高考生物二轮复习精讲专题破解实验设计.docx
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高考生物二轮复习精讲专题破解实验设计
高考生物二轮复习精讲专题---破解实验设计题
一、高考对实验能力的要求
1、高考目标要求：
生物科高考说明中对实验考查的目标和要求是“使用恰当的方法验证简单的生物学事实，并能对实验结果进行解释和分析”。
具体的能力考查要求包括两个部分：
一方面是考生能够设计简单的生物学实验，另一方面则是能够对实验结果进行解释和分析。
考查设计实验方案、验证生物学事实的能力，考查对实验结果分析、解释和推导结论的能力，以及根据某些实验条件和部分结果，推测下一步实验结果的能力；同时也考查了对生物学实验中常以图、表等抽象形式所表达的生物学意义的理解能力，准确描述相关的现象、原理的能力。
这就要求明确掌握生物学实验设计的基本原则和方法，惟其如此，才能设计出一个完整严谨的实验方案，也才能有根有据地分析、解释实验结果、推导结论，根据部分实验结果推测、预期后续实验步骤的结果及理解、表述等。
2、实验题型：
综观理综高考卷，生物实验考查题型不外乎以下五种：
找出实验设计的描述错误并改正；补充和完善某一实验；分析实验结果并得出结果；设计实验方案；综合和创新实验。
由于高考侧重于对实验能力的考查，设计型实验题是近几年高考的一个热点。
因此，对实验的复习，应该立足于对基本实验方法、实验技能、实验思维的强化和巩固着手，培养学生的实验分析、实验改错、实验设计等实验能力。
所谓设计型实验题就是要求考生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验现象。
包括设计实验方案、设计实验步骤、设计实验改进方法等。
主要考查我们是否理解实验原理和会分析实验结果，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情景下迁移知识的能力。
二、完整实验设计的基本内容
1、实验名称：
研究或实验的内容
2、实验目的：
要探究或者验证的某一事实或者做了该实验后，要解决什么问
题？
能提高或学到哪些知识、能力等（从动手能力，观察能力、基本技能、
实验设计、显微镜的使用等方面分析）
3、实验原理：
完成该实验所应用到的理论依据是什么？
4、材料用具：
包括实验材料、仪器或试剂等
5、实验的操作步骤:
涉及到实验设计思想、器材、药品的使用、实验设计原
则（科学性、简便性、单一变量、可重复性、控制的体现、控制与与平衡控
制等）的体现。
6、实验测量与记录：
对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录。
7、实验结果预测及分析：
能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因。
8、实验结论：
对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。
（注：
有
些考题要求考生预测可能的实验结果，并推断相关的结论。
）
注：
关于“假设”“预期”“结果”与“结论”的辨析
1、假设：
“假设”，也称假说或猜测，是指用来说明某种现象但未经证实的论题，即依据发现的事实材料或科学原理，通过创造性思维，提出初步假定。
如“孟德尔分离现象解释验证”的测交实验中，提出的假说是：
FI（Dd）产生配子时，因等位基因分离，使得FI产生含基因D和基因d的两种配子，且其数目相等。
2、预期：
“预期”是在实验设计方案确定以后，实验正式实施之前，根据假说和原理，对实验可能出现的结果的判断，是依据提出的假说进行推理，得出假定性结果或推论，即“假如假设成立，则应有何种结果”，如“孟德尔分离现象验证实验，假如假说成立则有测交的后代应出现Dd与dd为1：
1的结果，即高茎与矮茎数量比应为1：
1”。
3、结果：
结果应为实验实际出现的情况，如“孟德尔分离现象解释实验”中出现的结果为“得到的64株后代中，30株高茎，34株矮茎，两种性状分离比为1：
1”。
4、结论：
结论的得出须依据实验结果，即若出现的结果与预期结果一致则得出与先前的假说一致的结论或“假说成立”，若实验出现的结果与预期结果不符，则得出的结论应为“假说不成立”。
由此可知，“假设”应对应“结论”，“预期”应对应“结果”，在实验讨论时应注意描述的科学性即“如果出现何种结果，则应有何种结论”。
例如用检测呼吸装置的红色液滴检测酵母菌呼吸类型时，应为若液滴向左移动则推出什么结论，若液滴向右移动则推出什么结论，而不能描述为：
若为有氧呼吸，则液滴向哪移动；再如在验证淀粉，碘液能否通过半透膜时应描述为“若袋内外液体均变蓝（结果或现象），则淀粉、碘液均能通过半透膜。
”而不能描述为“若淀粉、碘液均能通过，则袋内外液体均变蓝”。
三、实验设计的主要基本原则
1、科学性原则：
所谓科学性，是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验
材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离
生物学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。
分析问题、设计
实验的全面性和科学性体现了逻辑思维的严密性。
科学性原则：
包括实验原理的科学性、实验材料选择的科学性、实验方法的科学性、实验结果处理的科学性。
实验原理的科学性
实验原理是实验设计的依据，也是用来检验和修正实验过程中失误的依据，因此它必须是经前人总结或经科学检验得出的科学理论。
②实验材料选择的科学性
根据实验目的和实验原理选择恰当的实验材料，是保证实验达到预期结果的关键因素之一。
如孟德尔选择豌豆为实验材料，“还原性糖鉴定实验”中以苹果或雪梨细胞组织液为材料，以及“植物细胞质壁分离与复原”实验中以紫色洋葱为实验材料等实验都是一些经典的成功选材的范例。
③实验方法的科学性
只有科学而严谨的实验方法，才能得出正确而可靠的实验结果。
如在光
合作用强度的检测实验中用绿光灯照射可看成是黑暗条件，在鉴定光合作用产物实验中，要对植物进行饥饿处理。
④实验结果处理的科学性
对于实验过程中得到的一些数据，现象或其它信息，不能简单处理，应首先整理后仔细分析，找出它们所能够透露给我们的最大信息量。
2、平行复重原则：
即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。
任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。
任何实验必须有足够实验次数，才能避免结果的偶然性，使得出的结论准确、科学。
平衡重复原则要求控制某种因素的变化强度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果的影响程度。
由以上实验设计的特点来看，采用了平行重复的原则来进行，消除了无关变量与额外变量的干扰，可多次重复该实验，使得实验结果更加客观、科学。
3、对照性原则：
科学、合理的设置对照可以使实验方案简洁、明了，且使实
验结论更有说服力。
实验中的无关变量很多（同一种实验结果可能会被多种
不同的实验因素所引起），必须严格控制，要平衡和消除无关变量对实验结果
的影响，对照实验的设计是消除无关变量影响的有效方法。
（1）如何设置对照实验：
所谓对照实验是指除所控因素外其它条件与被对照实验完全相等的实验。
对照实验设置的正确与否，关键就在于如何尽量去保证“其它条件的完全相等”。
具体来说有如下四个方面：
①所有用生物材料要相同：
所用生物材料的数量、质量、长度、体积、来源
和生理状况等方面特点要尽量相同或至少大致相同。
②所用实验器具要相同：
试管、烧杯、水槽、广口瓶等器具的大小型号要完全一样。
③所用实验试剂要相同：
试剂的成分、浓度、体积要相同。
尤其要注意体积上等量的问题。
④所用处理方法要相同如：
保温或冷却：
光照或黑暗；搅拌或振荡都要一致。
有时尽管某种处理对对照实验来说，看起来似乎是毫无意义的，但最好还是
要作同样的处理。
（2）设置对照组有4种方法：
①空白对照：
即不给对照组做任何处理。
例如，在“唾液淀粉酶催化淀粉水
解”的实验中，实验组滴加了唾液淀粉酶液，而对照组只加了等量的蒸馏水，
起空白对照。
②条件对照：
即虽给对照组施以部分实验因素，但不是所研究的实验处理因素。
这种对照方法是指不论实验组还是对照组的对象都作不同条件的处理，目的是通过得出两种相对立的结论，以验证实验结论的正确性。
③自身对照：
指对照组和实验组都在同一研究对象上进行，不再另外设置对
照组，例如“质壁分离与复原”实验。
自身对照简便，但关键要看清楚实验
处理前后的现象及变化差异。
④相互对照（对比）：
不单独设置对照组，而是几个实验相互为对照。
即实验
与对照在同一对象上进行。
这种方法常用于等组实验中。
“植物向光性”实验
中，利用若干组燕麦胚芽的不同条件处理的实验组之间的对照，说明了生长
素与植物生长弯曲的关系。
（3）“实验组”与“对照组”确认:
实验组是施加实验变量处理的被试组；对照组是不施加实验变量处理的对象
组，两者对无关变量的影响是相等的，两组之间的差别，被认为是来自实验
变量的结果。
如2005年春季高考题中为研究光对幼苗生长的影响时实验变量
应为撤掉光照，因而暗处生长的小麦幼苗应为实验组，而自然状态（即未接
受实验变量处理）的小麦幼苗应为对照组，通过对照组能增强实验的信度。
4.单因子变量原则和等量性原则
所谓单因子变量原则，强调的是实验组和对照组相比只能有一个变量，只有这样当实验组和对照组出现不同结果时，才能确定造成这种不同结果的原因肯定是这个变量造成的，从而证明实验组所给实验因素的作用，因此在设计对照组实验时首先要确定变量并加以正确设置，所要验证的中心条件即为变量。
如要验证光合作用需要光则应将光作为变量；要验证光合作用需二氧化碳则把二氧化碳作为变量等等。
等量性原则与单因子变量原则是完全统一的。
只不过强调的侧面不同，单因子变量原则强调的是实验变量的单一性，而等量性原则强调的是除了实验变量之外的一切对实验结果有影响的无关变量必须严格控制等量即相同，以平衡和消除无关变量对结果的影响，需要强调的是这些无关变量在进行严格控制时，不但要等量，而且是在适宜条件下的等量，常态条件下的等量。
如在探索PH对酶活性影响的实验中，单一变量是PH，除PH之外的其他一切对酶活性有影响的无关变量不但要严格控制等量，而且要适宜的量，如对温度的控制不但要相同，而且要适宜，即要给予酶活性所需的适宜的温度，而不能控制在低温或高温条件下的等量。
不论一个实验有几个实验变量，都应确定一个实验变量对应观测一个
反应变量，这就是单一变量原则，它是处理实验中的复杂关系的准则之一。
实验变量与反应变量：
实验变量是实验中由实验者操纵的因素或条件，是
作用于实验对象的刺激变量（也称自变量），自变量须以实验目的和假设为依据，应具有可变性和可操作性。
反应变量（又称因变量），是随自变量变化而产生反应或发生变化的变量，反应变量是研究是否成功的证据，应具可测性和客观性。
二者关系：
实验变量是原因，反应变量是结果，即具因果关系。
无关变量与额外变量：
无关变量（控制变量）是指实验中除实验变量外的
影响实验结果与现象的因素或条件。
即是指与研究目标无关，但却影响研究结果的变量。
实验者应严格控制无关变量，否则实验结果的真实性无法得到认定。
由无关变量引起的变化结果就叫额外变量。
二者关系：
也是前因后果的关系。
但它们的存在对实验与反应变量的获得起干扰作用。
四、实验设计的具体方法
1、实验设计的应对策略
（1）理解实验原理对实验设计的重要作用
每一个生物实验材料的选择、实验装置的确定、实验步骤和实验方法的安排都不是随意的、盲目的，而是有其实验原理作为依据的。
实验现象和实验结果的预期也是依据实验原理而作出的。
可见，实验原理是实验设计的依据。
（2）应认真研究实验课题
找出其中的实验变量和反应变量，理解题目已知条件所隐含的意义。
明确实验目的、实验原理及实验要求的基本条件。
充分利用所给器材和试剂，构思实验变量的控制方法和实验结果的捕获方法。
—般情况下，题目中所指定的器材、试剂，任何一种都应在实验的相关步骤中出现，避免遗漏或自行增加某种器材或试剂。
精心策划实验方法、严格设计实验过程、合理设置对照或变量，并引入科学的测量方法。
（3）反应变量的确定和控制
生物实验设计中，反应变量的确定非常重要，因为任何一个科学实验的
结论都是从反应变量所表现出的数量、质量或状态的事实中推导或分析出来的。
生物实验中很多反应变量即实验条件，设计实验时，应该根据实验目的和实验原理来确定对实验结果有影响的反应变量。
同时，对其他无关变量或非研究变量应进行控制。
对变量的控制所要遵循的原则是对照原则，通过对照的建立，达到对变量的控制，这是生物实验设计的灵魂。
2、实验设计常用的一些基本实验方法及技术
熟悉常用的实验方法和技术，理解每种方法和技术的适用情况并熟练掌握其操作技能，以便在设计实验时能进行迁移和利用。
主要包括以下几个方面：
（1）光学显微镜的作用
（2）临时装片、切片和涂片的制作
（3）研磨、过滤
（4）解离技术
（5）恒温技术
（6）纸层折技术
（7）植物叶片生成淀粉的鉴定
另外还有根尖培养、幼小动物的饲养、植物必需元素的鉴定、同位素示踪技术等。
3.实验设计的步骤
实验设计往往是解答实验题的难点，但只要理清思路，找准方法和突破口，也能化难为易。
实验的设计可遵循以步骤进行。
（1）了解题目要求：
认真读题
（2）写出实验名称：
指出是什么实验，
（3）写出实验目的：
弄清该题要验证或探究的是什么样的生物学事实。
即明确实验要解决什么问题。
一般在题干中有“验证……”、“证明……”、“探究……”，其后内容就是实验的目的。
（4）写出实验原理：
就是完成该实验的理论依据是什么？
这就需要分析实验
中所涉及的生物学及相关学科中的知识、方法，以及所依据的科学科学原理。
另外提供的实验仪器的使用方法和原理也是应考虑在内。
此过程要求学生利
用储备知识独立分析、运用。
对所学知识运用要求较高，这是完成实验设计
题目的的关键。
（5）写出实验操作过程：
大多数题目要求写出实验步骤，这是学生束手无策失分较多的地方。
总结
下面一条书写模式，能够使书写条理，思路清晰。
A选材：
选材应保持条件相同（如：
日龄相同、体重相近的雄性成年大白鼠）
B编组标号：
研究对象、器皿等要编组标号，设立实验组和对照组；
C实验处理：
分别对实验组和对照组施加单一变量；除实验变量外，对实验组和对照组的培养、饲养等条件应要相同，即控制无关变量。
后面步骤中要用到的东西，如果题目没有给出，则必须在前面的步骤中准备好（预处理）。
D培养（或饲养）、观察、记录：
观察记录实验现象和实验数据
E实验结果分析或者预测实验现象：
要弄清题目的目的是“验证型”的还是
“探究型的”。
如果是“验证型的”实验，则要根据所学知识和原理，分析得
出应有的实验结果和推出相应的结论，（此时一般只有一个结果和相应的结
论，且结论与实验目的相对应）。
若是“探究型的”实验，则要根据原理、
目的，预测出可能的结果和推出相应的结论（此时一般有几个不同结果及相
应的结论）。
a实验预测
①验证性实验：
如“验证……”、“证明……”都可预测到与实验目的一致
的结果。
联系实验目的得出结论。
结论是合理的、科学的、肯定的。
不少结论是在实验要验证的内容中寻找。
②探究性（预测结果“三步曲”）：
实验如“探究……”预测的实验结果
不惟一，大多有三种可能：
“变量促进结果；变量抑制结果；变量与结果无关”，或“全肯定；全否定；一肯定一否定”等。
b很多实验是化学反应类型，肉眼观察不到，应该考虑加入指示剂，借助颜色
变化或仪器辅助观察。
实验结果可采用文字描述、表格、坐标曲线等方式述。
①表格的设计：
要理清设计思路：
①首先要读懂题目要求在表格“工作区”记录的内容。
（题目中有明确的要求）②其次要明确表格的第一列写什么？
第一行写什么？
注意在第一列或第一行中肯定要写组别，即实验组和对照组（相互对照中组数可能更多）。
③再绘制表格（切记：
表格“工作区”是预留给所设计的实验中记录到的数据，而不是要学生造出数据来填入其中。
因此只要设计完成一张空白表格即可。
设计表格时，要先在草稿纸上画出表格轮廓，再写入答题纸中。
）
表格设计好后，切勿忘记给表格添上题注（即表格名称）。
②坐标图的设计：
要理清横轴的含义？
纵轴的含义？
纵横轴的单位？
曲线的走势？
关键点？
F实验结论：
通过现象、结果的分析，概括出规律性的问题，结论一般就是实
验的目的。
注意：
验证性实验中，实验目的、实验（或预测）结果和实验结论三者是一致的。
G讨论：
讨论的内容可以是实验中的内容，也可以是跟实验有关的其他问题。
五、实验设计的实例分析
高考试卷中实验设计试题有三种类型：
全程设计、补充设计、设计改错。
近几年高考中，前两种题型出现的次数较多。
1、全程设计：
试题明确给出了实验目的和原理，要求通过步骤的设计，验证或探究一个实验目的，得到相应的结果和结论。
（1）验证性实验的全程设计实例
例1、为了验证甲状腺激素的生理作用，试以大白鼠的耗氧量和活动量为观察指标，根据给出的实验材料和用具，设计实验步骤，预测实验结果，并作出分析。
（1）材料和用具：
日龄相同体重相近的雄性成年大白鼠两组，甲状腺激素溶液，蒸馏水，灌胃器，耗氧量测定装置，小动物活动测定仪等。
（实验提示：
给药途径为每日灌胃，给药剂量和仪器操作不作考试要求，室温恒定。
）
（2）方法与步骤：
（3）结果预测与分析：
（2）探究性实验的全程设计
例2：
绿豆种子萌发初期的生长主要是胚轴的伸长。
某研究性学习小组从一个农科所获得了一种复合肥料，他们想探究这种复合肥料溶液在什么浓度范围对绿豆萌发初期的生长促进作用最大。
请你利用下列材料，参与他们的实验设计。
材料：
做好标记的大号培养皿若干个、刚萌发出一小段胚轴的绿豆种子若干组（10粒／组）、复合肥料颗粒、蒸馏水、脱脂棉、直尺等
实验步骤：
最后，将实验数据进行比较分析，得出结论。
2、补充设计：
试题明确给出了试验目的、原理和部分设计步骤，要求把其他步骤补充完整。
（1）验证性实验的补充设计
例3、（07重庆理综31）甘薯和马铃薯都富含淀粉，但甘薯吃起来比马铃薯甜，为探究其原因，某兴趣小组以甘薯和马铃薯块茎为材料，在不同温度、其他条件相同的情况下处理30min后，测定还原糖含量，结果表明马铃薯不含还原糖，甘薯的还原糖含量见下表：
处理温度（℃）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
还原糖含量（mg/g）
22.1
23.3
25.8
37.6
40.5
47.4
54.7
68.9
45.3
28.6
（1）由表可见，温度为70℃时甘薯还原糖含量最高，这是因为______________________。
（2）马铃薯不含还原糖的原因是___________________。
（3）为了确认马铃薯不含还原糖的原因，请完成以下实验：
实验原理：
①_______________________________________________________；
②______________________________________________________。
备选材料与用具：
甘薯提取液（去淀粉和还原糖），马铃薯提取液（去淀粉），二苯胺试剂，斐林试剂，双缩脲试剂，质量分数为3%的淀粉溶液和质量分数为3%的蔗糖溶液等。
实验步骤：
第一步：
取A、B两支试管，在A管中加入甘薯提取液，B管中加入等量的马铃薯提取液。
第二步：
70℃水浴保温5min后，在A、B两支试管中各加入_____________,
第三步：
70℃水浴保温5min后，在A、B两支试管中再各加入___________，
第四步：
_________________________.
实验结果：
_____________________________
（4）马铃薯不含还原糖，但吃起来略带甜味，这是由于_____________的作用，食用马铃薯后消化分解成的葡萄糖，被小肠上皮细胞吸收后发生的代谢变化是_________________________________________________________。
例4、植物开花受开花激素的影响。
下图所示光周期（日照长短）诱导植物开花激素的产生以及影响开花的实验．图中植物去掉了顶端的全部叶子，A、D植株分别接受长日照、短日照;B、C植株方框内为受短日照处理的部位。
（l）、对照实验A、D可说明该植物属于（长日植物、短日植物）。
测试项目
结果分析
感受光周期的部位（叶或顶端）
接受诱导产生开花激素的部位（叶或顶端）
开花激素作用的部位（叶或顶端）
（2）根据B、C实验，填写实验报告表中的有关内容：
（3）根据以上所有实验得出的结论:
。
（4）借鉴“生长素的发现”的科学实验方法，设计一个简单的模拟实验，证明B株产生的开花激素可使A株条件下的同种植物开花：
第一步：
切取一小段B株带叶枝条放置在琼脂块上一段时间；
第二步；。
预期结果：
。
对照实验：
。
预期结果：
。
（2）探究性实验的补充设计
例5：
生物学家研究发现，癌细胞的无限增殖受某种调控基因的控制，该调控基因能激发所有动物细胞大量增殖，为探究调控基因是存在于细胞质还是细胞核上，科研人员做了如下实验设计：
根据以上思路，请继续完成下列实验设计方案：
A．实验方案：
（实验提示：
癌细胞能传代培养，细胞形态发生明显改变。
如何观察细胞形态不作实验设计要求．）
①用胰蛋白酶分别处理宫颈癌细胞和小鼠肝脏使之分散成单个细胞。
②分别使单个癌细胞和单个肝脏细胞核质分离。
③。
④取2只培养瓶编号甲、乙，各加入等量的培养液。
⑤。
⑥。
B．预期实验结果及结论：
①。
②。
③。
3、改错设计：
例6、为证实“甲状腺激素及甲状腺抑制剂对蝌蚪生长发育的影响”，某同学制定了下列实验方案：
①取两个玻璃缸分别编号：
1号、2号；
②在两个玻璃缸中分别加入等量且适量的水和新鲜水草，然后在每个玻璃缸中分别放入10条发育状态不同的蝌蚪；
③向1号缸内投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸内投放含甲状腺抑制剂的饲料；
④每天分别向各缸投放一些这样的饲料；
⑤每隔一定时间观察一次，观察时用小网将蝌蚪捞出放在培养皿中，再将培养皿放在坐标纸上（1mmx1mm），观察并测量蝌蚪的体长变化（前肢和后肢的生长情况、尾的变化等）。
上述实验设计方案中，有一些明显的设计缺陷或不妥，请你修改完善该设计方案：
①取3个玻璃缸分别编号：
1号、2号、3号；
②在3个玻璃缸中分别加入等量且适量的水和新鲜水草，然后每个玻璃缸中分别放入10条发育状态相同的蝌蚪；
③向三号缸内投放含甲状腺制剂的饲料，2号缸内投放含甲状腺抑制剂的饲料；3号缸中内投放不含任何激素的常规饲料；
④和⑤原方案不变。
实验现象预测；l号缸内蝌蚪将在短期内发育成微型青蛙；2号缸内蝌蚪将停止发育；3号缸内蝌蚪将正常发育。
例7、（广东、河南高考题）为证实“二氧化碳是光合作用合成有机物必需的原料”，某同学制订了下列实验方案：
（1）实验目的（略）
（2）实验材料和用具（略）
（3）实验方法和步骤
①用一适当大小的玻璃罩罩住一株生长正常的盆栽绿色植物和一杯NaOH溶液，密封不漏气。
②将上述植物及装置放在暗室中饥饿，消耗掉叶片内贮藏的有机物。
暗室内装有红色安全灯。
③饥饿一定时间后，自暗室中取出，照光若干小时，使其充分进行光合作用。
④取一叶片，放人盛有酒精的烧杯中，水浴加热，使叶绿素溶于酒精中。
⑤将已脱绿的叶片取出，平铺在一个培养皿中，用碘液，检测有无葡萄糖的特异颜色反应出现。
该实验方案有几项明显错误，请指出错误并改正。
误解对该实验方案的分析片面或缺乏必要的实验分析能力而误答。
诊断错因：
忽视了平时的生物实验操作和训练。
正确思路：
①实验中无对照实验；②实验中不能用红色安全灯，因为色素能够吸收红光，进行光合作
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