Dołącz do czytelników
Brak wyników

Z praktyki szkolnej

3 października 2018

NR 9 (Maj 2015)

Wykonanie eksperymentu w ramach pracy na Olimpiadę Biologiczną

0 17

Eksperyment jest jedną z podstawowych metod badań w naukach przyrodniczych i jest coraz częściej wykorzystywany w trakcie nauczania biologii w szkole. Jednak zaplanowanie i przeprowadzenie dobrego badania eksperymentalnego na Olimpiadę Biologiczną wymaga uwzględniania także dodatkowych czynników, których zwykle nie bierzemy pod uwagę przy wykonywaniu eksperymentu na lekcjach biologii. 

Samodzielne wykonywanie badań przez uczniów, w tym także eksperymentów, jest ważną metodą nauczania przedmiotów przyrodniczych w szkołach. Coraz częściej wykonuje się doświadczenia na lekcjach biologii, a pytania dotyczące planowania doświadczeń pojawiają się na arkuszach maturalnych i egzaminach gimnazjalnych. W szkole nacisk kładzie się na umiejętność poprawnego sformułowania problemu badawczego, poprawnego zaplanowania próby doświadczalnej (eksperymentalnej) i próby kontrolnej oraz sformułowania wniosku. Wykonując eksperymenty w czasie lekcji, zwykle wykorzystuje się jeden zestaw składający się z próby doświadczalnej i kontrolnej na całą klasę (jako doświadczenie pokazowe), po jednym na grupę uczniów, a w najlepszym wypadku uczeń samodzielnie przygotowuje taki zestaw. Tego typu podejście jest uwarunkowane potrzebnym czasem na przygotowanie i wykonywanie doświadczenia, dostępnością materiałów i kosztami takich eksperymentów. Poza tym w szkole wykonuje się zwykle eksperymentalne ba­-
dania zjawisk, których wyniki są wysoce powtarzalne, a wynik próby kontrolnej wyraźnie różni się od wyniku próby doświadczalnej. W przypadku eksperymentów naukowych, w których różnica w wynikach pomiędzy próbami doświadczalnymi i kontrolnymi może być niewielka, a zmienność zjawisk duża, takie podejście jest niewłaściwe.    

Nacisk na prawidłowe zaplanowanie badań jest widoczny w formularzach recenzji prac złożonych na Olimpiadę Biologiczną. Wciąż jednak część prac oceniana jest przez recenzentów słabo z uwagi na popełnione błędy w planach i wykonaniu eksperymentów. W przypadku eksperymentów naukowych oraz przeprowadzanych w ramach prac badawczych przygotowywanych na olimpiadę ważne jest uwzględnienie takich czynników, jak: odpowiednia liczba prób doświadczalnych (i kontrolnych!), losowy dobór prób oraz kwestie niezależności pomiarów. Celem niniejszego tekstu jest zwrócenie uwagi na tych kilka ważnych zagadnień dotyczących planowania eksperymentów w biologii. 

Badania pilotażowe

Planując eksperyment, zastanawiamy się, w jaki sposób go wykonamy, jaki sprzęt będzie potrzebny, co i z jaką dokładnością zmierzymy. Przystępując do badań, często musimy rewidować te plany. Okazuje się, że o pewnych zagadnieniach nie pomyśleliśmy albo nasze możliwości są inne niż początkowo nam się wydawało. Może to w konsekwencji uniemożliwić przeprowadzenie eksperymentu lub też po wykonaniu większości prac okaże się, że nie jesteśmy w stanie zebrać wyników. Żeby ograniczyć niebezpieczeństwo takich nieprzyjemnych dla badacza sytuacji, wykonuje się często tzw. doświadczenia pilotażowe. Są to wstępne badania, które mają na celu pomóc w jak najlepszym zaplanowaniu i przeprowadzeniu właściwego eksperymentu. 

Przykładowo planujemy eksperyment dotyczący kiełkowania nasion i w jego ramach chcielibyśmy określić, ile nasion wykiełkuje po trzech dniach w warunkach doświadczalnych i kontrolnych. Może się jednak okazać, że trzy dni to dla nasion badanego gatunku za krótki okres. Może się np. zdarzyć, że niektóre nasiona po tych trzech dniach dopiero zaczną pęcznieć – czy uznamy to za kiełkowanie, skoro wchłonięcie wody rozpoczyna proces kiełkowania? Czy też za kiełkowanie przyjmiemy dopiero pojawienie się kiełka? Żeby to zrobić oraz ustalić, ile czasu potrzebujemy na przygotowanie i przeprowadzenie eksperymentu, wykonujemy badania pilo­tażowe, których celem jest jak najdokładniejsze określenie warunków prowadzenia eksperymentu. W tym celu wykonuje się eksperyment na mniejszą skalę. Badania pilotażowe powinny być wykonywane w warunkach takich samych albo jak najbardziej zbliżonych do tych, w jakich zamierzamy wykonać nasz eksperyment. Różnica powinna dotyczyć tylko skali badań, czyli przede wszystkim liczby obiektów, które wezmą w nim udział, ewentualnie np. czasu trwania czy też liczby wykonywanych pomiarów. Jeśli w eksperymencie planujemy pomiar długości danego obiektu, to w czasie badań pilotażowych też należy mierzyć długość takich obiektów. Może się okazać, że będziemy mieć problem z dokładnością pomiaru, np. określeniem, od którego punktu powinniśmy zacząć pomiar. Albo okaże się, że taki pomiar zajmuje więcej czasu, niż sądziliśmy, i wskazana będzie pomoc kolegi notującego wyniki. Poza tym, zapisując uzyskane wartości, będziemy mogli zastanowić się, w jaki sposób przygotować tabelę do gromadzenia wyników eksperymentu. Reasumując, badania pilotażowe powinny nam pozwolić zmodyfikować wstępne plany, by eksperyment nie zakończył się niepowodzeniem. Badania pilotażowe pozwolą nam także sprawdzić, czy nie brakuje nam czegoś do jego przeprowadzenia. 

Badania pilotażowe powinny być wykonywane w warunkach takich samych albo jak najbardziej zbliżonych do tych, w jakich zamierzamy wykonać nasz eksperyment. Różnica powinna dotyczyć tylko skali badań, czyli przede wszystkim liczby obiektów, które wezmą w nim udział.

Wielkość próby/liczba powtórzeń

W eksperymentach naukowych oraz w ramach prac przygotowywanych na Olimpiadę Biologiczną konieczne są powtórzenia. Wynika to z faktu, że organizmy różnią się od siebie i mogą różnie reagować nawet w takich samych warunkach. Uzyskane wyniki w obrębie jednorodnej grupy mogą się od siebie różnić i jest to typowe dla zjawisk przyrodniczych, np. aktywności enzymów. Taka zmienność może utrudniać bądź uniemożliwiać wyciągnięcie wniosków. Z tego względu poprawne zaplanowanie badań jest kluczowe i musi uwzględniać odpowiednią liczbę prób doświadczalnych i prób kontrolnych. Określenie, ile takich prób powinno być w tych grupach, jest często trudne i wymaga szczegółowej wiedzy o badanych zjawiskach czy organizmach. 

W przypadku prac eksperymentalnych na Olimpiadę Biologiczną jako minimalną (i w niektórych przypadkach wystarczającą) liczbę przyjmuje się trzy powtórzenia. Te trzy powtórzenia dotyczą zarówno prób doświadczalnych, jak i prób kontrolnych! Doświadczenie zatem jest wykonywane z wykorzystaniem trzech prób doświadczalnych i trzech prób kontrolnych. Jedna próba kontrolna nie jest wystarczająca, ponieważ także w obrębie prób kontrolnych należy spodziewać się zmienności. Jednakże w przypadku bardzo wielu zjawisk biologicznych podana powyżej liczba powtórzeń może być niewystarczająca. W związku z tym, planując doświadczenie, warto wcześniej sprawdzić, z jaką zmiennością mamy do czynienia (patrz wyżej: Badania pilotażowe) i ewentualnie – jeśli mamy takie możliwości – zaplanować większą liczbę powtórzeń. Może się też okazać, że zmienność jest tak duża, że przy naszych możliwościach nie będziemy w stanie wykonać doświadczenia dającego odpowiedź na postawione pytanie. 

Najczęściej stosowana liczba zestawów kontrolnych jest taka sama, jak ­liczba zestawów doświadczalnych, m.in. z uwagi na kwestie związane z an...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy