巧用自變量、因變量構建科學研究型情境題的表達模型

2024年高考廣東生物卷情境化試題占試題總數的 100% ，在非選題中科學研究型情境化試題占比最高。下面，筆者以2024年高考廣東生物試題中三道非選擇題部分的表達設問為例，分類探討了如何在科學研究型情境試題中，通過分析出實驗自變量、因變量，巧用自變量、因變量構建規范的表達模型。

一、實驗結果與實驗結論

實驗結果通常是可觀察、可測量的實驗現象、數據，除了直接要求回答“實驗結果”，還可能設問回答支持相應結論的“判斷依據”；實驗結論則是自變量對因變量的變化所起的作用效果（促進、抑制或無明顯作用），除了要求回答“實驗結論”，還可設問“實驗結果表明”。

例1．（2024年高考廣東卷第17題，節選）某些腫瘤細胞表面的PD-L1與細胞毒性T細胞（CTL）表面的PD-1結合能抑制CTL的免疫活性，導致腫瘤免疫逃逸。免疫檢查點療法使用單克隆抗體阻斷PD-Ll和PD-1的結合，可恢復CTL的活性，用于腫瘤治療。為進一步提高療效，研究者以黑色素瘤模型小鼠為材料，開展該療法與化療的聯合治療研究。部分結果見圖。回答下列問題：（1）據圖分析， 療法的治療效果最佳，推測其原因是 。

參考答案：（1）聯合該療法既發揮了化療藥物的作用，也增加了活化的CTL數量

分析：探究實驗通常是由自變量作用于實驗對象，產生因變量或觀測指標。本題的自變量是“腫瘤的治療方法（化療、免疫檢查點療法、聯合療法）”，因變量是“治療效果”，因變量的觀測指標是“腫瘤體積”“CTL數量”“活化的CTL數量”。以上例題中，與對照組比，不同治療組的“腫瘤體積都減小”，“聯合療法\"組“腫瘤體積最小”，不同療法組中“活化的CTL數量都增大”，“聯合療法”組“CTL數量和活化的CTL數量都最大”，說明聯合療法的治療效果最佳。例1中“推測其原因是”即是要求回答得出聯合療法效果最佳這一結論的判斷依據，即“實驗結果”中支持該結論的依據。

1．實驗結果與結論類問題答題思路。確定實驗目的 $$ 確定自變量、因變量 $$ 確定設問類型：是“實驗結果”，還是“實驗結論”。若是預測實驗結果，首先要明確是驗證性實驗（實驗結果唯一）還是探究性實驗（實驗結果不確定）。

2.實驗結果與結論類問題答題要點。實驗結果的表述不光要表述實驗組跟空白對照組的結果，還要注意跟模型組對比的結果；實驗結論的表述不是只描述“觀測指標”，答題重點在自變量對因變量的變化所起的作用效果，如聯合療法比單獨進行化療、免疫檢查點療法效果更好。

二、實驗設計思路/方案、實驗目的

實驗設計的思路與實驗步驟問題的表達，一般都是根據實驗的目的、提供的條件來設置對照實驗。實驗組與對照組的不同處理就是自變量，而觀察的實驗結果（觀測指標）即因變量，并且表述中注意控制各個組的無關變量要一致。

例2．（2024年高考廣東卷第20題，節選）某湖泊曾處于重度富營養化狀態，水面漂浮著大量浮游藻類。管理部門通過控源、清淤、換水以及引種沉水植物等手段，成功實現了水體生態恢復。引種的3種多年生草本沉水植物（ ① 金魚藻、 ② 黑藻、 ③ 苦草，答題時植物名稱可用對應序號表示）在不同光照強度下光合速率及水質凈化能力見圖（圖略）。回答下列問題：（4）上述3種草本沉水植物中只有黑藻具（ C₄ 光合作用途徑（濃縮 CO₂ 形成高濃度（ C₄ 后，再分解成（ CO₂ 傳遞給 C₅ ）使其在 CO₂ 受限的水體中仍可有效地進行光合作用，在水生植物群落中競爭力較強。根據圖a設計一個簡單的實驗方案，驗證黑藻的碳濃縮優勢，完成下列表格。

參考答案：（4）金魚藻500 相同且較低的 CO₂ 濃度 0₂ 釋放量

分析：該實驗目的是“驗證黑藻的碳濃縮優勢”，通過分析題干可知自變量是植物的種類（黑藻及其他植物），無關變量是相同且適宜的環境條件，因為將低濃度 CO₂ 濃縮成高濃度，所以要控制較低的 CO₂ 濃度，因變量是光合速率的快慢，結合所學知識和圖可知測量指標為 0₂ 的產生速率。表格中已經給出實驗組材料為黑藻，而對照組的材料是選擇金魚藻或苦草，在圖中有巧妙的設計。在光照強度為 時，黑藻和金魚藻光合速率相同，選擇金魚藻并控制此光照強度就能很好地排除無關變量的干擾。

1.實驗設計思路/方案、實驗目的問題答題思路。題干有實驗目的 $$ 確定自變量、因變量、無關變量 $$ 實驗組加/減自變量 $$ 對照組控制相同且適宜的無關變量 $$ 確定因變量的可測量的指標；題干要求寫實驗目的 $$ 確定自變量、因變量 $$ 實驗目的表述為：探究/驗證自變量對因變量的影響。

2.實驗設計思路/方案、實驗目的問題答題要點。注意先判斷是驗證性實驗還是探究性實驗，這將會影響實驗結果的預測；自變量和因變量的測量指標是兩個或者多個時，要防止遺漏；實驗設計思路、方案、步驟的表述中緊扣自變量、因變量和無關變量三個得分點，防止遺漏且盡量語言簡練。

三、推理歸因類問題

推理歸因類問題分為：已知起因（自變量處理），推測應該出現的結果，考生用所學相關知識即能由因推果；已知出現的結果/現象，分析其原因。

例3．（2024年高考廣東卷第21題，節選）駒形桿菌可合成細菌纖維素（BC）并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優異的生物材料，BC膜應用廣泛。研究者設計了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表達載體，將其轉入駒形桿菌后構建出一株能合成BC膜并可實現光控染色的工程菌株，為新型紡織原料的綠色制造及印染工藝升級提供了新思路（圖略）。

回答下列問題：（2）研究者利用T7噬菌體來源的RNA聚合酶（T7RNAP）及藍光光敏蛋白標簽，構建了一種可被藍光調控的基因表達載體（光控原理見圖二a，載體的部分結構見圖二b）。構建載體時，選用了通用型啟動子PBAD（被工程菌RNA聚合酶識別）和特異型啟動子 PT₇ （僅被T7RNAP識別）。為實現藍光控制染色，啟動子 ①② 及 ③ 依次為 ，理由是 0（4）根據預設的圖案用藍光照射已長出的BC菌膜并繼續培養一段時間，隨后將其轉至染色池處理，發現只有經藍光照射的區域被染成黑色，其原因是 。

參考答案：（2）PT7，PBAD，PBAD（順序不可換）基因2、3正常表達無活性產物，藍光激活后再啟動基因1表達有活性產物。（4）該處的T7RNAP激活，酪氨酸基因表達并合成黑色素

分析：（2）根據圖分析可知，藍光照射下（自變量處理），T7RNAP的N端與T7RNAP的C端結合，從而激活T7RNAP。再根據題干和圖分析，藍光處理后，RNA聚合酶（T7RNAP）識別啟動子 ① 使基因1表達出酪氨酸酶，酪氨酸酶催化染色液中酪氨酸形成黑色素。可見基因2和3表達無活性產物，被藍光激活后再啟動基因1表達。（4）是否有“藍光照射”為“初始原因”（自變量處理），“待釋結果”是“藍光照射區域被染成黑色”，“其原因是”的關鍵要找到中間環節，并用規范的生物學術語，按邏輯順序簡練表達出來。結合（2）中分析可知，藍光照射激活T7RNAP，酪氨酸酶基因表達合成黑色素，因此被藍光照射區域被染成黑色。

1．推理歸因類問題答題思路。推理結果類：確定起因（自變量） $$ 用所學知識、題干信息推出結果；闡述原因類：確定起因（自變量）、待釋結果（因變量） $$ 提取題干信息、回憶相關已學知識 $$ 補充邏輯鏈的中間環節 $$ 將起因、環節1、環節2結果按邏輯順序串聯起來。

2.推理歸因類問題答題要點。原因類問題表述中，由“初始原因”發散的知識很多，要緊扣指向“待釋結果”的邏輯鏈，其他與該結果無必然聯系的知識不要出現在答案中，緊扣得分的重要概念、原理，使答案簡明扼要；若導致該結果的原因有多個，可按其重要程度，分主次、寫編號的分點闡述，閱卷時得分點一目了然。

責任編輯 徐國堅