“模式識別”在高三實驗復習教學中的應用

北京

模式識別是指人類對事物或者現象等各種形式的（數值的、文字的和邏輯關系）信息進行處理和分析，以便對事物或現象進行描述、辨認、分類和解釋的過程。模式識別在計算機領域應用比較廣泛，比如在自動化加工、識別技術、監控系統等方面。如果教師能夠把試題類型模式化，學生在解題過程中識別模式，運用所學知識就能夠輕松解答試題、解釋現象。

歷年的北京卷中實驗設計類試題主要考查學生的基礎知識和必備能力，實驗設計題是各省市高考熱點題型，所占分值較高，許多學生覺得解答這類題目很難，有時只是心里明白，卻無法用準確的語言文字表達出來。其實只要厘清思路，找準方法，就能化難為易。實驗設計類試題一般遵循的解題特點：根據單一變量原則、對照原則、重復原則等確定實驗中的自變量、無關變量和因變量。為了幫助學生確定自變量、無關變量和因變量，教師可根據這類試題中能力方面的考查總結出一種做題模式，學生將這種模式靈活掌握。

一、實驗設計類試題模式的提出

對于實驗設計類試題中填寫自變量、無關變量、因變量要根據實驗設計的單一變量原則、對照原則等進行設計，首先，要知道什么是自變量、無關變量、因變量。自變量：人為控制的對實驗對象進行處理的因素；因變量：因自變量改變而變化的變量；無關變量：實驗過程中存在的一些對實驗結果造成影響的可變因素。其次，要根據這些變量進行解題，可按下列模式進行。

在解題過程中，可以將自變量理解為對照組和實驗組的內容是不一樣的。實驗組是本實驗想要研究的內容，可以根據研究物質的不同濃度或者不同溫度等等設置幾個實驗組，而對照組可以分為陰性對照和陽性對照兩類，這樣實驗就可以分為很多個小組，但整體上是實驗組與對照組，也就是自變量是在不同的組別填寫不一樣的部分,相當于數學坐標中的橫軸。無關變量可以理解為實驗組和對照組要保持一樣。在不同的研究中，都要排除無關變量對實驗結果造成的影響，因為研究同一實驗的每一組中的無關變量都是相同的，對于每組實驗的影響都是相同的。而在不同的試題中要把“無關變量”四個字替換成該試題對應的具體無關變量，例如：溫度、高度、生長狀況等，即可以描述為排除溫度、高度、生長狀況等對實驗結果造成的影響。因變量可以理解為常表示實驗結果，類似于數學坐標中的縱軸。在試題中常用檢測出、測量出、記錄等文字表示所得實驗結果。

二、利用解題模式識別實驗設計類試題

在高考題和模擬題中有大量類似的、形式不同的試題，教師需要在課堂中帶領學生分析、歸納、總結試題，運用上述總結出的解題模式，幫助學生理解這種解題模式，并且進行實驗設計能力的培養。

【文字描述型】據圖2 的結果，科研人員提出了一個假設：在頂芽產生的生長素沿主莖極性運輸時，GR24 會抑制側芽的生長素向外運輸。為驗證該假設，采用與圖1 相同的切段進行實驗。

請在表中的空白處填寫相應處理內容，完成實驗方案。

圖1

圖2

【答案】①在主莖上端施加NAA ②放射性標記的NAA（或生長素） ③加入GR24 ④不加入GR24

【分析】轉換為解題模式：

根據題目中指出GR24 會抑制側芽的生長素向外運輸，從而確定本題的自變量。并且實驗要求檢測放射性，則題目中兩組實驗均需加入放射性同位素進行標記（無關變量）。則本題的填寫要求如下：

自變量：GR24的有無（表格中只有最后一列才能填寫）。

無關變量：填好自變量后，根據單一變量原則可確定其他一樣的條件，第二列的無關變量又是根據因變量的檢測手段進行填寫的。

【選擇題形式】實驗研究發現，J 酶催化B 蛋白的磷酸化反應，磷酸化的B 蛋白又可以與J 酶結合抑制其活性，這種調節方式是__________調節?？赏茰y，B 蛋白通過影響J 酶活性________（填“促進”或“抑制”）UV 誘導的細胞凋亡過程。若要驗證上述推測，實驗組的設計及結果應該為____________（填選項前的字母）。

a.正常細胞

b.J 酶基因敲除細胞

c.B 蛋白基因敲除細胞

d.用UV（20 J，20 h）照射

e.不用UV（20 J，20 h）照射

f.J 酶活性較高

g.J 酶活性較低

h.細胞凋亡率較高

i.細胞凋亡率較低

【答案】負反饋 抑制 c、d、f、h

【分析】轉換為解題模式：

（本題中提到B 蛋白通過影響J 酶活性抑制UV 誘導的細胞凋亡過程，所以選擇f、h）

經以上分析知，自變量：B 蛋白的有無；

無關變量：UV 處理。

同樣類型的試題有2017 年北京卷第29 題（部分節選）（3）③為驗證T 的磷酸化能增強神經細胞對刺激的“記憶”這一假設，將T 的磷酸化位點發生突變的一組小鼠，用HFS 處理H 區傳入纖維，30 分鐘后檢測H 區神經細胞突觸后膜A 受體能否磷酸化。請評價該實驗方案并加以完善________________。

【答案】該實驗方案存在兩處缺陷。第一，應補充第一組對未突變小鼠同樣處理的對照實驗。第二，應補充施加HFS 后檢測和比較以上兩組小鼠突觸后膜電位變化的實驗

【分析】轉換為解題模式：

（可在本題中找到關鍵詞“檢測”，則可以確定因變量是檢測H 區神經細胞突觸后膜A 受體能否磷酸化）

經以上分析知，自變量：實驗組為T 的磷酸化位點發生突變的小鼠，對照組為正常未發生突變的小鼠。

無關變量：HFS 處理H 區傳入纖維、處理時間30 分鐘。

因變量：檢測H 區神經細胞突觸后膜A 受體能否磷酸化。

這道題不僅考查學生對實驗設計中自變量的判斷，而且考查因變量的填寫，需要學生有扎實的基礎知識和嚴謹的實驗設計思路，這是北京卷最難的一點，也是最不容易把握的部分。如果學生能夠掌握前文所歸納的做題模式，按照模式中的流程進行轉換，一步步找出相關信息，對實驗的整體思路進行把握，理解實驗，問題也就迎刃而解了。

實驗設計類試題在高考中所占分值較高，在復習過程中，特別是在二輪復習中，從全面的基礎復習轉入專題復習，實驗設計類試題的復習便成了復習的重點，學生可在課堂中通過試題歸納總結出模式，再通過不同類型試題識別模式，解決試題。通過總結解題模式，讓學生再看見類似試題時不會無從下手。學生只要能夠識別試題類型，確定這道題是實驗設計類習題，有自變量、因變量等因素的出現，無論試題是以選擇題的形式、表格的形式，還是文字的形式呈現，只要把不同形式轉換成解題模式，按解題模式的思路、步驟區分自變量、無關變量、因變量，并且記住描述相關變量的常用關鍵詞，區分對照組和實驗組，運用單一變量原則和對照原則的答題策略，便能讓學生更有信心應對這類試題的解答，讓模式識別這種答題策略更好地應用于高中教學。