If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Егер веб фильтрлерін қолдансаң, *.kastatic.org мен *.kasandbox.org домендері бұғатталмағанын тексер.

Негізгі бет

Бақыланатын эксперименттер

Гипотезаларды тексеру үшін ғалымдар эксперименттер мен бақылауларды қалай жүргізеді?

Кіріспе

Бізді қоршаған орта туралы сұрақтарға жауап алу үшін биологтар және басқа да ғалымдар ғылыми әдісті қолданады. Ғылыми әдіс бақылаудан басталады, нәтижесінде ғалымды қызықтыратын сұрақтар пайда болады. Содан соң ғалым гипотеза құрады, оны тексеру арқылы қойылған сұраққа жауап алуға болады.
Құрылған гипотеза үнемі дұрыс бола бермейді. Оны "ең сәйкес келетін болжам" деп қарастырған жөн, ал ғалым гипотезаның дұрыстығына көз жеткізу үшін оны сынауы керек. Ғалымдар гипотезаны болжам жасау арқылы сынайды: егер start text, X, end text гипотезасы дұрыс болса, ендеше start text, Y, end text ақиқат болуы керек. Одан кейін олар эксперимент жасау немесе бақылау арқылы болжамның дұрыстығын тексереді. Егер дұрыс болса, гипотеза расталады. Бұрыс болса, жаңа гипотеза құрылады.

Гипотеза қалай тексеріледі?

Ғалымдар өздерінің гипотезаларын мүмкіндігінше бақыланатын эксперименттер арқылы тексереді. Бақыланатын эксперимент дегеніміз бақыланатын жағдайларда жасалатын ғылыми тәжірибе, демек бір тәжірибеде тек бір (немесе бірнеше) фактор өзгертіліп отырады, ал қалғандары тұрақты болып қала береді. Бақыланатын эксперименттерді келесі бөлімде толық қамтитын боламыз.
Кейбір жағдайларда гипотезаны бақыланатын сынақ арқылы тексеру (практикалық не этикалық себептерге байланысты) мүмкін болмайды. Сондай жағдайда ғалым гипотеза дұрыс болғандағы қоршаған ортада орын алатын заңдылықтар жайлы болжам жасап гипотезаны сынай алады. Одан кейін деректерді жинау арқылы ондай заңдылықтардың бар-жоғын тексере алады.

Бақыланатын эксперименттер

Бақыланатын эксперименттің негізгі бөліктері қандай? Оны көрсету үшін қарапайым мысалды қарастырып көрейік.
Мен ас үйімде, терезенің жанында үрмебұршақ өскіндерін өсіруді шештім делік. Мен үрмебұршақ тұқымын құмырадағы топыраққа егіп, оны терезенің алдына қойып, өсіп шыққанын күтемін. Алайда өркендер бірнеше аптадан кейін де шықпайды. Неге жоқ? Себебі мен тұқымдарды суаруды ұмытып кеттім. Сонымен мен олар судың жетіспеуінен өніп шықпады деген болжам жасадым.
Гипотезамды тексеру үшін мен бақыланатын эксперимент жасаймын. Бұл экспериментте мен екі бірдей құмыраны алдым. Екеуінде де бірдей топырақта отырғызылған он үрмебұршақ тұқымы бар және екеуі де бір терезе алдына орналастырылған. Шын мәнінде екі құмыраны бір-бірінен ерекшелейтін бір ғана нәрсе бар:
  • Күн сайын түстен кейін бір құмыраға су құйылады.
  • Екінші құмыраға мүлдем су құйылмайды.
Бір аптадан кейін суарылған құмырадағы он тұқымның тоғызы өніп шықты, ал құрғақ құмырадағы тұқымның ешқайсысы көктемеді. «Тұқымға су керек» деген болжам шамасы дұрыс шығар!
Осы қарапайым мысал арқылы бақыланатын эксперименттің бөліктерін қарастырайық.
1-панель: Екі бірдей құмыра дайындалады. Әр құмыраға 10 үрмебұршақ тұқымы салынады. Құмыралар терезенің алдына орналастырылады.
2-панель: Бір құмыраға (эксперименттік топқа) су құйылады. Басқа құмыра (бақылау тобы) суарылмайды. Тәуелсіз айнымалы - берілген су мөлшері.
3-панель: Эксперименттік (суарылған) құмырада 9/10 тұқым өседі. Бақылаудағы (суарылмаған) құмырада 0/10 тұқым өседі. Өсіп шыққан тұқымдардың үлесі тәуелді айнымалы болып табылады.

Бақылау және эксперименттік топтар

Экспериментте екі топ бар және олар бірдей, тек біреуі өңделеді (суарылады), ал екіншісі өңделмейді. Тәжірибеде өңделетін топты (мұнда суарылатын құмыра) эксперименттік топ деп атайды, ал өңделмейтін топты (мұнда құрғақ құмыра) бақылау тобы деп атайды. Бақылау тобы өңдеудің әсер еткенін білуге мүмкіндік беретін бастапқы негіз ретінде қарастырылады.

Тәуелсіз және тәуелді айнымалылар

Бақылау және эксперименттік топтар арасындағы ерекшеленетін фактор (бұл жағдайда су мөлшері) тәуелсіз айнымалы болып табылады. Бұл айнымалы тәуелсіз, өйткені ол тәжірибеде болатын жағдайға тәуелді емес. Керісінше бұл сарапшы өзі қолданатын немесе өзі таңдайтын нәрсе.
Ал эксперименттегі тәуелді айнымалы дегеніміз - бұл өңдеудің әсер еткен-етпегенін анықтайтын жауап. Бұл жағдайда үрмебұршақ тұқымдарының өсіп шыққан бөлігі тәуелді айнымалы болады. Тәуелді айнымалы (өсіп келе жатқан тұқымдардың үлесі) тәуелсіз айнымалыға (судың мөлшеріне) тәуелді болады, керісінше емес.
Эксперименттік мәліметтер (жекеше: мәлімет) - бұл тәжірибе кезінде жасалған бақылаулар. Бұл жағдайдағы біз жинаған эксперименттік мәліметтер - ол бір аптадан кейінгі әр құмырада өскен үрмебұршақ саны.

Өзгергіштік пен қайталаулар

Суарылған үрмебұршақтың он тұқымының ішінен тоғызы ғана өніп шықты. Оныншы тұқымға не болды? Бұл тұқым өлі, аурушаң немесе өсу қарқыны жай болуы мүмкін. Әсіресе биологияда (күрделі, тірі ағзаларды зерттейтін ғылымда) эксперимент үшін қолданылатын материалда - мұндағы сарапшы көре алмаған үрмебұршақ тұқымында - өзгерістер жиі кездеседі.
Осындай өзгерістердің кездесу мүмкіндігіне байланысты биологиялық эксперименттерде үлгілер саны көп болуы керек және, ең дұрысы, бірнеше рет қайталануы керек. Іріктеме мөлшері экспериментте сыналған жеке бөліктердің санын білдіреді - бұл жағдайда бір топтағы 10 үрмебұршақ тұқымы. Үлгілердің көп болуы және экспериментті бірнеше рет қайталау кездейсоқ өзгерістерге байланысты қате қорытындыға келу ықтималдығын азайтады.
Биологтар және басқа да ғалымдар кездейсоқ өзгерістерге байланысты айырмашылықтардан нақты айырмашылықтарды ажыратуға көмектесу үшін (мысалы, тәжірибелік және бақылау топтарын салыстыру кезінде) статистикалық тесттерді пайдаланады.

Бақыланатын эксперименттердің мысалы: start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript және маржанның түссізденуі

Бақыланатын эксперименттердің нақты мысалы ретінде жақында жүргізілген маржанның түссізденуі туралы зерттеуді қарастырайық. Әдетте маржандарда ұсақ фотосинтездеуші ағзалар өмір сүреді және қоршаған ортадағы күйзеліске байланысты олар маржандардан шығады. Бұл жағдай маржандардың түссізденуіне әкеледі. Төмендегі суреттің алдынғы жағында түссізденген маржан және артында сау маржан бейнеленген.
Алдыңғы жағында түссізденген, ақ маржан мен артқы жағында сау, қоңыр маржан бейнеленген сурет.
Сурет: "Keppelbleaching" (CC BY 3.0).
Түссізденудің себептері туралы көптеген зерттеулердің назары судың температурасына аударылған start superscript, 1, end superscript. Алайда австралиялық зерттеушілер тобы басқа факторлар да маңызды болуы мүмкін деген болжам жасады. Нақтырақ айтқанда, олар мұхит суларын қышқылды ететін жоғары start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript деңгейлері squared түссізденуге ықпал етуі мүмкін деген болжамды тексерді.
Бұл болжамды тексеру үшін сіз қандай эксперимент жасар едіңіз? Ойланып көріңіз:
  • Сіздің бақылау және эксперименттік топтарыңыз қандай болар еді?
    • Тәуелсіз және тәуелді айнымалылар қандай болар еді?
    • Сіз әр топта қандай нәтижелер күтер едіңіз?

Эксперименттік емес гипотезаларды тексеру

Гипотезалардың кейбір түрлерін этикалық немесе практикалық себептермен бақыланатын эксперименттерде тексеру мүмкін емес. Мысалы, вирустық инфекция туралы гипотезаны сау адамдарды екі топқа бөліп, бір топқа жұқтыру арқылы тексеру мүмкін емес: дені сау адамдарға жұқтыру қауіпті әрі этикалық тұрғыдан дұрыс болмас еді. Сол сияқты, жауын-шашынның әсерін зерттейтін эколог континенттің бір бөлігінде жаңбыр жаудырып, ал басқа бөлігін бақылау ретінде құрғақ ете алмайды.
Осындай жағдайларда биологтар гипотезаны тексерудің тәжірибелік емес түрлерін қолдана алады. Гипотезаны тәжірибесіз тексеру кезінде зерттеуші гипотеза дұрыс болған жағдайда табиғатта байқалуы керек құбылыстарды немесе заңдылықтарды болжайды. Содан кейін деректерді жинап, талдап, болжаған нәтиженің шынымен бар-жоқтығы тексеріледі.

Тақырыптық зерттеу: Маржанның түссізденуі және температура

Бақылауға негізделген гипотезаны сынаудың жақсы мысалы маржан түссізденуінің алғашқы зерттеулерінен алынған. Жоғарыда айтылғандай, түссіздену - бұл маржандарда өмір сүретін фотосинтездеуші микроорганизмдерді жоғалтып, ақ түске айналуы. Зерттеушілер судың жоғары температурасы түссізденуді тудыруы мүмкін деп күдіктенді және олар бұл гипотезаны эксперименттік түрде кішірек көлемде (цистерналарда оқшауланған маржан бөліктерін қолдану арқылы) сынап көрдіstart superscript, 3, comma, 4, end superscript.
Алайда экологтарды "су температурасы әртүрлі маржан түрлерінің табиғи жағдайда түссізденуін тудырды ма?" деген сұрақ мазалады. Бұл сұраққа эксперименттік түрде жауап беру мүмкін болмады, өйткені бүкіл маржан рифтерін қоршап тұрған судың температурасын жасанды түрде өзгерту этикалық тұрғыдан қолдау таппас еді (тіпті мүмкін де емес).
Шартты түстер картасында бүкіл әлемдегі теңіз бетінің температуралары әртүрлі түстермен көрсетілген. Көбінесе экватор маңындағы жылы түстер ыстық температураны білдіреді, ал салқын түстер, көбінесе полюстерге жақын, салқын температураны білдіреді.
Сурет: "Әлемдік теңіз бетінің температурасы," NASA (қоғамдық игілік).
Мұның орнына табиғи түссіздену құбылыстары су температурасының жоғарылауынан туындады деген гипотезаны тексеру үшін зерттеушілер тобы судың температурасы туралы нақты уақыттағы мәліметтер негізінде түссізденуді болжау үшін компьютерлік бағдарлама жазды. Мысалы, бұл бағдарлама риф аймағындағы су температурасы орташа айлық максимумнан 1 degrees, start text, C, end text немесе одан жоғарыstart superscript, 1, end superscript көтерілген кезде, бұл бағдарлама белгілі бір рифтің түссізденуін болжай алады.
Компьютерлік бағдарлама 1998 жылдағы Үлкен тосқауыл рифіндегі түссіздену сияқты көптеген оқиғаларды бірнеше апта, тіпті бірнеше ай бұрын болжай білдіstart superscript, 1, end superscript. Температураға негізделген модель түссіздену оқиғаларын болжай алатындығы судың жоғары температурасы табиғи түрде пайда болатын маржан рифтерін түссізденуге әкеледі деген гипотезаны растады.