მოსწავლეთა მეცნიერული კვლევის უნარ-ჩვევების განვითარება ბიოლოგიის სწავლების პროცესში

ცვლადების განსაზღვრა

საბუნებისმეტყველო საგნების VII-XIIკლასების სტანდარტში არის ასეთი შინაარსის ინდიკატორი: მოსწავლე განარჩევს მუდმივ და ცვლად (დამოკიდებულ და დამოუკიდებელ) პარამეტრებს. ქვემოთ გთავაზობთ მუდმივი და ცვლადი პარამეტრების განმარტებებს, ამ ცვლადების აღრიცხვისთვის შესაბამის მონაცემთა ცხრილებს, კონკრეტულ მაგალითებს და სავარჯიშოებს მოსწავლეებისთვის.

ექსპერიმენტის მსვლელობისას მეცნიერი განსაზღვრავს ერთი ცვლადის გავლენას სხვებზე. ცდის დროს აკვირდებიან რაღაც ობიექტს, პროცესს, მოვლენას და აინტერესებთ, ახდენს თუ არა მასზე გავლენას რამე კონკრეტული პირობა/ფაქტორი. სხვაგვარად, აინტერესებთ, არის თუ არა დაკვირვების ობიექტი დამოკიდებული ამ ფაქტორზე და როგორ იცვლება იგი (ობიექტი) ამ ფაქტორზე დამოკიდებულებით. ამრიგად, დაკვირვების ობიექტი დამოკიდებული ცვლადია, ხოლო ფაქტორი – დამოუკიდებელი.

მეცნიერისთვის მნიშვნელოვანია, ჩართოს თავის ანგარიშში დამოკიდებული და დამოუკიდებელი ცვლადების განმარტება ისე, რომ სხვა მეცნიერებმა, რომლებიც ამ ცდას გაიმეორებენ, იმავე სიზუსტით შეძლონ მონაცემების შეკრება და ჩაწერა.

დამოკიდებული ცვლადი იმის აღწერაა, რა იქნა გამოკვლეული და გაზომილი ცდის დროს და რას წარმოადგენს ეს სიდიდეები.

მაგალითად, დაკვირვების ობიექტია საფუარას გამრავლება. ცდით უნდა გავარკვიოთ, არის თუ არა დამოკიდებული მისი გამრავლების ინტენსივობა გარემო ფაქტორზე – ტემპერატურაზე. აქ საფუარას გამრავლების ინტენსივობა დამოკიდებული ცვლადია. გარემოს დაბალი ან მაღალი ტემპერატურა, თავის მხრივ, არ არის დამოკიდებული საფუარას გამრავლებაზე, ეს პირობა დაკვირვების ობიექტისგან დამოუკიდებლად არსებობს, ამიტომ ტემპერატურა დამოუკიდებელი ცვლადია.

როდესაც აკვირდებიან დამოკიდებულ ცვლადს რომელიმე კონკრეტულ პირობასთან (მაგალითად, მაღალ ან დაბალ ტემპერატურასთან) მიმართებით, ყველა სხვა პირობა მუდმივი უნდა იყოს. მაგალითად, ზემოთ განხილულ შემთხვევაში საფუარასთვის მუდმივი უნდა იყოს განათება, ტენიანობა, შაქრის რაოდენობა.

დამოუკიდებელი ცვლადები მრავალფეროვანია და ცდაში ყველა მათგანის გათვალისწინება ძნელია, ამიტომ ცდის დროს აუცილებელი პირობაა ცდის კონტროლი (საკონტროლო ცდა).

მონაცემთა ცხრილის შექმნა

ექსპერიმენტის მონაცემების ჩასაწერად მეცნიერები იყენებენ მონაცემთა ცხრილს. მონაცემთა ცხრილი მოიცავს დამოკიდებულ და დამოუკიდებელ ცვლადებს. დამოუკიდებელი ცვლადი, ჩვეულებრივ, აღნუსხულია ცხრილის მარცხენა სვეტში, ხოლო დამოკიდებული – მარჯვენაში. ზოგჯერ საჭიროა ფრჩხილებში ცვლადის საზომი ერთეულის მითითება. ყველა ცხრილს უნდა ჰქონდეს ნომერი და სათაური.

მაგალითი 1

ცხრილი 1 ასახავს ჰიპოთეტური ექსპერიმენტის მონაცემებს, რომელიც გვიჩვენებს, როგორ არის დამოკიდებული უჯრედების ზრდა ზრდის ჰორმონის კონცენტრაციაზე.

მაგალითი 2

მეცნიერი შეისწავლის, როგორ იცვლება ორგანიზმის მიერ დახარჯული ენერგია სირბილის ხანგრძლივობის მიხედვით. ადამიანები დარბოდნენ სხვადასხვა ხნის – 10, 20 და 30 წუთის – განმავლობაში. ყველა შემთხვევაში იზომებოდა დახარჯული ენერგიის რაოდენობა კალორიებში და შედეგები აღირიცხებოდა მონაცემთა ცხრილში. რა არის ამ შემთხვევაში დამოკიდებული და დამოუკიდებელი ცვლადები? დამოკიდებული ცვლადია დახარჯული ენერგია, რომელიც სირბილის ხანგრძლივობის მიხედვით იცვლება. შესაბამისად, სირბილისთვის დახარჯული დროა დამოუკიდებელი ცვლადი.

მაგალითი 3

პლასტიდები ორგანოიდებია, რომლებსაც მრავალფეროვანი პიგმენტები აქვს. ქლოროპლასტები შეიცავს პიგმენტ ქლოროფილს და შეუძლია ფოტოსინთეზის წარმოება. ფოტოსინთეზის სიჩქარე იმატებს ქლოროპლასტების რიცხვის ზრდასთან ერთად. მოსწავლეებს სურდათ გამოეთვალათ, ზაფხულში უფრო სწრაფად მიმდინარეობდა ფოტოსინთეზი თუ შემოდგომაზე. მათ ზაფხულში და შემოდგომაზე მოაგროვეს დიდი რაოდენობის ფოთოლი და მათში ქლოროპლასტების რაოდენობა შეისწავლეს. ამ ცდაში დამოკიდებული ცვლადია ფოტოსინთეზის სისწრაფე, რაც ფოთლებში ქლოროპლასტების რაოდენობით განისაზღვრება, ხოლო დამოუკიდებელი – ზაფხულში და შემოდგომაზე მოგროვებული სხვადასხვა ხის ფოთლები.

სავარჯიშოები

სავარჯიშო 1

დავუშვათ, მეცნიერებმა გადაწყვიტეს გამოეკვლიათ, როგორ არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე ქლორელას უჯრედების გამრავლების ინტენსივობა.

1. მონაცემთა ცხრილის შექმნა: შექმენით მონაცემთა ცხრილი, რომელშიც ნაჩვენები იქნება, რომ უჯრედების რაოდენობა 20⁰C-ზე 3-ჯერ გაიზარდა, 30⁰C-ზე – 7-ჯერ, 40⁰C-ზე – 12-ჯერ, 50⁰C-ზე – 0-ჯერ.
2. ცვლადების იდენტიფიცირება: აღნიშნეთ თქვენს ცხრილში დამოუკიდებელი და დამოკიდებული ცვლადები.

ახსენით პასუხი.

სავარჯიშო 2

კომპანიამ, რომელიც აწარმოებს კვების პროდუქტებს, შექმნა ახალი ტიპის პროტეინული სასმელი ათლეტებისთვის. ამ კომპანიის მეცნიერებს ცდილობდნენ დაედგინათ pH-ის დონე, რომელიც ყველაზე ხელსაყრელია ფერმენტებისთვის პროტეინული სასმლის ცილების მოსანელებლად. მათ ჩაატარეს შემდეგი ექსპერიმენტული პროცედურა:

• აიღეს 5 სინჯარა 2-2 მლ პროტეინული სასმლით;
• აიღეს 5 სხვადასხვა ხსნარი, რომლებიც შეიცავდა ცილების მომნელებელ ფერმენტებს, მაგრამ თითოეულ ხსნარს ჰქონდა განსხვავებული pH: 1.5, 2.0, 2.5, 3.0 და 3.5. ეს ხსნარები თანაბარი რაოდენობით სათითაოდ დაამატეს სინჯარაში ჩასხმულ პროტეინულ სასმელებს;
• სინჯარები მოათავსეს ერთნაირ ტემპერატურაზე გარკვეული ხნით და გაზომეს თითოეულ მათგანში ცილების რაოდენობა.

იდენტიფიცირება: რომელია ამ ექსპერიმენტში დამოკიდებული ცვლადი და რომელი – დამოუკიდებელი?

ახსენით პასუხი.

სავარჯიშო 3

ერთ-ერთი კვლევის დროს მეცნიერები შეისწავლიდნენ მიტოქონდრიების რაოდენობას სხვადასხვა ასაკის ადამიანების ორგანიზში. მათ ჩაატარეს შემდეგი ექსპერიმენტული პროცედურა:

• მიიღეს კუნთოვანიქსოვილი სხვადასხვა ასაკის ადამიანებისგან;
• მიტოქონდრიების მოსანიშნავად ქსოვილებში შეიყვანეს რადიაქტიური ზონდები;
• სპეციალური ხელსაწყოთი უჯრედებში დაითვალეს მიტოქონდრიების რაოდენობა.

1. განსაზღვრეთ დამოკიდებული და დამოუკიდებელი ცვლადები ამ ექსპერიმენტისთვის. პასუხი დაასაბუთეთ.
2. ამ მონაცემების მიხედვით გააანალიზეთ, რა კავშირია ასაკსა და მიტოქონდრიების რაოდენობას შორის.

მასწავლებლებისთვის

სავარჯიშო #1: დამოკიდებული ცვლადია ქლორელას გამრავლების ინტენსივობა, ხოლო დამოუკიდებელი – ტემპერატურა.

სავარჯიშო #2: დამოკიდებული ცვლადია პროტეინული სასმლის ცილების მომნელებელი ფერმენტების აქტივობა, ხოლო დამოუკიდებელი – pH.

სავარჯიშო #3:

1. დამოკიდებული ცვლადია მიტოქონდრიების რაოდენობა, ხოლო დამოუკიდებელი – ადამიანების ასაკი.
2. ასაკის მატებასთან ერთად უჯრედებში იზრდება მიტოქონდრიების რაოდენობა.