Att bara göra ett experiment räcker inte för att uppfylla kraven i den vetenskapliga metoden. Ett experiment måste vara väl utformat för att säkerställa riktigheten och tillförlitligheten i dess resultat. |

Undersöka biologi och designa experiment

I den här artikeln kommer vi att titta på de grundläggande undersökningsfärdigheter som biologer behöver för att utforma bra experiment.

När du är klar med den här artikeln bör du kunna:

  • förstå kärnprinciperna för experimentell design som de tillämpas i biologiska sammanhang
  • kunna tillämpa denna kunskap på nya biologiska undersökningar
  • känna till och förstå de viktigaste tekniska termerna relaterade till experimentell design

Det finns en snabb frågesport i slutet så att du kan testa din kunskap och förståelse.

Vad är en biologisk undersökning?

I biologi betyder termen undersökning ett experiment eller ett praktiskt arbete för att ta reda på något om levande organismer.

Undersökningar kan emellertid vara bra eller dåliga beroende på hur väl genomtänkt experimentets utformning är. I den här artikeln undersöker vi kärnkomponenterna i god experimentell design.

Genomföra ett laboratorieexperiment |

Hypotes och förutsägelse

De flesta bra undersökningar är inspirerade av vissa observationer som leder till frågor och idéer som kan förklara vad som händer.

En idé som kan förklara observationerna är i vetenskapen känd som en hypotes .

Men en hypotes är inte bara en gissning. Det bygger alltid på att tillämpa relevant vetenskaplig kunskap på ett observerbart fenomen. Så om du undersökte diffusionen av ett ämne genom vatten och du observerade att diffusionen inträffade snabbare i varmt vatten och långsammare i kallt vatten, kan du föreslå följande hypotes:

"Diffusion av ämnet sker snabbare i varmt vatten eftersom partiklar rör sig snabbare vid högre temperaturer."

En bra hypotes kan göra förutsägelser om vad som kommer att hända under en rad omständigheter. Om till exempel ämnet du undersöker var svart bläck som sprider sig genom vatten kan du använda ovanstående hypotes för att förutsäga att:

"Vid högre temperaturer diffunderar bläcket snabbare och det tar mindre tid för allt vatten att ändra färg."

En förutsägelse leder till ett experiment som sedan kan verifiera eller motbevisa hypotesen genom en praktisk procedur.

Testa din förståelse: Formulera en hypotes och göra en förutsägelse

Under de senaste åren har fler människor drabbats av hudcancer i USA än någonsin. Kan du tänka på en hypotes som kan förklara detta faktum? Baserat på hypotesen du kom med tidigare, kan du komma med en förutsägelse som du kan använda för att testa den?

Experimentell metod

När du har en hypotes och en förutsägelse måste du planera ett praktiskt experiment för att testa dina idéer. Hur du gör ditt experiment kallas metoden .

Din metod kommer att innehålla de material du behöver för att genomföra ditt experiment, vad du gör med dem och hur du mäter och registrerar resultat.

Det är viktigt att utforma dina experiment noggrant |

Experimentell apparat

Materialen och utrustningen som används för att utföra ditt experiment är apparaten . Du måste planera allt du behöver och skriva ner det för att se till att experimentet går smidigt.

I ett laboratorium kan din apparat innehålla glasvaror som provrör, kolvar, bägare, termometrar och så vidare. I ett fältexperiment kan du behöva kikare, anteckningsböcker, en kompass, provbehållare, mätverktyg och en karta.

Din apparat behöver inte vara "vetenskaplig". Allt du använder, din mobiltelefon, säger eller en penna, är en del av din apparat.

En riskbedömning kommer att belysa all säkerhetsutrustning som behövs för ett experiment |

Riskbedömning och säkerhet

Praktiska experiment innebär ofta ett element av säkerhetsrisk. Det är en viktig del av den vetenskapliga metoden att bedöma eventuella risker och överväga hur man minimerar riskerna för dig själv och andra. Denna process är en riskbedömning .

I ett laboratorieexperiment kan du till exempel identifiera skadliga kemikalier, brandfarliga material eller risken för luftburen bakteriekontaminering. Du kan då bestämma att det är viktigt att lägga till skyddskläder, en brandsläckare och en ansiktsmask till din apparat.

I ett fältexperiment kan du identifiera ojämna mark, giftiga ormbitar och gå vilse som potentiella risker. En lång pinne, bra promenadskor, benskydd, en motgift och en bärbar GPS-enhet kan hjälpa till att skydda mot dessa risker.

Din riskbedömning ska vara grundlig och alltid skrivas för referens.

Testa din förståelse: Metod, apparater, riskbedömning

Tänk på hypotesen och förutsägelsen du gjorde tidigare om hudcancer. Se om du kan hitta en metod för att testa din förutsägelse. Lista sedan apparaten du skulle behöva och skriv upp en riskbedömning av ditt föreslagna experiment.

Experimentella variabler

Alla faktorer eller förhållanden som kan förändras under ditt experiment är variabler . I ett laboratorieexperiment kan variabler till exempel vara temperatur, ljusintensitet, luftfuktighet eller tid. I ett fältexperiment kan variabler inkludera vädret, andra människor, tid på dagen eller säsongen bland andra möjligheter.

Oavsett om ditt experiment är i ett laboratorium eller i fältet, har du alltid en variabel som du ändrar så att du kan se och mäta effekten som förändras på ämnet för ditt experiment. Denna variabel, den du ändrar, är den oberoende variabeln .

Ämnet för din studie är den beroende variabeln . Det kallas det för att du vill förstå vad som händer med det när du ändrar den oberoende variabeln.

Alla variabler är kategoriska variabler eller kontinuerliga variabler . Alla variabler som tillhör en kategori och kan märkas med en ordbeskrivning är en kategorisk variabel. Till exempel färgen på ett ämne ("blå vätska"). Varje variabel som finns på en skala och bäst beskrivs i siffror är en kontinuerlig variabel. Till exempel temperatur, längd, hastighet och tid.

Specialtips

Ibland kan kontinuerliga variabler misstas för kategoriska variabler om den numeriska mätningen är underförstådd eller relativ och beskrivs med ord. Så även om inga siffror anges i variabeln "högre temperatur", till exempel, eller "snabbare löpare", är de fortfarande kontinuerliga variabler eftersom de antyder en numerisk mätning längs en skala snarare än en fast kategori.

Är ditt experiment giltigt?

Oavsett din experimentella design måste du se till att resultaten blir giltiga.

Förutom de beroende och oberoende variablerna kan det finnas många andra faktorer som kan förändra resultatet av ditt experiment. För att undvika oönskade effekter måste du hålla de andra faktorerna konstanta . Detta är det enda sättet att vara säker på att ändringarna du ser i din beroende variabel orsakas av ändringar du gör i din oberoende variabel.

När du håller alla andra variabler konstant kan du säga att ditt experiment är ett rättvist test .

Andra variabler som du håller konstant är kontrollvariabler . Om du inte kan kontrollera vissa variabler är de okontrollerade variabler .

För att se till att ett test är giltigt måste du eliminera alla okontrollerade variabler. Detta är lättare att uppnå i laboratorieexperiment och mycket svårare i fältförsök.

Testa din förståelse: variabler och giltighet

Tänk nu på hypotesen, predikationen och experimentet du har arbetat för iakttagandet av hudcancer i USA.

Föreställ dig att ditt experiment syftar till att undersöka effekten av solnedgång på diagnosen hudcancer. Svara nu på följande frågor:

1. Kan du namnge de beroende och oberoende variablerna?

2. Vilka andra variabler finns det förutom exponeringstid?

3. Hur kan du kontrollera dessa variabler för att göra ditt experiment giltigt?

Experimentens tillförlitlighet

Efter att ha avslutat en undersökning är det viktigt att kontrollera att du har rätt svar på din experimentella fråga. Du måste veta att dina resultat är tillförlitliga . Den vetenskapliga metoden för att kontrollera resultaten av ett experiment är att upprepa avläsningarna flera gånger. Detta gör kopior .

När du genomför experiment är det lätt att göra misstag. Replikera dina resultat hjälper till att skydda mot mänskliga misstag. Du kan t ex fel läsa ett instrument som en termometer eller ett stoppur. I biologi kan du se en organisme som uppför sig onormalt och inte vet den. Om du bara gör en mätning eller utför en procedur en gång, kanske du inte upptäcker onormaliteten. Men om du upprepar dina mätningar är det lätt att upptäcka problem.

Föreställ dig som exempel att du har läst och fått följande resultat:

24, 2, 23, 5, 56, 4, 24, 5, 22, 8, 24, 0

Du kan se att den tredje mätningen är ovanlig. En sådan avläsning är ett anomalt resultat . Det är ett undantag från mönstret för de andra resultaten. Om du får ett anomalt resultat bör du antingen upprepa mätningen eller ignorera resultatet när du analyserar dina data.

Genom att replikera resultat kan du också beräkna ett medelvärde som i många fall ger ett mer pålitligt svar än någon enskild avläsning från ett intervall.

Experimentell design: noggrannhet och precision

Förväxla inte noggrannhet och precision.

En exakt mätning är nära det verkliga värdet. En exakt mätning anges till flera decimaler men kan vara fel.

Här är ett exempel. Låt oss säga i ett experiment du timing hur lång tid det tar för ett djur att springa ett visst avstånd. Du ställer upp körningen och kontrollerar stoppuret och noterar att det tog djuret 7, 25 sekunder. Det är en mycket exakt mätning, till en hundradels sekund.

Men om din stoppur var felaktig, eller om du har misstagit den, och djuret slutförde körningen på 15 sekunder, skulle det vara felaktigt. I så fall skulle en annan student som spelade in en tid på 8 sekunder ha en mindre exakt, men mer exakt mätning.

I biologi är noggrannhet viktigare än precision.

Sammanfattning

Här är en snabb sammanfattning av allt du har lärt dig på den här sidan:

  • I biologi är ett experiment en undersökning för att ta reda på något om en levande organisme eller organismer
  • Observationer leder till en hypotes som förutsäger hur organismen kommer att bete sig under givna omständigheter
  • Den experimentella metoden testar förutsägelse och hypotes
  • Allt som används i experimentet är en del av apparaten
  • För att ett experiment ska vara giltigt måste du kontrollera alla variabler
  • Mätningarna kan vara exakta, exakta eller båda. I biologi är noggrannhet viktigare än precision
  • Replikationer hjälper till att se till att dina resultat är pålitliga

Nyckelord

  • Undersökning
  • Hypotes
  • Förutsägelse
  • Metod
  • Anordning
  • variabler
  • Giltig
  • Exakt
  • replikat
  • Beroende variabel
  • Kontinuerlig variabel
  • Kontrollvariabel
  • Okontrollerad variabel
  • Rättvis test
  • Pålitlig
  • Exakt
  • Anomalt resultat

Experimental Design Quiz

visa frågesportstatistik

© 2018 Amanda Littlejohn