Materiały dla uczniów zdających egzamin maturalny z biologii - część II

Część II

Zadania polegające na planowaniu obserwacji, doświadczenia, formułowaniu problemu badawczego lub hipotezy.

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 :

1. 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.

W tym przypadku musimy zastanowić się jaki parametr jest związany z pracą układu oddechowego. Jedynym parametrem jest częstotliwość z jaką można oddychać , a bieganie związane jest z intensywnym wysiłkiem fizycznym.
Dlatego należy porównać częstotliwość oddychania , co najmniej jednej osoby ( lub większej liczby ) w spoczynku ( przed biegiem ) i bezpośrednio po wysiłku ( biegu ), aby prawidłowo zaplanować obserwację.

Proponowana odpowiedź – plan obserwacji :

1. Przed biegiem ( w spoczynku ) zmierzyć liczbę oddechów na minutę u danej osoby ( częstotliwość oddechów ) za pomocą stopera,
2. Osoba biegnie na 60 m,
3. Zaraz po biegu ponowny pomiar liczby oddechów na minutę , za pomocą stopera,
4. Dodatkowo możemy zmierzyć liczbę oddechów po pewnym czasie od wykonania biegu,
5. Obserwowanym parametrem jest liczba oddechów na minutę czyli częstotliwość,
6. Sposób prowadzenia obserwacji – liczenie oddechów grupy uczniów przed i po biegu .

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.

Proponowana odpowiedź :

1. Uczeń wlewa do zlewki wodę wapienną.
2. Przez rurkę szklaną wdmuchuje do wody wapiennej wydychane powietrze.
3. Obserwuje zmianę – zmętnienie wody wapiennej ( roztworu ), powstaje węglan wapnia.

Informacje zebrane w czasie dobrze zaplanowanej obserwacji dostarczają materiału przydatnego w rozwiązywaniu różnych problemów.
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.

Proponowana odpowiedź:
Jeśli mamy potwierdzić szkodliwość palenia tytoniu musimy najlepiej wybrać przynajmniej dwie grupy : jedna grupa osób niepalących i druga grupa osób palących.

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 :

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.

Proponowana odpowiedź:

1. Próba kontrolna – do zlewki należy pobrać pantofelki wraz z wodą z akwarium .
2. Próba badawcza – w dwóch zlewkach należy sporządzić roztwory NaCl o różnych stężeniach, dodać do każdej z nich zakraplaczem pantofelki z akwarium.
3. Sposób zbierania wyników – na trzy szkiełka podstawowe przenieść zakraplaczem pantofelki. Obserwować za pomocą mikroskopu częstotliwość pulsowania wodniczek tętniących pantofelków umieszczonych w roztworach o różnych stężeniach NaCl oraz z próby kontrolnej i porównać otrzymane wyniki.

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.

Proponowana odpowiedź:
Próba kontrolna : kilka siewek kukurydzy umieszczamy na pożywce zawierającej pełny skład soli mineralnych.
Próba badawcza : kilka siewek kukurydzy umieszczamy na różnych pożywkach mineralnych. Każda z nich pozbawiona jest jednego wybranego pierwiastka.

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.

Proponowana odpowiedź:

1. Przygotowanie kilku co najmniej trzech probówek wypełnionych jednakową ilością wody z akwarium i umieszczenie w każdej probówce jednakowej długości fragmentu moczarki.
2. Naświetlenie każdej przygotowanej próby żarówką o różnej mocy.
3. Zbieranie wyników – liczenie ilości pęcherzyków wydzielanych przez moczarkę kanadyjską tlenu w określonej jednostce czasu.

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.

Proponowana odpowiedź :

1. Przygotowanie 3 zlewek i umieszczenie w każdej z nich warstwy wilgotnej ligniny
2. Umieszczenie w każdej zlewce jednakowej ilości nasion ( co najmniej 10 sztuk )
3. Umieszczenie każdej zlewki w miejscu o innej temperaturze – w lodówce, w temperaturze pokojowej, w cieplarce .
4. Zbieranie wyników : codziennie , o tym samym czasie dla wszystkich hodowli prowadzimy obserwacje przebiegu procesu kiełkowania i notujemy wyniki obserwacji czyli liczymy ilość wykiełkowanych nasion ( po 24 h, 48 h i 72 h ).

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

Rysunek przedstawia doświadczenie badające reakcję samic konika polnego znajdujących się w okresie godowym.

Sformułuj problem badawczy tego doświadczenia.

Proponowana odpowiedź:

1. Czy samice konika polnego bardziej reagują na widok samca, czy na jego głos?
2. Wpływ dźwięków wydawanych przez samca konika polnego na zachowanie się samic będących w okresie godowym.
3. W jaki sposób samce konika polnego wabią samice w okresie godowym.

W poniższej tabeli przedstawiono dane dotyczące wybranych cech różnych ssaków.

Sformułuj przykład problemu badawczego, do rozwiązania którego można wykorzystać dane zebrane w tabeli oraz wniosek, wynikający z interpretacji tych danych.

Proponowana odpowiedź :

1. Czy występuje zależność między długością ciąży a masą organizmu?
2. Jaka jest zależność między długością ciąży a masą organizmu?

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.

Proponowana odpowiedź :

1. Czy światło wpływa na kiełkowanie nasion?
2. Czy nasiona mogą kiełkować bez dostępu światła?
3. Jak światło wpływa na kiełkowanie nasion?
4. Wpływ światła na kiełkowanie nasion.
5. Badanie wpływu światła na kiełkowanie nasion.

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.

Na podstawie analizy powyższych danych sformułuj problem badawczy.

Proponowana odpowiedź:

1. Jak płeć wpływa na procentową zawartość tłuszczu w masie ciała?
2. Czy płeć wpływa na procentową zawartość tłuszczu w masie ciała?
3. Czy wiek wpływa na procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała?
4. Jak wiek wpływa na procentową zawartość tłuszczu w masie ciała?
5. Czy wiek i płeć wpływają na procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała?
6. Wpływ wieku i płci na procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała.

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.

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.

Na podstawie analizy powyższych danych przedstaw hipotezę badawczą .

Proponowana odpowiedź:

1. Procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała zależy od płci.
2. Procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała zależy od wieku.
3. Procentowa zawartość tłuszczu w masie ciała zależy od płci i wieku.
4. Wiek i płeć mają wpływ na procentową zawartość tłuszczu w masie ciała.

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.

Proponowana odpowiedź:

• Aktywność enzymów zależy od pH środowiska.
• Enzymy występujące w lizosomach są aktywne w środowisku kwaśnym.
• Enzymy występujące w lizosomach są nieaktywne w środowisku obojętnym.

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.

Proponowana odpowiedź:

1. Aktywność samic komarów zależy od pory dnia.
2. W ciągu dnia zmienia się liczba ataków na ludzi przez samice komarów.
3. Aktywność samic komarów zależy od wilgotności powietrza.
4. Wraz ze wzrostem wilgotności powietrza rośnie liczba ataków na ludzi przez samice komarów.

Tabela ilustruje wyniki przeprowadzonego doświadczenia na obecność związków organicznych.

Sformułuj hipotezę badawczą do tego doświadczenia.

Proponowana odpowiedź:

1. W organach roślinnych występują cukry/węglowodany.
2. W roślinach występują cukry/węglowodany.
3. Cukry/węglowodany występują w roślinach/organach.

Kolejna część materiałów będzie na stronie po 15 października.
Lucyna Konior