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思维是灯，智慧是光智慧如隐藏在石头里的火花，不敲打就不会闪现；而一旦闪现，它又如一柄火炬，指引我们穿越黑暗的丛林，寻找光明的前程。《高考生物专题复习》激发我思维，点燃我智慧！关于设计实验中对照的设置1在设计实验方案时如何设置实验组和对照组？需要设几组？同学们对此往往一筹莫展。现结合多年的教学实践，从变量控制的角度介绍一下对照实验中对照设置问题。关于设计实验中对照的设置1设计对照实验时将实验变量设计成不同水平，每一水平设置成一组实验，各组之间就是对照关系。通常所说设计对照实验时要遵守“单一变量原则”，就是指各组之间只有实验变量这一因素不同。反应变量通常体现为我们在实验中观察到的实验现象，因此在设计实验方案时，要考虑观察（或检测）反应变量的方法及观察的指标是什么，并在实验步骤中体现出来。一、理解实验控制中的变量是正确设置对照的基础实验中可变化的因素都称为变量，通常分为实验变量、反应变量、无关变量3种。实验变量（原因）反应变量（结果）（条件变量）无关变量由实验者人为控制或人为改变的因素自变量因变量由于实验变量变化而引起的变化，反应变量通常体现为在实验中观察到的实验现象实验中有许多条件要控制，除实验变量外，其余可导致实验结果变化的条件或因素都是无关变量，也称条件变量。例1，在“探究叶绿素合成是否需要某种必需矿质元素”实验中：人为改变的因素只有一个——矿质元素，这是实验变量，根据实验目的将该变量设置成：有该矿质元素和无该矿质元素两种水平，每种水平处理的植物各是一组。实验所用植株首先要发育正常，光照、温度、培养液、其他矿质元素种类及通气等实验条件也要能够满足植物正常生长需要。其次，植株在两组之间要保证大小、发育状况一致，光照、温度，培养液通气等实验条件也要在两组之间保持一致，这些都是无关变量。由于两组之间只有矿质元素种类不同，因此，一段时间后，观察两组植物叶片的颜色如出现差异（反应变量），则可以确定此差异是由于该矿质元素的有无所造成的。对照组实验组（完全营养液）（缺某种元素的营养液）无关变量——植株在两组之间要保证大小、发育状况一致，光照、温度，培养液通气等实验条件也要在两组之间保持一致。溶液培养法对照的目的就在于消除无关变量对实验结果的影响，使实验结果只受实验变量的影响。③提纯的植酸酶需做活性条件测定，右图为测定结果。图中的自变量可为_______________（答一种）；因变量可以通过测定_______________________________________来表示。例2（09·天津）(4)酵母菌中植酸酶的活性较高。下图是从不同类型酵母菌的发酵液中提取植酸酶的工艺流程。③温度（或pH)）单位时间内植酸的降解量(或植酸降解产物的生成量)例3、在探究pH对酶活性影响的实验中，温度和pH分别属于（）。A、自变量和因变量B、无关变量和因变量C、无关变量和自变量D、因变量和自变量CpH酶活性温度和其他条件是——无关变量自变量：蔗糖溶液浓度（1分）；因变量：细胞质壁分离和复原（1分）。例4（08海南）（13分）回答下列Ⅰ、Ⅱ题：Ⅱ．在观察洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离和复原现象时发现，蔗糖溶液浓度不适宜会造成实验失败。请据此拟定一个相关研究的课题。要求写出课题名称及相关研究中的自变量和因变量。答案：Ⅱ探究蔗糖溶液浓度对洋葱鳞片叶表皮细胞质壁分离和复原的影响。（1分）二、掌握控制实验变量的基本方法——加法原理和减法原理对照实验中的实验组是指用实验研究因素处理的对象组（或者是未知实验结果的组），对照组是指未用实验研究因素处理的对象组（或者是已知实验结果的组）。从变量的角度讲，实验组与对照组的区别就在于实验变量的不同，多数对照实验中实验组和对照组的设置都是依据生物学实验控制的两个基本原理——加法原理和减法原理，实际上就是依据这两个原理控制实验变量。对照组实验组（减去该因素的组）减法原理（没有减去该因素的组）加法原理（没有该因素的组）是指未用实验研究因素处理的对象组（或者是已知实验结果的组）是指用实验研究因素处理的对象组（或者是未知实验结果的组）就是设法给研究对象施加影响（或干扰），造成研究对象的变化或对象所处环境条件的变化，使研究对象反映出某些现象特征，从而对施加的因素进行研究（增加该因素的组）就是设法排除某种因素对研究对象的影响，同时尽量保持研究对象的稳定，从而对被减去的因素进行研究。实验组与对照组高考题举例：例1（05北京春季）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生长良好⑥生长不良A.②③⑤B.①③⑥C.①④⑥D.②④⑥B解析：实验组——处理组（加某种因素或减掉某种因素）对照组——未处理组（自然组或常态组）如②④⑤1、对照性原则：对照是实验控制的手段之一，通过设置对照实验，可消除无关变量对结果的影响，增加实验结果的可信度和说服力。对照按形式和内容不同，可分为以下几种类型：对照原则：（1）空白对照（2）相互对照（3）自身对照（4）条件对照类型设置对照实验实例空白对照不给对照组任何处理如要验证甲状腺激素的作用，则对照组动物不做任何处理，让其自然生长自身对照实验组和对照组都在同一对象上进行植物细胞质壁分离和复原实验，在同一装片中先后进行。对照组即正常的洋葱表皮细胞和实验组即质壁分离和复原的细胞是同一组细胞条件对照给对象施以某种实验处理，但这种是作为对照意义的在“动物激素饲喂小动物”的实验中，采用等组实验法，甲组为实验组（饲喂甲状腺激素）；乙组为条件对照（饲喂甲状腺激素抑制剂）；不饲喂药剂的是空白对照相互对照不单独设对照组，而是几个实验组相互对照植物向重力性生长的向性实验中，将玉米种子放置在不同的方向2009.5.192009.5.25对实验对象用“加（或减）法”进行处理，对对照组不做任何处理。如：如验证甲状腺激素的作用，则对对照组不做实验处理，让其自然生长，而对实验组喂甲状腺激素，以观察甲状腺激素的作用。通过设置空白对照可以确定实验所发生的现象是否是由实验处理导致的。（1）空白对照：例2（06江苏-6）有人设计实验探究有机肥是否能提高土壤肥力并优于化肥。实验分为两组，一组农田施有机肥，一组农田施化肥。实验设计缺少（）。A.施用有机肥和适量化肥的对照田B.既不施用有机肥也不使用化肥的对照田C.使用大量化肥和少量有机肥的对照田D.使用少量化肥和大量有机肥的对照田B解析：实验设计的对照原则空白对照自身对照条件对照相互对照以增强实验的说服力既不施化肥，也不施有机肥三、学会分析各类对照实验中的对照关系是正确设置对照的前提在理解上述概念及原理的基础上，还要了解对照实验的各种类型，并能正确分析各类对照实验中的对照关系，才能正确设置对照。中学阶段通常一个实验中只研究一个问题，实验变量只有一个，这样的实验称单因子实验。首先要弄清这里所说的“单因子”与“单一变量”不是一回事。如前述“探究叶绿素合成是否需要某种必需矿质元素”实验，实验名称就是研究的问题，控制的实验变量只有一个：矿质元素种类，是典型的单因子实验。在进行该实验时，两组之间如果只有矿质元素种类这一个因素不同，则遵循了单一变量原则，如果除此之外两组之间温度或植物大小等也不同，则没有遵循单一变量原则，但仍是单因子实验。1、单因子实验例如，某同学为了验证“幼嫩叶片可以产生生长素阻止叶柄脱落”这一实验结论，根据给出的实验材料（去掉顶芽的健壮植物若干，不含生长素的羊毛脂，含生长素的羊毛脂、剪刀等）设计的对照思路见表1（已知羊毛脂对叶柄脱落与否无关）：组别处理结果甲组不去叶片叶柄不脱落乙组去掉叶片，保留叶柄，在断口敷不含生长素的羊毛脂叶柄脱落丙组去掉叶片，保留叶柄，在断口敷含生长素的羊毛脂叶柄不脱落该实验虽有3个组别，各组处理方式也不相同，但控制的实验变量只有一个，即叶柄是否有生长素，因此该实验也是单因子实验。实验中有两组对照关系：甲与乙对照，由于植物正常状态下是有叶片的，依据减法原理，乙是实验组而甲是对照组。该对照说明幼嫩叶片能阻止叶柄脱落（但是否是由于产生了生长素阻止了叶柄脱落，还需要另一组对照来说明）；从这里可以看出，在同一个实验的不同对照关系中，实验组和对照组设置所依据的原理可能不同，某一组别在一个对照关系中是实验组，在另一个对照关系中则可能是对照组。丙与乙对照，两组的前期处理相同，都是去掉叶片保留叶柄。依据加法原理，丙是实验组而乙是对照组，该对照说明生长素能阻止叶柄脱落。根据两组对照的结论推出“幼嫩叶片可以产生生长素阻止叶柄脱落”的实验结论。本实验中甲与丙没有对照关系，原因是甲与丙之间有两个变量（去叶片与不去叶片，有外源生长素与没有外源生长素）而无法得出结论。也就是说，在有多个组别的实验中，不是所有组之间都有对照关系，任何有对照关系的两组之间首先要符合单一变量原则，其次要能说明一个问题，得出某一方面的结论，否则两组之间就没有对照关系。甲组乙组丙组光照正常弱正常CO2正常正常不足2、多因子实验：在实际的生物学实验中，有时要在一个实验中对多个问题进行研究，这类实验往往有多个实验变量，称为多因子实验。这种控制多个实验变量的多因子实验又分两种情况（以两个实验变量为例）：一个实验中对两个实验变量分别研究。例如，在“研究环境因子光照、C02的不足分别对光合作用的影响”实验中，某同学设计的实验对照思路见表2：该实验实际就是对光照和C02这两个实验变量对光合作用的影响分别进行研究的。这种情况可以看作两个独立的单因子实验：（l）光照不足对光合作用的影响。此时光照的强弱是实验变量，C02是无关变量（在两组间应满足光合作用的需要并等量等条件）。通过控制实验变量将实验设置成两组——甲组：光照正常，C02正常；乙组：光照弱，C02正常。（2）C02不足对光合作用的影响。此时C02的量是实验变量，光照是无关变量（在两组间也要满足光合作用需要并等量）。通过对实验变量的控制将实验设置两组——丙组：C02不足，光照正常；丁组：C02正常，光照正常。可以看出，丁组与甲组条件相同，现在把两个变量放在同一个实验中研究，可以合并成一组，这样就变成表2中的3组。乙与甲对照，根据减法原理，乙组是实验组，甲组是对照组，说明了光照不足会影响光合作用；丙与甲对照，同样根据减法原理，丙组是实验组，甲组是对照组，说明了C02不足会影响光合作用；乙和丙之间由于有两个变量而没有对照关系。例5（09全国Ⅰ—32.）（11分）已知2H2O2=2H2O+O2↑,可以通过观察反应过程中O2的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤，预测实验结果，得出结论，并回答问题。实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，恒温水浴锅，试管。（1）实验步骤：（2）实验结果预测及结论：整个实验中不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是。由此可得出的结论是。（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃,重做上述实验，O2释放的速度最快的是______，原因是。[解析]该题考查的知识内容是必修1课本P46—48，酶的高效性和酶需要适宜的条件。答案：（1）①取3支试管，各加入等量且适量的H2O2溶液，放入37℃恒温水浴锅中保温适当时间。②分别向上述3支试管中加入等量且适量的蒸馏水、FeCl3溶液、过氧化氢酶溶液。③观察各管中释放气泡产生的快慢。（2）加酶溶液的试管，其次是加FeCl3溶液的试管，再次是加蒸馏水的试管。（3）加FeCl3溶液的试管，过氧化氢酶因高温变性而失去了活性。四、保证设置对照不偏离命题者意图要考虑的三个因素加法原理和减法原理只是设计对照实验的基本方法，但并不是所有实验的对照设置都必须依据这两个原理。在面对具体问题设计实验对照时，要依次认真分析试题中的以下几方面并综合考虑，才能使对照设置