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摘 要 从历年的高考题分析，理综卷的第31题基本就是实验设计题，而该题的的得分率总是很低。分析原因，很多时候是学生对所需设计实验的实验变量把握不准。如何有效地从题干中提炼出实验的自变量和因变量是设计分组，明确实验组、对照组的关键。可以从实验目的、实验的方法步骤中利用自变量和因变量的因果关系来获取实验的变量信息。较复杂的实验题型，可运用分解目的法、反问分析法等方法明确实验的自变量，提高实验设计的准确性。
关键词 生物高考 实验设计 自变量 因变量
中图分类号：G424 文献标识码：A
How to Effectively Extract from the Experimental
Variables and the Dependent Variable
YUAN Xiaoling
（Zhejiang Tangqi Middle School， Hangzhou， Zhejiang 311106）
Abstract From the analysis of college entrance examination paper every year， the 31st question of Integrated Science is frequently experimental design problem， but its scoring is always very low. After analyzing the reasons， it turns out that the students usually cannot grasp experimental variables in designing experiments. How to effectively extract independent variables and dependent variables of experiment from the problem is the key to groups designing and confirming experimental group and control group. The experimental variable information can be obtained from the causality of dependent and independent variables in the experimental objective and process in the experiment analysis. Objective decomposition method and rhetorical question method can be used to confirm the independent variables of the experiments and improve the accuracy of the experimental design when the experimental problem is more complicated.
Key words college entrance examination of biology； experiment design； independent； variables； dependent variables
浙江省普通高考考試说明明确了对学生实验与探究能力的要求。其中包括具备验证简单生物学事实的能力，能设计实验、提出实验思路，并能对实验现象和结果进行分析、解释和处理；具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、调查、实验、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。而从历年的高考题分析，理综卷的第31题基本就是实验设计题，而该题的的得分率总是很低。分析原因，很多时候是学生对所需设计实验的实验变量把握不准。如何有效地从题干中提炼出实验的自变量和因变量是设计分组，明确实验组、对照组的关键。以下是笔者根据不同类型的实验题所列举的提炼自变量和因变量的方法。
1 若自变量和因变量是唯一的，可利用两者的因果关系来判断
有些实验题的自变量和因变量的因果关系一目了然，比较容易确定，一般可以从实验的背景材料，实验目的或是实验分组操作步骤所给的信息中明确实验变量，分清实验组、对照组。例如：
（2011年浙江卷）为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1）实验分组：
甲组：培养液+Y细胞+3H-TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）+生理盐水
乙组：培养液+Y细胞+3H-TdR+X（用生理盐水配制）每组设置若干个重复样品。
（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
（3）将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。要求与说明：答题时用X、CRD、3H-TdR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞。请回答：
①实验目的： 。
②预测实验结果及结论： 。
③实验中采用3H-TdR的原因： 。
答案：①探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。②若甲组细胞的CRD明显高于乙组，则X抑制Y细胞的增殖（DNA合成）有抑制作用；若甲、乙两组的CRD基本相同，则X对Y细胞的增殖（DNA合成）没有影响；若甲组细胞的CRD明显低于乙组，则X对Y细胞的增殖（DNA合成）有促进作用。③3H-TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成）情况。
在上述实验题中，根据实验目的“探究某物质（X）的作用”以及实验操作过程可以确定该实验的自变量与因变量的因果关系为：因为某物质（X）的有无，导致Y细胞增殖情况发生变化。因此，可以确定该实验的自变量为某物质（X）的有无，因变量为Y细胞的增殖情况。同时，实验的分组操作步骤中会对自变量做不同的处理，根据这一点也可以确定实验的自变量。在实验中，甲组加了生理盐水，乙组加了由生理盐水配制的X药物，其它操作条件全部相同。从对照实验控制单一变量的原则去看，也容易将该实验的自变量确定为药物（X）的有无。 2 有多个自变量或因变量时，运用“分解目的法”
有些实验题的自变量或因变量从实验目的的角度分析，初看不止一个，较难以确定。可以用“分解目的法”来确定实验的自变量和因变量。
例如：（2012浙江）请根据以下提供的實验材料，完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路，并预测实验结果。
实验材料：培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶。（要求与说明：答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。提供的细胞均具有分裂能力，只进行原代培养且培养条件适宜）
请回答：
（1）实验思路：
①取培养瓶若干个，分组如下： 。每组设置若干个重复样品。
②各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后，各取其中的几个样品，加入 ，摇匀，在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数。
③重复②若干次。
④ 。
（2）预测实验结果（用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示）：
答案：（1）①A组：培养液中加入正常体细胞；B组：培养液中加入体细胞，加入W；C组：培养液中加入癌细胞；D组：培养液中加入癌细胞，加入W。每组设置5个重复组。②胰蛋白酶。④统计并分析所得数据。
（2）如图1。
图1
在解上述实验题时，有的学生将自变量确定为生物制剂W的有无，也有的学生将自变量定为不同细胞（正常体细胞、癌细胞），导致了实验的不完整，使得结果及结论的分析出现这样那样的错误。该实验的实验目的是验证生物制剂W对动物不同细胞（正常体细胞、癌细胞）的分裂具有促进作用。从目的看很难确定唯一的自变量和因变量，其实该实验的自变量为生物制剂W的有无，因变量有两个，分别为正常细胞的分裂情况和癌细胞的分裂情况。在解答时，可以将实验目的进行分解，将其分解为两个小目的：①验证生物制剂W对动物正常体细胞的分裂具有促进作用；②验证生物制剂W对动物的癌细胞的分裂具有促进作用。从两个小目的中利用自变量和因变量的因果关系可以判断出自变量都为生物制剂W的有无，即以其为自变量分别针对两种细胞进行两次实验。那么就很明确将实验分为四个组，其中A组（培养液中加入正常体细胞）和B组（培养液中加入正常体细胞，加入W）是为了完成第一个小目的；C组（培养液中加入癌细胞）；D组（培养液中加入癌细胞，加入W）是为了完成第二个小目的。利用这样的“分解目的法”，可以让实验思路更加清晰，更好地把握实验的自变量。
3 因为A导致B，又因为B导致C的类型，运用“反问分析法”
有的实验题的类型为“因为A导致B，又因为B导致C”，实验变量初看很难确定，可用“反问分析法”明确实验的自变量。比如以下例题：
正常子宫内膜上皮细胞具有合成某种细胞周期蛋白（简称P蛋白）的能力，该蛋白可促进子宫内膜上皮细胞的增殖。雌激素能促进子宫内膜上皮细胞的增殖。雌激素是通过什么途径来促进子宫内膜上皮细胞增殖的呢？某小组研究发现雌激素能诱导P蛋白的合成。据此，科研小组作出了“雌激素通过诱导P蛋白的合成来促进这些细胞的增殖”的假设，并设计了相应的实验方案。请回答相关问题：
（1）该实验需要哪两种功能不同的细胞作实验材料？
； 。
（2）该实验对照组的培养液中是否需要加入雌激素？
。
（3）预测可能的实验结果及结论。
。
（4）该实验的目的是。
。
答案：（1）不能合成P蛋白的子宫内膜上皮细胞；正常（或能合成P蛋白的）子宫内膜上皮细胞（2）需要（3）①如果对照组的增殖细胞数目明显大于实验组，说明雌激素通过促进P蛋白合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。②如果两组的增殖细胞数目无显著差异，说明雌激素对子宫内膜上皮细胞增殖的作用与P蛋白无关。（4）研究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。
该实验题的自变量和因变量并不是一目了然的，需要学生通过信息概括出实验目的，并仔细分析、理解实验目的了以后才能确定自变量和因变量。该实验的逻辑是因为雌激素而导致P蛋白的合成，又因为P蛋白的合成而导致细胞的增值。而学生在答题过程中，往往对该实验的自变量到底是有无雌激素还是能否合成P蛋白难以确定，导致实验设计偏离实验目的。
对于此类例题，可用“反问分析法”。首先，引导学生仔细阅读该题的背景材料，并根据要求提炼出该实验的实验目的，即：探究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。接着，请同学们根据实验目的分析该实验的自变量。课堂预设有的同学会以有无雌激素作为自变量，也有的同学会以是否有P蛋白的合成作为自变量。面对这样的回答，先不予以直接点评，而是利用“反问分析法”把问题抛回给学生，让学生根据自己选择的实验变量来设计分组，明确实验组、对照组的设置。设计好后分别请两种不同设计的同学描述自己的实验设计（注意引导学生在实验设计中是否体现单一变量），并请其自己及其他同学对所设计的实验进行结果的预测及得出相应结论。很明显，如果以有无雌激素作为自变量，相应的结果只能说明雌激素能否促进子宫内膜上皮细胞的增值，而这是题干中明确告诉我们的信息“雌激素能促进子宫内膜上皮细胞的增值”，不需要我们来探究；如果以是否有P蛋白的合成为自变量，相应的结果能说明雌激素促进子宫内膜上皮细胞的增值是否是通过诱导P蛋白的合成来完成，恰为实验的目的。并在此基础上分析题中的各个问题。通过这样的“反问分析法”，在教师的引导下，把题目关键的疑难问题转交给学生自己去解决，不仅让学生更加容易接受，也能让学生将其应用于其它类似的实验设计中，更好地来把握实验的自变量，提高实验设计的准确性。
实验设计能力的考查方向可以很多，考查的侧重点也很多，实验目的的归纳，实验原理、实验思路的表述，对照类型的确定，实验组、对照组的设置，方法步骤的书写，实验结果的呈现，实验结论的得出等等。但是实验设计中自变量的确定以及因变量及其观测指标的确定是一个实验得以建立的框架。明确实验的自变量和因变量是准确把握整个实验设计的关键。以上例题侧重引导学生提高对自变量和因变量的确定能力，以提高实验设计的准确性。
参考文献
[1] 浙江省教育考试院.浙江省普通高考考试说明.2013（1）：125-126.
[2] 杭州市余杭区教育局教研室.三年高考真题分类汇编.2011（11）：152-153.
[3] 杭州市余杭区教育局教研室.高考真题分类汇编.2012（10）：86.
关键词 生物高考 实验设计 自变量 因变量
中图分类号：G424 文献标识码：A
How to Effectively Extract from the Experimental
Variables and the Dependent Variable
YUAN Xiaoling
（Zhejiang Tangqi Middle School， Hangzhou， Zhejiang 311106）
Abstract From the analysis of college entrance examination paper every year， the 31st question of Integrated Science is frequently experimental design problem， but its scoring is always very low. After analyzing the reasons， it turns out that the students usually cannot grasp experimental variables in designing experiments. How to effectively extract independent variables and dependent variables of experiment from the problem is the key to groups designing and confirming experimental group and control group. The experimental variable information can be obtained from the causality of dependent and independent variables in the experimental objective and process in the experiment analysis. Objective decomposition method and rhetorical question method can be used to confirm the independent variables of the experiments and improve the accuracy of the experimental design when the experimental problem is more complicated.
Key words college entrance examination of biology； experiment design； independent； variables； dependent variables
浙江省普通高考考試说明明确了对学生实验与探究能力的要求。其中包括具备验证简单生物学事实的能力，能设计实验、提出实验思路，并能对实验现象和结果进行分析、解释和处理；具有对一些生物学问题进行初步探究的能力，包括运用观察、调查、实验、假说演绎、建立模型与系统分析等科学研究方法。而从历年的高考题分析，理综卷的第31题基本就是实验设计题，而该题的的得分率总是很低。分析原因，很多时候是学生对所需设计实验的实验变量把握不准。如何有效地从题干中提炼出实验的自变量和因变量是设计分组，明确实验组、对照组的关键。以下是笔者根据不同类型的实验题所列举的提炼自变量和因变量的方法。
1 若自变量和因变量是唯一的，可利用两者的因果关系来判断
有些实验题的自变量和因变量的因果关系一目了然，比较容易确定，一般可以从实验的背景材料，实验目的或是实验分组操作步骤所给的信息中明确实验变量，分清实验组、对照组。例如：
（2011年浙江卷）为了探究某物质（X）的作用，研究者提出了以下实验思路：
（1）实验分组：
甲组：培养液+Y细胞+3H-TdR（3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷）+生理盐水
乙组：培养液+Y细胞+3H-TdR+X（用生理盐水配制）每组设置若干个重复样品。
（2）分别测定两组的CRD（细胞内的放射性强度），求每组的平均值。
（3）将各样品在适宜条件下培养合适时间后，测定其CRD，求每组平均值并进行统计分析。要求与说明：答题时用X、CRD、3H-TdR表示相关名词；Y细胞是能增殖的高等动物体细胞。请回答：
①实验目的： 。
②预测实验结果及结论： 。
③实验中采用3H-TdR的原因： 。
答案：①探究X对Y细胞增殖（DNA合成）的影响。②若甲组细胞的CRD明显高于乙组，则X抑制Y细胞的增殖（DNA合成）有抑制作用；若甲、乙两组的CRD基本相同，则X对Y细胞的增殖（DNA合成）没有影响；若甲组细胞的CRD明显低于乙组，则X对Y细胞的增殖（DNA合成）有促进作用。③3H-TdR是DNA合成的原料之一，可根据CRD变化来判断细胞增殖（DNA合成）情况。
在上述实验题中，根据实验目的“探究某物质（X）的作用”以及实验操作过程可以确定该实验的自变量与因变量的因果关系为：因为某物质（X）的有无，导致Y细胞增殖情况发生变化。因此，可以确定该实验的自变量为某物质（X）的有无，因变量为Y细胞的增殖情况。同时，实验的分组操作步骤中会对自变量做不同的处理，根据这一点也可以确定实验的自变量。在实验中，甲组加了生理盐水，乙组加了由生理盐水配制的X药物，其它操作条件全部相同。从对照实验控制单一变量的原则去看，也容易将该实验的自变量确定为药物（X）的有无。 2 有多个自变量或因变量时，运用“分解目的法”
有些实验题的自变量或因变量从实验目的的角度分析，初看不止一个，较难以确定。可以用“分解目的法”来确定实验的自变量和因变量。
例如：（2012浙江）请根据以下提供的實验材料，完善生物制剂W对动物不同细胞的分裂具有促进作用的实验思路，并预测实验结果。
实验材料：培养液、正常体细胞、癌细胞、W、胰蛋白酶。（要求与说明：答题时不考虑加入W后的体积变化等误差。提供的细胞均具有分裂能力，只进行原代培养且培养条件适宜）
请回答：
（1）实验思路：
①取培养瓶若干个，分组如下： 。每组设置若干个重复样品。
②各组样品在培养箱中培养一段合适的时间后，各取其中的几个样品，加入 ，摇匀，在显微镜下用血细胞计数板分别计数并记录细胞数。
③重复②若干次。
④ 。
（2）预测实验结果（用坐标系和细胞数变化曲线示意图表示）：
答案：（1）①A组：培养液中加入正常体细胞；B组：培养液中加入体细胞，加入W；C组：培养液中加入癌细胞；D组：培养液中加入癌细胞，加入W。每组设置5个重复组。②胰蛋白酶。④统计并分析所得数据。
（2）如图1。
图1
在解上述实验题时，有的学生将自变量确定为生物制剂W的有无，也有的学生将自变量定为不同细胞（正常体细胞、癌细胞），导致了实验的不完整，使得结果及结论的分析出现这样那样的错误。该实验的实验目的是验证生物制剂W对动物不同细胞（正常体细胞、癌细胞）的分裂具有促进作用。从目的看很难确定唯一的自变量和因变量，其实该实验的自变量为生物制剂W的有无，因变量有两个，分别为正常细胞的分裂情况和癌细胞的分裂情况。在解答时，可以将实验目的进行分解，将其分解为两个小目的：①验证生物制剂W对动物正常体细胞的分裂具有促进作用；②验证生物制剂W对动物的癌细胞的分裂具有促进作用。从两个小目的中利用自变量和因变量的因果关系可以判断出自变量都为生物制剂W的有无，即以其为自变量分别针对两种细胞进行两次实验。那么就很明确将实验分为四个组，其中A组（培养液中加入正常体细胞）和B组（培养液中加入正常体细胞，加入W）是为了完成第一个小目的；C组（培养液中加入癌细胞）；D组（培养液中加入癌细胞，加入W）是为了完成第二个小目的。利用这样的“分解目的法”，可以让实验思路更加清晰，更好地把握实验的自变量。
3 因为A导致B，又因为B导致C的类型，运用“反问分析法”
有的实验题的类型为“因为A导致B，又因为B导致C”，实验变量初看很难确定，可用“反问分析法”明确实验的自变量。比如以下例题：
正常子宫内膜上皮细胞具有合成某种细胞周期蛋白（简称P蛋白）的能力，该蛋白可促进子宫内膜上皮细胞的增殖。雌激素能促进子宫内膜上皮细胞的增殖。雌激素是通过什么途径来促进子宫内膜上皮细胞增殖的呢？某小组研究发现雌激素能诱导P蛋白的合成。据此，科研小组作出了“雌激素通过诱导P蛋白的合成来促进这些细胞的增殖”的假设，并设计了相应的实验方案。请回答相关问题：
（1）该实验需要哪两种功能不同的细胞作实验材料？
； 。
（2）该实验对照组的培养液中是否需要加入雌激素？
。
（3）预测可能的实验结果及结论。
。
（4）该实验的目的是。
。
答案：（1）不能合成P蛋白的子宫内膜上皮细胞；正常（或能合成P蛋白的）子宫内膜上皮细胞（2）需要（3）①如果对照组的增殖细胞数目明显大于实验组，说明雌激素通过促进P蛋白合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。②如果两组的增殖细胞数目无显著差异，说明雌激素对子宫内膜上皮细胞增殖的作用与P蛋白无关。（4）研究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。
该实验题的自变量和因变量并不是一目了然的，需要学生通过信息概括出实验目的，并仔细分析、理解实验目的了以后才能确定自变量和因变量。该实验的逻辑是因为雌激素而导致P蛋白的合成，又因为P蛋白的合成而导致细胞的增值。而学生在答题过程中，往往对该实验的自变量到底是有无雌激素还是能否合成P蛋白难以确定，导致实验设计偏离实验目的。
对于此类例题，可用“反问分析法”。首先，引导学生仔细阅读该题的背景材料，并根据要求提炼出该实验的实验目的，即：探究雌激素是否通过诱导P蛋白的合成来促进子宫内膜上皮细胞的增殖。接着，请同学们根据实验目的分析该实验的自变量。课堂预设有的同学会以有无雌激素作为自变量，也有的同学会以是否有P蛋白的合成作为自变量。面对这样的回答，先不予以直接点评，而是利用“反问分析法”把问题抛回给学生，让学生根据自己选择的实验变量来设计分组，明确实验组、对照组的设置。设计好后分别请两种不同设计的同学描述自己的实验设计（注意引导学生在实验设计中是否体现单一变量），并请其自己及其他同学对所设计的实验进行结果的预测及得出相应结论。很明显，如果以有无雌激素作为自变量，相应的结果只能说明雌激素能否促进子宫内膜上皮细胞的增值，而这是题干中明确告诉我们的信息“雌激素能促进子宫内膜上皮细胞的增值”，不需要我们来探究；如果以是否有P蛋白的合成为自变量，相应的结果能说明雌激素促进子宫内膜上皮细胞的增值是否是通过诱导P蛋白的合成来完成，恰为实验的目的。并在此基础上分析题中的各个问题。通过这样的“反问分析法”，在教师的引导下，把题目关键的疑难问题转交给学生自己去解决，不仅让学生更加容易接受，也能让学生将其应用于其它类似的实验设计中，更好地来把握实验的自变量，提高实验设计的准确性。
实验设计能力的考查方向可以很多，考查的侧重点也很多，实验目的的归纳，实验原理、实验思路的表述，对照类型的确定，实验组、对照组的设置，方法步骤的书写，实验结果的呈现，实验结论的得出等等。但是实验设计中自变量的确定以及因变量及其观测指标的确定是一个实验得以建立的框架。明确实验的自变量和因变量是准确把握整个实验设计的关键。以上例题侧重引导学生提高对自变量和因变量的确定能力，以提高实验设计的准确性。
参考文献
[1] 浙江省教育考试院.浙江省普通高考考试说明.2013（1）：125-126.
[2] 杭州市余杭区教育局教研室.三年高考真题分类汇编.2011（11）：152-153.
[3] 杭州市余杭区教育局教研室.高考真题分类汇编.2012（10）：86.