№22. Эксперимент: методология — переменные, контроль и повторность
Задание №22 проверяет, понимаешь ли ты, как устроен корректный биологический опыт: что в нём задавал исследователь, что измерял, что оставалось неизменным и зачем поставлен контроль. Здесь нужен не пересказ условия, а ответ по элементам, и каждый элемент оценивают отдельно.
Начнём с нуля. В любом опыте есть величины, которыми исследователь управляет, и величины, которые он измеряет. То, что экспериментатор задаёт по своему усмотрению, называют независимой переменной: температуру инкубации, наличие или отсутствие добавки в корме, концентрацию удобрений, освещённость. То, что при этом меняется и что измеряют в конце опыта, называют зависимой переменной: количество бактерий, число инфузорий в рубце, степень зарастания водоёма, среднюю массу растения. Различить их просто: спроси себя, кто задавал эту величину — исследователь или природа. Задавал исследователь — независимая, измерял исследователь — зависимая.
Вторая часть методологии — контроль. Контрольная постановка (её называют просто контролем) отличается от опытной только одним: в ней нет изучаемого воздействия, а все прочие условия те же. Если в опыте к корму добавляли сульфат натрия, то в контроле берут таких же животных, кормят тем же кормом, держат при той же температуре, но добавку не дают. Если в опыте в воду вносили удобрения, то в контроле оставляют такую же чашку, но без удобрений. Смысл контроля — показать, что изменение измеряемого показателя связано именно с изучаемым фактором, а не с температурой, составом среды, временем или различиями между животными. Кроме контроля важна повторность: каждый вариант ставят в нескольких пробах, потому что единичное измерение может оказаться случайным.
независимая переменная (её задаёт экспериментатор) → опытная группа · та же постановка без воздействия → контрольная группа · одинаковые температура, среда, время, исходный материал → изменение зависимой переменной относят на счёт воздействия
- Шаг 1. Найди, что исследователь задавал сам: температуру, добавку, концентрацию, освещённость. Это независимая переменная.
- Шаг 2. Найди, что он измерял или подсчитывал: число клеток, массу, длину корня, степень зарастания. Это зависимая переменная.
- Шаг 3. Определи, какие условия должны оставаться одинаковыми во всех вариантах: состав среды, влажность, время, возраст и порода животных, посуда.
- Шаг 4. Опиши контроль словами действия: что именно делают в группе без изучаемого воздействия.
- Шаг 5. Допиши цель контроля: он нужен, чтобы связать изменение показателя именно с изучаемым фактором, а не с прочими различиями.
- Шаг 6. Оформи ответ отдельными пунктами — переменные, контроль, неизменные условия, цель контроля: эксперт оценивает элементы по пунктам, и слитный абзац теряет баллы.
| Часть ответа | Что писать | Как проверить себя |
|---|---|---|
| Независимая переменная | Фактор, значения которого устанавливает сам исследователь | Можно ли сказать «это задавали мы»? |
| Зависимая переменная | Показатель, который измеряют в конце опыта | Можно ли сказать «это мы измеряли»? |
| Контрольная постановка | Та же схема опыта, но без изучаемого воздействия | Отличается ли контроль от опыта только одним условием? |
| Неизменные условия | Среда, температура, время, возраст и порода животных, посуда, объём | Одинаковы ли они во всех вариантах опыта? |
| Цель контроля | Показать, что изменение показателя вызвано изучаемым фактором | Названа ли причина, а не только описан ход опыта? |
Отдельно познакомься с двумя словами, которые встречаются в заданиях этой позиции. Нулевая гипотеза — это проверяемое предположение об отсутствии связи между фактором и измеряемым показателем. Формулируют её как отрицание: «количество бактерий не зависит от температуры», «содержимое колб не влияет на рост растений». Нулевая гипотеза нужна, чтобы было что опровергать: если опыт показывает различие между вариантами, гипотезу отклоняют. Повторность — это несколько одинаковых проб или животных в каждом варианте опыта. Без повторности нельзя отличить действие фактора от случайного разброса, а ещё повторность позволяет увидеть, что различие между вариантами устойчиво.
Типичные ошибки. 1) Путают переменные местами: задаваемый фактор называют зависимой переменной. Проверяй себя вопросом «кто задавал эту величину?». 2) Описывают контроль как «поставили ещё один опыт», не указывая, что именно в нём отсутствует воздействие. 3) Перечисляют неизменные условия словами «всё остальное»: нужны конкретные параметры — температура, состав среды, время, возраст и порода животных. 4) Забывают цель контроля, а без объяснения, зачем он поставлен, балл за этот элемент не начисляют. 5) Придумывают условия, которых в описании опыта нет, вместо того чтобы опереться на приведённое описание. 6) Формулируют нулевую гипотезу как ожидаемый результат («добавка увеличит число бактерий»), тогда как она должна отрицать связь между фактором и показателем.
Проверь себя
- В опыте растения поливали раствором разной концентрации и измеряли длину корня. Что здесь независимая переменная, а что зависимая?
- Чем контрольная постановка отличается от опытной, если в опыте к корму животных добавляли мочевину?
- Почему в каждом варианте опыта ставят несколько повторностей, а не одну пробу?
- Сформулируй нулевую гипотезу для опыта, в котором проверяют влияние температуры на скорость деления бактерий.
- Почему в ответе на задание №22 недостаточно написать «поставили контрольный опыт», не указав, что в нём осталось неизменным и зачем он нужен?
Показательные решения
- Читаем описание и ищем, что исследователь задавал сам. Меняли температуру выращивания, значит независимая переменная — температура.
- Смотрим, что измеряли в конце опыта: подсчитывали количество бактерий. Это зависимая переменная, она меняется в ответ на изменение температуры.
- Описываем контроль: нужно выращивать бактерии при постоянной температуре, то есть так, чтобы этот фактор не менялся и мы видели только его влияние.
- Перечисляем, что должно остаться неизменным: состав питательной среды, влажность, объём посева, время наблюдения — всё, кроме температуры.
- Объясняем цель контроля: только при неизменных прочих условиях можно утверждать, что рост колонии зависит именно от температуры.
- Ответ собираем из четырёх пунктов: независимая переменная — температура, зависимая — количество бактерий, контроль — посев при постоянной температуре, остальные параметры без изменений, и цель такого контроля.
Ответ: 1. Независимая переменная (задаваемая экспериментатором) — температура. Зависимая переменная (изменяющаяся в результате эксперимента) — количество бактерий. 2. Бактерии необходимо выращивать при постоянной температуре. 3. Остальные параметры (состав питательной среды, влажность и др.) необходимо оставить без изменений. 4. Такой контроль позволяет установить, действительно ли рост колонии бактерий зависит от температуры.
Официальное решение из банка ФИПИ
1. Независимая переменная (задаваемая экспериментатором) — температура. Зависимая переменная (изменяющаяся в результате эксперимента) — количество бактерий. 2. Бактерии необходимо выращивать при постоянной температуре. 3. Остальные параметры (состав питательной среды, влажность и др.) необходимо оставить без изменений. 4. Такой контроль позволяет установить, действительно ли рост колонии бактерий зависит от температуры.
- Задаваемый фактор — добавление в рацион кормовой добавки сульфата натрия: это независимая переменная.
- Измеряемый показатель — количество инфузорий в рубце животного: это зависимая переменная.
- Строим контроль: нужно замерить количество инфузорий в рубце животного, которому добавку в рацион не вводили.
- Называем условия, которые следует удержать неизменными: температура содержания животных и количество потребляемого корма.
- Формулируем смысл контроля: он показывает, действительно ли именно добавка сульфата натрия обеспечивает повышение количества инфузорий в рубце.
- Ответ записываем пятью пунктами: две переменные, контрольная постановка, два неизменных параметра и цель контроля.
Ответ: 1. Независимая переменная — добавление кормовой добавки сульфата натрия в рацион животных. 2. Зависимая переменная — количество инфузорий в рубце. 3. Необходимо замерить количество инфузорий в рубце животного без добавления в рацион пищевой добавки. 4. остальные параметры (температура содержания животных, количество потребляемого корма) необходимо оставить без изменений. 5. Такой контроль позволяет установить, действительно ли наличие добавки сульфата натрия обеспечивает повышение количества инфузорий в данном эксперименте.
Официальное решение из банка ФИПИ
1. Независимая переменная — добавление кормовой добавки сульфата натрия в рацион животных. 2. Зависимая переменная — количество инфузорий в рубце. 3. Необходимо замерить количество инфузорий в рубце животного без добавления в рацион пищевой добавки. 4. остальные параметры (температура содержания животных, количество потребляемого корма) необходимо оставить без изменений. 5. Такой контроль позволяет установить, действительно ли наличие добавки сульфата натрия обеспечивает повышение количества инфузорий в данном эксперименте.
- Определяем, что измеряли в конце опыта: степень зарастания водоёма. Это зависимая переменная.
- Определяем, что задавал исследователь: концентрацию удобрений в воде. Это независимая переменная.
- Описываем контроль действием: одну из чашек Петри оставляют без добавления удобрений.
- Отмечаем, что все остальные параметры — объём воды, температура, освещённость, время наблюдения — должны остаться без изменений.
- Объясняем цель: такой контроль позволяет установить, действительно ли зарастание воды связано с наличием удобрений, а не с другими различиями между чашками.
- Ответ: зависимая переменная — степень зарастания, независимая — концентрация удобрений, контроль — чашка без удобрений при неизменных прочих условиях, цель — связать зарастание именно с удобрениями.
Ответ: 1. Зависимая переменная (изменяющаяся в эксперименте) — степень зарастания водоёма. независимая переменная (задаваемая экспериментатором) — концентрация удобрений в воде. 2. Необходимо одну из чашек Петри оставить без добавления удобрений. 3. Остальные параметры необходимо оставить без изменений. 4. Такой контроль позволяет установить, действительно ли зарастание воды в чашке Петри связано с наличием в ней удобрений. ИЛИ 4. Такой контроль позволяет проверить, насколько изменения в скорости зарастания воды в чашке Петри обусловлены факторами, не связанными с повышением концентрации удобрений.
Официальное решение из банка ФИПИ
1. Зависимая переменная (изменяющаяся в эксперименте) — степень зарастания водоёма. независимая переменная (задаваемая экспериментатором) — концентрация удобрений в воде. 2. Необходимо одну из чашек Петри оставить без добавления удобрений. 3. Остальные параметры необходимо оставить без изменений. 4. Такой контроль позволяет установить, действительно ли зарастание воды в чашке Петри связано с наличием в ней удобрений. ИЛИ 4. Такой контроль позволяет проверить, насколько изменения в скорости зарастания воды в чашке Петри обусловлены факторами, не связанными с повышением концентрации удобрений.