Задания 22–23: методология эксперимента и выводы

Эта пара заданий всегда опирается на одно и то же описание опыта. Разница в том, о чём спрашивают.

Задание 22 — про методологию: как опыт устроен. Типичные вопросы: какая переменная независимая, какая зависимая, что служит контролем, какую гипотезу проверяли, почему опыт повторяли несколько раз, что нужно оставить неизменным.

Задание 23 — про содержание: почему получился именно такой результат. Здесь требуется биологическое объяснение механизма и часто добавляется отдельный теоретический вопрос («в основе какого процесса лежит…», «какая ткань обеспечивает…»).

Словарь, которым надо владеть дословно.

• • Независимая переменная — то, что задаёт экспериментатор: температура, концентрация, освещённость, доза.
• • Зависимая переменная — то, что измеряют в ответ: скорость роста, число делений, активность фермента.
• • Контроль — группа, поставленная в те же условия, но без изучаемого фактора. Формулируйте именно так: эксперт ищет эти слова.
• • Постоянные условия — всё остальное, что обязано совпадать: возраст особей, объём среды, освещение, время опыта.
• • Повторность — несколько особей или несколько опытов в каждой группе; нужна, чтобы случайное отклонение одной особи не выдали за закономерность.

Как писать гипотезу. В форме предположения и до опыта: «если повысить температуру, то скорость размножения инфузорий возрастёт». Иногда просят нулевую гипотезу — тогда связь просто отрицают: «скорость размножения инфузорий не зависит от температуры». Это готовый элемент ответа, который ничего не стоит выучить.

Как писать вывод. Только по полученным данным, а не по учебнику. Фраза «известно, что тепло ускоряет обмен веществ» выводом не является: эксперт ищет, что показал этот опыт.

Задания 22 и 23 идут вместе, к одному и тому же описанию опыта, и это ключ к тому, как их решать. Описание читается один раз, а вопросов задают два, и они принципиально разные.

Задание 22 — про устройство опыта. Спрашивают то, что относится к методике: назовите независимую и зависимую переменные, сформулируйте гипотезу, предложите контроль, объясните, зачем нужен контроль, какие условия должны оставаться неизменными. Биологии как таковой здесь почти нет — есть логика эксперимента. Поэтому 22 можно правильно решить даже в незнакомой теме, если понимать методологию.

Задание 23 — про содержание. Спрашивают то, что относится к биологии: опишите полученный результат, объясните его механизм, назовите процесс или структуру, которая за него отвечает. Здесь без знания темы не обойтись: надо понимать, почему фермент теряет активность при нагревании, почему в темноте крахмал в листе не образуется, какое деление лежит в основе размножения черенками.

Практический вывод. Читая описание, сразу помечайте для себя две вещи по отдельности: что менял экспериментатор и что измерял (это пойдёт в 22) и какой биологический процесс тут происходит (это пойдёт в 23). Такое разделение экономит время и не даёт смешать ответы: типичная потеря баллов — когда в задании 22 ученик начинает объяснять биологию, а в 23 пересказывает методику.

Про нулевую гипотезу. Иногда просят сформулировать гипотезу, которую опыт проверяет. Рабочая гипотеза утверждает связь: «скорость размножения инфузорий зависит от температуры воды». Нулевая гипотеза отрицает её: «скорость размножения инфузорий не зависит от температуры воды». Опыт устроен так, чтобы нулевую гипотезу можно было отвергнуть: если различие между группами больше случайного разброса, отрицание не выдерживает проверки. Формулировать нулевую гипотезу просто — возьмите рабочую и вставьте «не».

Про формулировку «если… то…». Гипотеза выдвигается до опыта и в сослагательной форме: «если повысить температуру с 15 до 25 °C, то число инфузорий за сутки увеличится». В такой записи сразу видны независимая переменная (температура), зависимая (число инфузорий) и ожидаемое направление изменения. Формулировка в прошедшем времени («инфузорий стало больше») — это уже результат, и за гипотезу её не засчитают.

Описание эксперимента в КИМ занимает пять-восемь строк, и каждая из них несёт нужную информацию. Разберём, как читать такой текст.

Строка про цель. «Исследователь изучал влияние температуры на активность фермента амилазы». Отсюда сразу берутся обе переменные: то, что после слова «влияние» — независимая (температура), то, что после «на» — зависимая (активность фермента). Это работает почти всегда.

Строка про группы. «Он взял пять пробирок с одинаковым количеством крахмального клейстера и слюны». Слово «одинаковым» — маркер уравненных условий, их потом придётся перечислять в ответе. Число пробирок — это повторность.

Строка про воздействие. «Пробирки поместили в водяные бани с температурой 0, 20, 37, 60 и 100 °C». Здесь перечислены значения независимой переменной. Если среди них есть вариант без воздействия (0 % удобрения, темнота, комнатная температура), он и служит контролем.

Строка про измерение. «Через 10 минут в каждую пробирку добавили раствор йода и оценили окраску». Это способ регистрации зависимой переменной. Обратите внимание: измеряют часто косвенно — не сам крахмал, а окраску с йодом; не сам фотосинтез, а число пузырьков кислорода; не саму интенсивность дыхания, а помутнение известковой воды. В ответе полезно назвать и показатель, и то, о чём он свидетельствует.

Строка про результат. Она уходит в задание 23. «В пробирках при 37 °C окраска не появилась, при 0 и 100 °C раствор стал синим».

Чего в описании обычно не хватает — и об этом спрашивают. Три вещи пропускают чаще всего: контрольная группа, повторность и уравнивание прочих условий. Вопрос «что необходимо добавить в эксперимент» почти всегда имеет ответ из этого списка. Формулируйте его полностью: что добавить и зачем.

Косвенные показатели, которые надо узнавать.

• • Йод и крахмал: синее окрашивание означает, что крахмал остался; отсутствие окрашивания — что он расщеплён.
• • Известковая вода: помутнение означает выделение углекислого газа, то есть дыхание.
• • Пузырьки газа у водного растения на свету: это кислород, показатель интенсивности фотосинтеза.
• • Тлеющая лучинка вспыхивает: в сосуде кислород.
• • Обесцвечивание листа спиртом перед пробой с йодом: удаление хлорофилла, чтобы окраска была видна.

Сюжеты пары 22–23 берут из ограниченного набора школьных опытов. Зная их наперёд, вы читаете описание уже понимая, о чём пойдёт речь в задании 23.

Опыты с ферментами. Амилаза слюны и крахмал (проба с йодом), каталаза и перекись водорода (выделение кислорода, вспыхивающая лучинка), пепсин и белок при разном pH. Что объясняют: оптимум температуры и pH, обратимое замедление на холоде, необратимая денатурация при нагревании, специфичность фермента к субстрату.

Опыты с фотосинтезом. Элодея и подсчёт пузырьков кислорода при разной освещённости; лист, часть которого закрыта фольгой, с последующей пробой на крахмал; растение под колпаком с поглотителем углекислого газа. Что объясняют: кислород выделяется при фотолизе воды в световой фазе; крахмал образуется только на освещённых участках; без углекислого газа крахмал не образуется даже на свету.

Опыты с дыханием. Прорастающие семена в закрытой банке (свеча гаснет, известковая вода мутнеет, температура внутри растёт). Что объясняют: при дыхании поглощается кислород, выделяются углекислый газ и энергия, часть которой рассеивается теплом.

Опыты с осмосом. Клетки кожицы лука в растворах разной концентрации (плазмолиз и деплазмолиз), эритроциты в дистиллированной воде и в концентрированном растворе соли, картофельные бруски в воде и в рассоле. Что объясняют: вода идёт туда, где раствор концентрированнее; растительная клетка от разрыва защищена клеточной стенкой, эритроцит — нет.

Опыты с транспортом у растений. Побег в подкрашенной воде (окрашиваются сосуды древесины), кольцевание ветки (наплыв над кольцом — след флоэмы). Что объясняют: вода с минеральными солями идёт вверх по сосудам ксилемы, органические вещества — вниз по ситовидным трубкам флоэмы.

Опыты с ростом и размножением. Черенкование традесканции или смородины (митоз, вегетативное размножение, генетическая идентичность потомства), проращивание семян при разной температуре и влажности, опыты с тропизмами и с верхушечной почкой.

Что из этого следует для подготовки. В задании 23 почти всегда требуется назвать процесс и структуру, которые за него отвечают: фотолиз воды в тилакоидах, окисление в митохондриях, работа устьиц, деятельность камбия, митоз в образовательной ткани. Держите эти пары наготове — они и есть содержание ответа.