例析变量分析法在解答高考生物学实验题中的应用

罗惠峰

(广东省江门市棠下中学 江门 529085)

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》提出“科学思维、科学探究”等生物学科的核心素养，将实验与探究能力的培养提升到一个新高度。在近年的生物学高考中，对实验与探究能力的考查，有逐年加大的趋势。但对不少学生来说，这是一个难点。笔者结合生物学考试大纲“实验和探究能力”具体要求，总结出用变量分析法解答实验类题的方法。

1 变量分析法

实验中的变量是指可被操纵的特定因素或条件。它常包括自变量、因变量和无关变量三种。自变量也称实验变量，是指实验中实验者所操纵的因素或条件。因变量也称反应变量，指实验中由实验变量所引起的变化结果。通常实验变量是原因，反应变量是结果，两者之间具有必然的因果关系。无关变量，是指除自变量外，实验过程中可能还会存在的一些对实验结果造成影响的因素。在解答与实验相关的题目时，首先分析实验的变量，即运用变量分析法分析题目对解题有重要意义。

下面对2015—2017年全国卷理综生物学试题中部分与实验相关的题进行分析举隅。

2 用变量分析法分析高考生物学实验题

2.1 从文字叙述的探究过程中寻找变量 (2015全国理综卷Ⅰ第29题)为了探究不同光照处理对植物光合作用的影响，科学家以生长状态相同的某种植物为材料设计了A、 B、 C、 D四组实验。各组实验的温度、光照强度和CO2浓度等条件相同、适宜且稳定,每组处理的总时间均为135s，处理结束时测定各组材料中光合作用产物的含量。处理方法和实验结果如下：

A组： 先光照后黑暗，时间各为67.5s；光合作用产物的相对含量为50%。

B组： 先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为7.5s；光合作用产物的相对含量为70%。

C组： 先光照后黑暗，光照和黑暗交替处理，每次光照和黑暗时间各为3.75ms(毫秒)；光合作用产物的相对含量为94%。

D组(对照组)： 光照时间为135s；光合作用产物的相对含量为100%。

回答下列问题：

(1) 单位光照时间内，C组植物合成有机物的量_________(填“高于”“等于”或“低于”)D组植物合成有机物的量，依据是_________；C组和D组的实验结果可表明光合作用中有些反应不需要_________，这些反应发生的部位是叶绿体的_________。

(2) A、 B、 C三组处理相比，随着_________的增加，使光下产生的_________能够及时利用与及时再生，从而提高了光合作用中CO2的同化量。

本题题干有285个文字，是一道阅读量较大的实验分析题。若学生能运用变量分析法入手，则可判断出A、 B、 C三组是实验组，D组是对照组。单一变量(自变量)是黑暗和光照交替处理的频率，因变量是光合作用产物的相对含量。然后再分析自变量和因变量之间的关系，加上在审题时抓住题眼“单位光照时间内”，问题就能迎刃而解。

2.2 在表格中发现变量 (2016全国理综卷Ⅱ第31题)BTB是一种酸碱指示剂。BTB的弱碱性溶液颜色可随其中CO2浓度的增高而由蓝变绿再变黄。某同学为研究某种水草的光合作用和呼吸作用，进行了如下实验： 用少量的NaHCO3和BTB加水配制成蓝色溶液，并向溶液中通入一定量的CO2使溶液变成浅绿色，之后将等量的浅绿色溶液分别加入到7支试管中。其中6支加入生长状况一致的等量水草，另一支不加水草，密闭所有试管。各试管的实验处理和结果见表。

试管编号1234567水草无有有有有有有距日光灯的距离(cm)20遮光∗1008060402050min后试管中溶液的颜色浅绿色X浅黄色黄绿色浅绿色浅蓝色蓝色

(*遮光是指用黑纸将试管包裹起来，并放在距日光灯100cm的地方)

若不考虑其他因素对实验结果的影响，回答下列问题：

(1) 本实验中，50min后1号试管的溶液是浅绿色，则说明2至7号试管的实验结果是由_________引起的；若1号试管的溶液是蓝色，则说明2至7号试管的实验结果是_________(填“可靠的”或“不可靠的”)。

(2) 表中X代表的颜色应为_________(填“浅绿色”、“黄色”或“蓝色”)，判断依据是_________。

(3) 5号试管中的溶液颜色在照光前后没有变化，说明在此条件下水草_________。

利用表格设计实验是对照实验的常用方法。本题以水草为研究对象，围绕着对照实验的内容设计问题，考查考生对以控制变量为基础的对照实验的设计能力和概括总结能力。因此，解答时先分析表格，找出本实验的自变量有两个： 有无水草和光照强度(通过调节距日光灯的距离来控制)；因变量为水草的光合作用和呼吸作用(观测指标是50min后试管中溶液的颜色)。

1号试管无水草，为空白对照组，50min后溶液的颜色依然为浅绿色，说明50min内，1号试管无CO2的变化。若50min后1号试管溶液的颜色变为蓝色，说明有未知的无关变量使溶液的CO2含量发生变化，则1号试管失去了对照的价值，2至7号试管的颜色变化不可靠。

2.3 在坐标曲线中分析变量 (2017全国理综卷Ⅰ第3题)通常，叶片中叶绿素含量下降可作为其衰老的检测指标。为研究激素对叶片衰老的影响，将某植物离体叶片分组，并分别置于蒸馏水、细胞分裂素(CTK)、脱落酸(ABA)、CTK+ABA溶液中，再将各组置于光下。一段时间内叶片中叶绿素含量变化趋势如图所示，据图判断，下列叙述错误的是

A. 细胞分裂素能延缓该植物离体叶片的衰老

B. 本实验中CTK对该植物离体叶片的作用可被ABA削弱

C. 可推测ABA组叶绿体中NADPH合成速率大于CTK组

D. 可推测施用ABA能加速秋天银杏树的叶由绿变黄的过程

本题以探究实验为背景，以坐标曲线图的形式考查对照实验的分析和植物激素调节。在解答时，首先是识图，明确自变量和因变量。据图分析可知，自变量(横坐标和不同的曲线表示)为时间和激素的处理方式，因变量为叶片的衰老，其检测指标(纵坐标表示)为叶片中叶绿素含量。很明显，四个处理组中，蒸馏水组为空白对照。通过比较实验组与对照组的实验结果(叶绿素的相对含量变化情况)而得出结论(激素对叶片衰老的影响)。

2.4 在实验设计中运用变量 (2017全国理综卷Ⅰ第29题)根据遗传物质的化学组成，可将病毒分为RNA病毒和DNA病毒两种类型，有些病毒对人类健康会造成很大危害，通常，一种新病毒出现后需要确定该病毒的类型。假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换，请利用放射性同位素标记的方法，以体外培养的宿主细胞等为材料，设计实验以确定一种新病毒的类型，简要写出(1)实验思路，(2)预期实验结果及结论即可。(要求： 实验包含可相互印证的甲、乙两个组)

生物学考试大纲明确指出： 考生要具备验证简单生物学事实的能力。但考生面对此题往往没有思路、无从下手。若能依据题干信息“放射性同位素标记”“假设在宿主细胞内不发生碱基之间的相互转换”，即可确定甲、乙两组的自变量为放射性同位素标记的差异性碱基(一组标记胸腺嘧啶，一组标记尿嘧啶)或核苷酸。再根据“体外培养的宿主细胞”，并联系教材T2噬菌体侵染大肠杆菌实验的相关知识，可确定因变量的观测指标为子代病毒的放射性情况。至此，此题的实验思路就明确了。

3 反思

通过上述分析，可以看出高考生物学试题对探究实验的考查是多角度、多维度的。但不管是文字叙述的探究实验、表格类实验、坐标曲线形式呈现的实验还是实验设计的考查，都不离开实验变量的分析。厘清实验题中隐含的自变量和因变量及无关变量对解题有很大的帮助。以实验变量分析为抓手，往往能使考生快速打开解题之门，还能提高答题准确率。当然，以上方法只是实验分析的敲门砖，对于具体的实验设计，往往还会涉及到变量控制等方法。