1. Planowanie obserwacji Obserwacja to jedna z podstawowych metod badania obiektów przyrodniczych, obejmująca bezpośrednia analizę wzrokową lub za pomocą przyrządów powiększających oraz dokonywanie pomiarów, bez ingerencji w strukturę czy funkcję badanych obiektów w przeciwieństwie do eksperymentu. Każda skuteczna obserwacja jest ukierunkowana, celowa i systematyczna. Jej wyniki podobnie jak w doświadczeniu ( eksperymencie ) powinny być zebrane, rejestrowane i opracowane w sposób umożliwiający syntezę i tworzenie uogólnień. Etapy ( reguły ), które zastosowane w ustalonej kolejności decydują o prawidłowym przebiegu obserwacji: 1. Ustalenie celu obserwacji czyli ukierunkowanie określenie w jakim celu prowadzimy obserwację, co chcemy dzięki niej się dowiedzieć 2. Ustalenie przedmiotu obserwacji wskazanie jakie obiekty, zjawiska przyrodnicze będą obserwowane 3. Określenie sposobu prowadzenia obserwacji 4. Określenie sposobu rejestracji i opracowania wyników ( jakie parametry i za pomocą jakich przyrządów i w jakim czasie będą rejestrowane, jaka forma przedstawienia wyników ). Przykładowe zadania : Zadanie A. Wpływ wysiłku fizycznego na pracę układu oddechowego można zaobserwować podczas lekcji wychowania fizycznego, kiedy uczniowie biegną na 60 m. Zaplanuj obserwację wpływu wysiłku fizycznego na układ oddechowy, podając parametr, który będzie obserwowany i sposób przeprowadzenia obserwacji. Zadanie B. Uczeń ma do dyspozycji : zlewkę szklaną, wodę wapienną, rurkę szklaną. Podaj kolejność czynności ucznia, który na lekcji biologii sprawdzi, że w powietrzu wydychanym znajduje się dwutlenek węgla. Zadanie C. Postanowiono przeprowadzić obserwację w celu potwierdzenia szkodliwego wpływu palenia tytoniu na wydolność oddechową człowieka. Zaproponuj jakie grupy ludzi należy uwzględnić w obserwacji, żeby osiągnąć jej cel.
2. Planowanie doświadczenia 1. Doświadczenie powinno przebiegać według dokładnie określonego planu, aby dawało jednoznaczną odpowiedź na pytanie postawione w problemie badawczym lub jednoznacznie wykazywało czy postawiona hipoteza jest prawdziwa czy fałszywa. 2. Należy określić czas i miejsce przeprowadzenia doświadczenia. 3. Opis doświadczenia, powinien uwzględniać wszystkie elementy, które mogą wpływać na analizowane zjawisko, kolejność czynności oraz sprzęt i niezbędne narzędzia. 4. Sposób rejestrowania wyników ( uwzględnienie częstotliwości sprawdzania wyników) 5. W doświadczeniu zawsze należy uwzględnić próbę kontrolną i próbę badawczą Zestaw doświadczalny i kontrolny : 1. określenie warunków, parametrów doświadczenia ( czynniki stałe ) i czynnik zmienny, którego wpływ na zjawisko, proces lub organizm jest badany. 2. próba kontrolna różni się tym od próby badanej, że wszystkie czynniki są w niej niezmienne. 3. powtarzalność prób minimum 3 oraz odpowiednia liczebność badanych obiektów ( nie powinny to być pojedyncze organizmy ) 4. sposób zbierania i rejestrowania wyników doświadczenia ( co mierzymy, liczymy, zbieramy, ważymy ), jak często. Przykładowe zadania : Zadanie D. U niektórych słodkowodnych protestów, np. pantofelków występują tzw. Wodniczki tętniące, które zbierają wodę z wnętrza komórki i wypompowują ją na zewnątrz. Pulsowanie wodniczek tętniących łatwo zaobserwować w mikroskopie optycznym. Zaplanuj doświadczenie pozwalające rozwiązać problem badawczy: Czy częstotliwość pulsowania wodniczek tętniących u pantofelków zależy od stężenia NaCl w ich środowisku zewnętrznym? Do dyspozycji masz mikroskop, akwarium z hodowlą pantofelków, zlewki, szkiełka podstawowe, zakraplacz, 1% roztworu NaCl, wodę destylowaną. W planie doświadczenia uwzględnij: próbę kontrolną, próbę badawczą, sposób uzyskiwania wyników. Zadanie E. Podczas uprawy kukurydzy w hodowli wodnej zaobserwowano śluzowacenie korzeni. Postawiono hipotezę, że to zjawisko może być wywołane brakiem jakiegoś pierwiastka. Zaproponuj doświadczenie, dzięki któremu można zweryfikować postawioną hipotezę. W projekcie doświadczenia zaplanuj zestaw badawczy i kontrolny.
Zadanie F. Postanowiono doświadczalnie zweryfikować hipotezę : wzrost natężenia światła prowadzi do zwiększenia intensywności fotosyntezy. Do dyspozycji masz : 1. moczarkę kanadyjską w akwarium 2. probówki w statywie 3. cylinder miarowy 4. lampki z żarówkami o różnej mocy :15W, 25W, 40W, 60W 5. stoper Przedstaw plan doświadczenia ( opis zestawu doświadczalnego i sposobu zbierania wyników), które sprawdzi słuszność postawionej hipotezy. Do projektu doświadczenia należy wykorzystać przedmioty wypisane powyżej oraz uwzględnić fakt wydzielania przez moczarkę pęcherzyków tlenu. Zadanie G Poniżej przedstawiono zestaw materiałów niezbędnych do wykonania doświadczenia weryfikującego hipotezę badawczą : temperatura wpływa na szybkość kiełkowania nasion grochu. Zestaw materiałów : 1. 3 zlewki 2. 3 termometry 3. butelka z wodą 4. lignina 5. naczynie z grochem 50 nasion Dodatkowo : lodówka ( temp. 0 5 stopni Celsjusza ) cieplarka ( temp. 30 40 stopni Celsjusza ) Przedstaw plan doświadczenia ( opis zestawu doświadczalnego i przebiegu doświadczenia w punktach, które sprawdzi słuszność postawionej hipotezy.
3. Problem badawczy Problem badawczy ma najczęściej formę pytania, które zadajemy sobie dokonując obserwacji lub przygotowując się do wykonania planowanego doświadczenia. Często jest to temat danego eksperymentu ( doświadczenia ). Najczęściej spotykana forma pytań: Jak coś wpływa na coś? Czy coś ma wpływ na coś? Wpływ czegoś na coś Niekiedy, rzadko problem jest w formie równoważnika zdania oznajmującego temat doświadczenia : Wpływ czegoś na coś, Oznaczanie czegoś, Badanie wpływu czegoś na coś Przykładowe zadania Zadanie H. Rysunek przedstawia doświadczenie badające reakcję samic konika polnego znajdujących się w okresie godowym. Sformułuj problem badawczy tego doświadczenia.
Zadanie I. W poniższej tabeli przedstawiono dane dotyczące wybranych cech różnych ssaków. Rodzaj zwierząt Okres ciąży (dni) Masa osobnika dorosłego (kg) Dzik 126 200 Koń 336 700 Lis 52 10 Słoń 600 5700 Żubr 290 1000 Sformułuj przykład problemu badawczego, do rozwiązania którego można wykorzystać dane zebrane w tabeli oraz wniosek, wynikający z interpretacji tych danych. Zadanie J. Na rysunku przedstawiono dwa zestawy doświadczalne (zestaw I i II) przygotowane do zaplanowanego doświadczenia. Jego wyniki miały być ustalone poprzez zliczanie kiełkujących nasion w każdym zestawie co 3 dni, w ciągu 12 dni trwania doświadczenia. Sformułuj problem badawczy do zaplanowanego doświadczenia.
Zadanie K. Beztłuszczowa masa ciała (LBM), czyli masa tkanki tłuszczowej zawartej w mięśniach oraz narządach wewnętrznych, stanowi wielkość odniesienia przy ocenie, w jakim stopniu mierzone wskaźniki fizjologiczne i sprawnościowe mieszczą się w granicach normy lub od niej odbiegają. Poniżej przedstawiono wyniki badań procentowej zawartości tłuszczu u mężczyzn i u kobiet w różnych grupach wiekowych. Grupa wiekowa ( lata ) Procent tłuszczu Mężczyźni Kobiety 15 19 13-16 20 24 20 29 15 20 22-25 30 39 18 26 24 30 40 49 23 29 27 33 50 59 26 33 30 38 60 69 29 33 30-36 Na podstawie analizy powyższych danych sformułuj problem badawczy.
4. Hipoteza badawcza Hipoteza badawcza - jest naukowo uzasadnionym przypuszczeniem wymagającym sprawdzenia. Może być prawdziwa lub fałszywa. Stanowi teoretyczna odpowiedź do postawionego problemu badawczego. Jest wyrażana zdaniem oznajmującym. Można ją sformułować na podstawie analizy treści problemu badawczego, wyników obserwacji czy doświadczenia. Zadanie L. Beztłuszczowa masa ciała (LBM), czyli masa tkanki tłuszczowej zawartej w mięśniach oraz narządach wewnętrznych, stanowi wielkość odniesienia przy ocenie, w jakim stopniu mierzone wskaźniki fizjologiczne i sprawnościowe mieszczą się w granicach normy lub od niej odbiegają. Poniżej przedstawiono wyniki badań procentowej zawartości tłuszczu u mężczyzn i u kobiet w różnych grupach wiekowych. Grupa wiekowa ( lata ) Procent tłuszczu Mężczyźni Kobiety 15 19 13-16 20 24 20 29 15 20 22-25 30 39 18 26 24 30 40 49 23 29 27 33 50 59 26 33 30 38 60 69 29 33 30-36 Na podstawie analizy powyższych danych przedstaw hipotezę badawczą. Zadanie M. W lizosomach w środowisku kwaśnym (ph 5), są rozkładane enzymatycznie makrocząsteczki różnych substancji, między innymi białka. Enzymy z lizosomów uwolnione do cytoplazmy (ph 7,2) tylko w minimalnym stopniu uszkadzają białka cytoplazmatyczne. Sformułuj hipotezę wyjaśniająca opisane powyżej następstwo uwalniania enzymów z lizosomów do cytoplazmy.
Zadanie N. Samice większości gatunków komarów atakują duże ssaki, w tym również człowieka, aby pobrać porcję krwi. Na wykresach przedstawiono wyniki pomiarów wilgotności powietrza i aktywności samic komarów atakujących grupę ludzi mierzone co 3 godziny od godziny 6:00 do 21:00 w ciągu jednej doby. Sformułuj hipotezę badawczą dotyczącą aktywności samic komarów potwierdzoną przedstawionymi wynikami badań. Zadanie O. Tabela ilustruje wyniki przeprowadzonego doświadczenia na obecność związków organicznych. Materiał roślinny Odczynnik Lugola Odczynnik Fehlinga jabłko -- czerwone zabarwienie pomarańcza -- czerwone zabarwienie ziemniak niebieskie zabarwienie -- Sformułuj hipotezę badawczą do tego doświadczenia.