“模式识别”在高三实验复习教学中的应用

北京

模式识别是指人类对事物或者现象等各种形式的（数值的、文字的和逻辑关系）信息进行处理和分析，以便对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程。模式识别在计算机领域应用比较广泛，比如在自动化加工、识别技术、监控系统等方面。如果教师能够把试题类型模式化，学生在解题过程中识别模式，运用所学知识就能够轻松解答试题、解释现象。

历年的北京卷中实验设计类试题主要考查学生的基础知识和必备能力，实验设计题是各省市高考热点题型，所占分值较高，许多学生觉得解答这类题目很难，有时只是心里明白，却无法用准确的语言文字表达出来。其实只要厘清思路，找准方法，就能化难为易。实验设计类试题一般遵循的解题特点：根据单一变量原则、对照原则、重复原则等确定实验中的自变量、无关变量和因变量。为了帮助学生确定自变量、无关变量和因变量，教师可根据这类试题中能力方面的考查总结出一种做题模式，学生将这种模式灵活掌握。

一、实验设计类试题模式的提出

对于实验设计类试题中填写自变量、无关变量、因变量要根据实验设计的单一变量原则、对照原则等进行设计，首先，要知道什么是自变量、无关变量、因变量。自变量：人为控制的对实验对象进行处理的因素；因变量：因自变量改变而变化的变量；无关变量：实验过程中存在的一些对实验结果造成影响的可变因素。其次，要根据这些变量进行解题，可按下列模式进行。

在解题过程中，可以将自变量理解为对照组和实验组的内容是不一样的。实验组是本实验想要研究的内容，可以根据研究物质的不同浓度或者不同温度等等设置几个实验组，而对照组可以分为阴性对照和阳性对照两类，这样实验就可以分为很多个小组，但整体上是实验组与对照组，也就是自变量是在不同的组别填写不一样的部分,相当于数学坐标中的横轴。无关变量可以理解为实验组和对照组要保持一样。在不同的研究中，都要排除无关变量对实验结果造成的影响，因为研究同一实验的每一组中的无关变量都是相同的，对于每组实验的影响都是相同的。而在不同的试题中要把“无关变量”四个字替换成该试题对应的具体无关变量，例如：温度、高度、生长状况等，即可以描述为排除温度、高度、生长状况等对实验结果造成的影响。因变量可以理解为常表示实验结果，类似于数学坐标中的纵轴。在试题中常用检测出、测量出、记录等文字表示所得实验结果。

二、利用解题模式识别实验设计类试题

在高考题和模拟题中有大量类似的、形式不同的试题，教师需要在课堂中带领学生分析、归纳、总结试题，运用上述总结出的解题模式，帮助学生理解这种解题模式，并且进行实验设计能力的培养。

【文字描述型】据图2 的结果，科研人员提出了一个假设：在顶芽产生的生长素沿主茎极性运输时，GR24 会抑制侧芽的生长素向外运输。为验证该假设，采用与图1 相同的切段进行实验。

请在表中的空白处填写相应处理内容，完成实验方案。

图1

图2

【答案】①在主茎上端施加NAA ②放射性标记的NAA（或生长素） ③加入GR24 ④不加入GR24

【分析】转换为解题模式：

根据题目中指出GR24 会抑制侧芽的生长素向外运输，从而确定本题的自变量。并且实验要求检测放射性，则题目中两组实验均需加入放射性同位素进行标记（无关变量）。则本题的填写要求如下：

自变量：GR24的有无（表格中只有最后一列才能填写）。

无关变量：填好自变量后，根据单一变量原则可确定其他一样的条件，第二列的无关变量又是根据因变量的检测手段进行填写的。

【选择题形式】实验研究发现，J 酶催化B 蛋白的磷酸化反应，磷酸化的B 蛋白又可以与J 酶结合抑制其活性，这种调节方式是__________调节。可推测，B 蛋白通过影响J 酶活性________（填“促进”或“抑制”）UV 诱导的细胞凋亡过程。若要验证上述推测，实验组的设计及结果应该为____________（填选项前的字母）。

a.正常细胞

b.J 酶基因敲除细胞

c.B 蛋白基因敲除细胞

d.用UV（20 J，20 h）照射

e.不用UV（20 J，20 h）照射

f.J 酶活性较高

g.J 酶活性较低

h.细胞凋亡率较高

i.细胞凋亡率较低

【答案】负反馈 抑制 c、d、f、h

【分析】转换为解题模式：

（本题中提到B 蛋白通过影响J 酶活性抑制UV 诱导的细胞凋亡过程，所以选择f、h）

经以上分析知，自变量：B 蛋白的有无；

无关变量：UV 处理。

同样类型的试题有2017 年北京卷第29 题（部分节选）（3）③为验证T 的磷酸化能增强神经细胞对刺激的“记忆”这一假设，将T 的磷酸化位点发生突变的一组小鼠，用HFS 处理H 区传入纤维，30 分钟后检测H 区神经细胞突触后膜A 受体能否磷酸化。请评价该实验方案并加以完善________________。

【答案】该实验方案存在两处缺陷。第一，应补充第一组对未突变小鼠同样处理的对照实验。第二，应补充施加HFS 后检测和比较以上两组小鼠突触后膜电位变化的实验

【分析】转换为解题模式：

（可在本题中找到关键词“检测”，则可以确定因变量是检测H 区神经细胞突触后膜A 受体能否磷酸化）

经以上分析知，自变量：实验组为T 的磷酸化位点发生突变的小鼠，对照组为正常未发生突变的小鼠。

无关变量：HFS 处理H 区传入纤维、处理时间30 分钟。

因变量：检测H 区神经细胞突触后膜A 受体能否磷酸化。

这道题不仅考查学生对实验设计中自变量的判断，而且考查因变量的填写，需要学生有扎实的基础知识和严谨的实验设计思路，这是北京卷最难的一点，也是最不容易把握的部分。如果学生能够掌握前文所归纳的做题模式，按照模式中的流程进行转换，一步步找出相关信息，对实验的整体思路进行把握，理解实验，问题也就迎刃而解了。

实验设计类试题在高考中所占分值较高，在复习过程中，特别是在二轮复习中，从全面的基础复习转入专题复习，实验设计类试题的复习便成了复习的重点，学生可在课堂中通过试题归纳总结出模式，再通过不同类型试题识别模式，解决试题。通过总结解题模式，让学生再看见类似试题时不会无从下手。学生只要能够识别试题类型，确定这道题是实验设计类习题，有自变量、因变量等因素的出现，无论试题是以选择题的形式、表格的形式，还是文字的形式呈现，只要把不同形式转换成解题模式，按解题模式的思路、步骤区分自变量、无关变量、因变量，并且记住描述相关变量的常用关键词，区分对照组和实验组，运用单一变量原则和对照原则的答题策略，便能让学生更有信心应对这类试题的解答，让模式识别这种答题策略更好地应用于高中教学。