巧用自變量、因變量構(gòu)建科學(xué)研究型情境題的表達(dá)模型

2024年高考廣東生物卷情境化試題占試題總數(shù)的 100% ，在非選題中科學(xué)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(dá)設(shè)問為例，分類探討了如何在科學(xué)研究型情境試題中，通過分析出實(shí)驗(yàn)自變量、因變量，巧用自變量、因變量構(gòu)建規(guī)范的表達(dá)模型。

一、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常是可觀察、可測(cè)量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，除了直接要求回答“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”，還可能設(shè)問回答支持相應(yīng)結(jié)論的“判斷依據(jù)”；實(shí)驗(yàn)結(jié)論則是自變量對(duì)因變量的變化所起的作用效果（促進(jìn)、抑制或無明顯作用），除了要求回答“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”，還可設(shè)問“實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明”。

例1．（2024年高考廣東卷第17題，節(jié)選）某些腫瘤細(xì)胞表面的PD-L1與細(xì)胞毒性T細(xì)胞（CTL）表面的PD-1結(jié)合能抑制CTL的免疫活性，導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸。免疫檢查點(diǎn)療法使用單克隆抗體阻斷PD-Ll和PD-1的結(jié)合，可恢復(fù)CTL的活性，用于腫瘤治療。為進(jìn)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(lián)合治療研究。部分結(jié)果見圖。回答下列問題：（1）據(jù)圖分析， 療法的治療效果最佳，推測(cè)其原因是 。

參考答案：（1）聯(lián)合該療法既發(fā)揮了化療藥物的作用，也增加了活化的CTL數(shù)量

分析：探究實(shí)驗(yàn)通常是由自變量作用于實(shí)驗(yàn)對(duì)象，產(chǎn)生因變量或觀測(cè)指標(biāo)。本題的自變量是“腫瘤的治療方法（化療、免疫檢查點(diǎn)療法、聯(lián)合療法）”，因變量是“治療效果”，因變量的觀測(cè)指標(biāo)是“腫瘤體積”“CTL數(shù)量”“活化的CTL數(shù)量”。以上例題中，與對(duì)照組比，不同治療組的“腫瘤體積都減小”，“聯(lián)合療法\"組“腫瘤體積最小”，不同療法組中“活化的CTL數(shù)量都增大”，“聯(lián)合療法”組“CTL數(shù)量和活化的CTL數(shù)量都最大”，說明聯(lián)合療法的治療效果最佳。例1中“推測(cè)其原因是”即是要求回答得出聯(lián)合療法效果最佳這一結(jié)論的判斷依據(jù)，即“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”中支持該結(jié)論的依據(jù)。

1．實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論類問題答題思路。確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?$$ 確定自變量、因變量 $$ 確定設(shè)問類型：是“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”，還是“實(shí)驗(yàn)結(jié)論”。若是預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，首先要明確是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)結(jié)果唯一）還是探究性實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定）。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論類問題答題要點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表述不光要表述實(shí)驗(yàn)組跟空白對(duì)照組的結(jié)果，還要注意跟模型組對(duì)比的結(jié)果；實(shí)驗(yàn)結(jié)論的表述不是只描述“觀測(cè)指標(biāo)”，答題重點(diǎn)在自變量對(duì)因變量的變化所起的作用效果，如聯(lián)合療法比單獨(dú)進(jìn)行化療、免疫檢查點(diǎn)療法效果更好。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路/方案、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路與實(shí)驗(yàn)步驟問題的表達(dá)，一般都是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的、提供的條件來設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的不同處理就是自變量，而觀察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果（觀測(cè)指標(biāo)）即因變量，并且表述中注意控制各個(gè)組的無關(guān)變量要一致。

例2．（2024年高考廣東卷第20題，節(jié)選）某湖泊曾處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)，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(shí)現(xiàn)了水體生態(tài)恢復(fù)。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(shí)植物名稱可用對(duì)應(yīng)序號(hào)表示）在不同光照強(qiáng)度下光合速率及水質(zhì)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(jìn)行光合作用，在水生植物群落中競爭力較強(qiáng)。根據(jù)圖a設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證黑藻的碳濃縮優(yōu)勢(shì)，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(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰膀?yàn)證黑藻的碳濃縮優(yōu)勢(shì)”，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(guān)變量是相同且適宜的環(huán)境條件，因?yàn)閷⒌蜐舛?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(jié)合所學(xué)知識(shí)和圖可知測(cè)量指標(biāo)為 0₂ 的產(chǎn)生速率。表格中已經(jīng)給出實(shí)驗(yàn)組材料為黑藻，而對(duì)照組的材料是選擇金魚藻或苦草，在圖中有巧妙的設(shè)計(jì)。在光照強(qiáng)度為 時(shí)，黑藻和金魚藻光合速率相同，選擇金魚藻并控制此光照強(qiáng)度就能很好地排除無關(guān)變量的干擾。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路/方案、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯栴}答題思路。題干有實(shí)驗(yàn)?zāi)康?$$ 確定自變量、因變量、無關(guān)變量 $$ 實(shí)驗(yàn)組加/減自變量 $$ 對(duì)照組控制相同且適宜的無關(guān)變量 $$ 確定因變量的可測(cè)量的指標(biāo)；題干要求寫實(shí)驗(yàn)?zāi)康?$$ 確定自變量、因變量 $$ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋硎鰹椋禾骄?驗(yàn)證自變量對(duì)因變量的影響。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路/方案、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膯栴}答題要點(diǎn)。注意先判斷是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)，這將會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)；自變量和因變量的測(cè)量指標(biāo)是兩個(gè)或者多個(gè)時(shí)，要防止遺漏；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、方案、步驟的表述中緊扣自變量、因變量和無關(guān)變量三個(gè)得分點(diǎn)，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(cè)應(yīng)該出現(xiàn)的結(jié)果，考生用所學(xué)相關(guān)知識(shí)即能由因推果；已知出現(xiàn)的結(jié)果/現(xiàn)象，分析其原因。

例3．（2024年高考廣東卷第21題，節(jié)選）駒形桿菌可合成細(xì)菌纖維素（BC）并將其分泌到胞外組裝成膜。作為一種性能優(yōu)異的生物材料，BC膜應(yīng)用廣泛。研究者設(shè)計(jì)了酪氨酸酶（可催化酪氨酸形成黑色素）的光控表達(dá)載體，將其轉(zhuǎn)入駒形桿菌后構(gòu)建出一株能合成BC膜并可實(shí)現(xiàn)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(jí)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(lán)光光敏蛋白標(biāo)簽，構(gòu)建了一種可被藍(lán)光調(diào)控的基因表達(dá)載體（光控原理見圖二a，載體的部分結(jié)構(gòu)見圖二b）。構(gòu)建載體時(shí)，選用了通用型啟動(dòng)子PBAD（被工程菌RNA聚合酶識(shí)別）和特異型啟動(dòng)子 PT₇ （僅被T7RNAP識(shí)別）。為實(shí)現(xiàn)藍(lán)光控制染色，啟動(dòng)子 ①② 及 ③ 依次為 ，理由是 0（4）根據(jù)預(yù)設(shè)的圖案用藍(lán)光照射已長出的BC菌膜并繼續(xù)培養(yǎng)一段時(shí)間，隨后將其轉(zhuǎn)至染色池處理，發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)藍(lán)光照射的區(qū)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(dá)無活性產(chǎn)物，藍(lán)光激活后再啟動(dòng)基因1表達(dá)有活性產(chǎn)物。（4）該處的T7RNAP激活，酪氨酸基因表達(dá)并合成黑色素

分析：（2）根據(jù)圖分析可知，藍(lán)光照射下（自變量處理），T7RNAP的N端與T7RNAP的C端結(jié)合，從而激活T7RNAP。再根據(jù)題干和圖分析，藍(lán)光處理后，RNA聚合酶（T7RNAP）識(shí)別啟動(dòng)子 ① 使基因1表達(dá)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(dá)無活性產(chǎn)物，被藍(lán)光激活后再啟動(dòng)基因1表達(dá)。（4）是否有“藍(lán)光照射”為“初始原因”（自變量處理），“待釋結(jié)果”是“藍(lán)光照射區(qū)域被染成黑色”，“其原因是”的關(guān)鍵要找到中間環(huán)節(jié)，并用規(guī)范的生物學(xué)術(shù)語，按邏輯順序簡練表達(dá)出來。結(jié)合（2）中分析可知，藍(lán)光照射激活T7RNAP，酪氨酸酶基因表達(dá)合成黑色素，因此被藍(lán)光照射區(qū)域被染成黑色。

1．推理歸因類問題答題思路。推理結(jié)果類：確定起因（自變量） $$ 用所學(xué)知識(shí)、題干信息推出結(jié)果；闡述原因類：確定起因（自變量）、待釋結(jié)果（因變量） $$ 提取題干信息、回憶相關(guān)已學(xué)知識(shí) $$ 補(bǔ)充邏輯鏈的中間環(huán)節(jié) $$ 將起因、環(huán)節(jié)1、環(huán)節(jié)2結(jié)果按邏輯順序串聯(lián)起來。

2.推理歸因類問題答題要點(diǎn)。原因類問題表述中，由“初始原因”發(fā)散的知識(shí)很多，要緊扣指向“待釋結(jié)果”的邏輯鏈，其他與該結(jié)果無必然聯(lián)系的知識(shí)不要出現(xiàn)在答案中，緊扣得分的重要概念、原理，使答案簡明扼要；若導(dǎo)致該結(jié)果的原因有多個(gè)，可按其重要程度，分主次、寫編號(hào)的分點(diǎn)闡述，閱卷時(shí)得分點(diǎn)一目了然。

責(zé)任編輯 徐國堅(jiān)