Биологический эксперимент (№23)

Задание 23 описывает школьный опыт и просит истолковать его результат. Два балла, около пятнадцати минут. Чтобы отвечать уверенно, надо понимать не сами опыты — их немного и они повторяются, — а как вообще устроен эксперимент.

Всякий биологический опыт ставят, чтобы проверить одно предположение: влияет ли некоторое условие на некоторый процесс. И устроен он всегда одинаково: берут два образца, у которых все условия одинаковы, кроме одного.

Контрольный образец — тот, где изучаемое условие сохранено, обычная, нормальная обстановка. Опытный образец — тот, где это условие изменено или убрано.

Переменная — то самое единственное условие, которым образцы различаются: наличие воды, воздуха, света, тепла, кипячение фермента.

Почему различие должно быть единственным, понятно на примере неправильно поставленного опыта. Пусть ученик поставил один стакан с семенами на тёплый подоконник и полил их, а второй — в холодный шкаф и не полил. Семена проросли в первом. Что это доказывает? Ничего. Условий изменилось два — тепло и вода, — и какое из них подействовало, установить невозможно. Стоит убрать лишнее различие, и опыт начинает говорить.

Отсюда стандартная формула, которой в ответе описывают устройство опыта: «во всём остальном условия были одинаковыми — одинаковая посуда, одинаковое число семян, одинаковая температура, одинаковый срок».

Второе требование к опыту — повторяемость и достаточное число объектов. Поэтому в условиях заданий обычно фигурируют не одно семечко, а двадцать: одно могло оказаться нежизнеспособным, и вывод по нему был бы случайным.

И третье, о чём спрашивают в формулировке «что было контролем»: контроль нужен для сравнения. Без него результат не с чем сопоставить. Если семена в единственном стакане не проросли, это ничего не говорит о роли воздуха — может быть, они просто были негодными. Только сравнение с контролем, где всё то же самое и семена проросли, превращает наблюдение в доказательство.

Заметьте, что все три требования — единственное различие, достаточное число объектов и наличие контроля — это не школьные условности, а те же правила, по которым ставят опыты в науке. Разница лишь в масштабе: стакан с двадцатью горошинами и многолетнее исследование устроены одинаково.

В задании 23 почти всегда два вопроса, и отвечают они на разное. Путаница между ними — главная причина потери балла на этой линии.

Вывод — это что показал опыт. Он формулируется как общее утверждение, следующее из сравнения образцов, и в нём обычно нет ни стаканов, ни пробирок. «Для прорастания семян необходим кислород». «Крахмал в листе образуется только на свету». «Фермент слюны расщепляет крахмал».

Объяснение — это почему так получилось. Здесь нужен механизм: что происходит в клетке или в организме и отчего результат оказался именно таким. «Семена, полностью залитые водой, не получали кислорода, а он необходим для дыхания зародыша, при котором освобождается энергия для роста».

Различить их помогает простая проверка. Вывод отвечает на вопрос «что», объяснение — на вопрос «почему». Вывод можно перенести в учебник как правило; объяснение привязано к тому, что физиологически происходит.

Есть и третья формулировка, которая встречается: «что наблюдали». Это описание результата, и вывод от него отличается тем, что описание частное, а вывод общий. «В первом стакане семена не проросли, во втором проросли» — это наблюдение. «Для прорастания необходим кислород» — вывод.

Поэтому полный ответ на задание 23 удобно строить в три шага, даже если спрошено два.

Шаг 1. Что различалось. «В первом стакане семена были полностью залиты водой, во втором — лишь смочены; во всём остальном условия были одинаковы».

Шаг 2. Вывод. «Опыт показывает, что для прорастания семян необходим кислород воздуха».

Шаг 3. Объяснение. «Прорастающее семя интенсивно дышит: при окислении запасённых веществ освобождается энергия, нужная зародышу для роста. Под слоем воды кислород к семенам практически не поступает, дыхание прекращается, и семена не прорастают, а загнивают».

Такой ответ содержит оба требуемых элемента, занимает три предложения и пишется за пять минут.

Полезно заранее заготовить себе несколько оборотов, которыми вывод начинается: «Опыт показывает, что…», «Следовательно, для… необходим…», «Из результата следует, что…». Готовая формулировка экономит время и, что важнее, не даёт сбиться на пересказ — начав фразу со слов «опыт показывает», уже невозможно продолжить перечислением того, что было в каждой пробирке.

Опытов, которые встречаются в задании 23, десяток, и они повторяются. Разберём их по тому, какое условие проверяется.

Условия прорастания семян. Берут несколько одинаковых стаканов с семенами. Сухие семена в тепле не прорастают — нужна вода. Семена, полностью залитые водой, не прорастают — нужен кислород. Влажные семена в холодильнике не прорастают — нужно тепло. Каждый раз меняется одно условие, и каждый раз вывод про него одно. Свет для прорастания большинству семян не нужен, и это тоже спрашивают.

Дыхание прорастающих семян. В одну банку насыпают прорастающие семена, в другую — такие же, но сухие или проваренные, обе закрывают. Через сутки в банку с прорастающими семенами опускают горящую свечу — она гаснет, потому что накопился углекислый газ; термометр в этой же банке показывает повышение температуры. Вывод: прорастающие семена дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ, и при дыхании выделяется тепло.

Действие фермента слюны на крахмал. В две пробирки наливают крахмальный клейстер. В первую добавляют свежую слюну, во вторую — прокипячённую, и обе держат при температуре тела около получаса. Затем в обе капают йод. В первой синего окрашивания нет — крахмал расщеплён; во второй жидкость синеет — крахмал цел. Вывод: фермент слюны расщепляет крахмал, но при кипячении теряет активность. Объяснение: фермент — это белок, а белок при нагревании разрушается, и его молекула перестаёт выполнять свою работу. Это же объясняет, почему опыт ведут при температуре тела: на холоде фермент работает слишком медленно.

Образование крахмала на свету (фотосинтез). Растение на несколько суток убирают в темноту, чтобы весь крахмал из листьев оттёк. Затем часть листа закрывают фольгой или чёрной бумагой и выставляют растение на свет. Через сутки лист обесцвечивают в горячем спирте и обрабатывают йодом: синеет только та часть, что была освещена. Вывод: для образования крахмала в листе необходим свет. Роль фольги — сделать неосвещённую часть контролем на том же самом листе, чтобы все прочие условия совпали заведомо.

Испарение воды листьями. Побег помещают в сосуд с водой, поверхность воды закрывают, а растение накрывают стеклянным колпаком. На стенках колпака появляются капли воды. Вывод: листья испаряют воду. Если у второго побега листья срезать, капель почти не будет — это и есть контроль.

Передвижение веществ по стеблю. Побег ставят в подкрашенную воду. Через несколько часов на поперечном срезе видно, что окрасилась древесина. Вывод: вода с растворёнными солями поднимается по сосудам древесины.

Кроме растительных опытов в задании 23 встречаются и те, что ставят на человеке и на животных. Устроены они по тому же правилу единственного различия, но материал другой, и его стоит разобрать отдельно.

Действие желудочного сока на белок. В несколько пробирок кладут одинаковые кусочки варёного яичного белка и наливают желудочный сок. Первую держат при температуре тела, вторую — на холоде, в третью сок наливают прокипячённый, в четвёртую вместо сока — воду. Белок растворяется только в первой. Вывод: фермент желудочного сока расщепляет белки, и для его работы нужна температура тела, а кипячение фермент разрушает. Отсюда же объяснение, почему пищеварение идёт именно при 36–37 °C: ферменты работают в узком тепловом промежутке.

Опыт с пульсом и нагрузкой. Считают пульс в покое, затем после двадцати приседаний, затем через одну, две и три минуты отдыха. Наблюдают рост частоты и постепенное возвращение к исходному значению. Вывод: при мышечной работе частота сердечных сокращений возрастает. Объяснение: работающим мышцам нужно больше кислорода и питательных веществ и надо быстрее уносить углекислый газ, поэтому сердце сокращается чаще, увеличивая скорость кровотока.

Опыт с задержкой дыхания. Измеряют, сколько человек может не дышать в покое, а затем сразу после нагрузки. Во втором случае время заметно короче. Объяснение: при работе в крови быстрее накапливается углекислый газ, а дыхательный центр продолговатого мозга реагирует именно на него и заставляет сделать вдох раньше.

Опыты на рефлексы. Коленный рефлекс — удар по сухожилию под коленной чашечкой вызывает разгибание голени; зрачковый — при ярком свете зрачок сужается. Вывод: это безусловные рефлексы, врождённые и одинаковые у всех, и происходят они без участия воли.

Во всех этих опытах ответ строится так же, как в растительных: назвать различие, сформулировать общее правило, объяснить его физиологией.

Третья группа опытов, попадающих в задание 23, — те, что рассматривают под микроскопом или ставят на отдельных клетках. Их немного, и каждый доказывает что-то одно.

Строение клетки кожицы лука. Тонкую плёнку с чешуи лука кладут в каплю слабого раствора йода и накрывают покровным стеклом. Под микроскопом видны вытянутые клетки с оболочкой и окрашенным ядром. Йод здесь нужен затем, что бесцветные части клетки на просвет неразличимы: он окрашивает ядро и делает его заметным. Вывод: растительная клетка имеет оболочку, цитоплазму и ядро.

Движение цитоплазмы. В клетках листа элодеи под микроскопом видно, как хлоропласты перемещаются по кругу вдоль оболочки. Вывод: цитоплазма живой клетки находится в движении, и это движение переносит вещества внутри клетки. Если препарат нагреть до гибели клетки, движение прекращается — вот и контроль.

Клетка в солёной воде. Препарат кожицы лука сначала рассматривают в воде, затем под покровное стекло подводят концентрированный раствор соли. Цитоплазма отстаёт от оболочки и сжимается. Вывод: вода выходит из клетки туда, где раствор крепче. Объяснение: оболочка проницаема для воды, и та переходит в сторону более концентрированного раствора. Отсюда же ответ на практический вопрос, почему политое слишком крепким раствором удобрения растение вянет, а посыпанные солью овощи дают сок.

Красящие вещества и запасные вещества. Каплей йода проверяют наличие крахмала в клубне картофеля или в зерновке пшеницы — появляется синее окрашивание. Пятно от семечка на бумаге, остающееся прозрачным, показывает наличие масла. Это опыты на состав, и вывод в них формулируется как «в клубне картофеля содержится крахмал».

Общее для всей группы правило ответа то же: сказать, что именно сделали, что увидели и какое общее утверждение из этого следует.

Порядок работы с заданием 23 устойчив, и его стоит отработать до привычки.

Шаг 1: найдите, чем различались образцы. Перечитайте условие и выпишите два состояния. Именно это различие и есть предмет опыта; всё остальное — фон.

Шаг 2: назовите проверяемое условие. Вода, кислород, тепло, свет, целость фермента. Одним словом.

Шаг 3: сравните результаты. Где процесс пошёл, где нет.

Шаг 4: сформулируйте вывод как общее правило, без упоминания стаканов и пробирок.

Шаг 5: объясните механизм, отвечая на «почему»: что происходит в клетке или органе и отчего отсутствие условия его останавливает.

Теперь ошибки, на которых теряют балл.

Пересказ вместо вывода. «В первой пробирке появилось синее окрашивание, во второй нет». Это описание результата, и за вывод оно не засчитывается.

Вывод вместо объяснения. Вопрос «объясните результат» требует механизма, а не повторения правила другими словами.

Приписывание опыту того, чего он не проверял. Если в опыте различались только вода и её отсутствие, из него нельзя делать вывод о роли тепла, даже если это верно по существу. Отвечать надо строго по тому, что сравнивалось.

Забытый контроль. На вопрос «зачем нужна вторая пробирка» правильный ответ — для сравнения: она показывает, каким был бы результат, если бы изучаемое условие сохранилось.

Утверждение о единственной причине. «Семена не проросли, потому что им было плохо» — это не биология. Нужны кислород, дыхание, энергия.

И полезная привычка на будущее: когда в условии сказано «прокипятили», «закрыли фольгой», «залили водой», «поставили в холодильник», — это и есть переменная. Заметив её, вы уже наполовину ответили, потому что вывод всегда формулируется про то самое условие, которое убрали.

И последнее замечание про время. На задание 23 отводится около пятнадцати минут, а полный ответ занимает три-четыре предложения. Значит, основная часть этого времени — на понимание условия, а не на письмо. Не торопитесь писать первую пришедшую мысль: перечитайте описание опыта и убедитесь, что вы верно поняли, что именно в двух образцах различалось. Ошибка на этом шаге делает неверным весь дальнейший ответ, каким бы складным он ни вышел.