例析變量分析法在解答高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)題中的應(yīng)用

羅惠峰

(廣東省江門(mén)市棠下中學(xué) 江門(mén) 529085)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出“科學(xué)思維、科學(xué)探究”等生物學(xué)科的核心素養(yǎng)，將實(shí)驗(yàn)與探究能力的培養(yǎng)提升到一個(gè)新高度。在近年的生物學(xué)高考中，對(duì)實(shí)驗(yàn)與探究能力的考查，有逐年加大的趨勢(shì)。但對(duì)不少學(xué)生來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)難點(diǎn)。筆者結(jié)合生物學(xué)考試大綱“實(shí)驗(yàn)和探究能力”具體要求，總結(jié)出用變量分析法解答實(shí)驗(yàn)類題的方法。

1 變量分析法

實(shí)驗(yàn)中的變量是指可被操縱的特定因素或條件。它常包括自變量、因變量和無(wú)關(guān)變量三種。自變量也稱實(shí)驗(yàn)變量，是指實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者所操縱的因素或條件。因變量也稱反應(yīng)變量，指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)變量所引起的變化結(jié)果。通常實(shí)驗(yàn)變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果，兩者之間具有必然的因果關(guān)系。無(wú)關(guān)變量，是指除自變量外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能還會(huì)存在的一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的因素。在解答與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的題目時(shí)，首先分析實(shí)驗(yàn)的變量，即運(yùn)用變量分析法分析題目對(duì)解題有重要意義。

下面對(duì)2015—2017年全國(guó)卷理綜生物學(xué)試題中部分與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的題進(jìn)行分析舉隅。

2 用變量分析法分析高考生物學(xué)實(shí)驗(yàn)題

2.1 從文字?jǐn)⑹龅奶骄窟^(guò)程中尋找變量 (2015全國(guó)理綜卷Ⅰ第29題)為了探究不同光照處理對(duì)植物光合作用的影響，科學(xué)家以生長(zhǎng)狀態(tài)相同的某種植物為材料設(shè)計(jì)了A、 B、 C、 D四組實(shí)驗(yàn)。各組實(shí)驗(yàn)的溫度、光照強(qiáng)度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩(wěn)定,每組處理的總時(shí)間均為135s，處理結(jié)束時(shí)測(cè)定各組材料中光合作用產(chǎn)物的含量。處理方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

A組： 先光照后黑暗，時(shí)間各為67.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為50%。

B組： 先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時(shí)間各為7.5s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為70%。

C組： 先光照后黑暗，光照和黑暗交替處理，每次光照和黑暗時(shí)間各為3.75ms(毫秒)；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為94%。

D組(對(duì)照組)： 光照時(shí)間為135s；光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量為100%。

回答下列問(wèn)題：

(1) 單位光照時(shí)間內(nèi)，C組植物合成有機(jī)物的量_________(填“高于”“等于”或“低于”)D組植物合成有機(jī)物的量，依據(jù)是_________；C組和D組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可表明光合作用中有些反應(yīng)不需要_________，這些反應(yīng)發(fā)生的部位是葉綠體的_________。

(2) A、 B、 C三組處理相比，隨著_________的增加，使光下產(chǎn)生的_________能夠及時(shí)利用與及時(shí)再生，從而提高了光合作用中CO2的同化量。

本題題干有285個(gè)文字，是一道閱讀量較大的實(shí)驗(yàn)分析題。若學(xué)生能運(yùn)用變量分析法入手，則可判斷出A、 B、 C三組是實(shí)驗(yàn)組，D組是對(duì)照組。單一變量(自變量)是黑暗和光照交替處理的頻率，因變量是光合作用產(chǎn)物的相對(duì)含量。然后再分析自變量和因變量之間的關(guān)系，加上在審題時(shí)抓住題眼“單位光照時(shí)間內(nèi)”，問(wèn)題就能迎刃而解。

2.2 在表格中發(fā)現(xiàn)變量 (2016全國(guó)理綜卷Ⅱ第31題)BTB是一種酸堿指示劑。BTB的弱堿性溶液顏色可隨其中CO2濃度的增高而由藍(lán)變綠再變黃。某同學(xué)為研究某種水草的光合作用和呼吸作用，進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)： 用少量的NaHCO3和BTB加水配制成藍(lán)色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液變成淺綠色，之后將等量的淺綠色溶液分別加入到7支試管中。其中6支加入生長(zhǎng)狀況一致的等量水草，另一支不加水草，密閉所有試管。各試管的實(shí)驗(yàn)處理和結(jié)果見(jiàn)表。

試管編號(hào)1234567水草無(wú)有有有有有有距日光燈的距離(cm)20遮光?1008060402050min后試管中溶液的顏色淺綠色X淺黃色黃綠色淺綠色淺藍(lán)色藍(lán)色

(*遮光是指用黑紙將試管包裹起來(lái)，并放在距日光燈100cm的地方)

若不考慮其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，回答下列問(wèn)題：

(1) 本實(shí)驗(yàn)中，50min后1號(hào)試管的溶液是淺綠色，則說(shuō)明2至7號(hào)試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由_________引起的；若1號(hào)試管的溶液是藍(lán)色，則說(shuō)明2至7號(hào)試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是_________(填“可靠的”或“不可靠的”)。

(2) 表中X代表的顏色應(yīng)為_(kāi)________(填“淺綠色”、“黃色”或“藍(lán)色”)，判斷依據(jù)是_________。

(3) 5號(hào)試管中的溶液顏色在照光前后沒(méi)有變化，說(shuō)明在此條件下水草_________。

利用表格設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是對(duì)照實(shí)驗(yàn)的常用方法。本題以水草為研究對(duì)象，圍繞著對(duì)照實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)問(wèn)題，考查考生對(duì)以控制變量為基礎(chǔ)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力和概括總結(jié)能力。因此，解答時(shí)先分析表格，找出本實(shí)驗(yàn)的自變量有兩個(gè)： 有無(wú)水草和光照強(qiáng)度(通過(guò)調(diào)節(jié)距日光燈的距離來(lái)控制)；因變量為水草的光合作用和呼吸作用(觀測(cè)指標(biāo)是50min后試管中溶液的顏色)。

1號(hào)試管無(wú)水草，為空白對(duì)照組，50min后溶液的顏色依然為淺綠色，說(shuō)明50min內(nèi)，1號(hào)試管無(wú)CO2的變化。若50min后1號(hào)試管溶液的顏色變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明有未知的無(wú)關(guān)變量使溶液的CO2含量發(fā)生變化，則1號(hào)試管失去了對(duì)照的價(jià)值，2至7號(hào)試管的顏色變化不可靠。

2.3 在坐標(biāo)曲線中分析變量 (2017全國(guó)理綜卷Ⅰ第3題)通常，葉片中葉綠素含量下降可作為其衰老的檢測(cè)指標(biāo)。為研究激素對(duì)葉片衰老的影響，將某植物離體葉片分組，并分別置于蒸餾水、細(xì)胞分裂素(CTK)、脫落酸(ABA)、CTK+ABA溶液中，再將各組置于光下。一段時(shí)間內(nèi)葉片中葉綠素含量變化趨勢(shì)如圖所示，據(jù)圖判斷，下列敘述錯(cuò)誤的是

A. 細(xì)胞分裂素能延緩該植物離體葉片的衰老

B. 本實(shí)驗(yàn)中CTK對(duì)該植物離體葉片的作用可被ABA削弱

C. 可推測(cè)ABA組葉綠體中NADPH合成速率大于CTK組

D. 可推測(cè)施用ABA能加速秋天銀杏樹(shù)的葉由綠變黃的過(guò)程

本題以探究實(shí)驗(yàn)為背景，以坐標(biāo)曲線圖的形式考查對(duì)照實(shí)驗(yàn)的分析和植物激素調(diào)節(jié)。在解答時(shí)，首先是識(shí)圖，明確自變量和因變量。據(jù)圖分析可知，自變量(橫坐標(biāo)和不同的曲線表示)為時(shí)間和激素的處理方式，因變量為葉片的衰老，其檢測(cè)指標(biāo)(縱坐標(biāo)表示)為葉片中葉綠素含量。很明顯，四個(gè)處理組中，蒸餾水組為空白對(duì)照。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(葉綠素的相對(duì)含量變化情況)而得出結(jié)論(激素對(duì)葉片衰老的影響)。

2.4 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用變量 (2017全國(guó)理綜卷Ⅰ第29題)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對(duì)人類健康會(huì)造成很大危害，通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換，請(qǐng)利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以確定一種新病毒的類型，簡(jiǎn)要寫(xiě)出(1)實(shí)驗(yàn)思路，(2)預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論即可。(要求： 實(shí)驗(yàn)包含可相互印證的甲、乙兩個(gè)組)

生物學(xué)考試大綱明確指出： 考生要具備驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力。但考生面對(duì)此題往往沒(méi)有思路、無(wú)從下手。若能依據(jù)題干信息“放射性同位素標(biāo)記”“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”，即可確定甲、乙兩組的自變量為放射性同位素標(biāo)記的差異性堿基(一組標(biāo)記胸腺嘧啶，一組標(biāo)記尿嘧啶)或核苷酸。再根據(jù)“體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞”，并聯(lián)系教材T2噬菌體侵染大腸桿菌實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)，可確定因變量的觀測(cè)指標(biāo)為子代病毒的放射性情況。至此，此題的實(shí)驗(yàn)思路就明確了。

3 反思

通過(guò)上述分析，可以看出高考生物學(xué)試題對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的考查是多角度、多維度的。但不管是文字?jǐn)⑹龅奶骄繉?shí)驗(yàn)、表格類實(shí)驗(yàn)、坐標(biāo)曲線形式呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)還是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查，都不離開(kāi)實(shí)驗(yàn)變量的分析。厘清實(shí)驗(yàn)題中隱含的自變量和因變量及無(wú)關(guān)變量對(duì)解題有很大的幫助。以實(shí)驗(yàn)變量分析為抓手，往往能使考生快速打開(kāi)解題之門(mén)，還能提高答題準(zhǔn)確率。當(dāng)然，以上方法只是實(shí)驗(yàn)分析的敲門(mén)磚，對(duì)于具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，往往還會(huì)涉及到變量控制等方法。