脂小塊上(瓊脂分為A、B兩部分)，并給予單側光照射，如圖1a所示。

②一段時間后，取瓊脂塊A、B分別置于另一去掉尖端的胚芽鞘的兩側，觀察胚芽鞘的生長狀況。實驗設計及實驗結果如圖1b所示。

實驗結論：

單側光照引起胚芽鞘尖端以下生長素分布不均勻，向光側分布較少，背光側較多。

教師認為：上述實驗只能說明在此種狀態中胚芽鞘尖端之下的生長素分布狀況，并不能證明這種分布狀況與單側光照有關。若要令人信服地證明生長素的這種分布狀況與單側光照有關，還應設計補充實驗。

(1)補充的實驗設計：________。

(2)補充實驗出現何種結果，則可以證明實驗結論是正確的?_______。

錯誤答案一：

(1)補充的實驗設計：

①將另一胚芽鞘尖端按圖2a處理，但置于黑暗中。

②同等時間后，按圖2b處理。

(2)補充的實驗結果如圖2所示。

分析：實驗組和對照組的設計要遵循單一變量的原則，所謂“單一變量”，它有兩層含意，一是確保“單一變量”的實驗觀測，即不論一個實驗有幾個實驗變量，都應做到一個實驗變量對應觀測一個反應變量；二是確保“單一變量”的操作規范，即實驗中要盡可能地避免無關變量的干擾。本實驗的目的是驗證單側光影響生長素分布，也就是說，在保證有光的前提下，是單側光——而不是任何光照都能影響生長素的不均勻分布。因此，光作為一個影響因素，在實驗組和對照組都應該存在，即實驗組和對照組不應以有沒有光作為實驗應加以控制的單一變量，也就是說，實驗組和對照組都應有光的存在，只不過在實驗組是單側光，而在對照組不是單側光。本對照的設計看似只有一個變量——單側光的有無，但它實際上包含了兩個變量——有沒有光照，是不是單側光。這種設計的錯誤在于對“單一變量”的理解存在不足，以致在實際應用中出現錯誤。

錯誤答案二：

(1)補充的實驗設計：

①將另一胚芽鞘尖端按圖3a處理。

②同等時間后。按圖3b處理。

(2)補充的實驗結果如圖3所示。

分析：該實驗設計的理論基礎是相互對照。相互對照是指不單獨設立對照組，而是幾個實驗相互對照，如驗證溫度對唾液淀粉酶活性影響的實驗中，60℃、0℃、37℃之間的對照等，它可以較好地平衡和抵消無關變量的影響，使實驗結果更具有說服力。但需要注意的是，在相互對照的不同實驗組中，它們的變量也應該是不同的，如上述實驗的單一變量“溫度”，不同的實驗組溫度是不一樣的。而在該對照的設計中，看似和題干上的實

驗組變量不一樣——個是右側光照，一個是左側光照，也產生了不一樣的結果——一個是向右彎曲，一個是向左彎曲。但在本質上，無論是變量還是結果都是相同的，變量無論是右側光還是左側光，都是單側光，結果無論是向右彎曲還是向左彎曲，都是向生長素含量少的一側彎曲。因此它們本質上是同一個實驗，起不到相互對照的作用。本設計的錯誤在于對相互對照的理解不透徹。

正確答案：

(1)補充的實驗設計：

①將另一胚芽鞘尖端按圖4a處理。置于自下而上垂直的光照(或均勻的光照)中。

⑦同等時間后。按圖4b處理。

(2)補充的實驗結果如圖4所示。

分析：為了使結果更具有說服力，對照原則是生物實驗設計必須遵守的一個基本原則。本實驗的目的是驗證單側光引起生長素的不均勻分布，因此要設計一個實驗，證實生長素的分布不均勻是由單側光引進的，而不是任何光照都能引起，因此設計實驗組和對照組時，控制的單一變量應為單側光與均勻光，由于題干已經給了一

個單側光的實驗組，所以在要補充的對照設計中要用均勻光照，因此這是一個符合題意要求的正確的對照設計。

嚴格遵循生物實驗設計的對照性原則、單一變量原則等基本原則，認真理解生物實驗設計常用的空白對照、條件對照、自身對照、相互對照等的含意，準確理解題意是正確設置對照的關鍵。