Планирование эксперимента: переменные, гипотезы, контроль
| Независимая переменная | То, что задаёт и изменяет сам экспериментатор (причина): температура, освещённость, концентрация раствора, доза удобрения. |
| Зависимая переменная | То, что измеряют, — меняется в ответ (следствие): скорость реакции, прирост массы, число всходов, частота пульса. |
| Гипотеза | Предположение о связи переменных, которое проверяется экспериментом; должна быть проверяемой и опровержимой. Рабочая (альтернативная) гипотеза H₁: «Y зависит от X». |
| Нулевая гипотеза (H₀) | Предположение, что связи между переменными нет. Шаблон: «Изучаемый параметр (Y) не зависит от задаваемого условия (X)». В сносках к заданиям ЕГЭ её описывают как принимаемое по умолчанию предположение об отсутствии связи между двумя наблюдаемыми явлениями. Эксперимент либо опровергает H₀, либо не даёт оснований её отвергнуть. |
| Контроль | Опыт, в котором изучаемый фактор не действует (или взят на исходном уровне): пробирка без фермента, растение без удобрений, интактные животные, плацебо. Показывает, что изменения вызваны именно фактором, — в этом роль контроля; вариант без воздействия называют отрицательным контролем. |
| Постоянные условия (контролируемые переменные) | Все остальные факторы (температура, объём, масса, время, освещённость, возраст особей) одинаковы во всех вариантах — иначе нельзя понять, что именно повлияло на результат. Объекты распределяют по вариантам случайно (например, жребием), чтобы в одну группу не попали только крупные или только ослабленные особи. |
| Повторности и среднее | Несколько повторов и усреднение снижают влияние случайных ошибок и индивидуальных различий, повышают достоверность. |
Порядок работы над экспериментом. Задания линий 2 и 22 проверяют именно эту логику, поэтому её удобно держать как готовую схему рассуждения:
| Шаг | Что делает исследователь | Типичная формулировка в задании |
|---|---|---|
| 1. Вопрос | Выделяет связь, которую хочет проверить. | «Как температура влияет на активность фермента?» |
| 2. Гипотезы | Формулирует рабочую гипотезу и нулевую (H₀ — влияния нет). | «Сформулируйте нулевую гипотезу». |
| 3. Переменные | Определяет, что меняет (независимая) и что измеряет (зависимая). | «Определите независимую и зависимую переменные». |
| 4. Контроль | Готовит вариант без действия фактора или с исходным его уровнем. | «Какая пробирка служит контролем и почему?» |
| 5. Постоянные условия | Уравнивает всё остальное: объём, массу, возраст, освещённость, время. | «Почему во все пробирки вносили одинаковый объём?» |
| 6. Повторность | Повторяет опыт, берёт несколько особей или делянок, усредняет. | «Почему измеряли 10 растений, а не одно?» |
| 7. Вывод | Сравнивает опыт с контролем и соотносит различие с разбросом. | «Сделайте вывод о влиянии фактора». |
Постановка и проверка гипотез. Гипотезу формулируют так, чтобы из неё следовало проверяемое предсказание: «если активность каталазы зависит от температуры, то высота пены при 0, 20 и 40 °C будет разной». Ей противопоставляют нулевую гипотезу (H₀: «активность каталазы не зависит от температуры») и планируют опыт так, чтобы его результат мог опровергнуть H₀. Если различие между вариантами достоверно, H₀ отвергают: данные говорят в пользу рабочей гипотезы, хотя и не доказывают её окончательно — вывод относится к изученным условиям. Если различие недостоверно, H₀ не опровергнута, но и не доказана: эффект может быть слабым, а данных — мало. Предположение, которое никаким опытом нельзя опровергнуть, научной гипотезой не считают.
| Вид контроля | Что это | Пример и зачем нужен |
|---|---|---|
| Отрицательный контроль | Вариант, в котором объект не подвергают изучаемому воздействию, а все остальные условия сохраняют такими же, как в опыте. Ожидаемый результат — «эффекта нет». | Пробирка с водой вместо фермента или с прокипячённым ферментом; растения без удобрения; группа, получающая плацебо. Показывает, что эффект вызван самим фактором, а не реактивами, условиями опыта или обращением с объектом. |
| Положительный контроль | Вариант с заранее известным результатом: действует вещество или фактор, эффект которого уже доказан. | Раствор крахмала + йод (синее окрашивание точно должно появиться); известный антибиотик рядом с испытуемым препаратом. Показывает, что метод и реактивы способны выявить эффект: если его нет и в положительном контроле, опыт поставлен неверно. |
| Контроль поставить нельзя | Независимая переменная — неотъемлемая характеристика объекта (возраст, пол, вид, сорт): исследователь не может её изменить или «отменить», а лишь подбирает объекты с разными её значениями. | Сравнивают показатели кровообращения у детей разного возраста: экспериментального воздействия нет, это сравнительное (наблюдательное) исследование, поэтому отрицательный контроль поставить нельзя. |
Как отвечать на «почему». Одинаковая масса/объём → одинаковое количество вещества (фермента, клеток). Одна партия семян / одна суспензия / один донор → исключены наследственные и индивидуальные различия. Одна и та же температура → температура одинаково влияет на скорость ферментативных реакций во всех вариантах. Много особей и повторностей → результат достовернее.
Маркеры ЕГЭ. «Что меняет экспериментатор» → независимая переменная; «что измеряет» → зависимая; «сосуд без фермента, без удобрения, с водой вместо препарата» → контроль; «одинаковые условия во всех вариантах» → исключение побочных факторов; «нулевая гипотеза» → формулировка «Y не зависит от X»; «контролируемые переменные» → то же, что постоянные условия; «вариант без воздействия при прочих равных условиях» → отрицательный контроль; «вариант с заведомо известным эффектом» → положительный контроль; «независимая переменная — возраст, пол, вид» → отрицательный контроль поставить нельзя: нет экспериментального воздействия.
| Нулевая гипотеза (H₀) | Предположение, что связи между переменными нет. Шаблон: «Изучаемый параметр (Y) не зависит от задаваемого условия (X)». В сносках к заданиям ЕГЭ её описывают как принимаемое по умолчанию предположение об отсутствии связи между двумя наблюдаемыми явлениями. Эксперимент либо опровергает H₀, либо не даёт оснований её отвергнуть. |
| Контроль | Опыт, в котором изучаемый фактор не действует (или взят на исходном уровне): пробирка без фермента, растение без удобрений, интактные животные, плацебо. Показывает, что изменения вызваны именно фактором, — в этом роль контроля; вариант без воздействия называют отрицательным контролем. |
| Шаг | Что делает исследователь | Типичная формулировка в задании |
|---|---|---|
| 4. Контроль | Готовит вариант без действия фактора или с исходным его уровнем. | «Какая пробирка служит контролем и почему?» |
| 7. Вывод | Сравнивает опыт с контролем и соотносит различие с разбросом. | «Сделайте вывод о влиянии фактора». |
Виды эксперимента. Лабораторный позволяет точно задать условия, но упрощает природную обстановку; полевой ближе к естественным условиям, зато в нём труднее удержать постоянные факторы; модельный (аквариум, климатическая камера, компьютерная модель) — компромисс, когда природный объект недоступен. Слепая схема (испытуемый или наблюдатель не знает, где опыт, а где контроль) исключает влияние ожиданий; в медицине её дополняют плацебо.
Отрицательный и положительный контроль. В заданиях линии 22 спрашивают, какой вариант служит контролем и можно ли его поставить в описанном исследовании. Если фактор нельзя «убрать» совсем (температура, pH), опыт сравнивают с обычным, исходным его уровнем.
| Вид контроля | Что это | Пример и зачем нужен |
|---|---|---|
| Отрицательный контроль | Вариант, в котором объект не подвергают изучаемому воздействию, а все остальные условия сохраняют такими же, как в опыте. Ожидаемый результат — «эффекта нет». | Пробирка с водой вместо фермента или с прокипячённым ферментом; растения без удобрения; группа, получающая плацебо. Показывает, что эффект вызван самим фактором, а не реактивами, условиями опыта или обращением с объектом. |
| Положительный контроль | Вариант с заранее известным результатом: действует вещество или фактор, эффект которого уже доказан. | Раствор крахмала + йод (синее окрашивание точно должно появиться); известный антибиотик рядом с испытуемым препаратом. Показывает, что метод и реактивы способны выявить эффект: если его нет и в положительном контроле, опыт поставлен неверно. |
| Контроль поставить нельзя | Независимая переменная — неотъемлемая характеристика объекта (возраст, пол, вид, сорт): исследователь не может её изменить или «отменить», а лишь подбирает объекты с разными её значениями. | Сравнивают показатели кровообращения у детей разного возраста: экспериментального воздействия нет, это сравнительное (наблюдательное) исследование, поэтому отрицательный контроль поставить нельзя. |
Закрепите теорию: 7 терминов и 11 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.
Пройти урок arrow_forward