研究生物实验教学的方法（比较对照实验和对比实验提高学生生物学科核心素养）

1 区分对照实验和对比实验概念是基础

在教学过程中，教师结合学生处理对照实验和对比实验相关题目提出问题，使学生产生兴趣，对照实验和对比实验到底有什么不同？怎样区别？引导学生看书或查找资料，明晰对照实验和对比实验的概念。

1.1 对照实验的概念

对照实验就是保持了单一变量的两组以上实验，通过设置对照实验，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力，实验一般要设置对照组和实验组。对照组就是与其他组相比，往往缺少某种处理因素甚至不加任何处理因素，或者以正常条件下的实验作为对照，对照组可根据需要决定是否设置；而人为施加了某种验证条件，或比对照组多了某项处理因素的实验，就是实验组，可根据需要设置为一组或多组。

1.2 对比实验的概念

设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。由对照实验的概念分析可知，实验控制了单一变量，如探究酵母菌细胞呼吸方式中，两组实验都作了处理，有氧和无氧均是自变量，都是实验组。

2 理清对照实验和对比实验的关系是关键

而要理清两者的关系，我们以高中生物课本的相关实验为例，在学生熟悉的实验入手，教师先搜集精选实验材料，编印好导学案，先由学生自学，自主归纳，完成学习任务，课堂分学习小组展示成果，学生点评分析，教师归纳总结。引导学生对对照实验的类型进行逐一分析，明晰对照实验一般可包括实验组和对照组，实验组，是接受实验变量处理的对象组，所处理的变量就是我们要研究的内容；对照组，也称控制组，是不接受实验变量处理的对象组。按对照的内容和形式上的不同，理清常用的对照类型、特点，并逐一分析、拓展。具体策略如下所述。

2.1 空白对照

空白对照指不做任何实验的对照组或不给对照组以任何处理因素。值得注意的是，不给对照组任何处理因素是相对实验组而言的，实际上对照组还是要作一定的处理，只是不加实验组的处理因素，或者说相对于实验组而言，除实验变量外，别的处理与实验组完全相同。通常未经实验因素处理的对象组为对照组，经实验因素处理的对象组为实验组；或简单理解为处于正常情况下的对象组为对照组，未处于正常情况下的对象组为实验组。例如，唾液淀粉酶对淀粉的作用中，对照组加等量的水，实验组加唾液；探究水对种子萌发的影响实验，对照组不加水，实验组加适量的水；“生物组织中可溶性还原糖的鉴定”的实验中，对照组不加试剂（零剂量），实验组加入试剂；萨克斯“绿叶在光下能否制造淀粉”实验中，与起始饥饿处理环境相同，则对照组遮光，实验组曝光。由于空白对照实验的设计一定要分组进行；变量只能有一个，其他条件均相同，两者唯一的区别是变量不同，并且保持实验条件的前后一致性，实验过程中不可改变其中任何条件。故通过空白对照能明显地衬托出实验组的变化和结果，增强实验的说服力。

2.2 自身对照

自身对照指实验组与对照组都在同一研究对象上进行，不另设对照组。实验操作前的对象为对照组，实验操作后的对象为实验组。如“观察植物细胞的质壁分离和复原”实验，就出现了两次对照，其中第一次对照是在高浓度溶液处理下，质壁分离状态与自然状态形成对照；第二次对照是在低浓度溶液处理下，复原后状态与质壁分离状态形成对照。又如：要研究植物根具有向重力性，茎具有背重力性，可把某一植株横放于培养基上，让其自然生长，经过一段时间后，便可观察到根向重力生长，茎背重力生长。这里，对照和实验都在同一个体上进行，属于自身对照。由于自身对照的实验材料在实验过程中必须保持一定的生理活性。持续观察记录实验操作前、后的实验对象状况，只要控制好观察时间，看清实验处理前后现象变化的差异，自身对照方法简便，因此我们可对比实验操作前后现象变化的差异予以分析得出实验结论。

2.3 相互对照

在等组实验法中，若不设空白对照，则大多运用相互对照。相互对照是指不单独设对照组，而是几个实验组相互对比对照，其中每一组既是实验组也是其他级别的对照组，由此得出相应的实验结论。一般是在探究某种实验因素对实验结果的影响不明确的情况下使用，通过实验的相互对比，确立实验变量和反应变量的关系，一般表现是实验因素在量上的多少对实验结果的影响。相互对照能够较好地平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果具有说服力。例如，温度对唾液淀粉酶活性的影响实验、pH对过氧化氢酶活性的影响实验、美国鲁宾和卡门的实验、“植物的向性运动”的等组实验、“验证植物根对矿质离子有选择吸收的特性”、赫尔希和蔡斯以T2噬菌体为实验材料证明DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质、“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验。根据对实验的分析，相互对照不需要确定对照组和实验组，每组均为实验组。每个实验组除要探究的因素各不相同外，其他所有条件均相同。而最终结论必须由几组实验结果的对比得出。这种实验方法经常用于等组实验中，由于实验组采用的都是相互对照，较好的平衡和抵消了无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。

2.4 条件对照

条件对照是指虽给对象施以某种实验处理，但这种处理是作为对照意义的，给定的处理因素正是为了保证实验中对照组与实验组相比只是少了实验变量的影响，或者说这种处理不是实验假设所给定的实验变量意义的。通常施以条件因素的对象组为对照组，施以实验因素的对象组为实验组。条件对照常见的实例有：“动物激素饲喂小动物”实验，饲喂甲状腺激素（实验组）；饲喂甲状腺抑制剂（条件对照组）；不饲喂药剂（空白对照组）；艾弗里证明DNA是遗传物质的实验，实验组是“R型活细菌 S型细菌的DNA混合培养”，条件对照组是“R型或细菌 S型细菌的DNA和DNA酶混合培养”；还有酶的专一性实验、光合作用影响因素实验探究、酶的高效性实验等等。

通过对对照实验四种类型师生互动分析，学生自然懂得如果并不知道两组（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。对照实验与对比实验两个概念属于包含关系，对比实验从属于对照实验。教师还可以继续拓展，对照实验和对比实验在一定的条件下是否可以相互转变？举例如下：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。

3 比较对照实验和对比实验促进生物学科理性思维形成

理性思维是生物实验教学的根本，它主要崇尚科学的思维习惯，旨在用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等科学方法对生命现象的规律进行探讨，使学生养成逻辑思维、形象思维等理性思维能力。由于对照和对比实验是众多实验题目中常见的一种，由上面的分析可知要使学生准确掌握有关对照实验和对比实验设计的基本技巧和解题方法，理清对照实验和对比实验的关系并准确区分、应用，教师需自身掌握基本理论，还需构建和谐高效课堂，并有效地贯彻到教学实践中。通过对照实验和对比实验的分析，教师比较容易帮助学生养成理性的思维，我们还要鼓励学生在实验中大胆发现，对事物的内涵、外延进行推理与判断，培养出更加具有理性思维与创新能力的优秀学生。语言与思维有着密切的关系，在对比和对照实验设计中可以要求学生具体地描述出实验现象的变化过程和实验中产生不同实验现象的差异，指导学生具体叙述出产生实验现象差异的原因和归纳经过思维所形成的结论，激发学生的探究性思维，在对比和对照实验中对学生语言表达能力的培养，也有利于发展学生的逻辑思维。为落实党的十八大、十九大关于立德树人要求，贯彻新课改“以人为本，促进学生全面而有个性的发展”的理念，坚持让学生成为学习的真正主体，课堂的主人，充分发挥学生学习的积极性、主动性，引导学生提出问题、分析问题、通过各种途径寻求答案，在解决问题的思路和科学方法上加强点拨和引导，让学生学会主动地去思考探索，顺着科学的思路和方法去感知、去思索，从中领悟和形成运用实验解题的能力，从而有效地培养学生的创新精神和实践能力，在不知不觉中领略科学知识的真谛。我们高中生物教师只能将生物学核心素养融入高中生物教学之中，帮助学生牢牢掌握生物学的生命观念、理性思维、科学探究和社会责任，促使学生的生物学科核心素养得到全面提高。