實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題中變量分析法精準(zhǔn)突破

1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題中變量分析法精準(zhǔn)突破 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題中變量分析法的精準(zhǔn)突破 普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2021 年版）提出生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、.責(zé)任生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，將實(shí)驗(yàn)與探究能力的培養(yǎng)提升到一個(gè)新高度。近年的生物學(xué)高考中，對(duì)實(shí)驗(yàn)與探究能力的考查主要涉及實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論得出等維度，能夠真實(shí)反映出學(xué)生分析問題和解決問題能力所達(dá)到的水平。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)出用變量分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題進(jìn)行精準(zhǔn)突破。 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，主要包括自變量、因變量和無關(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

2、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。通常自變量是原因，因變量是結(jié)果，兩者之間具有必然的因果關(guān)系。無關(guān)變量是指除自變量外，實(shí)驗(yàn)過程中可能還會(huì)存在的一些對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的因素。在解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題時(shí)，運(yùn)用變量分析法往往可以快而準(zhǔn)地解題。下面結(jié)合近年全國卷理綜生物學(xué)試題中部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題進(jìn)行分析舉隅。 2 用變量分析法精準(zhǔn)突破實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題 2.1 基于限定條件的精準(zhǔn)突破 【例 1】（2021全國理綜卷 i29 節(jié)選）將生長在水分正常土壤中的某植物通過減少澆水進(jìn)行干旱處理，該植物根細(xì)胞中溶質(zhì)濃度增大，葉片中的脫落酸（aba）含量增高，葉片氣孔開度減小，回答下列問題。（3）有研

3、究表明：干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由 aba 引起的。請(qǐng)以該種植物的 aba 缺失突變體（不能合成 aba）植株為材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一結(jié)論。要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路和預(yù)期結(jié)果。解題思路：從要驗(yàn)證的結(jié)論"干旱條件下氣孔開度減小不是由缺水直接引起的，而是由 aba 引起的'可看出，該題既要驗(yàn)證氣孔開度減小不是缺水引起的，又要驗(yàn)證是由 aba 引起的。因此，實(shí)驗(yàn)的自變量有缺水和 aba；因變量為植株氣孔開度。同時(shí)，題干中提示"請(qǐng)以該種植物的 aba 缺失突變體（不能合成 aba）植株為材料'。所以，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中不能涉及正常植株作為對(duì)照?；谏鲜?/p>

4、分析，可將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為兩組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，見表 1。依據(jù)上述分析，在解答本題時(shí)，首先基于題干要求的實(shí)驗(yàn)材料這個(gè)限定條件，選對(duì)實(shí)驗(yàn)材料，然后再根據(jù)所要驗(yàn)證的結(jié)論準(zhǔn)確確定自變量、認(rèn)清因變量的觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)解題的精準(zhǔn)突破。教材原型是人教版高中生物必修 1 的 36 頁中技能訓(xùn)練。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明某一種或某幾種無機(jī)鹽是這種植物生長發(fā)育所必 需的。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路是先將植物置于缺某種無機(jī)鹽的完全培養(yǎng)液，出現(xiàn)某種癥狀后，再加入該種無機(jī)鹽，相應(yīng)癥狀消失，則可確定該無機(jī)鹽是這種植株生長發(fā)育所必需的。 2.2 基于變量分析的精準(zhǔn)突破 【例 2】（2021全國理綜卷29 節(jié)選）氮元素是植物生長的必需元素，合理施用氮肥可提高農(nóng)

5、作物的產(chǎn)量。回答下列問題。（2）農(nóng)作物吸收氮元素的主要形式有銨態(tài)氮（nh4+）和硝態(tài)氮（no3-）。已知作物甲對(duì)同一種營養(yǎng)液（以硝酸銨為唯一氮源）中 nh4+和 no3-的吸收具有偏好性（nh4+和 no3-同時(shí)存在時(shí)，對(duì)一種離子的吸收量大于另一種）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)這種偏好性進(jìn)行驗(yàn)證，要求簡要寫出實(shí)驗(yàn)思路、預(yù)期結(jié)果和結(jié)論。解題思路：依據(jù)作物甲對(duì)硝酸銨中 nh4+和 no3-的吸收具有偏好性，可作出判斷，本實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證作物甲對(duì)哪一種離子的吸收具有偏好性。因此，可確定自變量是作物甲對(duì)哪一種離子的吸收具有偏好性，進(jìn)而可推導(dǎo)出因變量為培養(yǎng)液中nh4+和no3-的剩余量。通過比較nh4+和no3-的剩

6、余量，而得出作物甲 nh4+和 no3-的吸收具有偏好性。教材原型為人教版高中生物必修 1 的 63 頁中資料分析物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)。用相同的培養(yǎng)液培養(yǎng)番茄和水稻，一段時(shí)間后，培養(yǎng)液中 ca2+和 mg2+為什么會(huì)增高？從變量分析法角度分析，自變量是植物的種類，因變量是植物對(duì)礦質(zhì)離子的吸收情況，通過檢測(cè)培養(yǎng)液中離子濃度來衡量。 2.3 抓住自變量的精準(zhǔn)突破 【例 3】（2021全國理綜卷 i29）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

7、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，簡要寫出（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）解題思路：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）。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。教材原型為人教版高中生物必修 2 的 4445 頁中噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)。先分別用 35s 標(biāo)記噬菌體的蛋白質(zhì)，用 32p 標(biāo)記 dna，然后與細(xì)菌混合培養(yǎng)，最后檢測(cè)上清液和沉淀物中的放射性強(qiáng)度。 3 反思 通過上述分析，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。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的考查都不離開實(shí)驗(yàn)變量的分析。