【一个实验对照的几种设计的正误分析】 实验设计的基本步骤

　　生物学是一门以实验为基础的学科，生物实验设计要科学、严谨，因此，生物实验设计必须遵循对照原则，单一变量原则等，而这又是实验设计的难点。下面就是通过一个实验的几种对照设计进行分析，谈谈如何进行对照的设计。
　　题目：如图1所示某课外小组为验证单侧光影响生长素分布的实验设计方案及实验结果。
　　实验目的略。
　　实验材料：完整的胚芽鞘若干、云母片(或薄玻璃片)、琼脂块等。
　　实验步骤：
　　①将胚芽鞘尖端切下，置于中间插有云母片的琼脂小块上(琼脂分为A、B两部分)，并给予单侧光照射，如图1a所示。
　　②一段时间后，取琼脂块A、B分别置于另一去掉尖端的胚芽鞘的两侧，观察胚芽鞘的生长状况。实验设计及实验结果如图1b所示。
　　实验结论：
　　单侧光照引起胚芽鞘尖端以下生长素分布不均匀，向光侧分布较少，背光侧较多。
　　教师认为：上述实验只能说明在此种状态中胚芽鞘尖端之下的生长素分布状况，并不能证明这种分布状况与单侧光照有关。若要令人信服地证明生长素的这种分布状况与单侧光照有关，还应设计补充实验。
　　(1)补充的实验设计：________。
　　(2)补充实验出现何种结果，则可以证明实验结论是正确的?_______。
　　错误答案一：
　　(1)补充的实验设计：
　　①将另一胚芽鞘尖端按图2a处理，但置于黑暗中。
　　②同等时间后，按图2b处理。
　　(2)补充的实验结果如图2所示。
　　
　　分析：实验组和对照组的设计要遵循单一变量的原则，所谓“单一变量”，它有两层含意，一是确保“单一变量”的实验观测，即不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应观测一个反应变量；二是确保“单一变量”的操作规范，即实验中要尽可能地避免无关变量的干扰。本实验的目的是验证单侧光影响生长素分布，也就是说，在保证有光的前提下，是单侧光――而不是任何光照都能影响生长素的不均匀分布。因此，光作为一个影响因素，在实验组和对照组都应该存在，即实验组和对照组不应以有没有光作为实验应加以控制的单一变量，也就是说，实验组和对照组都应有光的存在，只不过在实验组是单侧光，而在对照组不是单侧光。本对照的设计看似只有一个变量――单侧光的有无，但它实际上包含了两个变量――有没有光照，是不是单侧光。这种设计的错误在于对“单一变量”的理解存在不足，以致在实际应用中出现错误。
　　错误答案二：
　　(1)补充的实验设计：
　　①将另一胚芽鞘尖端按图3a处理。
　　②同等时间后。按图3b处理。
　　(2)补充的实验结果如图3所示。
　　分析：该实验设计的理论基础是相互对照。相互对照是指不单独设立对照组，而是几个实验相互对照，如验证温度对唾液淀粉酶活性影响的实验中，60℃、0℃、37℃之间的对照等，它可以较好地平衡和抵消无关变量的影响，使实验结果更具有说服力。但需要注意的是，在相互对照的不同实验组中，它们的变量也应该是不同的，如上述实验的单一变量“温度”，不同的实验组温度是不一样的。而在该对照的设计中，看似和题干上的实
　　 验组变量不一样――个是右侧光照，一个是左侧光照，也产生了不一样的结果――一个是向右弯曲，一个是向左弯曲。但在本质上，无论是变量还是结果都是相同的，变量无论是右侧光还是左侧光，都是单侧光，结果无论是向右弯曲还是向左弯曲，都是向生长素含量少的一侧弯曲。因此它们本质上是同一个实验，起不到相互对照的作用。本设计的错误在于对相互对照的理解不透彻。
　　正确答案：
　　(1)补充的实验设计：
　　①将另一胚芽鞘尖端按图4a处理。置于自下而上垂直的光照(或均匀的光照)中。
　　⑦同等时间后。按图4b处理。
　　(2)补充的实验结果如图4所示。
　　分析：为了使结果更具有说服力，对照原则是生物实验设计必须遵守的一个基本原则。本实验的目的是验证单侧光引起生长素的不均匀分布，因此要设计一个实验，证实生长素的分布不均匀是由单侧光引进的，而不是任何光照都能引起，因此设计实验组和对照组时，控制的单一变量应为单侧光与均匀光，由于题干已经给了一
　　 个单侧光的实验组，所以在要补充的对照设计中要用均匀光照，因此这是一个符合题意要求的正确的对照设计。
　　严格遵循生物实验设计的对照性原则、单一变量原则等基本原则，认真理解生物实验设计常用的空白对照、条件对照、自身对照、相互对照等的含意，准确理解题意是正确设置对照的关键。