معلومة

2.6: التجارب العلمية - علم الأحياء


رؤية البقع

تعتبر البقع الموجودة على لسان هذا الطفل علامة مبكرة على نقص فيتامين سي ، والذي يسمى أيضًا الإسقربوط. هذا الاضطراب ، الذي قد يكون قاتلاً ، غير شائع اليوم لأن الأطعمة الغنية بفيتامين سي متوفرة نسبيًا. وتشمل الطماطم والفلفل والحمضيات مثل البرتقال والليمون والليمون الحامض. ومع ذلك ، كان الإسقربوط مشكلة معروفة على السفن البحرية في القرن الثامن عشر. قيل إن داء الاسقربوط تسبب في وفيات في الأسطول البريطاني أكثر مما تسبب فيه السلاحان الفرنسي والإسباني. في ذلك الوقت ، كان سبب داء الاسقربوط غير معروف ولم يتم اكتشاف الفيتامينات بعد. تشير الأدلة القصصية إلى أن تناول ثمار الحمضيات قد يعالج الاسقربوط. ومع ذلك ، لم يعرف أحد على وجه اليقين حتى عام 1747 ، عندما أجرى طبيب البحرية الاسكتلندية جون ليند تجربة لاختبار الفكرة. كانت تجربة ليند واحدة من أولى التجارب السريرية في تاريخ الطب.

ما هي التجربة؟

ان تجربة هو نوع خاص من البحث العلمي يتم إجراؤه في ظل ظروف خاضعة للرقابة. مثل جميع التحقيقات ، تولد التجربة أدلة لاختبار الفرضية. ولكن على عكس بعض أنواع التحقيقات الأخرى ، تتضمن التجربة معالجة بعض العوامل في نظام ما لمعرفة كيفية تأثيره على النتيجة. من الناحية المثالية ، تتضمن التجارب أيضًا التحكم في أكبر عدد ممكن من العوامل الأخرى من أجل عزل سبب النتائج التجريبية.

تختبر التجربة بشكل عام كيف يتأثر متغير معين ببعض المتغيرات المحددة الأخرى. المتغير المتأثر يسمى المتغير التابع، أو متغير النتيجة. المتغير الذي يؤثر على المتغير التابع يسمى مستقل عامل. ويسمى أيضًا المتغير الذي تم التلاعب به لأنه المتغير الذي يتلاعب به الباحث. أي متغيرات أخرى (متغير السيطرة) التي قد تؤثر أيضًا على المتغير التابع ، يتم الاحتفاظ بها ثابتة ، لذلك يتم قياس تأثيرات المتغير المستقل وحده.

تجربة ليند الاسقربوط

بدأ ليند تجربته مع الاسقربوط على متن سفينة بريطانية بعد أن كانت في البحر لمدة شهرين وبدأ البحارة تظهر عليهم علامات الاسقربوط. اختار مجموعة من 12 بحارا مصابين بالاسقربوط وقسم المجموعة إلى 6 أزواج. تلقى جميع البحارة الـ 12 نفس النظام الغذائي ، لكن تلقى كل زوج أيضًا مكملاً يوميًا مختلفًا للنظام الغذائي (Table ( PageIndex {1} )).

الجدول ( PageIndex {1} ): تجربة Lind's Scurvy
زوج من الموضوعاتاليومي ملحق للنظام الغذائي الذي حصل عليه هذا الزوج
11 لتر من عصير التفاح
25 قطرات من حامض الكبريتيك
36 ملاعق خل
41 كوب ماء بحر
52 برتقالة و 1 ليمون
6معجون حار ومشروب من ماء الشعير

انتهت تجربة ليند بعد خمسة أيام فقط عندما نفدت ثمار الحمضيات الطازجة للزوج 5. ومع ذلك ، فقد تعافى البحارة في هذا الزوج تمامًا أو تحسنوا بشكل كبير. أظهر البحارة في الزوج الأول (الذين تلقوا ربع جالون عصير التفاح) أيضًا بعض التحسن ، لكن البحارة في الأزواج الأخرى لم يظهروا أي تحسن.

هل يمكنك تحديد المتغيرات المستقلة والتابعة في تجربة ليند؟ المتغير المستقل هو الملحق اليومي الذي تتلقاه الأزواج. المتغير التابع هو التحسن / عدم التحسن في أعراض الاسقربوط. دعمت نتائج ليند علاج الحمضيات للأسقربوط ، وسرعان ما تبنته البحرية البريطانية مع نتائج جيدة. ومع ذلك ، فإن حقيقة أن الإسقربوط ناتج عن نقص فيتامين سي لم يتم اكتشافها إلا بعد مرور 200 عام تقريبًا.

أخذ العينات

اشتملت تجربة ليند على مرض الاسقربوط على 12 شخصًا فقط. هذه عينة صغيرة جدًا وفقًا للمعايير العلمية الحديثة. ال عينة في تجربة أو تحقيق آخر يتكون من الأفراد أو الأحداث التي تمت دراستها بالفعل. نادرًا ما يشمل جميع السكان لأن القيام بذلك سيكون على الأرجح غير عملي أو حتى مستحيل.

هناك نوعان من الأخطاء التي قد تحدث من خلال دراسة عينة بدلاً من مجموعة السكان بأكملها: خطأ الصدفة والتحيز.

  • يحدث خطأ محتمل إذا كانت العينة صغيرة جدًا. كلما كانت العينة أصغر ، زادت فرصة عدم تمثيلها بشكل عادل لجميع السكان. يتم التخفيف من خطأ فرصة باستخدام عينة أكبر.
  • يحدث التحيز إذا لم يتم اختيار العينة بشكل عشوائي فيما يتعلق بمتغير في الدراسة. يتم تخفيف هذه المشكلة عن طريق الحرص على اختيار عينة عشوائية.

يجب تصميم تجربة موثوقة لتقليل كلا هذين المصدرين المحتملين للخطأ. يمكنك أن ترى كيف تمت معالجة مصادر الخطأ في تجربة بارزة أخرى: تجربة جوناس سالك الشهيرة عام 1953 للقاح شلل الأطفال المطور حديثًا. أُطلق على تجربة سالك الضخمة "أعظم تجربة صحية عامة في التاريخ".

تجربة لقاح شلل الأطفال في Salk

تخيل انتشار وباء على الصعيد الوطني من مرض شبيه بالإنفلونزا معدي يهاجم الأطفال بشكل رئيسي ويسبب الشلل في كثير من الأحيان. هذا بالضبط ما حدث في الولايات المتحدة خلال النصف الأول من القرن العشرين. ابتداءً من أوائل القرن العشرين ، كانت هناك دورات متكررة من أوبئة شلل الأطفال ، وبدا أن كل منها أقوى من سابقتها. انتهى الأمر بالعديد من الأطفال إلى أجهزة دعم الحياة فيما يسمى بـ "الرئتين الحديدية" (انظر الصورة أدناه) لأن عضلات تنفسهم أصيبت بالشلل بسبب المرض.

يتسبب فيروس شلل الأطفال في حدوث فيروس ، ولا يوجد حتى الآن علاج لهذا المرض المدمر المحتمل. لحسن الحظ ، يمكن الآن الوقاية منه باللقاحات. اكتشف جوناس سالك أول لقاح ضد شلل الأطفال في عام 1952. بعد اختبار اللقاح على نفسه وأفراد أسرته لتقييم سلامته ، أجرى سالك تجربة على مستوى البلاد لاختبار فعالية اللقاح باستخدام أكثر من مليون تلميذ كمواضيع. من الصعب تخيل تجربة وطنية للقاح تجريبي يستخدم الأطفال كـ "خنازير غينيا". لن يحدث هذا ابدا اليوم ومع ذلك ، في عام 1953 ، أثار شلل الأطفال الخوف في قلوب الآباء لدرجة أنهم قبلوا كلمة سالك بأن اللقاح آمن وسعدوا لأطفالهم بالمشاركة في الدراسة.

كانت تجربة Salk مصممة بشكل جيد للغاية. أولاً ، تضمنت عينتين عشوائيتين كبيرتين جدًا من الأطفال - 600000 في مجموعة العلاج ، تسمى المجموعة التجريبية، و 600000 في المجموعة غير المعالجة ، تسمى مجموعة التحكم. أدى استخدام عينات كبيرة جدًا وعشوائية إلى تقليل احتمالية حدوث خطأ في الصدفة والتحيز في التجربة. تم حقن الأطفال في المجموعة التجريبية بلقاح شلل الأطفال التجريبي. تم حقن الأطفال في المجموعة الضابطة بمحلول ملحي غير ضار (ماء مالح). كان حقنة المحلول الملحي دواءً وهمياً. أ الوهمي هو علاج "مزيف" ليس له في الواقع أي تأثير على الصحة. يتم تضمينه في تجارب اللقاحات والعلاجات الطبية الأخرى ، لذلك لن يعرف الأشخاص في أي مجموعة (ضابطة أو تجريبية) تم وضعهم. يساعد استخدام الدواء الوهمي الباحثين على التحكم في تأثير الدواء الوهمي. هذا رد فعل نفسي على علاج يحدث لمجرد معالجة الموضوع ، حتى لو لم يكن للعلاج تأثير حقيقي.

التجارب التي يتم فيها استخدام الدواء الوهمي بشكل عام تجارب عمياء لأن الأشخاص "أعمى" عن مجموعتهم التجريبية. هذا يساعد على منع التحيز في التجربة. في كثير من الأحيان ، حتى الباحثين لا يعرفون أي الموضوعات في كل مجموعة. هذا النوع من التجارب يسمى تجربة مزدوجة التعمية لأن كلاً من المشاركين والباحثين "أعمى" عن الموضوعات الموجودة في كل مجموعة. كانت تجربة اللقاح التي أجراها سالك تجربة مزدوجة التعمية ، وتعتبر التجارب مزدوجة التعمية الآن المعيار الذهبي للتجارب السريرية للقاحات والأدوية العلاجية وغيرها من العلاجات الطبية.

أثبت لقاح شلل الأطفال الذي ابتكره سالك نجاحه الكبير. كشف تحليل البيانات من دراسته أن اللقاح كان فعالاً بنسبة 80 إلى 90 في المائة في الوقاية من شلل الأطفال. بين عشية وضحاها تقريبًا ، تم الترحيب بسالك كبطل قومي. ظهر على غلاف زمن مجلة ودعي إلى البيت الأبيض. في غضون سنوات قليلة ، تلقى ملايين الأطفال لقاح شلل الأطفال. بحلول عام 1961 ، انخفض معدل الإصابة بشلل الأطفال في الولايات المتحدة بنسبة 96 بالمائة.

حدود التجريب

تعد التجارب التي تم إجراؤها جيدًا بشكل عام أكثر التحقيقات العلمية صرامة وموثوقية. ومع ذلك ، فإن السمة المميزة للتلاعب بالمتغيرات لاختبار النتائج غير ممكنة أو عملية أو أخلاقية في جميع التحقيقات. نتيجة لذلك ، لا يمكن اختبار العديد من الأفكار من خلال التجريب. على سبيل المثال ، لا يمكن استخدام التجارب لاختبار الأفكار حول ما أكله أسلافنا منذ ملايين السنين أو كيف يساهم تدخين السجائر على المدى الطويل في الإصابة بسرطان الرئة. في حالة أسلافنا ، من المستحيل دراستهم مباشرة. يجب أن يعتمد الباحثون بدلاً من ذلك على أدلة غير مباشرة ، مثل الملاحظات التفصيلية لأسنانهم المتحجرة. في حالة التدخين ، من غير الأخلاقي تعريض الإنسان لدخان السجائر الضار. بدلاً من ذلك ، قد يستخدم الباحثون دراسات رصدية كبيرة لأشخاص مدخنين بالفعل ، مع غير المدخنين كعناصر تحكم ، للبحث عن الارتباطات بين عادات التدخين وسرطان الرئة.

تقرير اخبارى: علم الأحياء البشري في الأخبار

أجرى ليند تجربته لاختبار تأثير ثمار الحمضيات على الاسقربوط في وقت كان البحارة يموتون فيه بالآلاف من هذا المرض الغذائي أثناء استكشافه للعالم. المستكشفون اليوم هم رواد فضاء في الفضاء ، وتغذيتهم ضرورية أيضًا لنجاح مهماتهم. ومع ذلك ، قد يكون الحفاظ على تغذية جيدة لرواد الفضاء في الفضاء أمرًا صعبًا. تتمثل إحدى المشكلات في أن رواد الفضاء يميلون إلى تناول كميات أقل من الطعام أثناء تواجدهم في الفضاء. إنهم ليسوا مشغولين جدًا في مهامهم فحسب ، بل قد يتعبون أيضًا من حصص الطعام في الفضاء. بيئة الفضاء مشكلة أخرى. يمكن أن يكون لعوامل مثل الجاذبية الصغرى وزيادة التعرض للإشعاع آثار كبيرة على صحة الإنسان وتتطلب تعديلات غذائية للمساعدة في التصدي لها. يتم توفير طريقة جديدة لدراسة تغذية رواد الفضاء وصحتهم من قبل رائدي الفضاء التوأمين المتطابقين سكوت ومارك كيلي (الشكل ( PageIndex {3} )).

يعد Kellys أول رواد فضاء متطابقين ، لكن دراسات التوائم ليست شيئًا جديدًا. استخدم العلماء توائم متماثلة (متماثلة الزيجوت) كمواضيع بحثية لعدة عقود. التوائم المتطابقة لها نفس الجينات ، لذا فإن أي اختلافات بينهما يمكن أن تُعزى عمومًا إلى التأثيرات البيئية بدلاً من الأسباب الجينية. أمضى مارك كيلي ما يقرب من عام كامل في محطة الفضاء الدولية (ISS) بين عامي 2015 و 2016 ، بينما بقي توأمه ، سكوت كيلي ، على الأرض ، حيث عمل كعنصر تحكم في التجربة. ربما لاحظت الكثير من التغطية الإعلامية لعودة مارك كيلي إلى الأرض في مارس 2016 ، لأن إقامته المستمرة في الفضاء كانت الأطول بين أي رائد فضاء أمريكي في ذلك الوقت. تتعلم ناسا الكثير عن آثار السفر إلى الفضاء على المدى الطويل على جسم الإنسان من خلال قياس ومقارنة المؤشرات الغذائية والبيانات الصحية الأخرى في التوائم.

إعادة النظر

  1. كيف تختلف التجارب عن الأنواع الأخرى من التحقيقات العلمية؟
  2. حدد المتغيرات المستقلة والمعتمدة في تجربة لقاح شلل الأطفال في Salk على مستوى البلاد.
  3. قارن وقارن خطأ الصدفة والتحيز في أخذ العينات. كيف يمكن التقليل من كل نوع من أنواع الخطأ؟
  4. ما هو تأثير الدواء الوهمي؟ اشرح كيف تم التحكم في تصميم Salk التجريبي لذلك.
  5. إملأ الفراغات. يتم التلاعب بالمتغير _____________ لمعرفة التأثيرات على المتغير ___________.
  6. صحيحة أو خاطئة. في دراسات التوائم المتماثلة ، المتغير المستقل هو جيناتهم.
  7. صحيحة أو خاطئة. لا يمكن إجراء التجارب على البشر.
  8. صحيحة أو خاطئة. تكون أحجام العينات الأكبر عمومًا أفضل من الأحجام الأصغر في التجارب العلمية.
  9. أجب عن الأسئلة التالية حول تجربة ليند للإصابة بالإسقربوط.
    1. لماذا تعتقد أنه من المهم أن يتم الحفاظ على وجبات البحارة جميعًا كما هي ، بخلاف المكملات اليومية؟
    2. هل يمكنك التفكير في بعض العوامل الأخرى غير النظام الغذائي التي من المحتمل أن تكون مختلفة بين البحارة والتي ربما تكون قد أثرت على نتيجة التجربة؟
    3. لماذا تعتقد أن البحارة الذين شربوا عصير التفاح لديهم بعض التحسن في أعراض الاسقربوط؟
  10. اشرح لماذا تعتبر التجارب مزدوجة التعمية أكثر صرامة من التجارب العادية.
  11. لماذا تعتبر الدراسات التي تستخدم التوائم المتماثلة مفيدة للغاية؟
  12. هل تعتقد أنه من الضروري تضمين دواء وهمي (مثل الحقن بمحلول ملحي في تجربة اختبار المخدرات) في التجارب التي تستخدم الحيوانات؟ لما و لما لا؟

استكشاف المزيد

شاهد حديث TED الترفيهي هذا ، والذي يتحدث فيه عالم الكيمياء الحيوية كاري موليس عن التجربة كأساس للعلم الحديث.

شاهد هذا الفيديو لمعرفة المزيد حول إجراء التجارب العلمية:


2.6: التجارب العلمية - علم الأحياء

  • ASU الصفحة الرئيسية
    • الأخبار و الأحداث
    • أكاديميون
    • بحث
    • ألعاب القوى
    • الخريجين
    • إعطاء
    • رئيس
    • حول جامعة ولاية أريزونا
    • الآداب والعلوم
    • عمل
    • التصميم والفنون
    • تعليم
    • هندسة
    • العقود الآجلة العالمية
    • متخرج
    • الحلول الصحية
    • مرتبة الشرف
    • الصحافة
    • قانون
    • التمريض والابتكار الصحي
    • الخدمة العامة والحلول المجتمعية
    • الكلية الجامعية
    • مدرسة ثندربيرد للإدارة العالمية
    • خريطة
    • تيمبي
    • غرب
    • كلية الفنون التطبيقية
    • وسط مدينة فينيكس
    • عبر الإنترنت وممتدة
    • بحيرة هافاسو
    • SkySong
    • حديقة البحوث
    • واشنطن العاصمة.
    • الصين
    • بت علم الأحياء
    • مكتشف الطيور
    • مستودع الجسم
    • صفحات التلوين
    • التجارب والأنشطة
    • الألعاب والمحاكاة
    • كيف
    • الألغاز
    • الإختبارات
    • اختبارات في لغات أخرى
    • الواقع الافتراضي (VR)

    ثلاث فرضيات مشهورة وكيف تم اختبارها

    كوهو، سمك السلمون (Oncorhynchus kisutch) سمكة مذهلة. من السكان الأصليين في شمال غرب المحيط الهادئ ، بدأوا حياتهم في تيارات المياه العذبة ثم ينتقلون إلى المحيط المفتوح. ولكن عندما يبلغ سلمون كوهو سن التكاثر ، فإنه سيعود إلى الممر المائي الذي ولد فيه ، ويسافر أحيانًا مسافة 400 ميل (644 كيلومترًا) للوصول إلى هناك.

    أدخل الراحل آرثر ديفيس هاسلر. عندما كان عالمًا بيئيًا وعالم أحياء في جامعة ويسكونسن ، كان مفتونًا بمسألة كيفية العثور على هذه الكائنات التي تعيش في موطنها. وفي عام 1960 ، استخدم مبدأ أساسيًا في العلم - الفرضية - لمعرفة ذلك.

    إذن ما هي الفرضية؟ الفرضية هي تفسير مؤقت وقابل للاختبار لظاهرة ملحوظة في الطبيعة. الفرضيات ضيقة النطاق - على عكس النظريات ، التي تغطي نطاقًا واسعًا من الظواهر التي يمكن ملاحظتها وتستند إلى العديد من خطوط الأدلة المختلفة. وفي الوقت نفسه ، فإن التنبؤ هو النتيجة التي تتوقع الحصول عليها إذا كانت فرضيتك أو نظريتك دقيقة.

    يعود ذلك إلى عام 1960 وهاسلر وسمك السلمون. كانت إحدى الأفكار التي لم يتم التحقق منها هي أن سمك السلمون كوهو استخدم البصر لتحديد مواقع تياراتهم المنزلية. شرع هاسلر في اختبار هذه الفكرة (أو الفرضية). أولاً ، جمع العديد من الأسماك التي عادت بالفعل إلى تياراتها الأصلية. بعد ذلك ، قام بعصب أعين بعض الأسرى - ولكن ليس جميعهم - قبل أن يلقي بسمك السلمون في منطقة بعيدة من الماء. إذا كانت فرضية البصر صحيحة ، فيمكن أن يتوقع هاسلر عودة عدد أقل من الأسماك معصوبة العينين إلى مجاريها الطبيعية.

    لم تسر الأمور بهذه الطريقة. عادت الأسماك التي ليس لها معصوب العينين بنفس معدل نظيراتها معصوبة الأعين. (أظهرت تجارب أخرى أن حاسة الشم ، وليس البصر ، هي مفتاح قدرة النوع على توجيه نفسه).

    على الرغم من دحض فرضية هاسلر معصوب العينين ، إلا أن البعض الآخر كان أفضل حالًا. اليوم ، ننظر في ثلاث من أشهر التجارب في التاريخ - والفرضيات التي اختبروها.

    إيفان بافلوف وكلابه (1903-1935)

    الفرضية: إذا كانت الكلاب عرضة للإصابة استجابات مشروطة (سيلان اللعاب) ، ثم الكلب الذي يتعرض بانتظام لنفسه منشطات طبيعية (المسرع / الجرس) قبل أن يتلقى الطعام سوف يربط هذا منشطات طبيعية بفعل الأكل. في النهاية ، يجب أن يبدأ الكلب في الترويل بمعدل يمكن التنبؤ به عندما يواجه المحفز المذكور - حتى قبل تقديم أي طعام فعلي.

    التجربة: الحائز على جائزة نوبل والناقد الصريح للشيوعية السوفيتية ، يعتبر إيفان بافلوف مرادفًا لأفضل صديق للإنسان. في عام 1903 ، بدأ العالم الروسي المولد سلسلة من التجارب استمرت عقودًا شملت الكلاب والاستجابات المكيفة.

    قدم طبقًا من الطعام لكلب جائع وسيسيل لعابه. في هذا السياق ، فإن الحافز (الطعام) سيؤدي تلقائيًا إلى استجابة معينة (سيلان اللعاب). هذا الأخير هو رد فعل فطري غير مكتسب للأول.

    على النقيض من ذلك ، فإن الصوت الإيقاعي للمسرع أو الجرس هو منبه محايد. بالنسبة للكلب ، ليس للضوضاء معنى متأصل ، وإذا لم يسمعها الحيوان من قبل ، فلن يثير الصوت رد فعل غريزي. لكن مشهد الطعام بالتأكيد سيفعل.

    لذلك عندما قام بافلوف ومساعدوه في المختبر بتشغيل صوت المسرع / الجرس قبل جلسات التغذية ، قام الباحثون مشروط اختبار الكلاب لربط المسرعات / الأجراس بوقت الطعام. بسبب التعرض المتكرر ، بدأت الضوضاء وحدها في جعل أفواه الكلاب تسيل قبل لقد تم إعطاؤهم الطعام.

    وفقًا لـ & quot إيفان بافلوف: حياة روسية في العلوم & مثل كاتب السيرة الذاتية دانيال بي تودس ، كان ابتكار بافلوف الكبير هنا هو اكتشافه أنه يمكنه تحديد رد فعل كل كلب من خلال قياس كمية اللعاب التي يولدها. من المتوقع أن يسيل لعاب كل كلب بمعدل ثابت خاص به عندما يواجه تلميحًا شخصيًا (ومصطنعًا) متعلقًا بالغذاء.

    استخدم بافلوف ومساعدوه استجابات مشروطة للنظر في فرضيات أخرى حول فسيولوجيا الحيوان أيضًا. في إحدى التجارب البارزة ، تم اختبار قدرة الكلب على معرفة الوقت. تلقى هذا الكلب المعين الطعام دائمًا عندما يسمع نقرة المسرع بمعدل 60 ضربة في الدقيقة. لكنها لم تحصل على أي طعام بعد الاستماع إلى إيقاع أبطأ بمعدل 40 ضربة في الدقيقة. لو وها ، بدأ حيوان بافلوف يسيل لعابه استجابة للإيقاع الأسرع - لكن ليس الأبطأ. من الواضح أنه يمكن أن يميز بين الضربتين الإيقاعيتين.

    الحكم: مع التكييف الصحيح - والكثير من الصبر - يمكنك جعل الكلب الجائع يستجيب للمنبهات المحايدة عن طريق إفراز اللعاب على الإشارات بطريقة يمكن التنبؤ بها وقابلة للقياس الكمي علميًا.

    منشورات إسحاق نيوتن المشعة (1665)

    الفرضية: إذا كان ضوء الشمس الأبيض عبارة عن مزيج من جميع الألوان في الطيف المرئي - وتنتقل هذه الألوان بأطوال موجية متفاوتة - فإن كل لون سينكسر بزاوية مختلفة عندما يمر شعاع من ضوء الشمس عبر منشور زجاجي.

    التجارب: كان اللون لغزا علميا قبل ظهور إسحاق نيوتن. خلال صيف عام 1665 ، بدأ بتجربة المناشير الزجاجية من غرفة مظلمة آمنة في كامبريدج ، إنجلترا.

    قام بقطع ثقب دائري ربع بوصة (0.63 سم) في أحد مصاريع النافذة ، مما سمح لشعاع واحد من ضوء الشمس بالدخول إلى المكان. عندما حمل نيوتن منشورًا على هذا الشعاع ، سُقطت بقعة مستطيلة من الضوء متعدد الألوان على الجدار المقابل.

    احتوى هذا على طبقات منفصلة من الضوء الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. من أعلى إلى أسفل ، يبلغ طول هذه الرقعة 13.5 بوصة (33.65 سم) ، ومع ذلك كان عرضها 2.6 بوصة (6.6 سم) فقط.

    استنتج نيوتن أن هذه الألوان النابضة بالحياة كانت مختبئة داخل ضوء الشمس نفسه ، لكن المنشور ثنيها (أو & اقتباس & quot) بزوايا مختلفة ، مما أدى إلى فصل الألوان.

    ومع ذلك ، لم يكن متأكدًا بنسبة 100٪. لذا كرر نيوتن التجربة بتغيير صغير واحد. هذه المرة ، أخذ المنشور الثاني وجعله يعترض بقعة الضوء التي تشبه قوس قزح. بمجرد دخول الألوان المنكسرة إلى المنشور الجديد ، تمت إعادة توحيدها في شعاع الشمس الأبيض الدائري. بعبارة أخرى ، أخذ نيوتن شعاعًا من الضوء الأبيض ، وقام بتقسيمه إلى مجموعة من الألوان المختلفة ثم أعاد تجميعه. يا لها من خدعة أنيقة في الحفلة!

    الحكم: ضوء الشمس عبارة عن مزيج من جميع ألوان قوس قزح - ونعم ، يمكن فصلها بشكل فردي عن طريق انكسار الضوء.

    نجم البحر الكاشف لروبرت باين (1963-1969)

    الفرضية: إذا حدت الحيوانات المفترسة من أعداد الكائنات الحية التي تهاجمها ، فإننا نتوقع أن تصبح أنواع الفرائس أكثر شيوعًا بعد القضاء على مفترس رئيسي.

    التجربة: يجتمع أوشريسوس بيساستر، المعروف أيضًا باسم نجم البحر الأرجواني (أو نجم البحر الأرجواني إذا كنت تفضل ذلك).

    باستخدام معدة قابلة للتمدد ، يتغذى المخلوق على بلح البحر ، والطيور ، والبقسماط ، والقواقع وغيرها من الضحايا التعساء. على بعض الصخور الساحلية (وبرك المد والجزر) على طول ساحل ولاية واشنطن ، يعتبر نجم البحر هو المفترس الرئيسي.

    جعل الحيوان روبرت باين من المشاهير العلميين. عالم البيئة عن طريق التجارة ، كان بين مفتونًا بالأدوار البيئية للحيوانات المفترسة العليا. في يونيو 1963 ، بدأ تجربة طموحة على طول خليج Mukkaw في ولاية واشنطن. لسنوات طويلة ، أبقى Paine قسمًا صخريًا من هذا الخط الساحلي خاليًا تمامًا من نجم البحر.

    لقد كان عملا صعبا. كان على Paine أن ينقب بانتظام نجوم البحر الضالة عن & quothis & quot outcrop - أحيانًا باستخدام المخل. ثم قام برميهم في المحيط.

    قبل التجربة ، لاحظ باين 15 نوعًا مختلفًا من الحيوانات والطحالب التي تعيش في المنطقة التي قرر اختبارها. بحلول يونيو 1964 - بعد عام واحد من بدء تطهير نجم البحر - انخفض هذا الرقم إلى ثمانية.

    ارتفع عدد البرنقيل بشكل صاروخي ، دون أن يراقبه نجوم البحر الأرجواني. في وقت لاحق ، تم استبدال هذه بلح البحر من كاليفورنيا ، والتي أصبحت مسيطرة على التضاريس. من خلال تثبيت نفسها على الصخور بأعداد كبيرة ، تفوقت بلح البحر على أشكال الحياة الأخرى. جعل هذا النتوء غير صالح للسكنى بالنسبة لمعظم السكان السابقين: حتى الإسفنج وشقائق النعمان والطحالب - الكائنات الحية التي أوشريسوس بيساستر لا يأكل - تم إجلاؤهم إلى حد كبير.

    استمرت كل هذه الأنواع في الازدهار على قطعة ساحلية أخرى لم يمسها باين. التجارب اللاحقة أقنعته بذلك أوشريسوس بيساستر هو & quot؛ نوع من الحجر الأساسي & quot؛ مخلوق يمارس تأثيرًا غير متناسب على بيئته. تخلص من حجر الزاوية وسيصبح النظام بأكمله أشعثًا.

    الحكم: لا تؤثر الحيوانات المفترسة في القمة على الحيوانات التي تصطادها فقط. تؤدي إزالة المفترس الأعلى إلى إطلاق تفاعل متسلسل يمكن أن يحول نظامًا بيئيًا بأكمله بشكل أساسي.


    التجارب العلمية

    يقوم باتريك بتدريس علم الأحياء AP لمدة 14 عامًا وهو الفائز بجوائز تعليمية متعددة.

    التجريب هو الخطوة الرابعة من المنهج العلمي. التجارب العلمية ضرورية لاختبار الفرضيات وتشكيل استنتاجات دقيقة بناءً على نتائج العالم الحقيقي. جميع فروع العلم تجري التجارب.

    يدور العلم حول اختبار الفرضيات ومن أجل معرفة ما إذا كانت صحيحة أم خاطئة أم لا. بغض النظر عما تفعله عند تصميم تجربة ، لا يهم إذا كنت تستخدم أغلى المعدات في العالم إذا لم يكن لديك تصميم جيد. العناصر الأساسية للتجربة الجيدة هي واحدة ، يجب أن يكون لديك مجموعة تحكم. ثانيًا ، يجب أن يكون لديك حجم عينة كبير وثلاثة تحتاج إلى إجراء تجارب عمياء إذا كنت تعمل على الإطلاق مع أشخاص.

    اسمحوا لي أن أذهب إلى هذا الشيء الأول حول ، ماذا يعني أن يكون لديك مجموعة تحكم. قد أقترح أنني ربما سأختبرها بفرضية أن أفضل طريقة للانتقال من سان خوسيه إلى سان فرانسيسكو هي القيادة على الطريق السريع 101 بدلاً من القيادة على شوارع المدينة أو الطريق السريع 280. حسنًا ، في لكي أقوم بذلك ، أحتاج إلى مقارنة. لذا دعنا نفترض أنني سأقول حسنًا ، الطريق السريع 101 ، إنه طريق سريع ، شوارع المدينة ليست طريقًا سريعًا 280 هو أيضًا طريق سريع. لذا في إحدى المرات أقود الطريق السريع 101 وفي المرة الأخرى أقود محرك 280 ، 280 كانت مجموعتي الضابطة التي أستخدمها لمقارنة نتائجي بها.

    الآن ، عليك أن تكون حريصًا أنه عند القيام بذلك ، فإنك تصمم تجربتك بحيث يكون لديك متغير واحد فقط ، وليس لديك مجموعة منها. ماذا يعني ذلك؟ حسنًا ، لنفترض أنني أقود الطريق السريع 101 في الساعة السادسة صباحًا على سبيل المثال بينما أقود السيارة 280 في الساعة 9:00 صباحًا. قد تدرك ، مهلاً ، الساعة 6:00 صباحًا لا يكاد يوجد أي شخص في الشوارع بينما في الساعة 9:00 صباحًا في منتصف ساعة الذروة. وقد أضاف هذا بُعدًا آخر ، حيث أضاف متغيرًا آخر يسمى الوقت بدلاً من المسار الذي أسلكه فقط. لذا ما يجب أن أفعله هو أن أقود الطريق السريع 101 في الساعة 9:00 صباحًا ، والطريق السريع 280 أيضًا في الساعة 9:00 صباحًا.

    الآن ، هذا يقودنا إلى الشيء التالي حول حجم عينة كبير. قد تعتقد أنه من الصعب نوعًا ما. كيف سأقود كلاهما في نفس الوقت؟ حسنًا ، هذا هو السبب في أنني سأحتاج إلى قيادتها عدة مرات. من خلال قيادتها عدة مرات ، أتجنب أيضًا الوقوع في بعض المشاكل. ذات مرة عندما كنت أقود على الطريق السريع ، رأيت هذه السيارة على بعد حوالي مائة قدم أمامي تنحرف قليلاً إلى اليمين واعتقدت أن هذا غريب. فجأة ضرب كتفه ، وذهب هكذا وجلد حوله. لقد جلد بسرعة لدرجة أنه انقلب وكان الأمر مثيرًا للإعجاب إلى حد ما لكنه انقلب عدة مرات ، وانتهى به الأمر في منتصف الطريق السريع. هذا النوع من الأشياء أبطأ قليلاً فقط. لذلك من خلال الحصول على حجم عينة كبير ، من خلال قولك على الطريق السريع 101 لنقل أسبوعين على التوالي ، يمكنني التخلص من التأثيرات العشوائية التي يمكنني الحصول عليها. يوم واحد يكون أبطأ أو أسرع من الآخر. وبعد ذلك أقود الطريق السريع 280 ، لنفترض أسبوعين ومرة ​​أخرى أقوم بمتوسط ​​النتائج.

    الآن ، قد يقول البعض منكم ، & quot ؛ مرحبًا ، لماذا لا تجعل صديقك يقود السيارة 280 بينما أقود 101. & quot ؛ حسنًا ، هذا يعود إلى ما هي مجموعة التحكم الخاصة بك. تذكر أنه يختلف باختلاف متغير واحد فقط وإذا كان لدي فقط مقابل شخص آخر. ربما يكون صديقي سائقًا قانونيًا حذرًا للغاية بينما أعيش تخيلات سيارة السباق في سيارتي الصغيرة بسرعة 95 ميلًا في الساعة. لذلك قد يؤثر ذلك عليه.

    الآن ، يمكنك أحيانًا التغلب على هذا من خلال وجود مجموعة كبيرة. لنفترض أن 20 شخصًا يقودون 101 و 20 شخصًا يقودون 280. ليس كلهم ​​في حافلة ، في سيارات منفصلة. ستكون أفضل تجربة بالطبع هي تلك التي يكون فيها لديك مجموعة كبيرة من الأشخاص يقودون الطريق السريع 101 لمدة أسبوعين ومجموعة كبيرة من الأشخاص يقودون الطريق السريع 280 مرة أخرى لبضعة أسابيع ثم تحصل على متوسط ​​النتائج.

    الآن ، ماذا أعني بتجربة عمياء. عندما تعمل مع أشخاص تحتاج إلى ما يسمى بتجربة عمياء. وهذا لا يعني أنك تبدأ بدسهم في عيونهم بعصي مدببة حادة. هذا يعني بدلاً من ذلك أنه يجب عليك تجنب معرفتهم ، هل هم في المجموعة الضابطة أم مجموعتك التجريبية. لماذا هذا؟ حسنًا ، يتحكم عقلك في جسمك لكن عقلك يتحكم في عقلك. وهذا يمكن أن يسبب بعض النتائج الغريبة حقًا. اكتشف العلماء في وقت ما أنه يمكنك إعطاء الحلوى لشخص ما ، ولكن إذا أقنعتهم أنها دواء بالفعل ، فإن عقولهم ستجعل عقولهم تحافظ على نظام المناعة لديهم في حالة تأهب قصوى وسيتحسنون بالفعل. وهذا ما يسمى تأثير الدواء الوهمي. لقد تم توضيح ذلك جيدًا من قبل بعض طلاب علم الأحياء في AP منذ عدة سنوات. قاموا بمشروع بحث حيث جربوا مجموعة من طلاب ستامفورد. وما قالوه للطلاب هو أنهم ينظرون إلى تأثيرات الكحول على مهاراتهم الحركية ومزاجهم العقلي وما شابه ذلك. ما لم يدركه طلاب ستامفورد هو أنهم حصلوا على بيرة خالية من الكحول. الآن كان لدى طلابي طفلين ، وهما اثنان من طلاب ستامفورد الذين كانوا أصدقاءهم ، سمحوا لها بذلك في النكتة ولذا فقد تصرفا في حالة سكر. انتهى الأمر بالجميع بالشعور بالسكر وفي الواقع تم القبض على أحد الأطفال أمام الكاميرا وهو يقول ، هذا مثل أسرع حافلة حصلت عليها على الإطلاق. وهذا يفسر سبب حاجتك حقًا إلى توخي الحذر بشأن تأثير الدواء الوهمي.

    الآن ، في بعض الأحيان تحتاج أيضًا إلى القيام بما يسمى بتجربة التعمية المزدوجة. هذا حيث لا يعرف الباحث أيضًا ما إذا كان هناك شخص واحد في المجموعة الضابطة أو المتغيرة حتى ينتهي من إجراء جميع تحليلات البيانات. الآن لماذا تريد أن تفعل ذلك ، أنت تسأل. حسنًا ، تخيل أنك & # 39 باحثًا في السرطان وقد عملت لمدة 10 سنوات للتوصل إلى علاج للسرطان. أنت الآن تجري التجربة أخيرًا ، وتحصل على نتائجك. إذا كنت تعرف من الذي يحصل على علاجك مقابل من لا يتلقى العلاج ، فقد تقوم [IB] بطريق الخطأ ، بالتأثير أو التحيز في تحليلك أو تحيز النتائج لأنك إذا كنت على حق في كسب الكثير من المال ، إذا كنت مخطئًا أنت لا تفعل & # 39t.


    التدريب العملي على مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6

    ملاحظة: تقدير. تختلف التكلفة حسب كمية ونوع المواد المتاحة للطلاب لتصميم وبناء النماذج الحيوية الخاصة بهم.

    الاعتماد على النشاط: لا أحد

    المناطق الخاضعة: علم الأحياء وعلوم الحياة والعلوم والتكنولوجيا

    توقعات أداء NGSS:

    نظرة سريعة

    ينقسم هذا النشاط إلى 7 أجزاء.

    توقعات أداء NGSS:

    المناهج في هذه الوحدة

    تعمل الوحدات كدليل لمحتوى معين أو مجال موضوع. متداخلة تحت الوحدات عبارة عن دروس (باللون الأرجواني) وأنشطة عملية (باللون الأزرق).

    لاحظ أنه لن تكون جميع الدروس والأنشطة موجودة ضمن الوحدة ، بل قد توجد كمنهج "مستقل" بدلاً من ذلك.

    • بيودومات
      • البيئات والنظم البيئية
        • الكثافة السكانية: ما هي المساحة المتوفرة لديك؟
        • Biodomes هي أنظمة بيئية هندسية: عالم صغير
          • مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6
          • اذهب مع تدفق الطاقة
            • حصلت على الطاقة؟ غزل شبكة الغذاء
            • مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6
            • زرع الأفكار
              • دورات النبات: التمثيل الضوئي والنتح
              • مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6
              • نظم التصنيف: الحيوانات والهندسة
                • تقليد الطبيعة: تصاميم طبيعية
                • مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6
                • التنظيف بالمحللات
                  • مشروع تصميم هندسة Biodomes: الدروس 2-6

                  النشرة الإخبارية للشركة المصرية للاتصالات

                  ملخص

                  يقوم الطلاب بإنشاء البيئات الحيوية باستخدام عملية التصميم الهندسي

                  الاتصال الهندسي

                  كل يوم ، يقوم المهندسون بتكييف التصاميم الحالية للإسكان والهياكل والمدن حتى يعملون على النحو الأمثل في بيئات وأنظمة بيئية محددة. للقيام بذلك ، يطبق المهندسون فهمهم للبيئة المحددة والمحيط الحيوي ، جنبًا إلى جنب مع مفهوم النظم البيئية لإبلاغ تصاميمهم وتشكيل البيئة التي يبنيها الإنسان. يستخدم المهندسون الخطوات الدورية لعملية التصميم الهندسي لطرح الأفكار بشكل إبداعي والتصميم والنموذج الأولي وإنشاء عالم من صنع الإنسان.

                  أهداف التعلم

                  بعد هذا النشاط ، يجب أن يكون الطلاب قادرين على:

                  • تحديد biodome وتسمية ميزاتها الهامة.
                  • استخدم عملية التصميم الهندسي لإنشاء نموذج بيولوجي لبيئة معينة.
                  • وصف كيف يستخدم المهندسون فهمهم للمحيط الحيوي والنظم البيئية والتفاعلات المجتمعية لتصميم بيئتنا التي يبنيها الإنسان.

                  المعايير التعليمية

                  كل تعليم الهندسة الدرس أو النشاط مرتبط بواحد أو أكثر من المعايير التعليمية في العلوم أو التكنولوجيا أو الهندسة أو الرياضيات (STEM).

                  جميع معايير K-12 STEM التي يزيد عددها عن 100،000 مغطاة بـ تعليم الهندسة يتم جمعها وصيانتها وتعبئتها بواسطة شبكة معايير الإنجاز (ASN)، مشروع D2L (www.achievementstandards.org).

                  في ASN ، يتم تنظيم المعايير بشكل هرمي: أولاً حسب المصدر على سبيل المثال، حسب الحالة داخل المصدر حسب النوع على سبيل المثالأو العلوم أو الرياضيات ضمن النوع حسب النوع الفرعي ، ثم حسب الصف ، إلخ.

                  NGSS: معايير علوم الجيل التالي - العلوم

                  3-5-ETS1-1. حدد مشكلة تصميم بسيطة تعكس حاجة أو رغبة تتضمن معايير محددة للنجاح وقيودًا على المواد أو الوقت أو التكلفة. (من الصف الثالث إلى الخامس)

                  هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  5-LS2-1. قم بتطوير نموذج لوصف حركة المادة بين النباتات والحيوانات والمحللات والبيئة. (درجة 5)

                  هل توافق على هذا التوافق؟ شكرا لملاحظاتك!

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  تفسيرات العلم تصف آليات الأحداث الطبيعية.

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  اتفاقية المحاذاة: شكرًا على ملاحظاتك!

                  دورات المسألة بين الهواء والتربة وبين النباتات والحيوانات والميكروبات حيث تعيش هذه الكائنات الحية وتموت. Organisms obtain gases, and water, from the environment, and release waste matter (gas, liquid, or solid) back into the environment.

                  Alignment agreement: Thanks for your feedback!

                  Alignment agreement: Thanks for your feedback!

                  International Technology and Engineering Educators Association - Technology
                  • Students will develop an understanding of the role of troubleshooting, research and development, invention and innovation, and experimentation in problem solving. (Grades K - 12) More Details

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  State Standards
                  Colorado - Science
                  • Create and evaluate models of the flow of nonliving components or resources through an ecosystem (Grade 4) More Details

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  Do you agree with this alignment? Thanks for your feedback!

                  Materials List

                  Each group needs: (Most items are available at hardware or garden center stores.)

                  For the entire class to share:

                  • masking tape
                  • duct tape
                  • glue (preferred: hot glue sticks with glue guns)
                  • scissors
                  • exacto knives (if teacher cuts the plastic bottles)
                  • butterfly nets and/or jars and paper cups (to catch and hold insects and worms)
                  • drill (to make a hole in plastic bottle lids)
                  • ماء

                  Worksheets and Attachments

                  More Curriculum Like This

                  As students learn about the creation of biodomes, they are introduced to the steps of the engineering design process, including guidelines for brainstorming. They learn how engineers are involved in the design and construction of biodomes and use brainstorming to come up with ideas for possible biod.

                  Students explore the biosphere and its associated environments and ecosystems in the context of creating a model ecosystem, learning along the way about the animals and resources. This lesson is part of a series of six lessons in which students use their growing understanding of various environments.

                  Students learn about population density within environments and ecosystems. They determine the density of a population and think about why population density and distribution information is useful to engineers for city planning and design as well as for resource allocation.

                  Students are introduced to the classification of animals and animal interactions. This lesson is part of a series of six lessons in which students use their growing understanding of various environments and the engineering design process, to design and create their own model biodome ecosystems.

                  Pre-Req Knowledge

                  Some knowledge about environments and ecosystems, as introduced in Lesson 1 of the Biodomes unit.

                  Introduction/Motivation

                  Let's see what you know about different environments. Can anyone name an example of an environment? (Possible answers: Tropical rain forest, desert, other forest types [such as deciduous or coniferous], grassland prairie and arctic tundra.) All of these environments and ecosystems are part of our biosphere. The biosphere is the part of the Earth's atmosphere that supports life and includes both living (biotic) and nonliving (abiotic) things. It includes all the plants, animals, weather and climate. So, what happens when we have too many organisms in one environment? It may get too crowded! We call the number of organisms in a particular environment its population. Populations are made up of all the members of a species living in the same place at the same time. We learn about population numbers, or population density, to help us understand how much of resources (such as food, water and air) are available for each individual organism in an environment. Engineers need to know about the population density and how it is distributed so they can design areas for cities, parks, roadways, and even water systems so enough is available for a community to drink and use.

                  If you were able to design an environment, what would it look like? Would it have plants and animals in it? Which ones? How would you decide how many plants and animals you would put in your environment? Would you also live in your environment? How would you get the right amounts of air, water and food for each of your plants and animals? Well, engineers actually design artificial environments that consider all of these things. These environments are called biodomes. أ biodome is a model that is designed to represent a particular environment and the community of organisms that live there. Biodomes are used to study ecosystems and attempt to model how living and nonliving things interact in those natural environments. The goal of a biodome is to create an environment that has enough resources for every plant and animal, creating a balance or equilibrium. Engineers come up with all sorts of cool designs using the engineering design process and eventually they settle on one to create.

                  Biosphere 2 in Arizona, USA.

                  Who knows something about the engineering design process؟ It is the set of steps that engineers take when they develop a new or improved product. Can you think of some of the steps an engineer may need to complete when designing something? Well, first they have to have a problem or a need. Then, they brainstorm creative ideas and solutions to that problem or need. Next they select the most promising idea, and draw or communicate the idea to others. Finally, they build a model of the design and evaluate whether or not that design is successful.

                  Who would like to become and engineer, learn more about environments, and create a biodome? Here is our challenge for this project:

                  Countries from all over the world have started a new project to create the best biodome yet! This new biodome will represent all the different climates and landscapes on the globe. The organizing committee has asked engineers from all different countries, including you, to help them in the design process. They request that you create a small-scale version – or prototype — of your design. Your design must only include one climate and landscape. When all the designs are done, one of them will be selected as the winner, to be built. So, it is time to put on your engineering hats and start thinking about how to make the best biodome. First thing to do is brainstorm your ideas and then make a drawing. Are you ready?

                  إجراء

                  • This activity can be conducted as either a very structured or open-ended design. For a more structured lesson, direct the students to build model biodomes as described in Figure 1. Otherwise, provide students with a variety of materials and set them loose to design a biodome structure of their own imagination (see Figure 2).
                  • Gather materials and make enough copies of the Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6, one per team (staple the pages together to make workbooks).

                  Figure 1. Steps to build a simple model biodome using two, 2-liter plastic bottles.

                  Part 1: Designing Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 2)

                  1. Divide the class into engineering teams of two to four students each.
                  2. Give each group a Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6.
                  3. Have students decide on a name for their engineering design team (and record it on the first page of their workbook).
                  4. Instruct the students to brainstorm ideas on what a biodome would contain for a given environment. (Provide teams with an environment, perhaps the local environment.)
                  5. After the students have brainstormed their ideas and shared a few with the class, have them pick one of their ideas from which they will build their team's model biodome.
                  6. Next, have students draw a picture of their biodome design in the space provided in their workbooks. (Note: For a simple biodome structure, follow the Figure 1 instructions, have students design uniform biodomes, and provide them with a variety of materials, soils and seeds for the interior. For a more open-ended project, instruct the teams to creatively design their own biodome structures and materials [see Figure 2].)

                  Figure 2. Students are creative in their open-ended model biodome designs.

                  Part 2: Building Your Biodome Structure (for Biodomes unit, Lesson 2)

                  1. During this class period, provide each group with the supplies they need to build the structure of their designed biodome.
                  2. Provide time for the students to build their biodome structures. Remind them that they need a tight seal on their biodome, so that it becomes a completely contained mini-environment (use tape or hot glue, preserving the ability to open/close the biodome for future steps).
                  3. Have students answer the questions in Part 2 of the workbook. Remind them that engineers often encounter challenges many times during the engineering design process, before they achieve a finished product.

                  Part 3: Energy Flow in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 3)

                  1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                  2. In their workbooks, have students explain their biodome environment and make a list of the organisms that could be found if their biodome was built on a larger scale.
                  3. Next, have students draw one or more food chains or food webs to show the flow of energy through their biodome environment. Have them consider the relationships of the food sources and consumers in their individual biodomes.
                  4. Have several student teams share their food chains or food webs with the class. Discuss the flow of energy through each of their model biodomes.
                  5. Engage the students in a class discussion about their biodomes. Questions: From where does the energy to sustain your biodomes originally come? (Answer: The sun.) How will you make sure that sunlight gets into your biodome? Where are the air and water sources for your biodomes?

                  Part 4: Plants in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 4)

                  1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                  2. Discuss basic plant needs with the students (food, water and energy from the sun).
                  3. Have students place soil, sand, rocks, ponds, or earth features into their biodomes, according to their designs.
                  4. Next, have students plant several seeds in the soil of their biodomes.
                  5. Remind students to record in their workbooks what they are adding to their biodomes.
                  6. Next, have students water their biodome and seal it up tightly.
                  7. Ask students to review their food chain drawings and the plants they placed inside their biodomes. Will these plants support their food chains? If not, what changes will they need to make to their food chains? Tell them that engineers often have to make adjustments to their projects as they learn new information or change their materials (in this case, seeds) from their original design.

                  Part 5: Animals in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 5)

                  1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                  2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                  3. Inform the students that today they will collect animals from outdoors to place into their biodomes. Before they go outside to collect the animals, they need to plan what kind of animals they can have inside.
                  4. Make a list on the board of possible animals (insects) that the students may find to put in their biodome. (Ideas: grasshoppers, crickets, snails, ants, flies, moths, box elder bugs, June bugs, water bugs. Worms will be added in the decomposition activity, Part 6.) Also make a list of food sources that those animals require.
                  5. Ask the students what kinds of problems they might have in picking which animals to put inside the biodome. Explain that they do not want the animals to be eaten by the other animals in the biodome. If this happens, all the animals would die once their food source is gone. Also explain that engineers are often limited by the materials that are available to them. In this case, the students are limited to the animals they can find outside their classroom, mostly insects.
                  6. After giving instructions on outdoor policies, give the students some time go outside with nets and jars to collect insects for their biodomes.
                  7. Returning to class, ask the students to place their insects/animals into their biodomes and observe what they see.
                  8. Have students add water, if needed, to their biodome and seal it up tightly.

                  Part 6: Decomposers in Your Biodome (for Biodomes unit, Lesson 6)

                  1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                  2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                  3. Inform the students that today they will collect worms from outdoors to place into their biodomes. The worms help to break down animal and plant wastes into more useful soil and nutrients.
                  4. Ask the students what kind of problems they see with putting animals and plants into a biodome. Lead them to realize that it is very difficult for humans to make a safe atmosphere for all the different types of plants and animals and that often some of the plants and animals die in their new locations. While the idea of biodomes is a very popular one, there have not been many successes. Engineers work with biologists and other scientists to try their best to design environments in which the animals can live as if they were in nature.
                  5. After giving instructions on outdoor policies, give the students some time to go outside to with jars or paper cups to collect worms for their biodomes.
                  6. Returning to class, ask the students to place their worms into their biodomes and observe what they see.
                  7. Have students add water, if needed, to their biodome and seal it up tightly.

                  Part 7: Review & Evaluation (after completion of the model biodomes)

                  1. Instruct students to sit together with the members of their engineering design teams.
                  2. In their workbooks, have student record observations of what happened to their biodome since they last added something.
                  3. Have them answer the review and evaluation questions in their workbooks.
                  4. Exhibit the completed model biodomes, along with the completed team workbooks in the school library, display cases or at parents' night.

                  Vocabulary/Definitions

                  biodome: A human-made, closed environment containing plants and animals existing in equilibrium.

                  brainstorming: A technique of solving specific problems, stimulating creative thinking and developing new ideas by unrestrained and spontaneous discussion.

                  ecosystem: A functional unit consisting of all the living organisms (plants, animals and microbes) in a given area, and all the nonliving physical and chemical factors of their environment, linked together through nutrient cycling and energy flow. An ecosystem can be of any size — a log, pond, field, forest or the Earth's biosphere — but it always functions as a whole unit.

                  engineer: A person who applies scientific and mathematical principles to creative and practical ends such as the design, manufacture and operation of efficient and economical structures, machines, processes and systems.

                  engineering design process: The design, build and test loop used by engineers. The steps of the design process include: 1) Define the problem, 2) Come up with ideas (brainstorming), 3) Select the most promising design, 4) Communicate the design, 5) Create and test the design, and 6) Evaluate and revise the design.

                  model: (noun) A representation of something, sometimes on a smaller scale. (verb) To simulate, make or construct something to help visualize or learn about something else (as the living human body, a process or an ecosystem) that cannot be directly observed or experimented upon.

                  prototype: A first attempt or early model of a new product or creation. May be revised many times.

                  تقدير

                  Discussion Questions: Solicit, integrate and summarize student responses.

                  • What is an environment? What types of things does an environment include? Can you think of any artificial environments?
                  • Are you familiar with the engineering design process? Can you name any steps in the engineering design process?

                  Activity Embedded Assessment

                  Workbook: Have students follow along with the activity using the Biodomes Engineering Design Project Workbook: Lessons 2-6. Ask the student teams to complete the questions in the workbook after they have finished each part of creating the biodome. After students have finished the workbook questions, have them compare answers with their peers. Review their answers to gauge their mastery of the subject.

                  Re-Engineering: Ask student teams to brainstorm to come up with many ideas on how they could improve their biodomes. Have them sketch the most promising ideas.

                  Show and Tell: Have student groups show off their biodomes to the rest of the class. Have them explain: 1) how they developed their design, 2) the best part of their design, 3) what could go wrong with it, and 4) what could be fixed or improved in future models. Remind students that engineers go through the design-build-redesign process many times before they are satisfied with a finished product.

                  Engineering Poster: Using the knowledge they learned in the biodomes lessons and activities, have student engineering teams each create a poster to present their best design for a biodome of a particular environment. Ask them to title their posters with an engineering company name that they invent, such as, Eco Engineering Corporation.

                  Making Sense: Have students reflect on the science concepts they explored and/or the science and engineering skills they used by completing the Making Sense Assessment.

                  Safety Issues

                  • Warn students to be careful when cutting plastic bottles. Or, depending on the ability of the students, cut the plastic bottles in advance of the activity.
                  • Set up a hot glue gun station that either the teacher or a classroom assistant supervises. Do not hand out hot glue guns unless students are able to use them responsibly and safely.
                  • Be aware of any student allergies to insects, grasses, etc.
                  • Warn students not to try to capture potentially dangerous insects, such as bees, wasps or spiders.
                  • Be sure to monitor students when they are outdoors.

                  Troubleshooting Tips

                  Limit the materials that students are permitted to use to create their biodomes, otherwise, the biodomes tend to become large and resource demanding. This approach mirrors the real world, in which engineers are usually given size, budget and/or resource limitations. One way to limit size is to set a maximum footprint area, such as one square meter or one square foot.

                  To give the seeds more time to grow, consider swapping the order of Parts 3 and 4, so the seeds are planted earlier in the model biodome development process.

                  For Part 5, if insects are not available outside (due to the weather or other limitations), consider purchasing a small supply of crickets or snails (often free since they usually have too many) from a pet store, or potato bugs from a science lab. Note that snails and aquarium plants should not go down the drain or into a nearby stream as both are nasty invasive species. Instead, explain to the students that you'll find a home for them, and then either return them to a suitable aquarium elsewhere or destroy them.

                  Activity Extensions

                  Have students conduct research to find out what types of construction methods have been used in real biodomes. See if they can find any details on how these design ideas were reached.

                  Have students make a bar graph representing the class' biodome diversity.

                  Have students make a bar chart of the animals and plants they included in their biodomes. Gather all class data and make a class chart as a demonstration. From the data, ask the students how biodome engineers make sure they gather an appropriate sample of plants, animals and decomposers. (Point out that most of students probably gathered the easiest animals and plants to find. What would happen if biodome engineers did this? Would it be a good representation of life?) Then, ask the students to do this for their own biodomes.

                  Have students research real-world biodomes and find out what animals, birds and fish are inside. How do biodome managers control how the animals come into contact with each other in order to maintain healthy populations of both predators and prey?


                  شاهد الفيديو: أغرب وأخطر التجارب العلمية فى العالم. أبرزها الشنق والصلب (كانون الثاني 2022).