對初中生物對照實(shí)驗(yàn)中對照組與實(shí)驗(yàn)組判斷的思考

陳寅

[摘要]每輪初中生物會(huì)考復(fù)習(xí)時(shí)，老師們針對對照實(shí)驗(yàn)中如何確定對照組和實(shí)驗(yàn)組總存在爭議。本文將生物教師的不同意見概括為三種觀點(diǎn)，通過追溯教材和查找專家對此問題的論述資料，對這幾種觀點(diǎn)的適用性進(jìn)行比較和分析。提出對于判斷對照組和實(shí)驗(yàn)組無法統(tǒng)一這個(gè)問題的一些思考，并試著總結(jié)判斷對照組和實(shí)驗(yàn)組的具有普遍適應(yīng)性的方法。

[關(guān)鍵詞]初中生物；對照實(shí)驗(yàn)；對照組；實(shí)驗(yàn)組

一、問題的提出

生物是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，探究實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在每輪進(jìn)行八年級生物會(huì)考復(fù)習(xí)期間，同一備課組的老師總會(huì)因?yàn)榕袛鄬φ諏?shí)驗(yàn)中哪個(gè)是對照組哪個(gè)是實(shí)驗(yàn)組而產(chǎn)生爭議。

老師們的觀點(diǎn)大致可以歸納為以下幾種。第一種是根據(jù)實(shí)驗(yàn)變量來判斷，對實(shí)驗(yàn)變量進(jìn)行處理的是實(shí)驗(yàn)組，未做處理的是對照組。第二種是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砼袛?，施加某種實(shí)驗(yàn)條件以達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)組，其他的為對照組。第三種是處于自然條件下的一組是對照組，另一組人為改變某一自然條件的是實(shí)驗(yàn)組。那么，哪種觀點(diǎn)的適用范圍更廣更準(zhǔn)確呢？

二、教材中相關(guān)概念的界定

對照實(shí)驗(yàn)這個(gè)概念最先在人教版生物教材七年級上冊出現(xiàn)，教材以探究非生物因素對某種動(dòng)物的影響為例，介紹對照實(shí)驗(yàn)是指“在研究一種條件對研究對象的影響時(shí)，所進(jìn)行的除了這種條件不同以外，其他條件都相同的實(shí)驗(yàn)”。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果更令人信服，要進(jìn)行兩組除要研究的因素不同以外其他條件都相同的實(shí)驗(yàn)，這種實(shí)驗(yàn)方法稱為對照實(shí)驗(yàn)。而且這種實(shí)驗(yàn)屬于單因子實(shí)驗(yàn)，也是初中階段生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要方法。

對照組和實(shí)驗(yàn)組這組概念出現(xiàn)在人教版生物教材八年級上冊。為“驗(yàn)證溫度過低不利于種子萌發(fā)這一假設(shè)，需要將種子置于低溫條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，看它們是不是真的不能萌發(fā)，這一組種子稱為實(shí)驗(yàn)組。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果只是由于溫度這一個(gè)變量引起的，還需要將同樣的種子再分出一組，放在正常的室溫條件下作為對照來觀察，這組種子稱為對照組”。對于對照組和實(shí)驗(yàn)組教材并沒有給出明確的內(nèi)涵性定義，而是類似于外延性質(zhì)地以一組對照實(shí)驗(yàn)為例介紹哪組是實(shí)驗(yàn)組哪組是對照組。置于低溫環(huán)境的一組種子對實(shí)驗(yàn)變量溫度進(jìn)行了處理，目的是驗(yàn)證低溫對種子萌發(fā)是否有影響，因此是實(shí)驗(yàn)組。處于正常室溫下的一組種子沒有進(jìn)行處理置于自然條件下，因此是對照組。因此，無論從自變量、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑹欠裉幱谧匀粭l件下哪個(gè)角度來看，得出的結(jié)論都一樣。

三、依據(jù)不同觀點(diǎn)產(chǎn)生不同的結(jié)論

教材中涉及對照組和實(shí)驗(yàn)組的區(qū)分是在2001人教版生物教材八年級上冊第四章第四節(jié)的技能訓(xùn)練中，討論題的第三題要求逐一分析三種方案并找出每個(gè)方案的實(shí)驗(yàn)組和對照組。同一版本的教師用書中給出的答案是甲組是對照組，乙組是實(shí)驗(yàn)組，對于判斷的原因沒有進(jìn)行過多的解釋。

該實(shí)驗(yàn)為排除雜菌干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)前對甲乙兩組進(jìn)行滅菌處理，這也是對變量的一種控制。乙組再接種細(xì)菌是屬于添加自變量還是處于自然條件下難以判斷，而且甲組進(jìn)行了人為的滅菌是去除實(shí)驗(yàn)變量還是屬于不做任何處理呢？按照實(shí)驗(yàn)變量來看，對照組和實(shí)驗(yàn)組因?yàn)橐陨弦蓡柖鵁o法判斷。按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜矗瑸樽C明細(xì)菌對植物遺體的分解作用，那么接種細(xì)菌的乙組是實(shí)驗(yàn)組，甲組為對照組。按照是否處于自然狀態(tài)下來判斷，自然條件下都是有細(xì)菌的，那么乙組應(yīng)該是對照組，甲組人為地滅菌是實(shí)驗(yàn)組。此時(shí)，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜吹贸龅慕Y(jié)論與是否在自然狀態(tài)下來看的結(jié)論矛盾。

在實(shí)驗(yàn)組和對照組的判斷上，專家之間也有不同的觀點(diǎn)。例如，薩克斯證明光合作用產(chǎn)生淀粉的實(shí)驗(yàn)。對天竺葵進(jìn)行饑餓處理后，一半葉片曝光，一半葉片遮光，一段時(shí)間后用碘蒸氣進(jìn)行檢驗(yàn)。曝光和遮光哪組是實(shí)驗(yàn)組呢？人教版教材主編認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)采用減法原則，人為除去光照這個(gè)因素的遮光組是實(shí)驗(yàn)組，處于自然狀態(tài)下的曝光組是對照組。而全國初中畢業(yè)升學(xué)考試生物學(xué)科評價(jià)課題組則認(rèn)為遮光組是對照實(shí)驗(yàn)。

從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜?，想要證明光合作用能夠產(chǎn)生淀粉，曝光然后驗(yàn)證是否產(chǎn)生了淀粉應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)組，遮光一組是對照組。從實(shí)驗(yàn)變量來看，遮光組對自變量光照進(jìn)行了處理，是實(shí)驗(yàn)組，曝光組不作任何處理，屬于對照組。從是否處于自然狀態(tài)下來看，曝光是自然狀態(tài)屬于對照組，遮光是實(shí)驗(yàn)組。三種觀點(diǎn)同樣出現(xiàn)了分歧，從實(shí)驗(yàn)變量和是否處于自然狀態(tài)下來看的結(jié)論一致，與從實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩砜吹慕Y(jié)論相矛盾。

四、對判斷結(jié)論不統(tǒng)一的分析

怎樣才能普遍地將三種觀點(diǎn)統(tǒng)一起來呢？在探究某個(gè)問題時(shí)，根據(jù)提出的問題不同，作出的假設(shè)也會(huì)不同，所以實(shí)驗(yàn)方法和步驟也會(huì)有所區(qū)別。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)的背景情境就非常重要。我們要先根據(jù)背景情境確定實(shí)驗(yàn)的目的是什么，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法主要分為兩類。第一類，加法原則。向研究對象施加某種條件進(jìn)行干預(yù)，并觀察會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果。如探究光對鼠婦生活的影響實(shí)驗(yàn)，通過觀察發(fā)現(xiàn)，鼠婦自然狀態(tài)下總是生活在陰暗的環(huán)境下，我們?nèi)藶榈叵蛩鼈兪┘佑泄獾臈l件，來觀察對鼠婦有什么影響。這樣施加條件的一組為實(shí)驗(yàn)組，不施加條件的一組為對照組。第二類，減法原則。排除某種條件對實(shí)驗(yàn)對象的影響，看是否還能產(chǎn)生以前的結(jié)果，以此確定該條件與該結(jié)果的因果聯(lián)系。一般情況下，實(shí)驗(yàn)中去除自變量的一組為實(shí)驗(yàn)組，不做處理的一組為對照組。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)采用加法原則還是減法原則再試著去判斷對照組和實(shí)驗(yàn)組。若實(shí)驗(yàn)采用加法原則，從實(shí)驗(yàn)變量的角度，對自變量進(jìn)行處理的一組是實(shí)驗(yàn)組，不做處理的一組是對照組：從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌?，添加自變量的是?shí)驗(yàn)組，不添加的是對照組；從是否處于自然條件下的角度，處于自然條件下的不做任何處理的是對照組，改變某一條件的是實(shí)驗(yàn)組。由此看來，對于采用加法原則設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，三種觀點(diǎn)是一致的。若實(shí)驗(yàn)采用減法原則，從實(shí)驗(yàn)變量的角度，去除自變量的一組是實(shí)驗(yàn)組，不做處理有自變量的一組是對照組；從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌?，有自變量的是?shí)驗(yàn)組，無自變量的是對照組：從是否處于自然條件下的角度，處于自然條件下的有自變量的是對照組，去除某條件的是實(shí)驗(yàn)組?？梢姡?dāng)采用減法原則設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，三種觀點(diǎn)之間就會(huì)出現(xiàn)矛盾。其中，只有從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡慕嵌仁且恢卑凑帐┘幽撤N條件為依據(jù)進(jìn)行判斷的，具有一定的局限性，因而該觀點(diǎn)只適用于根據(jù)加法原則設(shè)計(jì)的對照實(shí)驗(yàn)。

有時(shí)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)組和對照組的判斷時(shí)，我們也常常被“空白對照”這個(gè)詞迷惑。空白對照往往是指相對于實(shí)驗(yàn)組對自變量不進(jìn)行處理或者無自變量的實(shí)驗(yàn)。但是對于根據(jù)減法原則設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，“空白”往往就是對自變量的一種去除處理，那么這一組實(shí)驗(yàn)我們卻不能說是“對照”。

五、對實(shí)驗(yàn)組和對照組判斷的思考

筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)組對照組的判斷與實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、設(shè)計(jì)思路有關(guān)，過于強(qiáng)調(diào)哪一組是對照組哪一組是實(shí)驗(yàn)組，這種觀點(diǎn)未免太僵硬。對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)目的是為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力。對照這個(gè)概念在物理學(xué)科中是指相互的，只有二者共存才能說最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)論成立。曝光組在光下產(chǎn)生淀粉，只有在遮光組葉片沒有產(chǎn)生淀粉時(shí)，才能說光合作用的產(chǎn)物是淀粉。遮光組沒有產(chǎn)生淀粉也同樣可以得出沒有光就無法產(chǎn)生淀粉這一結(jié)論。因此，分辨哪個(gè)是對照組哪個(gè)是實(shí)驗(yàn)組的意義似乎不大。

2013人教版八上教材將2001人教版八上教材第四章第四節(jié)的技能訓(xùn)練中判斷對照組和實(shí)驗(yàn)組的討論題刪掉了。這也許說明因?yàn)閷W(xué)界對實(shí)驗(yàn)組和對照組的判斷存在分歧，且這并不是生物整體知識結(jié)構(gòu)中的重要一環(huán)，所以在逐漸淡化對這個(gè)問題的討論。不知以后是否將強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)放在對照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路上，而不是過分強(qiáng)調(diào)哪個(gè)是對照組哪個(gè)是實(shí)驗(yàn)組了。