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摘要：实验设计能力是生物学技能的一个重要方面，而对照则是实验设计的“灵魂”思想。本文介绍了生物实验的九种对照类型，并从每种类型的设计关键点、举例及特点三方面展开。最后，用两个典型的例子说明了其应用。
关键词：实验设计;对照实验;实验变量;对照组;实验组
在生物学的教学过程中，为了说明某个重要结论，经常会引用一些经典的实验。通观这些实验，可以发现它们均是以对照为基本思路而设计出来的。
除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验[1]。对照实验一般要设置实验组和对照组。根据实验组与对照组同实验变量的关系和实验目的的不同，对照实验可分为以下八类：空白对照、自身对照、条件对照、平行对照、标准对照、安慰剂对照、阴性对照、阳性对照。
1 生物对照实验的类型
1.1 空白对照
给对照组施以对研究对象没有任何额外影响的处理因素或不给对照组任何处理因素的对照，称为空白对照[2]。在设计空白对照实验中，除了要平衡好非实验变量的影响外，关键是要使两组的实验结果易于对比，从而突出实验变量的效果。如实验“小麦胚芽鞘的向光弯曲”，该实验的目的是证明胚芽鞘尖端在光照下能产生某种物质而使胚芽鞘向光弯曲，实验设计的思路是：在胚芽鞘尖端不接受光照（实验变量）的情况下，看其能否向光弯曲，如不能弯曲，则假设成立。根据思路设计了如下三组实验：（a）组切去胚芽鞘尖端;（b）组的胚芽鞘尖端用锡纸遮光;（c）组未作处理。然后让这三组实验对象均匀地接受单侧光照射。上述设计中，（a）组和（b）组接受了实验变量处理（未接受光照），为实验组;（c）组未作处理，为空白对照组。实验过程结束后，通过对比三组的状态，很容易就可以得出实验结论。空白对照的特点是实验处理简单，实验结果对照明确，是中学生物学最常用的对照之一。
1.2 自身对照
实验和对照在同一实验对象上进行前测和后测，而不另设对照组的对照，称为自身对照。设计自身对照实验的关键是要界定好实验变量处理前后的状态，即界定好实验组与对照组的不同状态。如在实验“观察植物细胞的质壁分离和复原”中，植物细胞是实验对象，一定浓度的蔗糖溶液是实验变量，实验中处理和观察的是同一植物细胞。在观察植物细胞的质壁分离时，用蔗糖溶液处理后的细胞是实验组，其预期状态是质壁分离，实验前未经处理的细胞则是对照组。有时，实验组和对照组会根据实验的需要发生改变，如在观察质壁分离的植物细胞复原时，质壁分离状态的细胞就成了对照组，而复原后的细胞则成了实验组。自身对照的特点是实验在同一对象上进行，实验步骤简单。
1.3 条件对照
虽然给对象施以某种实验处理，但这种处理并不是所要研究的实验变量，而仅作为对照意义，这一类的对照称为条件对照。设计这一类实验的关键是要选好非实验变量的处理因素。如实验“肺炎双球菌的转化”，设置了以下四组实验[3]：（a） S型肺炎双球菌的蛋白质+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落;（b） S型肺炎雙球菌的夹膜多糖+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落;（c） S型肺炎双球菌的DNA+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落+S型肺炎双球菌菌落;（d） S型肺炎双球菌的DNA+DNA水解酶+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落
该实验的目的是证明DNA是遗传物质，因此实验变量是DNA。上面四组实验中，（c）组接受实验变量的处理，为实验组;（a）组和（b）组接受了非实验变量的因素处理，为条件对照组;（d）组的处理因素中虽然有DNA，但加入的DNA水解酶将DNA水解，所以该组是空白对照组。在该实验中，选择蛋白质和夹膜多糖为条件对照有特定的意义，因为在证明DNA是主要的遗传物质之前，人们把蛋白质或夹膜多糖视为遗传物质。所以通过设置（a）组和（b）组可以明确地纠正人们错误观念。条件对照的特点是通过一个侧面来反映实验变量对实验结果产生的影响，往往能突出实验变量的作用。
1.4 平行对照
不另设对照组，而是几个实验组之间相互进行的对照，称为平行对照（又叫相互对照）。如果有一系列相似的实验处理，一般是运用平行对照。平行对照的关键是要找出实验对象变化时实验变量的临界值。如实验：“探索影响酶活性的因素”，不同浓度处理的实验对象之间以及不同pH处理的实验对象之间，自身既可以作为实验组，又可以作为其他实验组的对照组。该实验的关键是要找出酶活性最高时的温度及pH，通过这一临界值及其变化规律便可得出实验结论。平行对照的特点是不需另设对照组，通过平行对照，有些实验还可得出规律性的实验结果。
1.5 标准对照
用一个经检验确认的处理因素作为比较对象的对照，称为标准对照。这个经检验确认的处理因素一般是某种“标准”（如种子的标准发芽率）或是经确认有效的处理因素。如实验“探究酶的高效性”，实验对象是过氧化氢，实验变量是过氧化氢酶，Fe3+是标准对照物，因为Fe3+是经检验确认的对过氧化氢有一定催化作用的无机催化剂。该实验通过比较过氧化氢酶与Fe3+的催化作用，可得出“酶具有高效性”这一结论。
1.6 安慰剂对照
为避免和控制人的心理因素对实验结果的干扰而设置的对照，称为安慰剂对照。安慰剂是指外形和试验药相像，但不含试验药有效成分的制剂或剂型，如蒸馏水、淀粉片等。在病人的治疗过程中，常常会出现安慰剂效应，即病人虽然获得无效的治疗，但却预料或相信治疗有效而让病患得到舒缓的现象。因为安慰剂效应的影响如此之广，所以在药效测试中设置安慰剂对照是很有必要的。如果某种药物的疗效与安慰剂的疗效没有显著性差异，该药物的临床使用价值就不大。安慰剂对照可分为单盲测试、双盲测试和三盲测试。单盲测试是指受试者不知道药物是否为安慰剂;双盲测试是指施测者和受试者均不知道药物是否为安慰剂，三盲测试指试验设计者、施测者和受试者均不知道药物是否为安慰剂。 1.7 阴性对照、阳性对照
在临床研究中，将无病的判为有病或将阴性鉴定为阳性的，称为假阳性;将有病的判为无病或将阳性鉴定为阴性的，称为假阴性。为排除假阳性而设定的对照叫阴性对照，而为排除假阴性设定的对照则称为阳性对照。
2 生物对照实验的应用
2.1 判断某实验属于何种对照类型
例1：为了验证酶的催化特性，有人设计了如下实验：准备6支试管，其中1～5号试管加入5mL 3%的H2O2，6号试管加入3mL 3%的H2O2后，再分别装入下列物质，观察在不同条件下的反应[5]：（1）1号试管加入1gMnO2，置于37℃恒温下;（2）2号试管加入1g鲜猪肝，置于37℃恒温下;（3）3号试管加入1mL蒸馏水，置于37℃恒温下;（4）4号试管加入1g熟猪肝，置于37℃恒恒下;（5）5号试管加入1g鲜猪肝，置于0℃恒温下;（6）6号试管加入2 mL 10%的HCl 或10%的NaOH，再加入1g鲜猪肝，置于37℃恒温下。
根据以上的实验设计，请回答：①设置1号试管的目的是什么？②哪一组是实验组？为什么？③设置3号和4号试管有何意义？④设置5号和6号试管的目的是什么？
解析：①1號试管是实验的标准对照组，因为MnO2是经确认的催化剂。通过1号试管和2号试管的对照，可的出酶具有高效性这一结论。②2号试管是实验组，因为实验的目的是验证酶的催化特性，通过2号试管鱼其他试管的对照，可以得出较完整的实验结论，即酶在适宜的温度（与5号试管对照）和pH（与6号试管对照）下，具有高效性（与1号试管对照）。③3号和4号试管均为空白对照组，虽然4号试管加入了熟猪肝，但熟猪肝中的H2O2酶已被破坏，所以其处理效果与3号试管相同，设置空白对照的目的是突出和纯化H2O2的作用。④5号和6号试管均为平行对照组，通过设置平行对照组，可以找出规律性得实验处理条件。本例中，通过设置5号和6号试管，可以得出以下结论：低温、强酸和强碱会降低酶得活性，甚至会使酶失去活性。
2.2 根据实验目的设计对照实验
例2：请设计一个实验，证明面包被嚼碎后部分淀粉变成了麦芽糖。
某同学根据提议设计了如下实验：拿两块相同的面包，用碘液检验一块面包，面包变成了深蓝色，然后他嚼碎了另一块面包，并用本地尼溶液（一种用来检验麦芽糖的试剂）检验，发现变成了红色（麦芽糖与本地尼反应的颜色），该同学根据此结果得出了面包被嚼碎后部分淀粉变成了麦芽糖的结论。
通过分析该同学的实验设计可知，他运用了两种对照类型，即咀嚼前后分别用不同试剂检验（标准对照）和咀嚼前后不同颜色反应的对照（自身对照）。该设计存在的问题是：我们并不知道麦芽糖是被嚼后由淀粉变来的还是面包本身就含有的。所以该实验还缺少一个空白对照，即首先要用本地尼溶液检验干面包被嚼前是否含有麦芽糖。只有通过加一组这样的空白对照后才能得出实验结论。
参考文献：
[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书生物1必修·分子与细胞.北京：人民教育出版社，2004：79
[2]包凤妹.中学生物对照实验设计的条件控制.中学生物教学，2003，（4）：27-28
[3]汪朝晖.不同对照类型中实验组和对照组的判断.生物学教学，2006，31：70-71
[4]陆建身，赖麟.生物统计学.北京：高等教育出版社，2003：72-73
关键词：实验设计;对照实验;实验变量;对照组;实验组
在生物学的教学过程中，为了说明某个重要结论，经常会引用一些经典的实验。通观这些实验，可以发现它们均是以对照为基本思路而设计出来的。
除一个因素以外，其余因素都保持不变的实验叫做对照实验[1]。对照实验一般要设置实验组和对照组。根据实验组与对照组同实验变量的关系和实验目的的不同，对照实验可分为以下八类：空白对照、自身对照、条件对照、平行对照、标准对照、安慰剂对照、阴性对照、阳性对照。
1 生物对照实验的类型
1.1 空白对照
给对照组施以对研究对象没有任何额外影响的处理因素或不给对照组任何处理因素的对照，称为空白对照[2]。在设计空白对照实验中，除了要平衡好非实验变量的影响外，关键是要使两组的实验结果易于对比，从而突出实验变量的效果。如实验“小麦胚芽鞘的向光弯曲”，该实验的目的是证明胚芽鞘尖端在光照下能产生某种物质而使胚芽鞘向光弯曲，实验设计的思路是：在胚芽鞘尖端不接受光照（实验变量）的情况下，看其能否向光弯曲，如不能弯曲，则假设成立。根据思路设计了如下三组实验：（a）组切去胚芽鞘尖端;（b）组的胚芽鞘尖端用锡纸遮光;（c）组未作处理。然后让这三组实验对象均匀地接受单侧光照射。上述设计中，（a）组和（b）组接受了实验变量处理（未接受光照），为实验组;（c）组未作处理，为空白对照组。实验过程结束后，通过对比三组的状态，很容易就可以得出实验结论。空白对照的特点是实验处理简单，实验结果对照明确，是中学生物学最常用的对照之一。
1.2 自身对照
实验和对照在同一实验对象上进行前测和后测，而不另设对照组的对照，称为自身对照。设计自身对照实验的关键是要界定好实验变量处理前后的状态，即界定好实验组与对照组的不同状态。如在实验“观察植物细胞的质壁分离和复原”中，植物细胞是实验对象，一定浓度的蔗糖溶液是实验变量，实验中处理和观察的是同一植物细胞。在观察植物细胞的质壁分离时，用蔗糖溶液处理后的细胞是实验组，其预期状态是质壁分离，实验前未经处理的细胞则是对照组。有时，实验组和对照组会根据实验的需要发生改变，如在观察质壁分离的植物细胞复原时，质壁分离状态的细胞就成了对照组，而复原后的细胞则成了实验组。自身对照的特点是实验在同一对象上进行，实验步骤简单。
1.3 条件对照
虽然给对象施以某种实验处理，但这种处理并不是所要研究的实验变量，而仅作为对照意义，这一类的对照称为条件对照。设计这一类实验的关键是要选好非实验变量的处理因素。如实验“肺炎双球菌的转化”，设置了以下四组实验[3]：（a） S型肺炎双球菌的蛋白质+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落;（b） S型肺炎雙球菌的夹膜多糖+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落;（c） S型肺炎双球菌的DNA+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落+S型肺炎双球菌菌落;（d） S型肺炎双球菌的DNA+DNA水解酶+R型肺炎双球菌→R型肺炎双球菌菌落
该实验的目的是证明DNA是遗传物质，因此实验变量是DNA。上面四组实验中，（c）组接受实验变量的处理，为实验组;（a）组和（b）组接受了非实验变量的因素处理，为条件对照组;（d）组的处理因素中虽然有DNA，但加入的DNA水解酶将DNA水解，所以该组是空白对照组。在该实验中，选择蛋白质和夹膜多糖为条件对照有特定的意义，因为在证明DNA是主要的遗传物质之前，人们把蛋白质或夹膜多糖视为遗传物质。所以通过设置（a）组和（b）组可以明确地纠正人们错误观念。条件对照的特点是通过一个侧面来反映实验变量对实验结果产生的影响，往往能突出实验变量的作用。
1.4 平行对照
不另设对照组，而是几个实验组之间相互进行的对照，称为平行对照（又叫相互对照）。如果有一系列相似的实验处理，一般是运用平行对照。平行对照的关键是要找出实验对象变化时实验变量的临界值。如实验：“探索影响酶活性的因素”，不同浓度处理的实验对象之间以及不同pH处理的实验对象之间，自身既可以作为实验组，又可以作为其他实验组的对照组。该实验的关键是要找出酶活性最高时的温度及pH，通过这一临界值及其变化规律便可得出实验结论。平行对照的特点是不需另设对照组，通过平行对照，有些实验还可得出规律性的实验结果。
1.5 标准对照
用一个经检验确认的处理因素作为比较对象的对照，称为标准对照。这个经检验确认的处理因素一般是某种“标准”（如种子的标准发芽率）或是经确认有效的处理因素。如实验“探究酶的高效性”，实验对象是过氧化氢，实验变量是过氧化氢酶，Fe3+是标准对照物，因为Fe3+是经检验确认的对过氧化氢有一定催化作用的无机催化剂。该实验通过比较过氧化氢酶与Fe3+的催化作用，可得出“酶具有高效性”这一结论。
1.6 安慰剂对照
为避免和控制人的心理因素对实验结果的干扰而设置的对照，称为安慰剂对照。安慰剂是指外形和试验药相像，但不含试验药有效成分的制剂或剂型，如蒸馏水、淀粉片等。在病人的治疗过程中，常常会出现安慰剂效应，即病人虽然获得无效的治疗，但却预料或相信治疗有效而让病患得到舒缓的现象。因为安慰剂效应的影响如此之广，所以在药效测试中设置安慰剂对照是很有必要的。如果某种药物的疗效与安慰剂的疗效没有显著性差异，该药物的临床使用价值就不大。安慰剂对照可分为单盲测试、双盲测试和三盲测试。单盲测试是指受试者不知道药物是否为安慰剂;双盲测试是指施测者和受试者均不知道药物是否为安慰剂，三盲测试指试验设计者、施测者和受试者均不知道药物是否为安慰剂。 1.7 阴性对照、阳性对照
在临床研究中，将无病的判为有病或将阴性鉴定为阳性的，称为假阳性;将有病的判为无病或将阳性鉴定为阴性的，称为假阴性。为排除假阳性而设定的对照叫阴性对照，而为排除假阴性设定的对照则称为阳性对照。
2 生物对照实验的应用
2.1 判断某实验属于何种对照类型
例1：为了验证酶的催化特性，有人设计了如下实验：准备6支试管，其中1～5号试管加入5mL 3%的H2O2，6号试管加入3mL 3%的H2O2后，再分别装入下列物质，观察在不同条件下的反应[5]：（1）1号试管加入1gMnO2，置于37℃恒温下;（2）2号试管加入1g鲜猪肝，置于37℃恒温下;（3）3号试管加入1mL蒸馏水，置于37℃恒温下;（4）4号试管加入1g熟猪肝，置于37℃恒恒下;（5）5号试管加入1g鲜猪肝，置于0℃恒温下;（6）6号试管加入2 mL 10%的HCl 或10%的NaOH，再加入1g鲜猪肝，置于37℃恒温下。
根据以上的实验设计，请回答：①设置1号试管的目的是什么？②哪一组是实验组？为什么？③设置3号和4号试管有何意义？④设置5号和6号试管的目的是什么？
解析：①1號试管是实验的标准对照组，因为MnO2是经确认的催化剂。通过1号试管和2号试管的对照，可的出酶具有高效性这一结论。②2号试管是实验组，因为实验的目的是验证酶的催化特性，通过2号试管鱼其他试管的对照，可以得出较完整的实验结论，即酶在适宜的温度（与5号试管对照）和pH（与6号试管对照）下，具有高效性（与1号试管对照）。③3号和4号试管均为空白对照组，虽然4号试管加入了熟猪肝，但熟猪肝中的H2O2酶已被破坏，所以其处理效果与3号试管相同，设置空白对照的目的是突出和纯化H2O2的作用。④5号和6号试管均为平行对照组，通过设置平行对照组，可以找出规律性得实验处理条件。本例中，通过设置5号和6号试管，可以得出以下结论：低温、强酸和强碱会降低酶得活性，甚至会使酶失去活性。
2.2 根据实验目的设计对照实验
例2：请设计一个实验，证明面包被嚼碎后部分淀粉变成了麦芽糖。
某同学根据提议设计了如下实验：拿两块相同的面包，用碘液检验一块面包，面包变成了深蓝色，然后他嚼碎了另一块面包，并用本地尼溶液（一种用来检验麦芽糖的试剂）检验，发现变成了红色（麦芽糖与本地尼反应的颜色），该同学根据此结果得出了面包被嚼碎后部分淀粉变成了麦芽糖的结论。
通过分析该同学的实验设计可知，他运用了两种对照类型，即咀嚼前后分别用不同试剂检验（标准对照）和咀嚼前后不同颜色反应的对照（自身对照）。该设计存在的问题是：我们并不知道麦芽糖是被嚼后由淀粉变来的还是面包本身就含有的。所以该实验还缺少一个空白对照，即首先要用本地尼溶液检验干面包被嚼前是否含有麦芽糖。只有通过加一组这样的空白对照后才能得出实验结论。
参考文献：
[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书生物1必修·分子与细胞.北京：人民教育出版社，2004：79
[2]包凤妹.中学生物对照实验设计的条件控制.中学生物教学，2003，（4）：27-28
[3]汪朝晖.不同对照类型中实验组和对照组的判断.生物学教学，2006，31：70-71
[4]陆建身，赖麟.生物统计学.北京：高等教育出版社，2003：72-73