Пособие _ Биология_Жакибаева

формулировании вопроса исследования необходимо указывать независимые переменные, изменение которых повлияет на результат вашего исследования.

Цель работы может быть написана в двух вариантах: в форме вопроса и в неопределенной форме. Например:

•В форме вопроса: «Как повлияет 50 мл раствора различной концентрации гидрокарбоната натрия на скорость всплытия на поверхность листовых дисков растения Acacia auricularformis?»

•В неопределенной форме: «Влияние различной концентрации гидрокарбоната натрия на скорость всплытия на поверхность листовых дисков растения Acacia auricularformis».

II. Гипотеза

Несмотря на то, что во многих сферах науки наличие гипотезы не требуется, в биологии необходимо приводить гипотезу. Гипотеза необходима для более эффективного фокусирования на вопросе исследования.

Гипотеза должна быть обеспечена вероятным ответом на вопрос исследования и должна включать независимые и зависимые переменные [4]. Поэтому тщательно обсудите факторы и переменные до того, как определите, что и как будете измерять. Гипотеза в большинстве случаев формулируется следующим образом: «Если …., то ….». Например: «Если концентрация фермента увеличится, то температура реакции в суспензии также увеличится».

Пример выполнения

«Если увеличить концентрацию гидрокарбоната натрия, то время, занимаемое для всплытия листовых дисков растения Acacia auricularformis на поверхность 50мл раствора, уменьшится».

III. Переменные

Переменные - это факторы или параметры, влияющие на эксперимент. Изменение одной переменной (фактора) приведет к изменению другой переменной, и, следовательно, к изменению результата эксперимента. Различают три вида переменных: независимые, зависимые и контролируемые (управляемые) переменные.

•Независимая переменная - это фактор, который Вы изменяете в своем эксперименте, то есть искомый фактор влияния. К примеру, если Вы исследуете влияние температуры на ферментацию дрожжей, то различная температура в Вашем эксперименте будет независимой переменной.

•Зависимая переменная - переменная, изменяющаяся посредством изменения независимой переменной. Это переменная, которую Вы измеряете. К примеру, зависимой переменной может являться количество выделяемого дрожжами газа СО2.

•Контролируемые или управляемые переменные – все остальные факторы, влияющие на эксперимент, изменение которых повлечет изменение результатов эксперимента, т.е. они повлияют на чистоту эксперимента. Таким образом, в ходе планирования и выполнения работы необходимо обеспечить стабильность переменных и удостовериться в соблюдении стабильности контролируемых переменных. К примеру, если Вы исследуете влияние температуры на ферментацию

дрожжей, то управляемыми переменными будут являться: рН, количество фермента и субстрата, время ферментации.

Рекомендуется составлять список переменных в таблицу.

11

Пример выполнения

Таблица 1. Определение соответствующих эксперименту переменных.

Обзор литературы

Вы также можете привести обзор литературы, относящейся к вопросу исследования. Обзор литературы не должен превышать по размеру абзац и должен быть написан от третьего лица. Этот раздел должен давать вводную информацию о теме исследования и соответствующую информацию.

IV. Материалы и оборудование

Необходимо указать в перечне все оборудование и материалы, используемые в ходе эксперимента. Также необходимо включить в перечень точные измерения. Материалы должны располагаться вертикально, в форме пунктов. Укажите качественные

иколичественные характеристики, используемые в лабораторной работе [4]:

•Объем посуды (Например: колба, мензурка и т.д.);

•Концентрация реагентов (Например: 2,0 М перекись водорода);

•Количество реагента (Например: 2,0 г магния);

•Диапазон измерения (Например: от -20°С до 120°С);

12

• Количество каждого раствора (Например: 200 мл).

Также необходимо привести промаркированную иллюстрацию каждого этапа эксперимента.

Пример выполнения

•6 мензурок по 100 мл

•10 листьев растения Acacia auricularformis

•150 мл 5% гидрокарбонат натрия

•150 мл воды

•1 перманентный маркер

•1степлер

•1 пинцет

•1 термометр

•1 секундомер

Оценка рисков

Все практические работы должны проводиться в соответствии с техникой безопасности. В случае потенциальной угрозы здоровью следует определить степень опасности, и любые риски должны быть устранены с помощью контроля подходящих методов. Оценка рисков при проведении практических работ также является составной частью успешной практической работы и нацелена на следующие два вопроса [4]:

1.Какова вероятность того, что что-либо пойдет не правильно? Например, если учащиеся используют двойное лезвие для резьбы моркови, то вероятность того, что они нечаянно порежутся – очень высока.

2.Насколько серьезны последствия возможных ситуаций? Например, последствия

вероятного воспламенения при работе с горелкой и спиртовкой, находящихся очень близко друг к другу, будут очень серьезными.

Учащимся рекомендуется приводить факторы риска и пути уменьшения рисков в виде таблицы (Таблица 1):

Таблица 1. Таблица оценки риска.

13

V.Метод/Ход работы

Вданном разделе необходимо описать различные переменные. Опишите, каким образом независимая переменная была изменена. Используя пример с ферментацией

дрожжей, в ходе эксперимента различная температура обеспечивается путем расположения пробирок в водяные бани с различной температурой.

Описывая способ обеспечения мониторинга независимой переменной, необходимо описать, каким образом результаты были получены и записаны [4]. В примере с ферментацией дрожжей, уровень выделяемого углекислого газа был измерен с помощью прибора регистратора данных. При описании способа обеспечения стабильности контролируемых переменных в примере с ферментацией дрожжей, необходимо описать то, каким образом Вы удостоверились в том, что количество дрожжей при каждом повторении эксперимента было в одинаковом количестве (так как использовались весы), а время, отведенное на проведение каждой реакции, было одинаковым (так как использовался секундомер).

Для получения релевантных данных необходимо привести обоснование того, что в ходе эксперимента было получено и записано достаточное количество соответствующих данных.

После проведения практической работы, при написании отчета на английском языке рекомендуется употреблять глаголы в прошедшем времени безличной формы, без употребления таких слов, как «я», «мы», «вы», «они» и т.д.; Например: выражение «Я взвесил 20 г магния и затем добавил …» должно быть записано следующим образом: «Взвесьте 20,00 г магния и затем добавьте…» [4].

Шкала измерений должна указываться с точностью до двух знаков после запятой. Нет необходимости включать в этот раздел «очевидные шаги» эксперимента:

•«Протереть поверхность дезинфицирующим средством»;

•«Наденьте маску и перчатки» и т.д.

Данные процедуры относятся почти к каждому эксперименту, нет необходимости детализировать все шаги. В разделе «Метод» должно быть четко описано, каким образом каждая переменная контролируется в ходе эксперимента. Если Вы не можете контролировать переменные лично, необходимо в этом разделе указывать методы мониторинга.

Пример выполнения

1.Все листья растения Acacia auricularformis были проколоты с помощью одного и того же степлера. Всего было проколото 50 листьев (10 листовых дисков на каждый раствор).

2.Для эксперимента были использованы мерные стаканы на 100 мл, 6 мензурок с

разными концентрациями NaHCO3 , как показано в следующей таблице:

3.

4. Таблица 2. Концентрация NaHCO3 в каждой мензурке. 5.

14

6.Термометр был расположен в месте проведения эксперимента и температурные данные были записаны в соответствующей таблице.

7.Далее все шесть мензурок были взяты и помещены в зону проведения эксперимента под солнцем на расстоянии приблизительно 5 см друг от друга.

8.Температура каждого раствора замерена в начале эксперимента и записана в соответствующей таблице.

9.5 листовых дисков были помещены в мензурку с помощью пинцетов, удостоверившись, что все диски помещены на дно мензурки.

10.Стадия 6 была повторена для остальных пяти мензурок.

11.Секундомер был запущен, и в соответствующую таблицу было внесено потраченное время каждого листового диска на всплытие на поверхность раствора.

12.Когда листовые диски всплывали и достигали поверхности раствора, они были извлечены с помощью пинцетов.

В большинстве случаев лучшим способом презентации раздела «Методы» является приведение схемы эксперимента (диаграммы) со ссылкой на рисунок в ходе описания работы. Приведите схематичный рисунок эксперимента с равномерным размером и должной долей детализации.

Пример выполнения

Термометр Примечание: - листовые диски

Рисунок 1. Схема эксперимента

VI. Данные и результаты

Неотъемлемой частью выполнения практической работы является обработка данных, полученных в ходе эксперимента, с использованием статистического анализа. Для обработки данных учащимся потребуются основные знания по методам статистического анализа, которые они также изучают в разделе «Статистика» по предмету «Математика»

в11-12 классах по Интегрированной образовательной программе:

•Среднее арифметическое и стандартное отклонение

•Степень свободы

•Кривая распределения

•Значимость разницы между двумя наборами данных

•Корреляция и взаимосвязь

•t-критерий и критическое значение

Немного о видах данных:

•Номинальные/категориальные. Это числа, используемые для маркировки. Например: пол, раса, цвет, специальность, день рождения и т.д.

15

•Порядковые. Числа, определяющие порядок значений. Например: шкала Лайкерта (от «совершенно согласен» до «совершенно не согласен»), социальноэкономический статус, рейтинг потребителей и т.д.

•Интервальные. Для данного вида данных применимы свойства порядковых и равные разницы между измерениями представляют эквивалентные интервалы (обычно непрерывные). Например: дата, температура в градусах Цельсия или Фаренгейта.

•Пропорция. Например: возраст в годах, рост, вес, температура по Кельвину.

Сбор данных

При сборе данных в таблицу необходимо записать все «сырые» исходные данные, указав следующее [4]:

•Количественные данные (т.е. численные значения);

•Качественные данные (т.е. наблюдения);

•Погрешности в приборах.

Сбор и обработка данных имеет ряд особенностей при оформлении, а именно:

•Нельзя смешивать количественные и качественные данные в одном столбце. Иногда целесообразно записывать качественные данные в таблице, а иногда нет. Обычно довольно ясно, когда это следует делать.

•Исходные данные и обработанные данные могут быть в одной и той же таблице.

•Необходимо убедиться, что вы записываете исходные данные.

•Таблицы должны быть пронумерованы и иметь заголовок с кратким описанием содержания таблицы и описанием того, как результаты были собраны.

•Название, меры измерения, а также погрешность должны указываться в заголовках таблиц.

•Под таблицей можно кратко описать результаты. Можно описать основные тенденции и указать на любые аномальные результаты. В данном разделе нет необходимости описывать значимость результатов в цели исследования. Более детально этот аспект должен рассматриваться в разделе «Обсуждение».

•Например, опыт с ферментацией дрожжей: если необходимо измерить изменение выделяемого углекислого газа в ходе реакции, нужно записать начальный и

конечный объем СО2.

Начальный объем СО2(%±0,5%): 5 Конечный объем СО2 (%±0,5%): 20

Разница: 15 Разница в объеме углекислого газа – результат обработки данных, и не может быть

записана в виде исходных данных.

Пример выполнения

Сбор данных:

Таблица 3. Время, занимаемое на всплытие каждой листового диска Acacia auricularformis на поверхность раствора 50 мл NaHCO3 разной концентрации.

16

Качественные данные:

В каждом эксперименте было обнаружено, что все листовые диски при всплытии покрывались пузырьками кислорода. Однако было отмечено, что листовые диски покрывались большим количеством кислорода в растворах с большей концентрацией NaHCO3 . Также в растворе с высокой концентрацией NaHCO3 скорость всплытия листовых дисков была выше, чем в растворах с низкой концентрацией.

Анализ данных:

Таблица 4. Среднее время, занимаемое на всплытие каждого листового диска Acacia auricularformis на поверхность раствора 50 мл NaHCO3 разной концентрации.

Пример расчета среднего значения:

=16,45мин

Примечание: все вычисления проведены согласно этому примеру.

17

Вид выбираемого анализа данных зависит от типа данных и цели анализа (Таблица 2).

Таблица 2. Виды статистического анализа соответственно видам данных и цели анализа.

Примечание: *- проведение данных видов статистического анализа не требуется.

В разделе «Анализ данных» для большинства экспериментов необходимо проводить вычисления стандартного отклонения. Стандартное отклонение - это средняя степень, в которой данные переменной отклоняются от среднего значения.

Формула:

данных поставить знак «=», нажать на «СТАНДОТКЛОН» в левом верхнем углу из раскрывающегося списка и, выделив необходимый диапазон данных, нажать клавишу

«Enter».

Способ 2. Использовать графический калькулятор при наличии (ниже в примере дано пошаговое использование графического калькулятора TI-84).

Способ 3. Для вычисления стандартного отклонения можно использовать различные онлайн калькуляторы. Вот один пример на сайте http://easycalculation.com/ statistics/standard-deviation.php [5]:

18

Шаги:

1.В поле необходимо ввести данные (время, занимаемое на всплытие дисков на поверхность раствора) для каждого раствора через запятую и нажать

«Calculate»;

2.В поле «Mean (Average)» найдете среднее значение;

3.Вполе«Standarddeviation»найдетестандартноеотклонениеотсреднегозначения.

Презентация обработанных данных

Презентация обработанных данных исследования является неотъемлемой и особо значимой частью практической работы. Данные, полученные в ходе эксперимента, должны быть правильно обработаны и представлены в виде таблицы и графика. Если для презентации данных используется график, то необходимо на оси Х расположить временные рамки или нумерацию измерений, а на оси Y – количественные показатели. Желательно приводить погрешности анализа данных (высчитать процент погрешности и т.д.).

Для предметов естественно-математического направления предпочтительным видом презентации данных являются гистограммы и Вох - гистограммы.

Гистограмма с группировкой

• Используется для номинальных данных (в основном для дискретных) для подсчета частоты каждого явления

Гистограмма

•Ширина ряда соответствует реальным пределам интервалов.

•Непрерывные данные (интервал/соотношение)

19

Box-графики

•Измерение среднего арифметического значения и квартили

•Непрерывные данные (интервал/отношение)

Круговые диаграммы

•Используется для номинальных данных (в основном для дискретных) при расчёте частоты

Для построения диаграмм в Excel:

Для непрерывных данных: постройте график со значениями x и y;

Для категориальных данных: постройте гистограмму;Удалите линию сетки и легенду;

Добавьте подходящую линию тренда/линию наилучшего соответствия (во многих случаях вам придется сделать это вручную);Определите уравнение прямой (в опциях линии тренда);

Определите коэффициент корреляции (в опциях линии тренда);

Для диаграмм на Excel и нарисованных от руки:

Дайте вашим диаграммам подходящие и описательные названия («Диаграмма» не является описательным названием);Пометьте оси и пропишите единицы измерения в скобках;

Убедитесь, что Ваша диаграмма подходящего размера (половина страницы) и не сужена в любом направлении. За несоблюдение любого из вышеуказанных правил за презентацию должна будет присуждаться оценка «Выполнено частично».

Пример выполнения

Для вычисления стандартного отклонения использовался графический калькулятор

TI-84. Шаги:

1.Открыть «Stat» и ввести данные в Список (L1), например: 14.65, 19.95, 23.12, 24.02, 24.38;

2.Снова открыть «Stat» и выбрать «Calc»;

3.После этого в «Calc» выбрать 1-Vars Stats и нажать клавишу «Enter»;

4.Нажать кнопку 2nd Function и затем 1, чтобы вывести L1 на экран;

5.Нажать клавишу «Enter» и прочитать значения стандартного отклонения.

20