Információ

2020_Winter_Bis2a_Facciotti_BeforeLecture_01 - Biológia


A 2020_Winter_Bis2a_Facciotti_BeforeLecture_01-hez kapcsolódó tanulási célok

  • Megérteni a személyes tanulmányi terv kidolgozásának fontosságát a BIS2A sikeréhez.
  • Ismertesse a tudományos módszert, és kapcsolja össze az órán tanult anyaggal!
    • Azonosítsa a függő és független változókat, valamint a kontroll- és tesztcsoportokat egy kísérlet leírásából.
    • Hozzon létre hipotézist és nullhipotézist egy megfigyelt rendszerről egy adott megfigyelési halmazból.
    • Elemezze és értelmezze az adatokat, hogy következtetést vonjon le egy kísérletről és annak hipotéziseiről.
    • Hozzon létre egy hipotézist, amely megkísérli megmagyarázni egy természeti tulajdonság megfigyelését a természetes szelekció általi evolúció elméletére hivatkozva.
  • Alkalmazza a Design Challenge rubrikát egy összetett probléma/kérdés kisebb, könnyebben kezelhető kérdésekre való boncolgatásában.
    • Ismertesse a Design Challenge rubrika alapvető lépéseit, és azt, hogyan használható a biológiatanulás kontextusában.
    • Hozzon létre egy nyilatkozatot a kulcskérdésről/problémáról, amely egy témához kapcsolódik az olvasmányban vagy az órán a Tervezési kihívás rubrikával.
  • Azonosítsa és osztályozza a különböző típusú (pl. mentális, fizikai, matematikai stb.) modelleket, és javasoljon hasznosságukat és korlátaikat.
    • Vizsgáljon meg egy modellt, azonosítsa kulcsfontosságú feltételezéseit és egyszerűsítéseit, és kritikusan értékelje, hogy ezek a feltevések miként teszik lehetővé és korlátozzák annak hasznosságát. (más néven hogyan teszik hasznossá egy modell feltételezései és leegyszerűsítései, de hogyan korlátozzák azt is, hogy mit írhat le?)

Aktív tanulás a BIS2A-ban

Minden előadáson megkérjük, hogy válaszoljon kérdésekre, akár kiscsoportban, akár egyénileg. Ezek a kérdések több célt szolgálnak:

Az osztályon belüli kérdések funkciói

  • A kérdések arra ösztönzik a tanulókat, hogy egy témát más szemszögből vizsgáljanak meg, olyan szemszögből, amelyet az oktató relevánsnak tart a tanulók tanulása szempontjából.

  • A kérdések mini "öntesztként" működnek a diákok számára. Ha bizonytalan abban, hogy milyen kérdést tesz fel, vagy hogyan válaszoljon rá, akkor itt az ideje, hogy (a) kérje az oktatótól a tisztázást, és/vagy (b) jegyezze fel, hogy ezt a témát közvetlenül az óra után, TA -val vizsgálja felül, az oktató, az osztálytársak vagy az internet. Ha az oktató időt szakított arra, hogy felteszi a kérdést az órán, ez egy nagy nyom, hogy szerinte a téma, a kérdés és a válasz egyaránt fontos.

  • Egyes osztályon belüli kérdések arra kérik a tanulókat, hogy maguk fogalmazzák meg a kérdéseket. Ez tipikusan egy olyan gyakorlat, amelynek célja, hogy rákényszerítse a tanulót, hogy gondolkodjon el és próbálja meg megfogalmazni a lecke lényegét. Ezek olyan kritikus gyakorlatok, amelyek arra kényszerítenek, hogy mélyebben gondolkodjon egy témáról, és helyezze azt a kurzus tágabb kontextusába.

  • Egyes kérdések arra kérhetik a tanulót, hogy értelmezze az adatokat vagy alkosson modellt (pl. esetleg egy képet), és közölje az osztállyal a látottakat. Ez a gyakorlat arra kéri a tanulót, hogy gyakorolja valami hangos elmagyarázását. Ez nagyszerű önellenőrzési és tanulási élmény lehet mind a válaszolónak, mind a diáktársaknak, akiknek arra is érdemes időt fordítaniuk, hogy megvizsgálják, hogyan válaszoltak volna a kérdésre, és ez hogyan viszonyul az oktató visszajelzéséhez.

  • Az ezt követő beszélgetésben feltett kérdések és a problémamegoldás vagy a kérdések megválaszolása során felmerülő gondolkodási folyamat lehetőséget ad az oktatónak, hogy interaktív módon modellezze a szakértői magatartást – néha ugyanolyan fontos megérteni, HOGYAN jutunk el a válaszhoz, mint a megérteni a választ.

Egyes kérdéseket úgy terveztek, hogy gondolkodásra és vitára ösztönözzenek, nem pedig diszkrét válaszra. Ha felhívják, ne érezze kényszert, hogy egyetlen "helyes" választ adjon!! Ennek megértése nagyon fontos. Ha egyszer rájössz, hogy teljesen elfogadható (és néha kívánatos is), ha nem ismered az összes választ (ha tudod, mi értelme lenne eljönni az órára?), ez sok szorongást eltávolíthat a behívástól . Bár rendben van, ha nem tudja a „választ”, mégis fontos, hogy megpróbáljon hozzájárulni a vitához. Példák más értelmes hozzászólásokra: felvilágosítás kérése; a kérdés társítása egy másik órai témával (kapcsolatok keresése); és annak kifejezésére, hogy miben érzi jól magát, és mi zavarja meg a kérdésben. Ne félj azt mondani, hogy "nem tudom". Ez teljesen rendben van, sőt néha elvárható is. Készüljön fel arra, hogy az oktató egy másik kérdéssel fog fellépni, amely megpróbál vagy kiemelni valamit, amit valószínűleg tud, vagy segítséget kér a zavart pont azonosításához.

Előadásra készülődés

Az egyes előadásokra való felkészülés elősegítése érdekében tanulmányi útmutatókat biztosítunk, amelyek tartalmazzák az órára való felkészülést. Minden tőled telhetőt meg kell tennie, hogy befejezze a hozzárendelt olvasmányokat és a javasolt „önértékeléseket”, mielőtt órára jön. Ez biztosítja, hogy készen álljon a megbeszélésekre, és hogy a legtöbbet tudja kihozni az óra alatt töltött idejéből. Nem várjuk el, hogy az előadás előtt szakértő legyél, de azt elvárjuk, hogy végezd el az előolvasást, és ezzel ismerkedj meg a szükséges szókinccsel, és szánj egy kis időt a megvitatásra kerülő fogalmakra. Ezekre az alapismeretekre építünk az előadásokon. Ha nincs kéznél legalább néhány alapvető építőelem, akkor kevésbé fogod hatékonyan kihasználni az órán töltött időt.

Ezt nem tudjuk túl erősen hangsúlyozni Elsődlegesen ÖN a felelőssége a tananyag elsajátításáért ezen (vagy bármely más) tanfolyamon. Jóllehet az Ön sikerébe fektetünk be, oktatói és TA-i nem tudják varázsütésre átültetni a tudást. Mint minden más elsajátítást igénylő tudományág (pl. sport, zene, tánc, stb.), mi is segíthetünk az eligazításban és a teljesítményed kritikájában, de nem pótolhatjuk a gyakorláshoz szükséges órákat, hogy valamiben jó legyen. Soha nem számíthat arra, hogy profi zongorista lesz, ha hetente egyszer-kétszer elmegy az órákra, és soha nem gyakorol. A legtöbbünk számára magától értetődőnek tűnik, hogy gyakorlásra van szükséged ahhoz, hogy jóvá válj valamiben, például a zenében, a művészetben vagy a sportban. Nem lehet meglepő, hogy ugyanez a szabály vonatkozik a biológia vagy bármely más tudományos tantárgy tanulására is.

Úgy tekintünk magunkra, mint az Ön edzőire ebben az osztályban; azt akarjuk, hogy mindannyiótoknak sikerüljön. Ahhoz azonban, hogy ez megtörténjen, komolyan kell vennie a gyakorlatot. Ez azt jelenti, hogy felkészülten jössz az órára, részt veszel az órán, a lehető leghamarabb áttanulmányozod az órán átvett anyagot, azonosítsd, hol vagy bizonytalan, és segítséget kapsz a témák mielőbbi tisztázásához, és megpróbálsz átgondolt módon hozzájárulni az online beszélgetésekhez ( nem csak a „pontok megszerzéséhez” szükséges minimumot).

A lényeg: aktív résztvevőnek kell lenned a tanulásban.

Tudás és tanulás

A tudomány tanítása és tanulása

A természettudományok tanítása és tanulása egyaránt kihívást jelent. Oktatóként bonyolult, egymással szorosan összefüggő fogalmakat kell közölnünk, amelyek a jövőbeni tanulmányaid alapjául szolgálnak. Azt is szeretnénk, hogy diákjaink magas szinten bizonyítsák ezeknek az elképzeléseknek az elsajátítását. Diákként nagy új szókincset kell elsajátítanod, mentális modelleket kell létrehoznod, amelyekre új fogalmi tudást „akaszthatsz”, és be kell mutatnod, hogy valóban tudod használni ezt az új tudást. A folyamat kihívást jelent mind az oktatónak, mind a hallgatónak. Bár a folyamat kemény munkát igényel, hihetetlenül hasznos és szórakoztató is lehet. Nincs is kielégítőbb egy oktató számára, mint azok az „Aha!” pillanatok, amikor egy diák hirtelen megért egy fontos fogalmat.

A BIS2A-ban érdekes tanítási és tanulási kihívásokkal nézünk szembe. Az egyik legfontosabb kihívás az, hogy olyan fizikai dolgokat és ötleteket beszéljünk meg, amelyek léteznek vagy történnek időben és/vagy méretarányosan, amelyek a legtöbb diák számára nem ismertek. Mit is jelent ez? Tekintsük a következő példát:

Példa: Néhány kihívás a mentális modellek létrehozásával kapcsolatban

Egy vadbiológiát oktató oktató beszélni szeretne az evolúció fogalmairól úgy, hogy a madár csőrét használja a beszélgetés kiindulópontjaként. Ebben az esetben az oktatónak nem kell időt töltenie a különböző alakú madárcsőrök gondolati képeinek elkészítésével (vagy legalábbis csak egy képet kell mutatnia); a legtöbb diák készségesen támaszkodik múltbeli tudására és mindennapi életére, hogy mentális képeket készítsen kacsa, sas vagy erdei csőr csőréről, és következtet a különböző funkcionális okokra, amelyek miatt a Természet más formákat választott ki. Következésképpen a tanulóknak nem kell semmilyen szellemi erőfeszítést fordítaniuk arra, hogy elképzeljék, hogyan néznek ki a csőrök, és ehelyett minden energiájukat az evolúciós leckére összpontosíthatják.

Köznyelvben: Ha arra kérnek, hogy gondoljon valami újdonságra, ami szorosan kapcsolódik valamihez, amit már jól ismer, nem túl nehéz az új anyagra koncentrálni.

Ezzel szemben a BIS2A-ban arra kérjük a tanulókat, hogy gondolkodjanak el és vitassák meg azokat a dolgokat, amelyek az atomi, molekuláris és sejtszintű skálán történnek mikroszekundumoktól évezredekig terjedő sebességgel. Úgy fogjuk kitalálni, hogy a legtöbb diák nem élte le az életet mikrotól nanométerig terjedő skálán. Mégis, ez a hosszúsági skála az, ahol a legtöbb biológiai rendszerre jellemző esemény játszódik le. A kezdő diákoknak, akik nem sokat gondolkodtak azon, hogyan történnek a dolgok molekuláris skálán, hiányoznak a mentális modellek, amelyek alapján új információkat adhatnak hozzá. Ez a kiindulási pont terhet ró mind a hallgatóra, mind az oktatókra, hogy ÚJ mentális modelleket hozzanak létre és erősítsenek meg sok olyan dologhoz, amiről az órán beszélünk. Például ahhoz, hogy valóban beszéljünk a fehérjék működéséről, először ki kell fejlesztenünk egy közös modellkészletet és szókincset a molekulák atomi és molekuláris szintű ábrázolására. Ezeknek a modelleknek nemcsak módot kell találniuk a molekula szerkezetének ábrázolására, de a modelleknek tartalmazniuk kell elvont ötleteket is a molekulák kémiai tulajdonságairól és a molekulák kölcsönhatásáról. Ezért a BIS2A tanulóinak némi erőfeszítést kell tenniük annak érdekében, hogy mentális modelleket alkossanak arról, hogyan "néznek ki" a fehérjék, és hogyan viselkednek molekuláris skálán. Mivel az egész kurzus a biomolekulák és mikroszkopikus léptékű folyamatok köré összpontosul, hasonló érvelést lehet felhozni az osztály szinte minden témája mellett.


Lehetséges NB vitapont

Hogyan értelmezi a mentális modell kifejezést, és miért tartja fontosnak a tanulás szempontjából?


Az osztályon belüli és tanulmányi útmutató gyakorlatok némelyike ​​úgy van kialakítva, hogy segítsen megfelelni ennek a kihívásnak; a legtöbb diák nagyon hasznosnak találta őket. Egyes tanulók azonban jobban hozzá vannak szokva ahhoz, hogy a vizsgákra tanuljanak az információk memorizálásával, semmint megértésével. (Nem az ő hibájuk, régebben erre kérték őket). Ennek eredményeként, ha a problémákat a "mindenáron memorizálni" hozzáállással közelítik meg

néhány

a BIS2A gyakorlatok kezdetben értelmetlennek tűnhetnek. Például miért kérik az oktatói, hogy ismételten rajzoljon néhányat az órán leírt fogalmak közül? Milyen feleletválasztós kérdésre készíthet fel ez a gyakorlat? Bár igaz, hogy egyes oktatói nem kérnek fel bonyolult ábrák rajzolására egy vizsgán, ezek a rajzgyakorlatok nem egy konkrét kérdésre próbálják felkészíteni a tanulókat. Az oktató inkább arra próbál bátorítani, hogy kezdj el egy mentális modellt létrehozni magadnak, és gyakorold a használatát. A rajzolás „öntesztként” is szolgálhat. Amikor kényszeríted magad, hogy leírj valamit, vagy készíts papírra egy folyamatot leíró képet, képes leszel önállóan felmérni, hogy valójában mennyire erős a fogalmi megragadásod egy témáról, ha látod, milyen könnyű vagy nehéz volt megfogalmazni a gondolataidat valamit papírra. Ha KÜLSŐ SEGÍTSÉGNYÚJTÁS NÉLKÜL nehéz levonnia egy alapkoncepciót vagy folyamatot az órán, akkor valószínűleg több gyakorlásra van szüksége. Ha ez egyszerű, készen áll arra, hogy új információkat adjon a modellhez. A kurzus során továbbra is új információkat ad hozzá mentális modelljéhez, vagy használja a mentális modelljében képviselt fogalmat egy új kontextusban. Tartsa naprakészen rajzait – vagy más önellenőrző mechanizmusait. Ne maradj le.

Mellesleg egy kurzus koncepciójának bemutatása egy vizsgán olyan kontextusban, amit a hallgató még soha nem látott, NEM gonosz összeesküvés az oktató részéről. Ez inkább egy módja annak, hogy az oktató és a tanuló felmérje, hogy a fogalmat megtanulták-e, és hogy ezt a tudást a tanuló az órán vagy az olvasás során adott konkrét példán kívül is tudja-e használni/átadni. Ha megkérjük a tanulót, hogy ismételje meg az utóbbit, az a memorizálás gyakorlata, és nem az értékes tanulás és az önálló gondolkodás értékelése, vagy a való életben történtek ábrázolása.

FONTOS

Az az elképzelés, hogy a BIS2A tanulóinak próbára teszik a képességeiket HASZNÁLAT Olyan konkrét kontextusban lévő fogalmakat, amelyeket korábban nem láttak, elengedhetetlen megérteni! Különös figyelmet kell fordítani erre a tudásra. A használható fogalmi ismeretek kialakítása több fegyelmet és munkát igényel, mint a memorizálás. A negyed is NAGYON gyorsan halad, és a koncepciók egymásra rakódnak. Ha túlságosan lemaradsz, nagyon-nagyon nehéz pótolni az elvesztegetett időt két-három nappal a vizsga előtt. Legyen olyan fegyelmezett, amennyire csak tud, és kövesse a tananyagot.

Így néhány fogalmat nehéz megtanítani és megérteni. Mit tegyünk? Mind az oktatók, mind a hallgatók különféle kommunikációs trükköket alkalmaznak az elvont ötletek egyszerűsítésére vagy összevethetőbbé tételére. Olyan eszközöket használunk, mint az analógiák vagy az egyszerűsített modellek (ezek fontosságáról röviden bővebben) az összetett ötletek leírására. A dolgok viszonyíthatóbbá tétele különféle formákat ölthet. Az oktatók megpróbálhatnak különféle szimulációkat vagy metaforákat használni, hogy kihasználják a diákokban már meglévő (a mindennapi életből merített) mentális képeket vagy fogalmi modelleket, hogy elmagyarázzanak valami újat. Például az X, amit nem értesz, egy kicsit úgy működik, mint az Y, amit értesz. Néha ez segít megalapozni a vitát. Egy másik dolog, amit elkaphat egy oktatót vagy diákot, az az antropomorfizáló az ismeretlen fizikai dolgok viselkedése. Például azt mondhatjuk, hogy az A molekulaakar" kölcsönhatásba lépni a B molekulával, hogy leegyszerűsítsék az A és B molekulák közötti kölcsönhatásban szerepet játszó kémiai energetika pontosabb, de összetettebb leírását. Az antropomorfizmusok azért lehetnek hasznosak, mert a hasonlatokhoz és a metaforákhoz hasonlóan megpróbálják összekapcsolni az új ötletek és a metaforák létrejöttét. mentális modellek olyan fogalmakra, amelyek már léteznek a tanuló agyában.

Noha ezek az eszközök nagyszerűek és hatékonyak lehetnek, gondosan kell őket használni – mind az oktatónak, mind a hallgatónak. Az ezekkel az egyszerűsítő eszközökkel kapcsolatos fő kockázat az, hogy olyan fogalmi összefüggéseket hozhatnak létre, amelyeknek nem kellene létezniük, amelyek nem kívánt tévhitekhez vezethetnek, vagy megnehezítik egy új koncepció összekapcsolását. Tehát bár ezek az eszközök érvényesek, nekünk – diákoknak és oktatóknak – ébernek kell lennünk, hogy megértsük, milyen korlátok vannak ezeknek az eszközöknek az új ötletek elsajátításában. Ha ezek a pedagógiai eszközök hasznosak, de használatuk kockázattal is jár, hogyan tovább?

A gyógymód két részből áll:

  1. Ismerje fel, amikor az egyik ilyen "egyszerűsítő" eszközt használják, és
  2. Próbálja meghatározni, hogy hol működik a konkrét analógia, metafora stb., És hol nem sikerül fogalmilag.

A második oktatás a legnehezebb, és kihívást jelenthet a tanulók számára, különösen akkor, ha először találkoznak egy új koncepcióval. Azonban az a tény, hogy egyszerűen csak az analógiával vagy modellel kapcsolatos lehetséges problémákra gondolunk, fontos metakognitív gyakorlat, amely segíti a tanulókat a tanulásban. A BIS2A-ban oktatói időnként elvárják, hogy kifejezetten felismerje ezen pedagógiai eszközök használatát, és magyarázza el a használatukkal kapcsolatos kompromisszumokat. Oktatói ebben is segítenek, ha kifejezetten példákat mutatnak fel, vagy arra ösztönzik, hogy felismerje a lehetséges problémát.


Lehetséges NB vitapont

Tudsz példát mondani az előző óráidról, amikor egy oktató antropomorfizmust használt egy nem emberi dolog leírására? Mik voltak/vannak a leírás kompromisszumai (azaz miért működött a leírás és mik voltak a korlátai)?


Szókincs használata

Érdemes megjegyezni egy másik problémás problémát is, amely szükségtelenül megzavarhatja a tudományágban kezdő diákokat – az olyan szókincs-kifejezések használata, amelyeknek potenciálisan több definíciója van, és/vagy a szigorú definíciókkal rendelkező szókincs-kifejezések helytelen használata. Bár ez nem csak a biológiára jellemző probléma, mégis fontos felismerni, hogy előfordul. Életbeli példákból meríthetünk, hogy jobban megértsük ezt a kérdést. Például, amikor azt mondjuk, hogy „elmentem a boltba”, ésszerűen elvárható, hogy néhány dolgot azonnal megértsünk. Nem kell mondanunk: „Beültem és irányítottam egy négykerekű, zárt platformot, amelyet fosszilis tüzelőanyag elégetésével hajtanak meg egy olyan épületbe, amely összegyűjti az általam megszerzett javakat, és ezt megteheti úgy, hogy helyettesíthető valutát váltok az említettekre. áruk” üzenetünk lényegének közvetítésére. Az „elvezetett” és a „bolt” kifejezések használatának hátránya, hogy potenciálisan elvesztettük fontos részleteket arról, hogy mi is történt valójában. Lehet, hogy az autó akkumulátorról működik, és ez fontos a következő történet néhány részletének megértéséhez (különösen, ha a történetnek ez a része egy vontató sofőrjének hívását jelenti, hogy vegye fel Önt, miután az autó meghibásodott). Talán az adott üzlet ismerete fontos a kontextus megértéséhez. Néha ezek a részletek nem számítanak, de néha, ha nem ismerik őket, ez zavart okozhat. Fontos a szókincs helyes használata és a szóválasztás körültekintő kezelése. Az is kulcsfontosságú, hogy tudjuk, mikor kell egyszerűsíteni, és mikor kell további részleteket megadni.

Félre:

A laboratóriumban a biológia egyetemi hallgatók gyakran beszámolnak mentoraiknak arról, hogy „a kísérletem működött”, anélkül, hogy fontos részleteket osztana meg arról, hogy mit jelent, hogy „működött”, mi a bizonyíték, mennyire erős a bizonyíték, vagy mi az alapja. az ő megítélésükre szolgál – minden olyan részlet, amely kritikus a történtek pontos megértéséhez. Ha és/vagy amikor elkezd dolgozni egy kutatólaboratóriumban, tegye meg magának és tanácsadójának azt a szívességet, hogy RÉSZLETESEN írja le, mit próbált elérni (ne feltételezze, hogy emlékezni fognak a részletekre), hogyan döntött úgy, hogy eléri célját ( kísérleti tervezés), mik voltak a pontos eredmények (megfelelően címkézett adatok felmutatása javasolt), és az Ön értelmezése. Ha a leírást azzal szeretné befejezni, hogy "ezért működött!" az is remek.


Lehetséges NB vitapont

Tudna-e olyan példát találni, ahol a szókincs pontatlan vagy helytelen használata szükségtelen zűrzavart okozott a való életben? Írja le a példát, és beszélje meg, hogyan lehetett volna elkerülni a zavart.


Modellek és egyszerűsítő feltételezések

Modellek készítése valódi dolgokról

Az élet bonyolult. Annak érdekében, hogy megértsük, mit látunk magunk körül – mind a mindennapi életünkben, mind a tudományban vagy a mérnöki munkában – gyakran alkotunk modelleket. Egy általános aforizma kijelenti: minden modell téves, de néhány hasznos. Nem számít, milyen kifinomult, minden modell valami valóságos közelítése. Bár nem az „igazi” (és így téves), a modellek akkor hasznosak, ha lehetővé teszik számunkra, hogy jóslatokat készítsünk a valós életről, amelyet felhasználhatunk. A modellek különféle formákban kaphatók, többek között, de nem kizárólagosan:

A modellek típusai

  • Fizikai modellek: 3D objektumok, amelyeket megérinthetünk.
  • Rajzok: Lehetnek papíron vagy számítógépen, és akár 2D-ben, akár virtuális 3D-ben. Leginkább őket nézzük.
  • Matematikai modellek: Ezek matematikai értelemben írnak le valamit a való életben. Ezek segítségével kiszámítjuk a megérteni kívánt dolog vagy folyamat viselkedését.
  • Verbális vagy írott modellek: Ezeket a modelleket írott vagy beszélt nyelven közöljük.
  • Mentális modellek: Ezeket a modelleket elménkben építjük fel, és más típusú modellek létrehozására és a világ megértésére használjuk fel.

Feltételezések egyszerűsítése


Általában a tudományban és a mindennapi életben egyaránt előnyben részesítjük az egyszerű modelleket az összetettekkel szemben. Az összetett valós dolgok egyszerű modelljeinek létrehozása azonban megköveteli tőlünk a feltételezések egyszerűsítése. Azáltal, hogy modelljeinkben egyszerűsítő feltevéseket használunk, eltávolítjuk a valós dolgok bizonyos összetettségeit, és így egyszerűsítjük az elemzést. Például, ha valaki kosárlabdát próbál modellezni, azt az egyszerűsítő feltételezést teheti, hogy a labda tökéletes gömb, figyelmen kívül hagyva a panelek közötti vonalakat. Amikor egy egyszerűsített modell már nem jósolja meg a valódi dolog viselkedését egy kísérlet elfogadható határain belül, túl sok egyszerűsítő feltevést tettek. Ha kevés prediktív érték származik abból, hogy több részletet adunk a modellhez, akkor az valószínűleg túlságosan összetett. Vessünk egy pillantást a különböző tudományágak különböző típusaira, és mutassunk rá egyszerűsítő feltevéseikre.

Példa a fizikából: blokk súrlódásmentes síkon

1.ábra. Vonalrajz, amely egy általános lejtősíkon ülő (bármilyen anyagú) blokkot modellez. Ebben a példában néhány leegyszerűsítve feltételezések készülnek. Például a blokk és a sík anyagának részleteit figyelmen kívül hagyja. Gyakran a kényelem kedvéért azt is feltételezhetjük, hogy a gép súrlódásmentes. Az a feltételezések egyszerűsítése engedje meg a tanulónak, hogy gyakorolja annak gondolkodását, hogyan lehet egyensúlyba hozni a blokkra ható erőket, amikor az fel van emelve egy gravitációs térben, és lássa, hogy a felület, amelyen ül, nem merőleges a gravitációs vektorra (mg). Ez leegyszerűsíti a matematikát, és lehetővé teszi a tanuló számára, hogy a modell geometriájára és annak matematikai ábrázolására összpontosítson. A modell és annak a feltételezések egyszerűsítése, ésszerűen jó munkát végezhet egy lejtős üvegsíkon lecsúszott jégkocka viselkedésének előrejelzésében, de valószínűleg rosszul látja előre a nedves szivacs viselkedését csiszolópapírral bevont lejtős síkon. A modell túlságosan leegyszerűsödne az utóbbi forgatókönyv esetében.
Forrás: Készítette: Marc T. Facciotti (Saját alkotás)

Példa a biológiából: egy fehérje szalagdiagramja - a transzmembrán fehérje, a bakteriorodopszin

2. ábra. Ez a bakteriorodopszin transzmembrán fehérje rajzfilmmodellje. A fehérje világoskék és lila szalagként jelenik meg (a különböző színek az alfa hélixet és a béta lapot emelik ki), a kloridion sárga gömbként, a piros gömbök vízmolekulákat, a rózsaszín golyók és pálcikák a retina molekulát ábrázolják. a fehérje „belső” oldalán, a narancssárga golyók és pálcikák pedig más lipidmolekulákat képviselnek, amelyek a fehérje „külső” felületén helyezkednek el. A modell két nézetben jelenik meg. A bal oldalon a modell "oldalról" látható, míg a jobb oldalon a hosszú tengelye mentén a fehérje extracelluláris oldaláról (90 fokkal elforgatva a lapból a bal oldali nézetből). Ez a modell leegyszerűsíti a fehérje számos atomi szintű részletét. Nem képes reprezentálni a fehérje dinamikáját sem. Az a feltételezések egyszerűsítése azt jelenti, hogy a modell nem végezne jó munkát annak előrejelzésével, hogy mennyi időbe telik, amíg a fehérje elvégzi a munkáját, vagy azt, hogy másodpercenként hány proton szállítható át a membránon. Másrészt ez a modell nagyon jó munkát végez annak előrejelzésében, hogy a fehérje mekkora helyet foglal el a sejtmembránban, milyen messzire ül a membránban a retina, vagy hogy bizonyos vegyületek ésszerűen „kiszivároghatnak” a belső csatornán.
Forrás: Készítette: Marc T. Facciotti (saját munka), University of California, Davis
Származó PDBID: 4FPD

Példa a kémiából: a glükóz molekuláris vonalmodellje

3. ábra. Egy glükózmolekula vonalrajza. Megállapodás szerint az egyenes vonalak találkozási pontjait szénatomoknak kell tekinteni, míg a többi atomot kifejezetten ábrázolják. Tekintettel az itt képletesen bemutatott atomok természetére vonatkozó további információkra, ez a modell hasznos lehet a molekula egyes kémiai tulajdonságainak előrejelzésében, beleértve az oldhatóságot vagy a lehetséges reakciókat, amelyekbe más molekulákkal léphet fel. Az a feltételezések egyszerűsítése, azonban elrejtik a molekulák dinamikáját.
Forrás: Készítette: Marc T. Facciotti (Saját alkotás)

Példa a hétköznapokból: egy Ferrari méretarányos makettje

4. ábra. Egy Ferrari méretarányos modellje. Ebben a modellben számos egyszerűsítés létezik. A legtöbben csak a valódi autó általános alakjának és relatív arányainak előrejelzésére teszik ezt a modellt hasznossá. Ez a modell például nem ad előrejelzést arról, hogy az autó milyen jól vezet, vagy milyen gyorsan áll meg 70 km/s sebességtől.
Forrás: Készítette: Marc T. Facciotti (Saját alkotás)


Lehetséges NB vitapont

Írjon le egy fizikai modellt, amelyet a mindennapi életben használ. Mit egyszerűsít le a modell a valódihoz képest?


Lehetséges NB vitapont

Írj le egy rajzot, amelyet a természettudományos órán használsz valami valódi modellezésére. Mit egyszerűsít le a modell a valódihoz képest? Milyen előnyei és hátrányai vannak az egyszerűsítéseknek?


A gömb alakú tehén

A gömb alakú tehén a fizika híres metaforája, amely kigúnyolja a fizikusok azon tendenciáját, hogy rendkívül leegyszerűsített modelleket alkossanak nagyon összetett dolgokhoz. Számos vicc kapcsolódik ehhez a metaforához, és valahogy így hangzanak:

"Egy tehenészetben alacsony volt a tejtermelés, ezért a gazda írt a helyi egyetemnek, és segítséget kért az akadémiától. Összeállítottak egy multidiszciplináris professzori csapatot, élén egy elméleti fizikussal, és két hétig tartó intenzív helyszíni vizsgálatra került sor. A tudósok ezután visszamentek az egyetemre, a füzetek tele voltak adatokkal, ahol a jelentés megírását a csoportvezetőre bízták. Nem sokkal ezután a fizikus visszatért a farmra, és azt mondta a gazdának: "Megvan a megoldás, de csak gömb alakú tehenek esetén működik vákuumban.""

Forrás: a Wikipédia oldala a Gömbtehénről – megtekintve 2015. november 23-án.

5. ábra. Egy gömb alakú tehén rajzfilmje.
Forrás: https://upload.wikimedia.org/wikiped.../d2/Sphcow.jpg
Ingrid Kallick (saját munka) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) vagy CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], a Wikimedia Commons-on keresztül

A gömb alakú tehén mulatságos módja annak, hogy nevetségessé tegyük az egyszerű modellek létrehozásának folyamatát, és nagyon valószínű, hogy a BIS2A oktatója a gömb alakú tehénre hivatkozik, amikor valami túlságosan leegyszerűsített biológiás modelljét vitatják meg. Készülj fel rá!

Határos vagy aszimptotikus elemzés

A BIS2A-ban gyakran használunk modelleket. Néha azt is szeretjük elképzelni vagy tesztelni, hogy modelljeink milyen jól reprezentálják a valóságot, és összehasonlítjuk azt azokkal az elvárásokkal, amelyekről tudjuk, hogy igazak a való életben. Ennek számos módja van attól függően, hogy mennyire pontosan kell ismernie a modellezni kívánt dolog viselkedését. Ha sok részletet kell ismernie, készítsen egy részletes modellt. Ha hajlandó kevesebb részlettel élni, egyszerűbb modellt fog készíteni. A jelentkezés mellett a feltételezések egyszerűsítése, gyakran hasznos az általunk nevezett technika segítségével felmérni a modelljét határoló vagy aszimptotikus elemzés. Ennek a technikának a fő ötlete a modell használata, kiegészítve vele a feltételezések egyszerűsítése, hogy megértsük, hogyan viselkedhet az igazi extrém körülmények között (például értékelje ki a modellt egy változó minimális és maximális értékén). Nézzünk meg egy egyszerű, valós életből származó példát ennek a technikának a működésére.

Példa: határolás

Probléma beállítás
Képzelje el, hogy el kell hagynia Davis-t (Kalifornia), és a hétvégére haza kell mennie Selmába, Kaliforniába. Délután 5 óra van, és azt mondtad a szüleidnek, hogy 18:30-ra otthon leszel. Selma 200 mérföldre (322 km) van Davistől. Attól félsz, hogy nem érsz haza időben. Tudsz valami becslést kapni arról, hogy egyáltalán lehetséges-e, vagy a mikrohullámú sütőben melegíted-e a vacsorát?

Egyszerűsített modell létrehozása és a határoló használata
Létrehozhat egy egyszerűsített modellt. Ebben az esetben feltételezhető, hogy az út Davis és Selma között tökéletesen egyenes. Azt is feltételezi, hogy autójának csak két sebessége van: 0 mph és 120 mph. Ez a két sebesség a minimális és maximális sebesség, amelyen utazhat – a határértékek. Most már megbecsülheti, hogy még az elméletileg „legjobb eset” forgatókönyv feltételezései mellett sem, amikor tökéletesen egyenes úton haladna akadályok és forgalom nélkül maximális sebességgel, nem fog időben hazaérni. Maximális sebességgel csak 180-at tesz meg a szükséges 200 mérföldből a rendelkezésre álló 1,5 óra alatt.

Értelmezés
Ebben a valós példában egy egyszerűsített modell jön létre. Ebben az esetben egy nagyon fontos a feltételezések egyszerűsítése készül: az utat egyenesnek, akadályoktól és forgalomtól mentesnek kell feltételezni. Ezek a feltételezések lehetővé teszik, hogy ésszerűen feltételezze, hogy ezen az úton teljes sebességgel haladhat a teljes távolságon. Az a feltételezések egyszerűsítése leegyszerűsített egy csomó mindent, amiről tudja, hogy valóban ott van a való világban, ami befolyásolja az utazási sebességet, és ezen túlmenően az utazáshoz szükséges időt is. A korlátok használata – vagy a viselkedés kiszámítása a minimális és maximális sebességnél – egy módja annak, hogy gyors előrejelzéseket készítsünk arról, hogy mi fog történni a való világban.

Hasonló elemzéseket fogunk végezni a BIS2A-ban.

A kulcsfontosságú modellfeltevések ismerete

A modellben szereplő egyszerűsítő feltevések ismerete kritikus fontosságú annak megítéléséhez, hogy mennyire hasznos a valós élet előrejelzésében, és hogy elkezdjünk találgatni arról, hol kell javítani a modellen, ha nem kellően előrejelző. A BIS2A rendszerben rendszeres időközönként felkérést kap, hogy hozzon létre különböző típusú modelleket, és egyértelműen azonosítsa azokat a feltételezések egyszerűsítése és ezen feltevések hatása a modell hasznosságára és előrejelző képességére. A modelleket is együtt fogjuk használni határoló gyakorlatok, amelyek megpróbálnak megtanulni valamit a rendszer lehetséges viselkedéséről.

A tudományos módszer áttekintése

A túlzott leegyszerűsítés egyik példája, amely sok biológushallgatót (különösen tanulmányaik elején) zavarba ejt, az a nyelvhasználat, amely elrejti a tudásépítéshez használt kísérleti folyamatot. A célszerűség kedvéért gyakran úgy mesélünk a biológiai rendszerekről, mintha megkérdőjelezhetetlen tényeket mutatnánk be. Míg azonban a biológia témáiról gyakran írunk és beszélünk „tényszerű” tudás látszatát keltő meggyőződéssel, a valóság sokszor árnyaltabb és jelentős bizonytalanságokkal teli. Az anyagok „tényszerű” bemutatása (általában hiányzik a bizonyítékok megvitatása vagy a bizonyítékokba vetett bizalom) azzal a természetes hajlamunkkal játszik szerepet, hogy jól érezzük magunkat, ha „tudunk” dolgokat, de hajlamos hamis biztonságérzetet kelteni a tudás állapotában, és kevéssé ösztönzi a képzelet használatára vagy a kritikai gondolkodás fejlesztésére.

A természeti világgal kapcsolatos ismereteink leírásának jobb módja az lenne, ha egyértelműen meghatározzuk, hogy amit a tudományban "igaznak" ismerünk, az csak a témával kapcsolatos jelenlegi legjobb megértését jelenti; olyan megértés, amelyet kísérletekkel még nem cáfoltak meg. Sajnos az ismételt minősítés meglehetősen nehézkessé válik. Fontos emlékeznünk arra, hogy bár ezt nem mondjuk ki kifejezetten, az órán megvitatandó ismeretek csak a legjobb tudást képviselik. Egyes ötletek kiállták az ismételt és változatos kísérletezést, míg más témákat még nem kell alaposan tesztelni. Tehát ha nem vagyunk olyan biztosak a dolgokban, mint ahogyan azt néha hinni szeretnénk, honnan tudhatjuk, hogy miben bízzunk, és miben legyünk szkeptikusak? A teljes válasz nem triviális, de a kérdés megértésének fejlesztésével kezdődik folyamat a tudományban új ismeretek felépítésére használjuk. A tudományos módszer az

folyamat

amely által új tudás fejlődik ki. Míg a folyamat leírható a „lépések” hosszú listáival (amelyek gyakran láthatók a tankönyvekben), a fő elemei tömörebben is leírhatók.

A tudományos módszer tömör leírása (Feynmantől átvéve)

  1. Tegyen egy megfigyelést a világról.
  2. Javasoljon egy lehetséges magyarázatot a megfigyelésre!
  3. Tesztelje a magyarázatot kísérlettel.
  4. Ha a magyarázat nem egyezik a kísérlettel, akkor a magyarázat hibás.

Lényegében ez az! A tudományban többféle, egyidejűleg javasolt magyarázat vagy ötlet lehet, amelyeket kísérletekkel tesztelnek. Azok az ötletek, amelyek meghiúsulnak a kísérletezésben, elmaradnak. Azok az ötletek, amelyek túlélik a kísérletezést, előrehaladnak, és gyakran újra tesztelik őket alternatív kísérletekkel, amíg azok is kudarcot vallanak, vagy továbbra is megmaradnak.

Megfigyelés és kérdésfeltevés

A hasznos megfigyelések és/vagy értelmes kérdések feltevésének képessége kíváncsiságot, kreativitást és képzelőerőt kíván – ezt nem lehet túlhangsúlyozni. Valójában történelmileg mindenekelőtt ezeknek a készségeknek az alkalmazása, talán több, mint a technikai képesség, ami nagy előrelépéshez vezetett a tudományban. Sokan úgy gondolják, hogy az értelmes megfigyelések és a hasznos kérdések feltevése a tudományos módszer legegyszerűbb része. Ez nem mindig van így. Miért? Meglátni, amit mások még nem kértek, és a kreativitás egyaránt munkát és átgondolt gondolkodást igényel! Emellett megfigyelőérzékeinket gyakran élettapasztalat, előzetes tudás vagy akár saját biológiánk is torzítja. Ezek a mögöttes elfogultságok befolyásolják, hogyan látjuk a világot, hogyan értelmezzük a látottakat, és mire vagyunk kíváncsiak. Ez azt jelenti, hogy amikor a világot nézzük, sok olyan dolgot kihagyhatunk, ami valójában az orrunk alatt van. Douglas Adams, aki leginkább a című könyvéről ismert Stoppos kalauz a galaxishoz, miután ezt a pontot kibővítettük a következő írással:

"A legfélrevezetőbb feltételezések azok, amelyekről nem is tudod, hogy teszed."

A tudósoknak ezért tisztában kell lenniük a mögöttes torzításokkal és minden olyan feltételezéssel, amely befolyásolhatja a megfigyelések internalizálását és értelmezését. Ez magában foglalja azt az elfogultságunkat, hogy a különféle helyek, ahol ismereteinket szerezzük (például tankönyvek, oktatók, internet), egészséges adag szkepticizmussal képviselik az abszolút igazságot. Meg kell tanulnunk megvizsgálni az általunk állítólagosan ismert „tények” mögött rejlő bizonyítékokat, és kritikus ítéleteket kell hoznunk arról, hogy mennyire bízunk ebben a tudásban. Általánosabban fogalmazva, jól eltöltött idő, ha időt szakítunk a gondos megfigyelésekre, és feltárunk minden olyan feltételezést és torzítást, amely befolyásolhatja azok értelmezését. Ezt a készséget, mint az összes többit, fejleszteni kell, gyakorolni kell, és megpróbáljuk elindítani ezen a BIS2A-ban.

A szórakozás kedvéért és a megfigyelési képességek teszteléséhez használja a Google „megfigyelési tesztjeit”. A keresési eredmények közül sok érdekes pszichológiai tesztekhez és/vagy videókhoz vezet, amelyek bemutatják, milyen nehéz is lehet a pontos megfigyelés.

Ellenőrizhető hipotézis generálása

A fenti harmadik lépésben említett „lehetséges magyarázatnak” hivatalos neve van; úgy hívják a hipotézis. A hipotézis nem véletlen találgatás. A hipotézis egy esemény vagy megfigyelés művelt (előzetes tudáson vagy új nézőponton alapuló) magyarázata. Általában akkor a leghasznosabb, ha egy tudományos hipotézis ellenőrizhető. Ez megköveteli, hogy létezzenek a rendszer informatív méréseinek eszközei, és hogy a kísérletezőnek kellő ellenőrzése legyen a kérdéses rendszer felett, hogy elvégezze a szükséges megfigyeléseket.

A legtöbb esetben a kísérletező által tesztelni kívánt rendszer viselkedését számos tényező befolyásolhatja. A viselkedéseket és tényezőket függő, illetve független változóknak nevezzük. A függő változó az a viselkedés, amelyet magyarázni kell, míg a független változók mindazok a dolgok, amelyek megváltoztathatják és befolyásolhatják a függő változó viselkedését. Például egy kísérletvezető, aki kifejlesztett egy új gyógyszert a vérnyomás szabályozására, meg akarhatja próbálni, hogy az új gyógyszere valóban befolyásolja-e a vérnyomást. Ebben a példában a rendszer az emberi test, a függő változó lehet a vérnyomás, a független változók pedig egyéb olyan tényezők, amelyek megváltoztatják és befolyásolják a vérnyomást, mint például az életkor, a nem és a különböző oldható tényezők szintje a véráramban.

jegyzet

A BIS2A-ban és azon túlmenően inkább kerüljük az olyan kifejezéseket, mint „a kísérlet bebizonyította a hipotézisét”, amikor olyan esetre hivatkozunk, mint a fenti vérnyomáspélda. Inkább azt mondanánk: „a kísérlet összhangban van az ő hipotézisével”. Vegye figyelembe, hogy a kényelem kedvéért az alternatív hipotézist egyszerűen „hipotézisnek” neveztük! Helyesebb lenne kijelenteni: „a kísérlet meghamisította a nullhipotézist, és összhangban van az alternatív hipotézisével”. Miért használja ezt a parancsikont, mivel ez zavart okoz, amikor egy diák tanulni próbál? Ebben az esetben a fenti, a nyelvi billentyűparancsokkal kapcsolatos pont és ebből adódóan a hosszadalmas magyarázat illusztrálására történt. Legyen azonban tisztában ezzel a gyakran használt gyorsbillentyűvel, és tanulja meg, hogy maga tudja-e a helyes jelentést olvasni.


Lehetséges NB vitapont

Mit jelent a hipotézisek meghamisítására vonatkozó állítás saját szavaival? Miért kritikus a hamisítás a tudományos módszer szempontjából?


Vezérlők

Ideális esetben egy kísérlet kontrollcsoportokat is tartalmaz. A kontrollcsoportok olyan kísérleti körülmények, amelyekben a független változók (egynél több is lehet) értékeit a kísérleti csoportéhoz közel tartják, kivéve a vizsgált független változót. A vérnyomás példájában az ideális forgatókönyv az lenne, ha egy azonos embercsoport szedné a kábítószert, és egy másik, a kísérleti csoportba tartozókkal azonos csoport olyan tablettát venne be, amelyről ismert, hogy nem befolyásolja a vérnyomást. Ebben a túlságosan leegyszerűsített példában minden független változó azonos a kontroll és a kísérleti csoportban, kivéve az új gyógyszer jelenlétét vagy hiányát. Ilyen körülmények között, ha a kísérleti csoport függő változójának (vérnyomás) értéke eltér a kontrollcsoportétól, akkor ésszerűen levonható az a következtetés, hogy a különbségnek a független változók különbségéből kell erednie (a vérnyomás jelenléte/hiánya). drog). Természetesen ez az ideális. A való életben lehetetlen elvégezni a javasolt gyógyszeradagolási kísérletet; a lehetséges független változók puszta száma a potenciális betegek egy csoportjában magas lenne. Szerencsére, bár a való életben a statisztikusok segítettek, nem kell megértenie a BIS2A statisztikai problémáinak árnyalatait.

A mérés pontossága, a bizonytalanság és a replikáció

Végül megemlítjük azt az intuitív elképzelést, hogy a kísérlet során a mérésekhez használt eszközöknek ésszerűen pontosaknak kell lenniük. Mennyire pontos? Ezeknek elég pontosaknak kell lenniük ahhoz, hogy megfelelő bizonyossággal méréseket lehessen levonni arra vonatkozóan, hogy a független változókban bekövetkezett változások valóban befolyásolják-e a függő változó értékét. Ismét vesszük a fenti vérnyomás példát. Ebben a kísérletben azt a fontos feltételezést hajtottuk végre, hogy a kísérletvezetőnek olyan eszközei voltak, amelyek lehetővé tették számára, hogy pontos méréseket végezzen a gyógyszer hatásaival összefüggő vérnyomásváltozásokról. Például, ha a kábítószerrel kapcsolatos változások 0 és 3 Hgmm között mozogtak, és a mérőműszere +/- 5 Hgmm bizonyossággal képes volt mérni a vérnyomás változásait, akkor nem tudta volna elvégezni a hipotézise teszteléséhez szükséges méréseket, vagy megtette volna. elmulasztotta látni a gyógyszer hatását. A példa kedvéért feltételezzük, hogy jobb műszere volt, és biztos lehet benne, hogy az általa mért változások valóban a gyógyszeres kezelés miatti eltérések, és nem mérési hibából, minta-minta variabilitásból származnak. , vagy más olyan variációs források, amelyek csökkentik a kísérletből levont következtetések megbízhatóságát.

A mérési hiba témája arra késztet bennünket, hogy megemlítsük, hogy a kísérleti adatokban számos más lehetséges bizonytalansági forrás is lehet, amelyeket diákként végül is meg kell tanulnia. Ezeknek a hibaforrásoknak nagy szerepe van annak meghatározásában, hogy mennyire vagyunk biztosak abban, hogy a kísérletek megcáfoltak egy hipotézist, mennyire kell bíznunk a kísérleti eredmények értelmezésében és ezen keresztül jelenlegi tudásunkban. Még ebben a szakaszban is fel fog ismerni néhány kísérleti stratégiát, amelyeket a bizonytalansági források kezelésére használnak (azaz több mintán végzett méréseket, ismétlődő kísérletek létrehozását). Erről a későbbiekben a statisztikai kurzusok során többet is megtudhat.

Egyelőre azonban tisztában kell lennie azzal, hogy a kísérletek bizonyos fokú megbízhatóságot hordoznak az eredményekben, és hogy az eredményekbe vetett bizalom mértékét számos tényező befolyásolhatja. Az egészséges szkepticizmus kialakítása többek között magában foglalja egy kísérlet minőségének értékelését és az eredmények értelmezését, valamint az ehhez hasonló dolgokkal kapcsolatos kérdéseket.


Lehetséges NB vitapont

Miután Kaliforniába költözött, hogy részt vegyen az UC Davisben, beleszeretett a friss paradicsomba. Úgy dönt, hogy a boltokban lévő paradicsom egyszerűen nem ízlik, és elhatározza, hogy saját magának termeszti.

Paradicsomnövényeket ültetsz az egész kertedben; most már minden szabad helyre van egy frissen ültetett paradicsompalánta ugyanabból a fajtából. Paradicsomot ültetett a földbe teljes napfényben és a háza mellett teljes árnyékban.

Megfigyelés: Az első betakarítási év után elkészíti a megfigyelés hogy a teljes árnyékban növekvő növények szinte mindig rövidebbnek tűnnek, mint a teljes napon. Úgy gondolja, hogy van egy ésszerű magyarázata (hipotézise) erre a megfigyelésre.

A fenti információk alapján a következő hipotézist állítja fel a paradicsomban észlelt magasságbeli különbségek magyarázatára:

Hipotézis: A paradicsomnövényeim által elért magasság pozitívan korrelál a napfény mennyiségével, amelynek ki vannak téve (pl. minél több napsütés éri a növényt, annál magasabb lesz).

Ez a hipotézis ellenőrizhető és meghamisítható. Tehát a következő nyáron úgy dönt, hogy teszteli hipotézisét.

Ez a hipotézis lehetővé teszi az előrejelzések készítését is. Ebben az esetben megjósolhatja, hogy HA az udvar napos részén árnyékolna egy paradicsomkészletet, akkor azok a növények rövidebbek lennének, mint a napfényes szomszédaik.

Kísérletet tervez hipotézisének tesztelésére, és megvásárolja ugyanazt a paradicsomfajtát, amelyet előző évben ültetett, és újra beülteti az egész udvart. Ebben az évben azonban úgy dönt, hogy két különböző dolgot tesz:

  1. Létrehoz egy árnyékos szerkezetet, amelyet az udvar napsütötte részén a növények egy kis csoportja fölé helyez.
  2. Olyan tükrös szerkezetet építesz, amely átirányítja a napfényt az udvar árnyékos részén található növények egy kis csoportjára.

1. kérdés: A fenti parancsikont használtuk. Létrehozhat állításokat null- és alternatív hipotézishez is? Dolgozzon együtt osztálytársaival ennek érdekében.

2. kérdés: Miért hoz létre árnyékszerkezetet? Mi ez a teszt? Hipotézise alapján mit jósol, mi fog történni a növényekkel az árnyékszerkezet alatt?

3. kérdés: Miért csinálod a tükörszerkezetet? Miért van szükséged erre a konstrukcióra, ha már megvan az árnyékszerkezet?

Új adatok: A nyár végén megméri a paradicsomnövények magasságát, és ismét azt tapasztalja, hogy az udvar napos részén a növények valóban magasabbak, mint az udvar árnyékos részén. Mindazonáltal észreveszi, hogy nincs magasságkülönbség az árnyékban lévő növények és a közvetlenül az épület melletti növények között, teljes napsütésben. Ezenkívül észreveszi, hogy az udvar árnyékos részén a növények nagyjából egy magasságban vannak, beleértve azokat is, amelyekre extra fény sütött a tükörszerkezetén keresztül.

4. kérdés: Mire vezet ez a kísérlet? Mit próbálnál meg tenni legközelebb?

5. kérdés: Képzeljen el egy alternatív forgatókönyvet, amelyben – mint korábban – felfedezte, hogy az udvar napos részén a növények egyforma magasságúak (még azok is, amelyek az árnyékos szerkezet alatt vannak), de az udvar árnyékos részén lévő növények „extrát” kaptak. ” a tükörszerkezeted fénye magasabbra nőtt, mint közvetlen szomszédaik. Mit mondana ez az alternatív hipotéziséről? Null hipotézist? Mit tennél ezután?

6. kérdés: Milyen feltételezéseket tesz a mérések elvégzésének képességéről ebben a kísérletben? Milyen hatással lehetnek ezek a feltételezések az eredmények értelmezésére?

Ezen az órán alkalmanként felkérést kap, hogy állítson fel hipotézist, értelmezze az adatokat, és tervezzen kísérleteket megfelelő kontrollokkal. Mindezek a készségek gyakorlást igényelnek – a BIS2A-ban elkezdhetjük gyakorolni őket. Ismételten, bár nem várjuk el tőled, hogy mesterek legyél a szöveg elolvasása után, azt feltételezzük, hogy az első héten olvastad ezt a szöveget, és a kapcsolódó fogalmak nem teljesen újak számodra. Mindig visszatérhet ehhez a szöveghez, mint forráshoz, hogy felfrissítse magát.


Jogi nyilatkozat

Míg a kísérleti módszer előző kezelése nagyon alapvető – kétségtelenül számos kifinomultsági réteget fog hozzáadni ezekhez az alapgondolatokhoz, miközben folytatja tanulmányait –, a BIS2A témájába kellő bevezetésként kell szolgálnia. A legfontosabb megjegyzés ebből a részből az, hogy a kurzusban bemutatott tudás, bár néha akaratlanul is megcáfolhatatlan tényként jelenik meg, valójában csak a legfrissebb hipotézis arról, hogyan történnek bizonyos dolgok a biológiában, amelyet még kísérletekkel meg kell hamisítani.

A tervezési kihívás

Az Ön BIS2A oktatói kidolgoztak valamit, amit mi „The Design Challenge”-nek hívunk, hogy segítsen nekünk a kurzusban tárgyalt témákat problémamegoldó és/vagy tervezési szempontból megközelíteni. Ez az oktatási eszköz segít nekünk:

• kialakítani egy gondolkodásmódot vagy megközelítési módot az anyaghoz és
• megtervezni egy sor egymást követő lépést, amely segít strukturálni a kurzus témáiról való gondolkodást problémamegoldó kontextusban.

Hogyan működik? Amikor egy témával találkozunk az órán, a „The Design Challenge” arra ösztönöz bennünket, hogy a következő problémamegoldás-centrikus módon gondolkodjunk róla:

  1. Azonosítsa a problémá(ka)t – ez magában foglalhatja a „nagy” problémák azonosítását, valamint „kisebb” beágyazott részproblémákra bontását
  2. Határozza meg a sikeres megoldások kritériumait
  3. Azonosítsa és/vagy képzelje el a lehetséges megoldásokat
  4. Értékelje a javasolt megoldásokat a siker kritériumai alapján
  5. Válasszon megoldást

A tervezési kihívás szerkezetének felhasználásával a jellemzően tények és történetek listájaként bemutatott témák rejtvényekké vagy megoldásra szoruló problémákká alakulnak. Például a sejtosztódás témájával kapcsolatos vitát egy probléma motiválja. A probléma kijelentése lehet: "A sejtnek osztódnia kell". A siker bizonyos kritériumai közé tartozhat, hogy minden leánysejtben közel azonos DNS-másolatnak kell lennie, az organellumokat el kell osztani a leánysejtek között, hogy mindegyik életképes maradjon stb. Ezeket a nagyobb „sejtnek szüksége van a oszt” probléma. Ezután folytathatja a kihívások feltárását, és megpróbálhatja felhasználni a meglévő tudást és képzeletet, hogy megoldást javasoljon ezekre a problémákra. Különböző megoldásokat lehet értékelni, majd összehasonlítani azzal, amit a Természet tett (legalábbis a jól tanulmányozott esetekben).

Ez a gyakorlat megköveteli tőlünk a képzelőerő és a kritikai gondolkodás használatát. Arra is ösztönzi a hallgatót és az oktatót, hogy kritikusan gondolkodjanak miért az adott témát fontos tanulmányozni. A biológia tanításának Design Challenge megközelítése arra tesz kísérletet készítsenek a hallgató és az oktató azokra a fontos alapkérdésekre összpontosít, amelyek a tudás fejlesztését elsősorban vezérelték! Arra is ösztönzi a tanulókat, hogy új ötleteket álmodjanak meg, és olyan módon lépjenek kapcsolatba az anyaggal, amely inkább kérdés-/problémaközpontú, mint „tény”-központú. A kérdés-/problémaközpontú megközelítés eltér attól, amit a legtöbb ember megszokott, de végső soron hasznosabb olyan készségek, mentális keretek és ismeretek fejlesztésében, amelyek átadják azokat a problémákat, amelyekkel tanulmányaik során és azon túl is találkoznak.

Példa

Például a BIS2A vezérlő problémája a „Hogyan építsünk cellát” megértése. Ezt a meglehetősen összetett problémát több kisebb részproblémára bontjuk, amelyek magukban foglalják:

  • az építőelemek beszerzése a környezetből sejtrészek felépítéséhez
  • a sejtrészek felépítéséhez szükséges energia beszerzése a környezetből
  • a sejt építőelemeinek átalakítása különböző formák között
  • energia átvitele a különböző tárolási formák között
  • új cella létrehozása egy régi cellából
  • az órán azonosított problémákat

Miközben feltárjuk ezeket a részproblémákat, időnként megvizsgáljuk, hogy a biológia hogyan kezelte az egyes kérdéseket. A részletekbe menően azonban ügyeljünk arra, hogy összpontosítsunk, és ne felejtsük el annak fontosságát, hogy mindig kapcsolatban maradjunk azokkal a kérdésekkel/problémákkal, amelyek motiváltak bennünket, hogy a konkrétumokról beszéljünk.

Tudományos módszer kontra tervezési kihívás

Ezen a ponton elgondolkodhat: "Mi a különbség a tudományos módszer és a tervezési kihívás rubrikája között, és miért van szükségem mindkettőre?" Ez nem szokatlan kérdés, ezért lássuk, most tisztázzuk-e ezt.

A tervezési kihívás és a tudományos módszer egyaránt olyan folyamat, amely hasonló tulajdonságokkal rendelkezik. A kritikus megkülönböztető jegy azonban az egyes folyamatok mögött meghúzódó cél. A tudományos módszer egy olyan folyamat, amelyet a kérdések lehetséges válaszainak kiküszöbölésére használnak. Egy tipikus forgatókönyv, amikor valaki a tudományos módszert alkalmazza, abban áll, hogy valaki megfigyelést végez, több magyarázatot javasol, olyan kísérletet tervez, amely segíthet egy vagy több magyarázatot kiküszöbölni, és reflektál az eredményre. Ezzel szemben a tervezési folyamatot a problémák megoldására használják. A tervezési kihívás tipikus forgatókönyve egy megoldásra szoruló problémával kezdődik, a sikeres megoldás kritériumainak meghatározásával, több lehetséges megoldás kidolgozásával, amelyek megfelelnek a sikerkritériumoknak, és vagy kiválasztanak egy megoldást, vagy átgondolják a terveken végrehajtandó változtatásokat. megfelelnek a siker kritériumainak. A legfontosabb működési különbség az, hogy a tervezési kihívás megköveteli a siker kritériumainak meghatározását, míg a tudományos módszer nem.

Bár mindkettő hasonló, a különbségek továbbra is valósak, és mindkét folyamatot gyakorolnunk kell. Azt állítjuk, hogy mindkét folyamatot a „valós életben” folyamatosan használjuk. Egy orvos például mindkét folyamatot interaktívan használja, miközben hipotéziseket állít fel, amelyek megpróbálják meghatározni, hogy mi okozhatja a beteg betegségeit. Megfordul, és a tervezési folyamatot felhasználva olyan kezelést készít, amely megfelel bizonyos sikerkritériumoknak. Lehet, hogy a tudós mélyen foglalkozik a hipotézisek létrehozásával, de végül olyan tervezési folyamatot kell alkalmaznia egy kísérlet felépítéséhez, amely bizonyos meghatározható sikerkritériumok mellett segít neki megválaszolni egy kérdést.

Mindkét folyamat hasonló, de fontos, hogy különböző helyzetekben használjuk, és mindkettőben jobbá akarunk válni.

Egy fontos megjegyzés:

Oktatói javaslatot tesznek néhány funkcionális hipotézisre, amelyek figyelembe veszik ezeket a tágabb szempontokat. Hipotéziseink néha olyan kijelentések formájában jelentkezhetnek, mint: „A dolog létezik mivel Ha teljesen őszinte akarok lenni, sok esetben valójában nem ismerjük az összes szelektív nyomást, amely bizonyos sejtstruktúrák létrejöttéhez vagy fenntartásához vezetett, és annak a valószínűsége, hogy egy magyarázat minden esetre megfelel. karcsú a biológiában. Az ok-okozati összefüggés/kapcsolat olyan kifejezések használatából ered, mint a "mivel"-t jó hipotézisként kell kezelni, nem pedig objektív, konkrét, vitathatatlan, tényszerű tudásként. Szeretnénk, ha megértené ezeket a hipotéziseket, és meg tudna beszélni az órán elhangzott gondolatokról, de azt is szeretnénk, hogy engedje el saját kíváncsiságát, és kezdje el gondolja át kritikusan ezeket az ötleteket. Próbálja ki a Design Challenge rubrikát, hogy felfedezzen néhány ötletet. A következőkben megpróbálunk olyan kérdéseket felvetni, amelyek ösztönzik ezt a tevékenységet.