№2. Методы биологии: как определить характер изменения величин
Задание №2 проверяет и методы биологии, и умение читать результаты опыта: для каждой величины нужно выбрать, увеличилась она, уменьшилась или не изменилась. Формул здесь нет — нужны знание биологического смысла процесса и внимательность, потому что нумерация вариантов от задания к заданию меняется.
Начнём с методов. Наблюдение — целенаправленное восприятие объекта без вмешательства в его жизнь: так описывают поведение животного в природе или сезонные изменения растения. Описание — фиксация увиденного словами, рисунком, схемой. Сравнение — сопоставление двух объектов или групп по выбранному признаку. Эксперимент (опыт) — исследователь сам создаёт условия и меняет один фактор, чтобы увидеть следствие. Моделирование — изучение процесса на его упрощённом заменителе: компьютерная или математическая модель. Микроскопия — изучение строения при большом увеличении. Центрифугирование — разделение содержимого клетки на фракции по плотности при быстром вращении. Метод меченых атомов — в вещество вводят радиоактивную или тяжёлую метку и прослеживают её путь в организме.
| Метод | В чём суть | Что получают |
|---|---|---|
| Наблюдение | Изучение объекта в естественных условиях без вмешательства | Описание поведения, сезонных изменений |
| Описание | Фиксация признаков словами, схемой, рисунком | Морфологическое описание вида, дневник наблюдений |
| Сравнение | Сопоставление объектов по одному или нескольким признакам | Вывод о сходстве и различиях |
| Эксперимент | Создание условий и изменение одного фактора | Причинно-следственная связь: что от чего зависит |
| Моделирование | Замена объекта упрощённой моделью | Прогноз течения процесса |
| Микроскопия | Рассматривание объекта при большом увеличении | Строение клеток и тканей |
| Центрифугирование | Разделение содержимого клетки по плотности | Отдельные органоиды и фракции веществ |
| Меченые атомы | Введение метки в вещество и прослеживание её пути | Пути превращения веществ в организме |
Теперь про устройство опыта. В любом эксперименте есть три роли: что меняет исследователь (эту величину называют независимой), что он измеряет (зависимая величина) и что остаётся неизменным, чтобы сравнение было честным. Например, в опыте с колхицином меняют наличие вещества, а считают частоту мутаций; в опыте с кормом меняют источник белка, а измеряют массу тела и смертность животных. Если меняется сразу несколько условий, вывод о причине сделать нельзя.
что меняем → что измеряем → что не меняем (контроль) · опытная и контрольная группы различаются ровно одним фактором · вывод формулируют только про связь изменённого фактора и измеренной величины
Теперь главный сюжет задания. В условии описан опыт или сравнение, а в ответ нужно внести по одной цифре для каждой из двух или трёх величин: «увеличилась», «уменьшилась», «не изменилась». Сначала определи, о какой именно величине спрашивают, затем найди механизм, из-за которого она меняется, и только потом открывай список вариантов. Нумерация вариантов в разных заданиях разная: в одном «увеличилась» стоит первой, в другом — третьей, а «уменьшилось» может оказаться вторым. Именно поэтому ответ нельзя отмечать по памяти.
величина растёт → вариант «увеличилась» · величина падает → вариант «уменьшилась» · величина та же → вариант «не изменилась» · номера вариантов бери из условия, а не из памяти
Полезно помнить несколько опорных механизмов, на которых построено большинство заданий. Вода всегда перемещается в сторону большей концентрации растворённых веществ: в гипотоническом растворе она входит в клетку, в гипертоническом — выходит, а соли через мембрану при этом не переносятся. При выравнивании концентраций меняется только количество воды, количество солей остаётся прежним. В кости органические вещества дают гибкость, минеральные соли — твёрдость: кислота растворяет минеральную часть, а прокаливание сжигает органическую. При росте личинки или линьке насекомого план строения тела не меняется, увеличиваются только размеры.
Типичные ошибки. 1) Отмечают вариант по памяти: в одном задании «увеличилась» стоит под цифрой 1, в другом — под цифрой 3, поэтому каждую цифру сверяй с условием. 2) Путают количество вещества и концентрацию: при выравнивании концентраций соли в клетку не переходят, перемещается только вода, поэтому количество солей не меняется. 3) Забывают, что вода идёт в сторону большей концентрации: в гипотоническом растворе она входит в клетку, в гипертоническом выходит. 4) Путают действие кислоты и прокаливания: в кислоте растворяется минеральная часть (кость становится гибкой), при прокаливании сгорает органика (кость становится хрупкой). 5) Считают, что при росте личинки или линьке меняется план строения тела: число сегментов и отделов сохраняется, меняются размеры. 6) Отвечают не на тот вопрос: спрашивают про кривизну хрусталика, а отмечают изменение зрачка.
- Шаг 1. Прочитай, какие именно величины перечислены в вопросе: их обычно две, и для каждой нужна своя цифра.
- Шаг 2. Определи биологический смысл каждой величины: количество воды, количество солей, масса тела, число эритроцитов, гибкость кости.
- Шаг 3. Найди в условии направление процесса: куда движется вода, что происходит с веществом при нагревании или в кислоте, меньше или больше стало кислорода.
- Шаг 4. Реши, растёт величина или падает, и только после этого открывай список вариантов ответа.
- Шаг 5. Сверь цифру с формулировкой варианта в этом конкретном задании: порядок «увеличилась — уменьшилась — не изменилась» меняется от варианта к варианту.
- Шаг 6. Проверь ответ на согласованность: если вода вышла из клетки, её объём уменьшился, а концентрация солей внутри выросла.
Проверь себя
- Чем эксперимент отличается от наблюдения и какой из этих методов даёт вывод о причине явления?
- В гипотоническом растворе вода вошла в клетку. Как при этом изменятся объём клетки и концентрация солей в ней?
- Почему при выравнивании концентраций меняется количество воды в клетке, а количество солей — нет?
- Почему при прокаливании кости количество солей кальция не изменилось, а гибкость уменьшилась?
- Что нужно сделать перед тем, как отметить вариант ответа, если ты уже знаешь, растёт величина или падает?
Показательные решения
- В условии: испытуемого переводят из хорошо освещённой комнаты в слабо освещённую и просят сфокусироваться на предмете в 15 см от глаз. Нужно оценить две величины — диаметр зрачка и кривизну хрусталика. Варианты этого задания: 1 — увеличилась, 2 — уменьшилась, 3 — не изменилась.
- Первая величина — диаметр зрачка. В полумраке на сетчатку должно попадать больше света, поэтому зрачок расширяется: величина увеличивается, это вариант 1.
- Вторая величина — кривизна хрусталика. Предмет расположен близко, всего в 15 см, а изображение должно попасть на сетчатку, значит хрусталик становится более выпуклым: величина тоже увеличивается, это снова вариант 1.
- Разбираем каждую величину отдельным вопросом: освещённость отвечает за зрачок, расстояние до предмета — за хрусталик. Смешивать эти две задачи нельзя.
- Смысловая проверка: расширенный зрачок пропускает больше света, а более выпуклый хрусталик обеспечивает фокусировку близкого предмета, то есть обе реакции служат одной цели — разглядеть объект.
- Ответ: 11 — и диаметр зрачка, и кривизна хрусталика увеличились.
Ответ: 11
Официальное решение из банка ФИПИ
При переходе из хорошо освещённой комнаты в слабо освещённую при фокусировке зрения диаметр зрачка и кривизна хрусталика увеличиваются. При увеличении зрачка на сетчатку попадает больше света, что необходимо при слабом освещении. Чтобы изображение объекта, находящегося в 15 см от глаз, попало на сетчатку, кривизна хрусталика должна увеличиться. Ответ: 11.
- Опыт: кость на несколько дней поместили в раствор соляной кислоты. Спрашивают про две величины — количество минеральных и количество органических веществ. Варианты этого задания: 1 — не изменилось, 2 — уменьшилось, 3 — увеличилось.
- Вспоминаем состав кости: органические вещества (белковые волокна) придают ей гибкость и упругость, а минеральные соли — твёрдость.
- Кислота реагирует именно с минеральной частью: соли растворяются и уходят из кости, значит количество минеральных веществ уменьшается, это вариант 2.
- Органическая часть в соляной кислоте не растворяется: волокна остаются, поэтому количество органических веществ не изменяется, это вариант 1. Именно так и получают гибкую, «резиновую» кость на уроке.
- Сверяемся с нумерацией вариантов в условии: здесь «не изменилось» стоит первым, а «уменьшилось» — вторым, поэтому при записи ответа цифры идут в порядке 2 и 1.
- Ответ: 2 1 — количество минеральных веществ уменьшилось, а количество органических не изменилось.
Ответ: 2 1
Официальное решение из банка ФИПИ
Минеральные вещества костной ткани растворились при воздействии кислоты, остались только органические. Ответ: 21.
- Эритроциты поместили в гипертонический раствор NaCl, то есть в раствор с концентрацией соли выше физиологической (более 0,9 %). Нужно оценить количество воды и количество солей в клетке. Варианты: 1 — не изменилась, 2 — увеличилась, 3 — уменьшилась.
- Определяем направление движения воды: вода всегда идёт в сторону большей концентрации растворённых веществ, значит из клетки в раствор.
- Количество воды в клетке уменьшается, это вариант 3.
- Разбираемся с солями: через мембрану перемещается вода, а соли остаются по обе стороны, поэтому при достижении равновесия концентраций количество солей в клетке не меняется, это вариант 1.
- Проверка на согласованность: клетка теряет воду и сморщивается, концентрация солей внутри неё растёт, но сами соли никуда не исчезают — величины ведут себя по-разному, и это нормально.
- Ответ: 3 1 — воды стало меньше, а количество солей не изменилось.
Ответ: 3 1
Официальное решение из банка ФИПИ
Гипертонический раствор NaCl достигается при концентрации раствора соли в стакане более 0,9%. Для достижения гомеостаза происходит выравнивание концентраций солей в растворе и клетке, количество солей при этом в клетке не меняется. Вследствие этого вода за счёт повышенного осмотического давления выходит из клетки. Ответ: 31.