例析變量分析法在解答高考生物學實驗題中的應用

羅惠峰

(廣東省江門市棠下中學 江門 529085)

《普通高中生物學課程標準(2017年版)》提出“科學思維、科學探究”等生物學科的核心素養，將實驗與探究能力的培養提升到一個新高度。在近年的生物學高考中，對實驗與探究能力的考查，有逐年加大的趨勢。但對不少學生來說，這是一個難點。筆者結合生物學考試大綱“實驗和探究能力”具體要求，總結出用變量分析法解答實驗類題的方法。

1 變量分析法

實驗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、因變量和無關變量三種。自變量也稱實驗變量，是指實驗中實驗者所操縱的因素或條件。因變量也稱反應變量，指實驗中由實驗變量所引起的變化結果。通常實驗變量是原因，反應變量是結果，兩者之間具有必然的因果關系。無關變量，是指除自變量外，實驗過程中可能還會存在的一些對實驗結果造成影響的因素。在解答與實驗相關的題目時，首先分析實驗的變量，即運用變量分析法分析題目對解題有重要意義。

下面對2015—2017年全國卷理綜生物學試題中部分與實驗相關的題進行分析舉隅。

2 用變量分析法分析高考生物學實驗題

2.1 從文字敘述的探究過程中尋找變量 (2015全國理綜卷Ⅰ第29題)為了探究不同光照處理對植物光合作用的影響，科學家以生長狀態相同的某種植物為材料設計了A、 B、 C、 D四組實驗。各組實驗的溫度、光照強度和CO2濃度等條件相同、適宜且穩定,每組處理的總時間均為135s，處理結束時測定各組材料中光合作用產物的含量。處理方法和實驗結果如下：

A組： 先光照后黑暗，時間各為67.5s；光合作用產物的相對含量為50%。

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

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

D組(對照組)： 光照時間為135s；光合作用產物的相對含量為100%。

回答下列問題：

(1) 單位光照時間內，C組植物合成有機物的量_________(填“高于”“等于”或“低于”)D組植物合成有機物的量，依據是_________；C組和D組的實驗結果可表明光合作用中有些反應不需要_________，這些反應發生的部位是葉綠體的_________。

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

本題題干有285個文字，是一道閱讀量較大的實驗分析題。若學生能運用變量分析法入手，則可判斷出A、 B、 C三組是實驗組，D組是對照組。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物的相對含量。然后再分析自變量和因變量之間的關系，加上在審題時抓住題眼“單位光照時間內”，問題就能迎刃而解。

2.2 在表格中發現變量 (2016全國理綜卷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濃度的增高而由藍變綠再變黃。某同學為研究某種水草的光合作用和呼吸作用，進行了如下實驗： 用少量的NaHCO3和BTB加水配制成藍色溶液，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。各試管的實驗處理和結果見表。

試管編號1234567水草無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色藍色

(*遮光是指用黑紙將試管包裹起來，并放在距日光燈100cm的地方)

若不考慮其他因素對實驗結果的影響，回答下列問題：

(1) 本實驗中，50min后1號試管的溶液是淺綠色，則說明2至7號試管的實驗結果是由_________引起的；若1號試管的溶液是藍色，則說明2至7號試管的實驗結果是_________(填“可靠的”或“不可靠的”)。

(2) 表中X代表的顏色應為_________(填“淺綠色”、“黃色”或“藍色”)，判斷依據是_________。

(3) 5號試管中的溶液顏色在照光前后沒有變化，說明在此條件下水草_________。

利用表格設計實驗是對照實驗的常用方法。本題以水草為研究對象，圍繞著對照實驗的內容設計問題，考查考生對以控制變量為基礎的對照實驗的設計能力和概括總結能力。因此，解答時先分析表格，找出本實驗的自變量有兩個： 有無水草和光照強度(通過調節距日光燈的距離來控制)；因變量為水草的光合作用和呼吸作用(觀測指標是50min后試管中溶液的顏色)。

1號試管無水草，為空白對照組，50min后溶液的顏色依然為淺綠色，說明50min內，1號試管無CO2的變化。若50min后1號試管溶液的顏色變為藍色，說明有未知的無關變量使溶液的CO2含量發生變化，則1號試管失去了對照的價值，2至7號試管的顏色變化不可靠。

2.3 在坐標曲線中分析變量 (2017全國理綜卷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指標。為研究激素對葉片衰老的影響，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。一段時間內葉片中葉綠素含量變化趨勢如圖所示，據圖判斷，下列敘述錯誤的是

A. 細胞分裂素能延緩該植物離體葉片的衰老

B. 本實驗中CTK對該植物離體葉片的作用可被ABA削弱

C. 可推測ABA組葉綠體中NADPH合成速率大于CTK組

D. 可推測施用ABA能加速秋天銀杏樹的葉由綠變黃的過程

本題以探究實驗為背景，以坐標曲線圖的形式考查對照實驗的分析和植物激素調節。在解答時，首先是識圖，明確自變量和因變量。據圖分析可知，自變量(橫坐標和不同的曲線表示)為時間和激素的處理方式，因變量為葉片的衰老，其檢測指標(縱坐標表示)為葉片中葉綠素含量。很明顯，四個處理組中，蒸餾水組為空白對照。通過比較實驗組與對照組的實驗結果(葉綠素的相對含量變化情況)而得出結論(激素對葉片衰老的影響)。

2.4 在實驗設計中運用變量 (2017全國理綜卷Ⅰ第29題)根據遺傳物質的化學組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型，有些病毒對人類健康會造成很大危害，通常，一種新病毒出現后需要確定該病毒的類型。假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換，請利用放射性同位素標記的方法，以體外培養的宿主細胞等為材料，設計實驗以確定一種新病毒的類型，簡要寫出(1)實驗思路，(2)預期實驗結果及結論即可。(要求： 實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)

生物學考試大綱明確指出： 考生要具備驗證簡單生物學事實的能力。但考生面對此題往往沒有思路、無從下手。若能依據題干信息“放射性同位素標記”“假設在宿主細胞內不發生堿基之間的相互轉換”，即可確定甲、乙兩組的自變量為放射性同位素標記的差異性堿基(一組標記胸腺嘧啶，一組標記尿嘧啶)或核苷酸。再根據“體外培養的宿主細胞”，并聯系教材T2噬菌體侵染大腸桿菌實驗的相關知識，可確定因變量的觀測指標為子代病毒的放射性情況。至此，此題的實驗思路就明確了。

3 反思

通過上述分析，可以看出高考生物學試題對探究實驗的考查是多角度、多維度的。但不管是文字敘述的探究實驗、表格類實驗、坐標曲線形式呈現的實驗還是實驗設計的考查，都不離開實驗變量的分析。厘清實驗題中隱含的自變量和因變量及無關變量對解題有很大的幫助。以實驗變量分析為抓手，往往能使考生快速打開解題之門，還能提高答題準確率。當然，以上方法只是實驗分析的敲門磚，對于具體的實驗設計，往往還會涉及到變量控制等方法。