1、常见高中生物学问题的表达模型构建肖宏伟(北京中学北京100018)摘要根据新课程标准中高考命题的要求，生物学试题必须创设或者取材于真实情境中的问题，考查学生解决生物学问题所具备的核心素养。学生在解决这些生物学问题时普遍会遇到结果与结论、推理与归因、实验思路设计和实验方案评价等规范表达的问题。本文结合实例，探讨如何构建常见生物学问题规范表达的模型。关键词生物学问题规范表达模型构建一般生物学问题是围绕着“自变量(x)实验对象(实验材料)因变量(y)”主线展开，在此基础上可以构建几种常见生物学问题的规范表达模型。1实验结果与结论实验结果一般是由自变量作用于实验对象所产生的因变量或其观测变量(观测指标
2、)，通常包括可观察和可测量的实验现象，以及所收集到的实验数据，是支持实验结论的依据。实验结论一般是指自变量(x)对因变量(y)的变化所起的作用效果(促进、抑制或无明显作用)。上述关系如图 1。图 1实验结果与结论的关系例 1水体富营养化是我国湖泊所面临最主要的生态环境问题之一。河蚬可以滤食水中的微小生物和有机碎屑，净化水质。为研究养殖河蚬对富营养水体的改善效果和机理，研究人员设计了养殖不同密度河蚬的野外实验。实验期间测量不同处理组水体叶绿素a 浓度与底栖藻的叶绿素 a 浓度变化情况，结果如图 2所示(注:水体叶绿素 a 浓度反映浮游藻类密度，底栖藻的叶绿素 a 浓度反映底栖藻类密度)。(1)图
3、 2A 所示实验结果显示:。图 2A 所示实验结果表明:。(2)图 2B 所示实验结果表明:;判断依据是:。(3)综合上述信息可以得出的结论是:。参考答案:(1)“实验组中水体叶绿素 a 浓度随养殖时间增加而降低;对照组中水体叶绿素 a 浓度随养殖时间增加先降后升。”(实验结果)A 不同密度组水体叶绿素 a 浓度相对值变化B 不同密度组底栖藻的叶绿素 a 浓度相对值变化图 2不同密度河蚬野外实验的实验结果“养殖不同密度的河蚬均能显著抑制浮游藻类的密度增加(或抑制浮游藻类的生长)，但不同养殖密度河蚬组之间抑制效果差异不显著。”(实验结论)(2)“养殖河蚬能显著促进底栖藻类密度的增加。(在一定条件
4、下)，养殖河蚬密度越高，促进效果越显著。”(实验结论)“不同密度的河蚬组(实验组)中底栖藻类叶绿素a 浓度均高于对照组，且(在一定条件下)河蚬密度越高，底栖藻类的叶绿素 a 浓度越高。”(实验结果/得出结论的判断依据)(3)“河蚬能滤食浮游生物和有机碎屑，净化水质，提高水体透光率，促进底栖藻类生长，吸收水体中过多的氮、磷等元素，显著降低水体的富营养化。在一定条件下，河蚬密度越高，改善效果越好。”分析:(1)根据题干和图 2A 信息可知，其实验的目的是“探究养殖不同密度河蚬随着时间延长对浮游06生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期藻类密度的影响”，自变量是“河蚬密度(低、中、高)”和
5、“养殖时间”，因变量是“浮游藻类的密度”，因变量的观测变量是“水体叶绿素 a 浓度”，实验组和对照组的实验结果变化规律有显著的差异，要分别进行表述;三个实验组的结果无显著差异，可以放在一起表述。“实验结果”的答题要从“因变量的观测变量”角度去答(水体叶绿素 a 浓度高低);“实验结论”要从自变量对因变量的作用效果角度答题(即养殖不同密度的河蚬对浮游藻类的密度变化的作用效果)。“实验结果显示”一般是要求回答“实验结果”，“实验结果表明”一般是要求回答“实验结论”。(2)根据题干和图 2B 信息可知，其实验的目的是“探究养殖不同密度的河蚬对底栖藻类密度的影响”，自变量是“河蚬密度”，因变量是“底栖
6、藻类的密度”，观测变量是“底栖藻叶绿素 a 的浓度”，“养殖时间”为无关变量。“判断依据”是要求回答支持相应结论的实验结果(观测变量的数据)，本小题的实验结果可以通过实验组和对照组的数据比较来回答。(3)根据题干信息以及图信息可知，实验总的目的是“探究养殖河蚬对富营养化水体的改善效果和机理”，自变量是“养殖河蚬”，因变量是“富营养化水体的改善效果”。需要综合分析题目全部信息，梳理出河蚬养殖改善富营养化水体与浮游生物(藻类)、底栖藻类等相关因素的内在联系。1 1实验结果与结论类问题答题思路确定实验目的确认变量(自变量、因变量和无关变量)确定问题类型:是答“实验结果”(如结果显示/表中数据显示等)
7、，还是答“实验结论”(如实验结果表明/说明/得出等)。1 2“实验结果”的答题要点既要表述实验组的结果，又要表述对照组的结果。如果实验组和对照组结果的变化规律不一致，要分开表述，如例 1(1)小题;通常实验组和对照组的实验结果可以通过观测数据的比较一起进行表述，如例 1(2)小题。一般要从“观测变量”的数据变化角度答“实验结果”。有些定性研究类题目的因变量没有“观测变量”，就从因变量的相对变化量角度答题。1 3“实验结论”的答题要点一般“实验结论”的答题落点在“自变量对因变量的作用效果上”，而不是“观测变量”的数据变化上。表示自变量作用效果的用词通常有“促进、抑制或无明显作用等”。2推理与归因
8、“推理”类问题一般是根据“所学相关知识和题目提供的信息”，通过实验处理(自变量处理)，推测应该出现的实验结果，即“由因求果”，推理类问题一般考查相对简单。“归因(解释原因)”类问题一般是要阐明实验处理和实验结果之间的逻辑关系链，即“由果求因”(图 3)。图 3推理与归因的关系例 2(2019 年全国理综卷 29 题，节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，导致细胞中细胞质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题:(1)与干旱处理前相比，干旱处理后该植物的光合速率，出现这种变化的主要原因是。参考答案:降低气孔开度减小，供应给光合作用所需的
9、CO2减少。分析:根据题干信息“干旱处理后叶片气孔开度减小”，很容易推理出“光合速率降低”这个结果。本小题答题难点在于“这种变化的主要原因”的回答。实际上是要求考生结合所学相关知识，通过分析、推理，梳理出导致实验结果产生的“初始原因”(自变量处理)和“欲释结果”(要解释的实验结果)之间的因果关系链，这个逻辑链条的中间环节就是答题的要点。本小题的因果关系链:干旱(初始原因)叶片气孔开度减小CO2吸收量减少供给光合作用所需 CO2量减少(暗反应速率降低)光合速率降低(欲释结果)。暗反应速率变化也属于这个逻辑链的中间环节，也可以表述在答案中。有考生误答:“干旱处理导致细胞质浓度增加，ABA 含量增高
10、，气孔开度减小，供应给光合作用所需的 CO2减少”。根据教材所学知识和题目提供的文本信息，不能确定“细胞质浓度增加”和“ABA含量升高”与气孔开度减小是否有必然的因果关系，只是一种未经证实的推测，这两个因素就不能出现在上述逻辑链。2 1“推理”类问题规范表达此类题目属于“由因(干旱处理)求果(光合速率变化)”，应善于联系“题目提供的信息”和“所学相关知识”，进行正确分析和推理，即可推断出正确的结果，表达相对简单。2 2“归因”类问题规范表达“归因”类问题规范答题必须抓住以下两个要点:梳理“初始原因”和“欲释结果”之间的逻辑链，这些链的“中间环节”必须用学科相关的重要概念、原理或知识(如上述分析
11、中的斜16生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期体字)，或者题目提供的关键信息，这些“中间环节”就是规范表达的主要内容;与该逻辑链不是直接的、主要的和必然的因果联系因素，不要出现在答案中。3实验思路设计实验思路的设计一般是根据实验的目的要求和提供的条件，谈实验设计的想法，主要表述清楚关于自变量如何设置对照实验，关于因变量如何设计检测指标。相关要求如图 4。图 4实验思路类问题的规范表达要求例 3(2019 年全国高考理综卷 29 题，节选)将生长在水分正常土壤中的某植物通过减少浇水进行干旱处理，导致细胞中细胞质浓度增大，叶片中的脱落酸(ABA)含量增高，叶片气孔开度减小。回答下列问题
12、:(2)有研究表明:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的，而是由 ABA 引起的。请以该种植物的 ABA 缺失突变体(不能合成 ABA)植株为材料，设计实验来验证这一结论。简要写出实验思路和预期结果。参考答案:(2)取 ABA 缺失突变体植株在正常条件下测定气孔开度，经干旱处理后，再测定气孔开度。预期结果是干旱处理前后气孔开度不变。将上述干旱处理的 ABA 缺失突变体植株分成两组，在干旱条件下，一组进行 ABA 处理，另一组作为对照组，一段时间后，分别测定两组的气孔开度。预期结果是 ABA 处理组气孔开度减小，对照组气孔开度不变。分析:(2)实验目的“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接
13、引起的，而是由 ABA 引起的”，“不是而是”属于并列关系的连词。因此，本题的实验目的有两个方面:干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的。“干旱条件下气孔开度减小”是由 ABA 引起的。很多考生没弄清楚语法关系，答题时只答了这种情况，而疏漏了的情况。根据上述分析，实验目的“干旱条件下气孔开度减小不是由缺水直接引起的”的变量关系为:自变量(干旱)实验对象(ABA 缺失突变体)因变量(气孔开度)。实验思路 1 为自身前后对照处理。实验思路2 为相互对照处理:“取 ABA 缺失突变体植株分成甲、乙两组，甲组在正常(水分供应正常)条件处理，乙组干旱处理。分别测定两组气孔开度”。这两种实验思路设计具
14、备相同的表述特点:即关于自变量(干旱)如何对照处理，关于因变量检测指标是什么(气孔开度大小)。由于题目信息没有提供如何检测气孔的条件和要求，所以表述时不必考虑具体如何检测气孔。实验目的“(干旱条件下气孔开度减小)是由 ABA 引起的”的变量关系为:自变量(ABA)实验对象(经干旱处理的 ABA 缺失突变体)因变量(气孔开度)。实验思路设计问题规范表达方法总结如下。3 1实验思路设计的一般程序确定实验目的确认变量(自变量、因变量和无关变量)实验思路设计。3 2实验思路设计一般有两个核心要点自变量如何进行对照处理?因变量检测指标是什么?如何检测(一般题目若不要求，就不必考虑如何检测)?无关变量的表
15、述基本可以省略，但要力求语言简练。这两个要点在实验步骤的设计中也是核心内容。4“评价完善实验方案”类问题表达方法实验方案评价主要是评估方案中关于“自变量、因变量和无关变量”等因素的处理和设置是否符合相应的原则和要求(图 5)。图 5实验评价类问题的规范表达要求例 4科学家研究发现紫外光可以抑制植物生长，使植株高度变矮，原因是紫外光提高了植物体内吲哚乙酸氧化酶的活性，从而使生长素氧化为没有促进细胞伸长作用的 3亚甲基氧代吲哚。现提供小麦幼苗若干株作为实验材料，某同学进行下列实验，以验证一定强度的紫外光可抑制植物生长且此效应与生长素的氧化有关。评价该同学的实验操作方案是否合理，若你认为不合理请进行
16、完善。步骤将小麦幼苗平均分为甲组和乙组，并测定生长素的初始含量。步骤甲组给予适宜的可见光，乙组给予一定强度的紫外光。培养时间和其他培养条件均适宜且相同。步骤观察、测定生长素的含量并计算其含量的变化值。参考答案:上述实验方案的评价及完善措施:选择的小麦幼苗生长状况不明确。应选择生长健壮，长势和数量相同的幼苗;甲组(对照组)和乙组(实验26生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期“探究膜的透性”实验线上教学初探刘龙霞(福建省泉州第十六中学泉州362122)摘要本文以“膜的透性”实验为例，结合远程教学需要，开展了线上实验教学，引导学生利用生活中的材料，改进实验材料和装置。通过小组线上合作、提出问题、作出假设、设计实验并实施实验等改进实验方案，提高了学生线上上课的积极性和课堂效率。关键词渗透作用实验改进线上教学1实验改进要点1 1半透膜的改进在“渗透实验”中，教材推荐使用玻璃纸作为半透膜。在线上实验教学中，学生在多种生物材料的比较实验中最终选择鸡蛋卵壳膜作为渗透实验的半透膜。鸡蛋的卵壳膜组成成分与细胞膜相似，蛋白质占 90%，脂质约占 3%，糖类约占 2%1。作为生活食材，学生对鸡蛋的