變量的中介變量和變量間的關(guān)系

變量的中介變量和變量間的關(guān)系

1核心素養(yǎng):科學(xué)思維《普通生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）提出了四個核心要素。其中，科學(xué)思維是形成生命概念的重要支柱，是基于證據(jù)和論證的思維方式。1.1兩個以上變量之間的關(guān)系變量之間存在著相互依存的關(guān)系,可以是兩個變量之間的關(guān)系,也可以是三個或三個以上變量之間的關(guān)系:兩個或兩個以上的自變量和一個因變量的關(guān)系1.2a是b是等價(jià)的在數(shù)學(xué)邏輯中,充要條件等命題邏輯屬于演繹邏輯?！叭绻鸄,那么B”,就可以得出:A是B的充分條件,B是A的必要條件。若需證明B是A充分條件,依據(jù)原命題和逆否命題是邏輯等值的原理,可以證明“B是A充分條件”的逆否命題———非A則非B。綜上所述,“若A,則B”并且“若非A,則非B”,就能證明A是B的充分必要條件(A當(dāng)且僅當(dāng)B,A和B是等值的)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究目的通常是:“自變量對因變量的影響”,即論證自變量是因變量的充要條件:自變量必然引起因變量變化,因變量的變化一定是自變量引起的。實(shí)驗(yàn)中常用的“添加”或“去除”方法,就是利用了高中數(shù)學(xué)邏輯中的充要條件的論證方式。1.3生物量分析由于影響某因變量的因素多不只一個,調(diào)節(jié)變量和中介變量的加入,會使得變量間關(guān)系更為清晰。高中學(xué)生數(shù)學(xué)已經(jīng)有充要條件相關(guān)的知識,為其應(yīng)用于生物學(xué)打下基礎(chǔ)。近年北京高中會考生物學(xué)試題思路明確、變量變化邏輯主線清晰,是作為變量分析非常合適的背景資料。試題通常從推測單自變量和因變量間的關(guān)系開始,加入中介變量或者調(diào)節(jié)變量轉(zhuǎn)換為多變量。通過梳理變量間關(guān)系對所給的數(shù)據(jù)、曲線、表格等形式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,是一種高效解題思路。2變量之間的邏輯關(guān)系2.1癥狀緩解與呼吸道擴(kuò)張指數(shù)的比較自變量和因變量的關(guān)系受到第三個變量(調(diào)節(jié)變量)的影響,在高中生物學(xué)教學(xué)中通常將調(diào)節(jié)變量看作另外一個自變量(圖2)。試題通常通過“添加某種因素”“去除某種因素”證明自變量是因變量的充要條件,再比較自變量和調(diào)節(jié)變量對因變量影響的差異(圖3)。例1(2018北京春季會考9)安慰性治療在慢性病治療中的作用越來越受到關(guān)注。為研究安慰劑和假針灸等安慰性治療是改變患者對癥狀的體驗(yàn),還是改變患者的癥狀,科研人員將哮喘患者隨機(jī)分為四組:1組吸入可治療哮喘的藥物———沙丁胺醇;2組吸入安慰劑;3組接受假針灸;4組不進(jìn)行任何處置。一段時(shí)間后,得到下圖所示結(jié)果。請回答問題:(1)據(jù)圖可知,安慰劑和假針灸改變的是患者_(dá)________,作出判斷的依據(jù)是________。參考答案:對癥狀的體驗(yàn);2組和3組患者認(rèn)為癥狀緩解程度接近于1組,而呼吸道擴(kuò)張指數(shù)接近于4組。解析:本題除兩個自變量,還有兩個因變量,在比較兩個自變量對一個因變量的作用的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步比較兩自變量對因變量A和兩自變量對因變量B之間的差異。因?yàn)樗幬镏委煹寞熜?會對安慰性治療的效果產(chǎn)生影響,即患者認(rèn)為自己服用了藥物,藥物治療應(yīng)該是調(diào)節(jié)變量(圖4)?！昂粑罃U(kuò)張指數(shù)”和“患者認(rèn)為癥狀緩解的程度”是因變量———癥狀、對癥狀的體驗(yàn)的檢測指標(biāo),其中第4組作為對照組。利用“添加”和“去除”論證治療的效果,將安慰性治療/藥物治療對患者感覺癥狀緩解的情況和安慰性/藥物治療對患者癥狀改變情況進(jìn)行比較。例2(2017北京春季會考1)酵母細(xì)胞自噬作用是一種“應(yīng)急”機(jī)制,該過程發(fā)生在液泡中。細(xì)胞的某些非必需成分被降解、回收,并重新利用,為細(xì)胞適應(yīng)不良環(huán)境提供保障。請回答問題:(1)科學(xué)家在缺乏含氮營養(yǎng)的條件下誘導(dǎo)酵母細(xì)胞發(fā)生自噬。顯微鏡下觀察誘導(dǎo)30min和8h后酵母細(xì)胞液泡中的變化。據(jù)圖可知,酵母細(xì)胞發(fā)生自噬的特征是自噬體數(shù)目_________。研究發(fā)現(xiàn),自噬體中存在多種______酶,可將包裹在自噬體中的蛋白質(zhì)降解為氨基酸,釋放到液泡中,最終被細(xì)胞回收利用。(2)科學(xué)家對基因P在自噬中的作用進(jìn)行研究,通過特定方法抑制基因P的作用,若顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)________,則可證明基因P的表達(dá)能夠激活酵母細(xì)胞自噬作用過程。(3)科學(xué)家在四組酵母細(xì)胞培養(yǎng)液中,加入?yún)⒖即鸢?(1)增加;水解(蛋白酶和肽)(2)自噬體的產(chǎn)生量減少(3)(1)高于(2),(3)低于(1);其他答案合理即得分。解析:試題第(1)問提出缺乏含氮營養(yǎng),酵母菌發(fā)生自噬,即圖8中步驟(1);第(2)問加入中介變量———基因P是否表達(dá),探究P基因在自噬中的作用,單自變量轉(zhuǎn)變成多自變量。缺乏氮營養(yǎng)引發(fā)自噬(圖8步驟(1)),是由于缺氮引發(fā)P基因的表達(dá)(圖8步驟(2)(3))。試題第(3)問是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證第(2)問提出的假說。自噬體水解后釋放到液泡的細(xì)胞液中的如圖8所示,試題的幾個小問題在分析步驟(1)的基礎(chǔ)上,分別解析步驟(2)和步驟(3)。利用“添加”和“去除”論證各變量間“當(dāng)且僅當(dāng)”的關(guān)系,解題思路如圖9。由圖9,利用“添加”和“去除”的方法分析:第一組比較得出“未添加基因P的抑制劑———P基因表達(dá)”造成“缺乏含氮營養(yǎng)使細(xì)胞液中的3進(jìn)行變量分析的教學(xué)變量分析是運(yùn)用科學(xué)思維在新情境下解決問題的重要方法,學(xué)生需要在學(xué)習(xí)的過程中逐步體會、逐漸強(qiáng)化。教師如何在課堂上運(yùn)用上述變量分析法;如何在整個中學(xué)生物學(xué)學(xué)習(xí)的過程中,由淺入深根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)背景、不同教學(xué)內(nèi)容有計(jì)劃地進(jìn)行變量分析的教學(xué),需要在實(shí)踐中繼續(xù)改進(jìn)。同時(shí)生物學(xué)中調(diào)節(jié)變量和中介變量、無關(guān)變量的概念的劃分,有調(diào)節(jié)的中介變量和有中介的調(diào)節(jié)變量都可以作為進(jìn)一步研究的方向。(2)(3)略。從圖5得出結(jié)論:藥物治療不僅使患者認(rèn)為癥狀緩解,也增加了患者呼吸道擴(kuò)張指數(shù),而安慰