控制變量法在解高中生物探究式圖表題中的應用

唐玉福

摘 要：圖表在高中生物教材和高考試題中占有重要地位，高考試題圖表題常以探究式題型出現，這與控制變量法思想一脈相承。本文用幾個實例從不同角度分析應用控制變量法解高中生物探究式圖表題的適用性和有效性，得出肯定的結論。

關鍵詞：控制變量法；高中生物；探究式；圖表題

一、 研究背景

1. 圖表在教材和高考試題中的地位

圖表是生物學的第二語言。它形象地揭示生命現象的復雜性和多樣性、內在的聯系性、統一性等問題，有著語言文字無法比擬的直觀、形象、簡潔的特點。筆者對人教版高中生物必修教材中的圖表進行統計發現：3冊必修教材圖共300多幅，表共30多幅。可見圖表在高中生物教材中的地位重要，具有量多、不可取代、不可或缺性。

同時，對近幾年廣東高考理綜生物試卷中的圖表題進行統計分析發現：每年都有多道與圖表相關的試題，圖表題所占分值近50%。可見圖表題也是高考試題呈現的重要形式。題量和分值所占比重都很大。它是考查學生生物學知識和生物學素養的重要載體。

2. 圖表題在高考試題中的特點

圖表題在高考中以考查學生能力為突出特點。高考試題中的圖表題源于教材，高于教材，重在理解。這些試題突出考查學生獲取信息的能力、理解能力、綜合分析能力、圖文圖表轉換能力。這一特點決定了它常常以考查多因素之間的關系的形式出現，即高考試題的圖表題經常以探究式題型出現。

3. 什么是控制變量法

科學研究中，當研究多個因素之間的關系時，常常每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，把多因素的問題變成單因素的問題，這種方法叫控制變量法。其中人為改變的變量稱作自變量，隨自變量的變化而變化的量稱因變量，除自變量外，研究過程中可能還會有一些可變因素，對實驗結果造成影響，這些變量稱為無關變量。控制變量法是科學探究中的重要思想方法。它是生物學中常用分析解決問題的重要思想方法，應用這一思想方法可以使研究的問題簡單化。

二、 應用控制變量法解高中生物探究式圖表題

應用控制變量法解題的關鍵思路是：第一步，認真審題，明確探究的課題。一般探究的問題表達形式是：探究××自變量對××因變量的影響。第二步，根據課題確定生物學原理。第三步，根據課題確定自變量（是單還是雙自變量）、因變量（是單還是雙因變量）、無關變量。第四步，根據控制變量法的原則及生物學原理進行分析推理。

1. 給出圖表，應用控制變量法解題

（1） 給出表，應用控制變量法解題

【例1】 分析表1，可推測

A. 甲溶液含有淀粉

B. 乙溶液含有還原糖

C. 混合溶液不含淀粉

D. 混合溶液含有淀粉酶

【解析】第一步，從實驗課題確定實驗原理，雙縮脲試劑、碘液、斐林試劑分別檢測蛋白質、淀粉和還原性糖。第二步，確定自變量和因變量（見圖1）。第三步，分析推測出，甲含有蛋白質，乙含有淀粉，甲和乙混合能夠產生還原性糖，證明甲中含有淀粉酶，將淀粉分解產生還原性糖。

【答案】D。

（2） 給出圖和表，應用控制變量法解題

【例2】 以下曲線圖2顯示一片綠葉在正常情況下一天中的氣體交換情況，若該綠葉的呼吸速率保持不變，請判斷在12：00時，該葉片呼吸作用和光合作用分別生成和利用的CO2量是（ ）

【解析】第一步，找出探究課題是：一片綠葉一天中的氣體交換情況，細化為一片綠葉光照和黑暗條件下CO2的吸收量。第二步，明確實驗原理。綠葉在黑暗條件下只進行呼吸作用。光照條件下同時進行光合作用和呼吸作用。真光合速率=凈光合速率+呼吸速率，呼吸速率可用黑暗條件下CO2的釋放量表示，凈光合速率可用CO2的吸收量表示，真光合速率可用CO2的利用量表示。第三步，找出自變量和因變量。自變量是有無光照，因變量是CO2的吸收量（釋放量），無關變量是綠葉的呼吸速率保持不變，某時刻。第四步，根據實驗原理，各變量的關系可知：12：00時，有光照，有呼吸作用和光合作用，故CO2的釋放量是2，CO2的利用量=12+2=14。

【答案】D。

2. 給定研究課題，應用控制變量法繪制圖表

（1） 給出研究課題，應用控制變量法繪曲線圖

【例3】 表2是植物Ⅰ和植物Ⅱ在一天中氣孔導度的變化。請分析回答：

請在坐標圖3中畫出植物Ⅰ和植物Ⅱ一天中氣孔導度的變化曲線。

【解析】第一步，從題干給出的探究課題及表格找出自變量是時間；因變量有兩個，因變量1是植物Ⅰ氣孔導度，因變量2是植物Ⅱ氣孔導度。第二步，描點，將表格中的數據描到平面坐標系中，注意自變量時間是X值，因變量氣孔導度是Y值。第三步，連線，將第二步植物Ⅰ和植物Ⅱ所描的點分別連成光滑的曲線。第四步：標上曲線的名稱。（見圖4）

【答案】

（2） 給出研究課題，應用控制變量法制表

【例4】 木瓜蛋白酶的提取工藝流程如下：

興趣小組分別對酶保護劑濃度、提取液pH進行了探究實驗。結果顯示，酶保護劑濃度在0.02～0.06 mol/L范圍內，酶活力較高；提取液pH在6.0～8.0范圍內，酶活力較高。他們認為，要進一步提高粗酶制劑的酶活力，以達到最佳提取效果，還需對酶保護劑濃度和提取液pH進行優化，并確定以此為探究課題。請擬定該課題名稱，設計實驗結果記錄表。

【解析】第一步，從題干給出的探究課題可以看出自變量有兩個，自變量a是酶保護劑濃度，自變量b是提取液pH，因變量是酶活力。第二步，制表。對于雙自變量影響單因變量的實驗，要體現某結果是兩個因素一起造成的，最好的形式就用棋盤法布局，即兩個自變量十字交叉布局的表格。格式如表3。

第三步，根據上表布局將自變量a和自變量b適當的分組數值填入表格中，并標上單位就是一張很好的實驗結果記錄表。

【答案】略。

三、 結論

筆者對控制變量法在解高中生物探究式圖表題中的應用進行了初步的研究，初步得出兩個結論。

1. 應用控制變量法解高中生物探究式圖表題是完全適用的

生物學是一門揭示生命現象內在聯系和規律的實驗科學，是對生命現象進行無數個探究實踐總結的科學。圖表是進行這些科學探究總結的形象語言。高中生物教材就是這種探究總結的材料之一，因此高中生物教材用了許多圖表對生物學探究性知識進行描述和表達，高考試題也用了大量的探究式圖表題對學生的生物學知識和科學素養進行考查。高中生物圖表題這種探究屬性與控制變量法的思想是一脈相承的。以上實例的分析說明應用控制變量法解高中生物探究式圖表題是完全適用的。

2. 應用控制變量法解高中生物探究式圖表題是非常有效的

控制變量法是科學探究中的重要思想方法。學生掌握了這種思想方法就可舉一反三，觸類旁通，不僅可將其應用于解決其他學科的探究性問題，同樣能將其應用于解決生物學的探究性問題。學生通過對控制變量法的學習，不僅獲得了生物學知識，也提高了獲取信息的能力、理解能力、綜合分析能力、圖文圖表轉換等能力。許多學生在掌握控制變量法這一解題方法后表示：試題中的“圖表題”是我最喜歡做的一類題！

參考文獻：

[1]姜雪梅.控制變量法在解題中的應用[J].生物學教學，2005，（9）：38-40.endprint