Информације

АСС1_2019_Пре_Лецтуре_01_Реадинг - Биологи

АСС1_2019_Пре_Лецтуре_01_Реадинг - Биологи


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Активно учење у БИС2А

Na svakom predavanju tražićemo od vas da odgovarate na pitanja, bilo u maloj grupi ili pojedinačno. Ova pitanja služe nekoliko svrha:

Funkcije pitanja na času

  • Pitanja podstiču učenike da ispitaju temu iz drugačije perspektive, one koju instruktor smatra relevantnom za učenje učenika.

  • Питања служе као мини „самотестови“ за ученике. Ако нисте сигурни које се питање поставља или како на њега одговорити, ово је добар тренутак да (а) затражите од инструктора појашњење и/или (б) узмете у обзир да прегледате ову тему одмах након часа са техничком помоћи, instruktora, drugova iz razreda ili interneta. Ако је наставник одвојио време да вам постави питање на часу, ово је велики траг да мисле да су тема и питање и одговор важни.

  • Нека питања на часу траже од ученика да сами формулишу питања. Ово је обично вежба која је осмишљена да примора ученика да размисли и покуша да артикулише поенту лекције. Ово су критичне вежбе које вас приморавају да дубље размислите о теми и да је ставите у шири контекст курса.

  • Нека питања могу тражити од ученика да протумачи податке или да направи модел (нпр. Можда слику) и да пренесе оно што види разреду. Ова вежба тражи од ученика да вежба објашњавање нечега наглас. Ovo može biti odlično iskustvo za samotestiranje i učenje, kako za osobu koja odgovara, tako i za kolege studente koji bi takođe trebalo da iskoriste vreme da ispitaju kako bi odgovorili na pitanje i kako je to u poređenju sa povratnim informacijama instruktora.

  • Питања у дискусији која слиједи и мисаони процес укључен у рјешавање проблема или одговарање на питања прилика су за инструктора да моделира понашање стручњака на интерактиван начин - понекад је једнако важно разумјети КАКО долазимо до одговора као разумети одговор.

Нека питања су дизајнирана да стимулишу размишљање и дискусију, а не да изазову дискретан одговор. Ако вас позову, не би требало да се осећате примораним да имате један "прави" одговор !! Razumevanje ovoga je veoma važno. Једном када схватите да је савршено прихватљиво (а понекад и пожељно) да не знате све одговоре (ако јесте, која би била сврха доласка на час?), То може уклонити велику анксиозност од позивања . Иако је у реду не знати "одговор", ипак је важно да покушате дати свој допринос дискусији. Primeri drugih značajnih doprinosa mogu uključivati: traženje pojašnjenja; повезивање питања са другом темом часа (покушај повезивања); i izražavanje onoga što vam odgovara i šta vas zbunjuje u vezi sa pitanjem. Nemojte se plašiti da kažete "ne znam". То је сасвим у реду и понекад се чак очекује. Будите спремни да наставник одговори на друго питање, које ће покушати да истакне нешто што вероватно знате или да затражи вашу помоћ у идентификовању тачке забуне.

Припрема за предавање

Да бисмо вам помогли да се спремите за свако предавање, нудимо водиче за учење који садрже упутства о томе како се припремити за час. Требало би да дате све од себе да довршите задато читање и предложене „самопроцене“ пре доласка на час. Ово ће осигурати да сте спремни за дискусије и да ћете максимално искористити своје време током часа. Не очекујемо да ћете бити стручњак прије предавања, али очекујемо да то учините прије читања и тако се упознате са потребним рјечником и проведете неко вријеме размишљајући о појмовима о којима ће бити ријечи. Na tom osnovnom znanju ćemo se nadovezati na predavanju. Ако немате при руци барем неке од основних градивних елемената, мање ћете ефикасно користити време на часу.

Не можемо то превише нагласити VI imate primarnu odgovornost za učenje materijala na ovom (ili bilo kom drugom) kursu. Iako smo uloženi u vaš uspeh, vaši instruktori i TA ne mogu magično usaditi znanje. Као и свака друга дисциплина која захтева савладавање (нпр. Спорт, музика, плес итд.), Можемо вам помоћи да вас усмеримо и критиковати ваш учинак, али не можемо заменити сате вежбања који су потребни да бисте постали добри у нечему. Никада не бисте очекивали да ћете постати искусни пијаниста одласком на часове једном или два пута недељно и никад вежбањем. Većini nas čini se očiglednim da vam je potrebna praksa da biste postali dobri u nečemu poput muzike, umetnosti ili sporta. Ne treba da čudi što isto pravilo važi za učenje biologije ili bilo kog drugog akademskog predmeta.

Ми себе видимо као ваше тренере за ову класу; желимо да сви успете. Međutim, da bi se to dogodilo, morate ozbiljno shvatiti svoju praksu. То значи долазак на час припремљен, учешће на часу, проучавање градива обрађеног на часу што је пре могуће, идентификовање места у којима нисте сигурни и помоћ за разјашњење тих тема што је пре могуће, и покушај да смислено допринесете дискусијама на мрежи ( не само минимални минимум потребан за „добијање бодова“).

Zaključak: morate biti aktivni učesnici u svom učenju.

Znanje i učenje

Настава и учење науке

I podučavanje i učenje nauke su izazovni poduhvati. Kao instruktori, moramo da komuniciramo složene, veoma međusobno povezane koncepte koji će poslužiti kao osnova za vaše buduće studije. Такође желимо да наши ученици покажу овладавање овим идејама на високом нивоу. Kao studenti, morate naučiti veliki novi vokabular, kreirati mentalne modele na koje možete „okačiti“ novo konceptualno znanje i pokazati da zaista možete koristiti ovo novo znanje. Proces izaziva i instruktora i učenika. Иако процес укључује напоран рад, он такође може бити невероватно користан и забаван. Нема ништа задовољније за инструктора од оних „Аха!“ тренуци када ученик одједном схвати важан концепт.

У БИС2А -и се суочавамо са неким занимљивим изазовима у настави и учењу. Jedan od ključnih izazova je da razgovaramo o fizičkim stvarima i idejama koje postoje ili se dešavaju na vreme i/ili skale veličine koje nisu poznate većini učenika. Шта ово значи? Размотрите следећи пример:

Пример: Неки изазови повезани са стварањем менталних модела

Инструктор који предаје биологију дивљих животиња можда ће хтјети говорити о еволуцијским појмовима користећи кљунове птица као полазиште за дискусију. У овом случају, инструктор не мора да троши време на стварање менталних слика кљунова птица различитих облика (или у најмању руку треба да покаже само једну слику); većina učenika će se lako osloniti na svoje prošlo znanje i svakodnevni život da bi stvorili mentalne slike kljunova patke, orla ili kljunova drveća i zaključili različite funkcionalne razloge zbog kojih je priroda odabrala različite oblike. Kao posledica toga, učenici neće morati da troše nikakav mentalni napor zamišljajući kako izgledaju kljunovi i umesto toga mogu svu svoju energiju da usredsrede na osnovnu evolucionu lekciju.

Још колоквијално: Ако се од вас тражи да размислите о нечем новом што је блиско повезано са нечим што већ добро знате, није се превише тешко усредсредити на нови материјал.

Насупрот томе, у БИС2А тражимо од ученика да размисле и разговарају о стварима које се дешавају на атомској, молекуларној и ћелијској скали и брзинама које се протежу од микросекунди до миленијума. Većina učenika, pretpostavljamo, nije živela život na mikro do nanometarskoj skali. Ипак, на овој скали дужине се дешава већина догађаја заједничких за све биолошке системе. Učenici početnici, koji nisu mnogo razmišljali o tome kako se stvari dešavaju na molekularnom nivou, nemaju mentalne modele na osnovu kojih bi dodali nove informacije. Ово полазиште оптерећује и ученика и наставнике да створе и ојачају НОВЕ менталне моделе за многе ствари о којима говоримо на часу. Na primer, da bismo zaista razgovarali o tome kako proteini funkcionišu, prvo moramo da razvijemo zajednički skup modela i rečnika za predstavljanje molekula na atomskom i molekularnom nivou. Не само да ови модели морају да пронађу начине за представљање структуре молекула, већ модели морају да садрже и апстрактне идеје о хемијским својствима молекула и како ти молекули међусобно делују. Стога студенти у БИС2А морају уложити одређени напор у конструисање менталних модела како протеини "изгледају" и како се понашају на молекуларној скали. Pošto se ceo kurs usredsređuje na biomolekule i procese koji se dešavaju na mikroskopskom nivou, sličan argument se može izneti za skoro svaku temu u času.

Napomena: Moguća diskusija

Kako tumačite pojam mentalni model i zašto mislite da je on važan za učenje?

Неке вежбе у разреду и водичу за учење осмишљене су да помогну у савладавању овог изазова; већина ученика сматра да су веома корисни. Међутим, неки студенти су више навикли да уче за испите памћењем информација него разумевањем. (Нису они криви; то су од њих раније тражили). Kao rezultat toga, ako se problemima pristupi sa stavom „pamti po svaku cenu“.

неки

vežbi BIS2A može u početku izgledati besmisleno. На пример, зашто ваши инструктори од вас траже да стално извлачите неке од концепата описаних на часу? На које питање са више избора би вас та вежба могла припремити? Иако је тачно да неки од ваших инструктора неће тражити да на испиту цртате компликоване фигуре, ове вежбе цртања не покушавају да припреме студенте за једно посебно питање. Umesto toga, instruktor pokušava da vas ohrabri da počnete da kreirate mentalni model za sebe i da vežbate da ga koristite. Чин цртања може послужити и као „самотестирање“. Када се приморате да нешто запишете или створите слику која описује процес на папиру, моћи ћете независно да процените колико је ваше концептуално схватање теме заиста јасно видећи колико је лако или тешко било изразити своју менталну слику о nešto na papiru. Ако вам је тешко извући основни концепт или процес из класе БЕЗ ВАЊСКЕ ПОМОЋИ, вероватно ће вам требати више праксе. Ако је лако, спремни сте да свом моделу додате нове информације. Током курса ћете наставити да додајете нове информације у свој ментални модел или ћете користити концепт представљен у вашем менталном моделу у новом контексту. Нека ваши цртежи - или други механизми за самотестирање - буду актуелни. Не заостај.

Uzgred, prezentacija koncepta kursa na ispitu u kontekstu koji student nikada ranije nije video NIJE zla zavera instruktora. Умјесто тога, то је начин на који наставник и ученик могу процијенити да ли је концепт научен и да ли то знање може користити/пренијети ученик изван конкретног примјера даног на часу или у читању. Traženje od učenika da ponovi ovo drugo predstavljalo bi vežbu pamćenja i ne bi predstavljalo procenu vrednog učenja i samostalnog razmišljanja ili predstavljanje onoga što se dešava u stvarnom životu.

VAŽNO

Идеја да ће студенти у БИС2А бити тестирани на њихову способност да УСЕ појмови у одређеним контекстима које раније нису видели критично су за разумевање! Obratite posebnu pažnju na ovo znanje. Развијање употребљивог концептуалног знања захтева више дисциплине и рада него памћење. Четвртина се такође креће ВРЛО брзо и концепти су сложени један на други. Ако превише заостајете, веома је, веома тешко надокнадити изгубљено време два или три дана пре испита. Будите што дисциплинованији и наставите са материјалима курса.

Дакле, неке концепте је тешко научити и разумети. Шта нам је чинити? И инструктори и студенти раде различите комуникацијске трикове како би поједноставили или учинили апстрактне идеје релативнијима. Користимо алате попут аналогија или поједностављених модела (више о важности ових ускоро) за описивање сложених идеја. Учинити ствари релативнијима могу имати различите облике. Наставници би могли покушати да користе разне сличности или метафоре да искористе менталне слике или концептуалне моделе које ученици већ имају (извучени из свакодневног живота) да објасне нешто ново. На пример, ствар Кс коју не разумете делује помало као ствар И коју разумете. Ponekad ovo pomaže da se pokrene diskusija. Još jedna stvar koju možete uhvatiti instruktora ili studenta je антропоморфизирање понашање физичких ствари које су непознате. Na primer, možemo reći molekul A "želi" da stupi u interakciju sa molekulom B kako bi se pojednostavio tačniji ali složeniji opis hemijske energije uključene u interakciju između molekula A i B. Antropomorfizmi mogu biti korisni jer, poput poređenja i metafora, pokušavaju da povežu stvaranje novih ideja i ментални модели концептима који већ постоје у учениковом мозгу.

Иако ови алати могу бити одлични и ефикасни, ипак их треба пажљиво користити - и од стране наставника и ученика. Главни ризик повезан са овим алаткама за поједностављивање је то што могу створити концептуалне везе које не би требало да постоје, које доводе до ненамерних заблуда или отежавају повезивање новог концепта. Дакле, док су ови алати важећи, ми - студенти и инструктори - такође морамо бити опрезни у разумевању ограничења ових алата у нашој способности да научимо нове идеје. Како ћемо поступити ако су ови педагошки алати корисни, али њихова употреба носи и ризик?

Lek ima dva dela:

  1. Prepoznajte kada se koristi jedan od ovih alata za „pojednostavljivanje“ i
  2. Покушајте да утврдите где специфична аналогија, метафора итд. Функционише, а где концептуално не успева.

Друго упутство је најтеже и може се показати као изазов за ученике, посебно када су први пут изложени новом концепту. Међутим, чин једноставног размишљања о потенцијалним проблемима повезаним са аналогијом или моделом важна је метакогнитивна вежба која ће помоћи ученицима да науче. У БИС2А-и ваши инструктори ће повремено очекивати да експлицитно признате употребу ових педагошких алата и објасните компромисе повезане са њиховом употребом. Ваши инструктори ће вам такође помоћи у томе тако што ће вам изричито указати на примере или вас навести да препознате потенцијални проблем.

Napomena: Moguća diskusija

Можете ли навести пример са ваших претходних часова где је инструктор користио антропоморфизам да опише нељудску ствар? Који су били/јесу компромиси описа (тј. Зашто је опис функционисао и која су била његова ограничења)?

Коришћење речника

Такође је вредно напоменути још једно проблематично питање које може беспотребно збунити студенте који тек почињу са дисциплином - употреба речничких термина који потенцијално имају више дефиниција и/или погрешна употреба речничких израза који имају строге дефиниције. Iako ovo nije problem jedinstven za biologiju, ipak je važno prepoznati da se javlja. Можемо извући из примера из стварног живота да бисмо боље разумели ово питање. Na primer, kada kažemo nešto poput „odvezao sam se do prodavnice“, razumno se očekuje da će nekoliko stvari biti odmah shvaćene. Не морамо да кажемо „Седео сам и контролисао затворену платформу са четири точка која се покреће сагоревањем фосилног горива у згради која прикупља робу коју желим да добијем и то може да учини заменом заменљиве валуте за dobara“ da prenese srž naše poruke. Loša strana korišćenja termina „vozio“ i „prodavnica“ je to što smo potencijalno izgubili važne detalje o tome šta se zaista dogodilo. Можда се аутомобил напаја из батерије и то је важно за разумевање неких детаља приче који следи (нарочито ако тај део приче укључује позивање возача шлепера да вас покупи након што се ауто поквари). Можда је познавање одређене продавнице важно за разумевање контекста. Понекад ти детаљи нису важни, али понекад ако нису познати то може довести до забуне. Важна је правилна употреба речника и опрез при избору речи. Takođe je ključno znati kada treba pojednostaviti, a kada dati dodatne detalje.

На страну:

У лабораторији ће студенти биологије често пријављивати својим менторима да је "мој експеримент успео", не делећи важне детаље о томе шта значи "радити", који су докази, колико су јаки докази или на чему се заснива. је за њихову процену - сви детаљи који су критични за разумевање шта се тачно догодило. Ако и/или када почнете да радите у истраживачкој лабораторији, учините себи и свом саветнику услугу да опишете ДЕТАЉНО шта сте покушавали да постигнете (немојте претпостављати да ће запамтити детаље), како сте одлучили да остварите свој циљ ( експериментални дизајн), који су били тачни резултати (препоручује се приказивање правилно означених података) и ваше тумачење. Ако желите да свој опис завршите речима "дакле, успело је!" то је такође одлично.

Napomena: Moguća diskusija

Можете ли се сетити примера где је непрецизна или погрешна употреба речника изазвала беспотребну забуну у стварном животу? Opišite primer i razgovarajte o tome kako se zabuna mogla izbeći.

Модели и поједностављивање претпоставки

Stvaranje modela stvarnih stvari

Живот је компликован. Да бисмо нам помогли да разумемо оно што видимо око себе - и у свакодневном животу и у науци или инжењерству - често конструишемо моделе. Уобичајени афоризам каже: сви модели су погрешни, али неки су корисни. Односно, колико год били софистицирани, сви модели су приближавање нечему стварном. Iako nisu „prava stvar“ (i stoga su pogrešni), modeli su korisni kada nam omogućavaju da napravimo predviđanja o stvarnom životu koja možemo da koristimo. Модели долазе у различитим облицима који укључују, али нису ограничени на:

Врсте модела

  • Физички модели: Ово су 3-Д објекти које можемо додирнути.
  • Crteži: Mogu biti na papiru ili na računaru iu 2-D ili virtuelnom 3-D. Uglavnom ih gledamo.
  • Математички модели: Они описују нешто у стварном животу математичким терминима. Користимо их за израчунавање понашања ствари или процеса који желимо да разумемо.
  • Verbalni ili pismeni modeli: Ovi modeli se saopštavaju pisanim ili govornim jezikom.
  • Ментални модели: Ови модели су изграђени у нашим умовима и ми их користимо за креирање других врста модела и за разумевање ствари око нас.

Pojednostavljivanje pretpostavki


Обично се у науци и свакодневном животу једноставнији модели преферирају у односу на сложене. Stvaranje jednostavnih modela složenih stvarnih stvari zahteva od nas da napravimo ono što je poznato kao uprošćavanje pretpostavki. Како им назив говори, uprošćavanje pretpostavki су претпоставке које су укључене у модел ради што једноставније анализе. Када поједностављени модел више не предвиђа понашање стварне ствари унутар прихватљивих граница, направљено је превише поједностављених претпоставки. Kada se malo prediktivne vrednosti dobije dodavanjem više detalja modelu, verovatno je previše složen. Погледајмо различите моделе из различитих дисциплина и укажимо на њихове поједностављујуће претпоставке.

Пример из физике: блок на равни без трења

Слика 1. Цртеж који моделира блок (од било ког материјала) који седи на генеричкој нагнутој равни. У овом примеру неки поједностављујући претпоставке су израђени. На пример, детаљи материјала блока и равни се занемарују. Често бисмо, ради практичности, такође могли претпоставити да је авион без трења. Тхе uprošćavanje pretpostavki dozvoliti učeniku da uvežba razmišlja o tome kako da uravnoteži sile koje deluju na blok kada je podignut u gravitacionom polju i da vidi da površina na kojoj sedi nije okomita na vektor gravitacije (mg). Ovo pojednostavljuje matematiku i omogućava učeniku da se fokusira na geometriju modela i kako to matematički predstaviti. Модел и његов uprošćavanje pretpostavki, могао би обавити прилично добар посао у предвиђању понашања коцке леда која клизи низ равнину нагнуту према стаклу, али би вероватно учинио лош посао у предвиђању понашања мокрог сунђера на нагнутој равни обложеној брусним папиром. Model bi bio previše pojednostavljen za poslednji scenario.

Izvor: Kreirao Marc T. Facciotti (Sopstveni rad)

Пример из биологије: тракасти дијаграм протеина—ttransmembranski protein bakteriorhodopsin

Слика 2. Ово је цртани модел трансмембранског протеина бактериорходопсина. Протеин је представљен као светло плава и љубичаста трака (различите боје истичу алфа хеликс и бета лист), хлоридни јон је представљен као жута сфера, црвене сфере представљају молекуле воде, ружичасте куглице и штапићи представљају молекул ретине који се налази на "унутрашњости" протеина, а наранџасте куглице и штапићи представљају друге молекуле липида који се налазе на "спољној" површини протеина. Model je prikazan u dva prikaza. Са леве стране модел се гледа "бочно", док се са десне стране гледа дуж његове дуге осе са ванћелијске стране протеина (ротирано 90 степени изван странице са приказа са леве стране). Овај модел поједностављује многе детаље протеина на атомском нивоу. Такође не представља динамику протеина. Тхе uprošćavanje pretpostavki значи да модел не би добро обавио предвиђање времена које је протеину потребно за обављање свог посла или колико протона се може транспортовати преко мембране у секунди. С друге стране, овај модел веома добро предвиђа колико ће протеина заузети простор у ћелијској мембрани, колико далеко у мембрану седи мрежњача или да ли одређена једињења могу разумно да „процуре“ кроз унутрашњи канал.

Izvor: Kreirao Marc T. Facciotti (sopstveni rad), Univerzitet Kalifornije, Davis
Изведен из ПДБИД: 4ФПД

Пример из хемије: модел молекуларне линије глукозе

Слика 3. Цртеж молекула глукозе. Према договору, тачке на којима се праве линије спајају представљају атоме угљеника, док су други атоми експлицитно приказани. С обзиром на неке додатне информације о природи атома који су овде фигуративно представљени, овај модел може бити користан за предвиђање неких хемијских својстава овог молекула, укључујући растворљивост или потенцијалне реакције у које би могао ући са другим молекулима. Тхе uprošćavanje pretpostavki, međutim, sakrivaju dinamiku molekula.

Izvor: Kreirao Marc T. Facciotti (Sopstveni rad)

Primer iz svakodnevnog života: maketa Ferarija

Слика 4. Умањени модел Феррарија. Постоји много поједностављења и већина их чини само корисним за предвиђање општег облика и релативних пропорција стварне ствари. На пример, овај модел нам не даје моћ предвиђања о томе колико добро аутомобил вози или колико се брзо зауставља при брзини од 70 км/с.

Izvor: Kreirao Marc T. Facciotti (Sopstveni rad)

Напомена: могућа дискусија

Опишите физички модел који користите у свакодневном животу. Šta model pojednostavljuje od prave stvari?

Напомена: могућа дискусија

Опишите цртеж који користите на часу природних наука за моделирање нечег стварног. Šta model pojednostavljuje od prave stvari? Koje su prednosti i mane pojednostavljenja?

Сферна крава

Sferna krava je poznata metafora u fizici koja ismijava tendencije fizičara da kreiraju veoma pojednostavljene modele za veoma složene stvari. Уз ову метафору повезани су бројни вицеви који иду отприлике овако:

"Производња млијека на фарми млијечних производа била је ниска, па је фармер писао локалном универзитету тражећи помоћ од академске заједнице. Окупљен је мултидисциплинарни тим професора на челу са физичарем-теоретичаром, а спроведене су двије седмице интензивне истраге на лицу мјеста. Naučnici su se zatim vratili na univerzitet, sveske natrpane podacima, gde je zadatak pisanja izveštaja prepušten vođi tima. Ubrzo nakon toga, fizičar se vratio na farmu, govoreći farmeru: „Imam rešenje, ali ono ради само у случају сферних крава у вакууму "."

Izvor: stranica Vikipedije o Spherical Cow – pristupljeno 23. novembra 2015.

Слика 5. Crtani prikaz sferne krave.
Извор: хттпс://уплоад.викимедиа.орг/википед.../д2/Спхцов.јпг
Аутор Ингрид Каллицк (Властито дело) [ГФДЛ (хттп://ввв.гну.орг/цопилефт/фдл.хтмл) или ЦЦ БИ 3.0 (хттп://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би/3.0)], путем Викимедиа Цоммонс

Сферна крава је забаван начин исмевања процеса стварања једноставних модела и велика је вероватноћа да ће ваш инструктор БИС2А позвати референцу на сферну краву када се расправља о превише поједностављеном моделу нечега у биологији. Будите спремни за то!

Гранична или асимптотска анализа

U BIS2A često koristimo modele. Ponekad takođe volimo da zamišljamo ili testiramo koliko dobro naši modeli zapravo predstavljaju stvarnost i uporedimo to sa očekivanjima od onoga što znamo da je istinito za stvarni život. Postoji mnogo načina da to uradite u zavisnosti od toga koliko precizno treba da znate ponašanje stvari koju pokušavate da modelujete. Ако требате знати много детаља, направите детаљан модел. Ako ste voljni da živite sa manje detalja, napravićete jednostavniji model. Поред пријављивања uprošćavanje pretpostavki, често је корисно проценити ваш модел помоћу технике коју називамо ограничавајући или асимптотска анализа. Osnovna ideja ove tehnike je da se model koristi u kompletu sa uprošćavanje pretpostavki, да би разумели како би се стварна ствар могла понашати у екстремним условима (на пример, проценити модел на минималним и максималним вредностима променљиве). Хајде да испитамо једноставан пример како ова техника функционише у стварном животу.

Пример: ограничавање

Проблем при подешавању
Замислите да морате напустити Давис, ЦА и отићи кући у Селму, ЦА за викенд. 17 je popodne i rekao si roditeljima da ćeš biti kući do 18:30. Селма је удаљена 322 км од Дависа. Postajete zabrinuti da nećete stići kući na vreme. Можете ли да процените да ли је то уопште могуће или ћете загрејати вечеру у микроталасној пећници?

Kreirajte pojednostavljeni model i koristite ograničavanje
Možete kreirati pojednostavljeni model. У овом случају можете претпоставити да је пут између Дависа и Селме савршено раван. Такође претпостављате да ваш аутомобил има само две брзине: 0 мпх и 120 мпх. Ове две брзине су минималне и максималне брзине које можете путовати - граничне вредности. Сада можете проценити да чак и под претпоставкама теоретски „најбољег“ сценарија, где бисте се возили савршено равним путем без препрека или саобраћаја максималном брзином, нећете стићи кући на време. Максималном брзином прешли бисте само 180 од потребних 200 миља за 1,5 сати колико имате.

Тумачење
У овом примеру из стварног живота направљен је поједностављени модел. У овом случају, један веома важан uprošćavanje pretpostavki je napravljen: pretpostavlja se da je put ravan i bez prepreka ili saobraćaja. Ове претпоставке вам омогућавају да разумно претпоставите да бисте овом цестом могли возити пуном брзином читаву удаљеност. Тхе uprošćavanje pretpostavki поједноставио много онога што знате да постоји у стварном свету што би утицало на брзину коју можете путовати и продужило време потребно за путовање. Upotreba ograničavanja – ili izračunavanje ponašanja pri minimalnim i maksimalnim brzinama – je način da se brzo predvidi šta bi se moglo dogoditi u stvarnom svetu.

Сличне анализе спровешћемо у БИС2А.

Важност познавања кључних претпоставки модела

Poznavanje koje pojednostavljujuće pretpostavke su napravljene u modelu je ključno za procenu koliko je on koristan za predviđanje stvarnog života i za početak nagađanja o tome gde model treba da se poboljša ako nije dovoljno prediktivni. U BIS2A od vas će se periodično tražiti da kreirate različite tipove modela i da eksplicitno identifikujete uprošćavanje pretpostavki i uticaj tih pretpostavki na korisnost i prediktivnu sposobnost modela. Такође ћемо користити моделе заједно са ограничавајући vežbe da pokušate da naučite nešto o potencijalnom ponašanju sistema.

Pregled naučne metode

Primer prevelikog uprošćavanja koji zbunjuje mnoge studente biologije (naročito na početku studija) je upotreba jezika koji skriva eksperimentalni proces koji se koristi za izgradnju znanja. Ради ефикасности, често причамо приче о биолошким системима као да износимо неупитне чињенице. Међутим, иако често пишемо и говоримо о темама у биологији са уверењем које даје изглед „чињеничног“ знања, стварност је често више нијансирана и испуњена значајним неизвесностима. "Чињенично" представљање материјала (обично недостаје расправа о доказима или поверење у доказе) игра нашу природну тенденцију да се осећамо добро због "сазнања" ствари, али тежи стварању лажног осећаја сигурности у стању знања и мало да подстакне употребу маште или развој критичког мишљења.

Bolji način da opišemo naše znanje o prirodnom svetu bio bi da eksplicitno kvalifikujemo da ono što znamo da je „istinito“ u nauci predstavlja samo naše trenutno najbolje razumevanje teme; shvatanje koje još nije opovrgnuto eksperimentom. Нажалост, поновљена квалификација постаје прилично гломазна. Важно је запамтити да, иако то не можемо рећи експлицитно, сво знање о којем разговарамо на часу представља само најбоље од нашег тренутног разумевања. Неке идеје су издржале поновљена и разноврсна експериментисања, док се друге теме тек требају темељито испитати. Дакле, ако нисмо толико сигурни у ствари у које бисмо понекад желели да верујемо, како знамо у шта да верујемо и према чему треба да будемо скептични? Potpun odgovor nije trivijalan, ali počinje razvijanjem razumevanja процес користимо у науци за изградњу нових знања. Научни метод је

процес

помоћу којих се развијају нова знања. Иако се процес може описати дугим списковима „корака“ (често се могу видети у уџбеницима), његови основни елементи могу се описати језгровитије.

Кратак опис научне методе (према Феинману)

  1. Запазите свет.
  2. Предложите могуће објашњење запажања.
  3. Testirajte objašnjenje eksperimentom.
  4. Ако се објашњење не слаже са експериментом, објашњење је погрешно.

U suštini, to je to! У науци може постојати више, истовремено предложених објашњења или идеја које се тестирају експериментом. Идеје које не успевају у експериментисању остају иза. Идеје које преживе експериментисање иду напред и често се понављају алтернативним експериментима све док и оне не успеју или се наставе задржавати.

Zapažanje i postavljanje pitanja

Способност давања корисних запажања и/или постављања смислених питања захтева радозналост, креативност и машту - то се не може преценити. Историјски гледано, историјски гледано, то је пре свега примена ових вештина, можда више од техничких способности, што је довело до великог напретка у науци. Mnogi ljudi misle da je davanje smislenih zapažanja i postavljanje korisnih pitanja najlakši deo naučne metode. То није увек случај. Зашто? Videti ono što drugi još nisu tražili i kreativnost zahtevaju rad i promišljeno razmišljanje! Осим тога, наша чула посматрања често су пристрасна животним искуством, предзнањем или чак сопственом биологијом. Ove osnovne predrasude utiču na to kako vidimo svet, kako tumačimo ono što vidimo i šta nas na kraju zanima. То значи да када погледамо свет, можемо пропустити много ствари које су нам заправо пред носом. Доуглас Адамс, који је најпознатији по књизи под насловом Аутостоперски водич кроз галаксију, једном проширен на ову тачку писањем:

"Најзаваравајуће претпоставке су оне за које ни не знате да их изводите."

Naučnici, stoga, moraju biti svjesni bilo kakvih osnovnih pristrasnosti i bilo kakvih pretpostavki koje mogu uticati na način na koji internalizuju i tumače zapažanja. Ovo uključuje približavanje našoj pristrasnosti da različita mesta na kojima dobijamo naše znanje (tj. udžbenici, instruktori, internet) predstavljaju apsolutnu istinu sa zdravom dozom skepticizma. Moramo da naučimo da ispitamo dokaze koji su u osnovi „činjenica“ koje navodno znamo i da donesemo kritičke sudove o tome koliko verujemo tom znanju. Uopšteno govoreći, odvajanje vremena za pažljiva zapažanja i otkrivanje svih pretpostavki i predrasuda koje bi mogle uticati na njihovo tumačenje je, dakle, dobro potrošeno vreme. Ова вештина, као и све остале, треба да се развије и захтева праксу, а ми ћемо покушати да вас започнемо на овоме у БИС2А.

За забаву и тестирање ваших способности посматрања, Гоогле -ови „тестови посматрања“. Многи резултати претраживања ће вас одвести на занимљиве психолошке тестове и/или видео записе који илуструју колико тешко посматрање може бити тешко.

Генерисање хипотезе која се може тестирати

"Могуће објашњење" поменуто у трећем кораку горе има формални назив; зове се а хипотеза. Хипотеза није случајно нагађање. Hipoteza je obrazovano (zasnovano na prethodnom znanju ili novom gledištu) objašnjenje događaja ili zapažanja. Obično je najkorisnije ako se naučna hipoteza može testirati. Ово захтева да постоје алати за информативна мерења у систему и да експериментатор има довољну контролу над дотичним системом како би извршио потребна запажања.

Većinu vremena na ponašanje sistema koje eksperimentator želi da testira može uticati mnogo faktora. Понашање и факторе називамо зависним и независним променљивим. Зависна променљива је понашање које треба објаснити, док су независне променљиве све остале ствари које могу променити и утицати на понашање зависне променљиве. На пример, један експериментатор који је развио нови лек за контролу крвног притиска можда ће желети да испита да ли њен нови лек заиста утиче на крвни притисак. У овом примеру, систем је људско тело, зависна променљива може бити крвни притисак, а независне променљиве могу бити други фактори који мењају и утичу на крвни притисак попут старости, пола и нивоа различитих растворљивих фактора у крвотоку.

Белешка

У БИС2А, и шире, радије избегавамо употребу језика попут „експеримент је доказао њену хипотезу“ када се позива на случај попут горе наведеног примера крвног притиска. Umesto toga, rekli bismo, „eksperiment je u skladu sa njenom hipotezom“. Imajte na umu da smo, radi pogodnosti, alternativnu hipotezu nazvali jednostavno kao „njena hipoteza“! Ispravnije bi bilo reći, „eksperiment je falsifikovao njenu nultu hipotezu i u skladu je sa njenom alternativnom hipotezom“. Зашто бисте користили ову пречицу јер то додаје забуну када ученик покушава да учи? U ovom slučaju, to je urađeno da bi se ilustrovalo gore navedeno o jezičkim prečicama i otuda podužem objašnjenju. Међутим, имајте на уму ову често коришћену пречицу и научите да сами прочитате у исправном значењу.

Напомена: могућа дискусија

Шта вашим речима значи изјава о фалсификовању хипотеза? Зашто је фалсификовање критично за научни метод?

Контроле

У идеалном случају, експеримент ће укључивати контролне групе. Kontrolne grupe su eksperimentalni uslovi u kojima se vrednosti nezavisnih varijabli (može ih biti više) održavaju što bliže onima u eksperimentalnoj grupi sa izuzetkom nezavisne varijable koja se testira. У примеру крвног притиска, идеалан сценарио био би да једна идентична група људи узима лек и друга група људи идентичних онима у експерименталној групи који узимају пилуле које садрже нешто за шта је познато да не утиче на крвни притисак. У овом поједностављеном примеру, све независне променљиве су идентичне у контролној и експерименталној групи са изузетком присуства или одсуства новог лека. Под овим околностима, ако се вредност зависне варијабле (крвни притисак) експерименталне групе разликује од вредности контролне групе, може се разумно закључити да разлика мора бити последица разлике у независној варијабли (присуство/одсуство лек). Ово је, наравно, идеал. U stvarnom životu nemoguće je sprovesti predloženi eksperiment sa dozom leka; сам број могућих независних варијабли у групи потенцијалних пацијената био би велики. Na sreću, iako su statističari priskočili u pomoć u stvarnom životu, nećete morati da razumete nijanse ovih statističkih problema u BIS2A.

Тачност у мерењу, несигурност и репликација

Na kraju, pominjemo intuitivnu ideju da alati koji se koriste za merenje u eksperimentu moraju biti razumno tačni. Колико тачно? Морају бити довољно тачни да изврше мерења са довољном сигурношћу да би се извели закључци о томе да ли промене независних променљивих заиста утичу на вредност зависне променљиве. Још једном узимамо горњи пример крвног притиска. У том експерименту направили смо важну претпоставку да је експериментатор имао алате који су јој омогућили да прецизно измери промене крвног притиска повезане са дејством лека. На пример, ако су се промене повезане са леком кретале између 0 и 3 ммХг и њен мерач је могао мерити промене крвног притиска са сигурношћу од +/- 5 ммХг, не би могла да изврши потребна мерења да би тестирала своју хипотезу или би пропустио да види ефекат лека. Ради примера, претпостављамо да је имала бољи инструмент и да је могла бити сигурна да су све промене које је измерила заиста биле разлике због третмана лековима и да нису настале због грешке мерења, променљивости узорка до узорка , ili drugi izvori varijacija koji smanjuju pouzdanost zaključaka koji su izvedeni iz eksperimenta.

Тема грешке мјерења наводи нас на спомињање да постоје бројни други могући извори неизвјесности у експерименталним подацима о којима ћете као студенти на крају морати научити. Ови извори грешака имају много везе са утврђивањем колико смо сигурни да су експерименти оповргли хипотезу, колико треба да верујемо тумачењу експерименталних резултата и, даље, нашем тренутном стању знања. Čak iu ovoj fazi, prepoznaćete neke eksperimentalne strategije koje se koriste za suočavanje sa ovim izvorima nesigurnosti (tj. merenje na više uzoraka, pravljenje repliciranih eksperimenata). О томе ћете касније сазнати на курсевима статистике.

За сада бисте, међутим, требали бити свјесни да експерименти носе одређени ступањ повјерења у резултате и да на степен повјерења у резултате могу утјецати многи фактори. Razvijanje zdravog skepticizma uključuje, između ostalog, učenje da se proceni kvalitet eksperimenta i interpretacije nalaza i učenje postavljanja pitanja o ovakvim stvarima.

Напомена: могућа дискусија

Nakon što ste se preselili u Kaliforniju da biste pohađali UC Davis, zaljubili ste se u sveži paradajz. Odlučujete da paradajz u prodavnicama jednostavno nema dobar ukus i rešite da sami uzgajate.

По целом свом дворишту садите биљке парадајза; сваки слободни простор сада има свеже посађену садницу парадајза исте сорте. Posadili ste paradajz u zemlju na punom suncu i pored svoje kuće u punoj hladovini.

zapažanje: Posle prve godine berbe, pravite посматрање da biljke koje rastu u punoj senci skoro uvek izgledaju niže od onih na punom suncu. Мислите да имате разумно објашњење (хипотезу) за ово запажање.

На основу горе наведених информација, створили сте следећу хипотезу да објасните разлике у висини које сте приметили у својим парадајзима:

Хипотеза: Висина коју моје биљке парадајза досежу позитивно је у корелацији са количином сунчеве светлости којој су изложене (на пример, што више сунца биљка добије, то ће бити виша).

Ова хипотеза се може тестирати и фалсификовати. Dakle, sledećeg leta odlučujete da testirate svoju hipotezu.

Ova hipoteza vam takođe omogućava da napravite predviđanje. У овом случају можете предвидети да АКО сте засијали парадајз на сунчаном делу дворишта, ОНДА би те биљке биле краће од њихових суседа по сунцу.

Осмишљавате експеримент да бисте тестирали своју хипотезу куповином исте сорте парадајза коју сте посадили претходне године и поново засадите цело своје двориште. Ове године, међутим, одлучили сте да урадите две различите ствари:

  1. Створите структуру сенке коју поставите на мали подскуп биљака у сунчаном делу вашег дворишта.
  2. Pravite spravu sa ogledalima koja preusmerava malo sunčeve svetlosti na mali podskup biljaka koje se nalaze u senovitom delu dvorišta.

Питање 1: Горе смо користили пречицу. Можете ли створити изјаве и за нулту и за алтернативну хипотезу? Радите са својим друговима из разреда да бисте то урадили.

Питање 2: Зашто стварате структуру сенки? Шта је ово тестирање? На основу ваше хипотезе, шта предвиђате да ће се догодити биљкама испод структуре сенке?

Питање 3: Зашто правите огледалце? Zašto vam je potencijalno potrebna ova sprava ako već imate strukturu senke?

Нови подаци: Na kraju leta izmerite visinu vaših biljaka paradajza i ponovo vidite da su biljke u sunčanom delu dvorišta zaista veće od onih u senovitom delu dvorišta. Међутим, примећујете да не постоји разлика у висини између биљака испод ваше структуре сенке и оних одмах поред структуре на сунцу. Осим тога, примећујете да су све биљке у засењеном делу дворишта приближно исте висине, укључујући и оне које су имале додатно светло обасјано преко вашег огледала.

Питање 4: На шта вас овај експеримент доводи до закључка? Šta biste pokušali da uradite sledeće?

5. pitanje: Замислите алтернативни сценарио у којем сте, као и раније, открили да су биљке у осунчаном делу дворишта све исте висине (чак и оне испод структуре ваше сенке), али да су биљке у сенковитом делу дворишта које су добиле „екстра ”Светлост из вашег огледала постала је већа од њихових непосредних суседа. Šta bi ovo govorilo o vašoj alternativnoj hipotezi? Нулта хипотеза? Шта бисте следеће урадили?

Питање 6: Koje pretpostavke iznosite o sposobnosti merenja u ovom eksperimentu? Какав утицај ове претпоставке могу имати на ваше тумачење резултата?

Na ovom času od vas će se povremeno tražiti da kreirate hipoteze, da interpretirate podatke i da dizajnirate eksperimente sa odgovarajućim kontrolama. За све ове вештине је потребно савладати праксу - можемо их почети вежбати у БИС2А. Опет, иако не очекујемо да будете мајстори након читања овог текста, претпоставит ћемо да сте овај текст прочитали током прве седмице и да вам повезани концепти нису потпуно нови. Увек се можете вратити на овај текст као извор за освежавање.

Одрицање одговорности

Иако је претходни третман експерименталне методе врло базичан - несумњиво ћете овим основним идејама додати бројне слојеве софистицираности током наставка студија - он би требао послужити као довољан увод у тему за БИС2А. Najvažnija stvar koju treba zapamtiti iz ovog odeljka je da je znanje predstavljeno u ovom kursu, iako se ponekad nenamerno predstavlja kao nepobitna činjenica, zapravo samo najsavremenija hipoteza o tome kako se određene stvari dešavaju u biologiji koja tek treba da bude falsifikovana eksperimentom.

Dizajnerski izazov

Vaši BIS2A instruktori su osmislili nešto što mi zovemo „Izazov dizajna“ kako bi nam pomogli da pristupimo temama koje pokrivamo na kursu iz perspektive rešavanja problema i/ili dizajna. Ovaj nastavni alat nam pomaže:

• развити ментални оквир или начин приступа материјалу и
• осмислите низ узастопних корака који помажу структурирању размишљања о темама курса у контексту рјешавања проблема.

Како се намерава да функционише? Кад наиђемо на тему на часу, „Дизајн изазов“ нас охрабрује да о њој размишљамо на следећи начин усредсређен на решавање проблема:

  1. Идентификујте проблем (ове) - ово може укључивати идентификовање „великих“ проблема, као и њихово разлагање на „мање“ угнежђене подпроблеме
  2. Одредите критеријуме за успешна решења
  3. Идентификујте и/или замислите могућа решења
  4. Ocenite predložena rešenja prema kriterijumima uspeha
  5. Izaberite rešenje

Користећи структуру дизајнерског изазова, теме које се обично представљају као листе чињеница и прича претварају се у загонетке или проблеме које је потребно решити. For instance the discussion about the topic of cell division is motivated by a problem. The problem statement can be: "The cell needs to divide". Some of the criteria for success can include needing to have a near identical copy of DNA in each daughter cell, distributing organelles between the daughter cells so that each remains viable etc. These would be considered sub-problems to the larger “the cell needs to divide” problem. One can then go on to explore what the challenges are and try to use existing knowledge and imagination to propose some solutions for each of those problems. Different solutions can be evaluated and then compared to what Nature seems to have done (at least in the cases that are well studied).

This exercise requires us to use imagination and critical thinking. It also encourages the student and instructor to think critically about зашто the particular topic is important to study. The Design Challenge approach to teaching biology attempts to направити the student and instructor focus on the important core questions that drove the development of the knowledge in the first place! It also encourages students to dream up new ideas and to interact with the material in a manner that is question/problem-centered rather than “fact”-centered. The question/problem-centered approach is different from what most people are used to, but it is ultimately more useful for developing skills, mental frameworks and knowledge that will transfer to other problems that they will encounter during their studies and beyond.

Primer

For example, the guiding problem in BIS2A is to understand “How to Build a Cell”. This rather complex problem will be broken down into several smaller sub-problems that include:

  • acquiring the building blocks to construct cellular parts from the environment
  • acquiring the energy to build cellular parts from the environment
  • transforming the building blocks of the cell between different forms
  • transferring energy between different storage forms
  • creating a new cell from an old cell
  • problems we identify in class

As we explore these sub-problems, we will at times explore some of the different ways in which biology has addressed each issue. As we get into details, let us however make sure to stay focused on and not forget the importance of always staying linked to the questions/problems that motivated us to talk about the specifics in the first plac

Scientific Method vs. The Design Challenge

At this point you might be thinking: "What is the difference between the scientific method and the design challenge rubric and why do I need both?" It's not an uncommon question so let's see if we can clarify this now.

The design challenge and the scientific method are both processes that share similar qualities. The critical distinguishing feature, however, is the purpose behind each of the processes. The scientific method is a process used for eliminating possible answers to questions. A typical scenario where one might use the scientific method would involve someone making an observation, proposing multiple explanations, designing an experiment that might help eliminate one or more of the explanations, and reflecting on the result. By contrast the design process is used for creating solutions to problems. A typical scenario for the design challenge would start with a problem that needs solving, defining criteria for a successful resolution, devising multiple possible solutions that would meet the success criteria and either selecting a solution or reflecting on changes that might be made to the designs to meet success criteria. A key operational difference is that the design challenge requires that criteria for success be defined while the scientific method does not.

While both are similar, the differences are still real and we need to practice both processes. We'll assert that we use both processes in "real life" all of the time. A physician, for instance, will use both processes interactively as she forms hypotheses that try to determine what might be causing her patient's ailments. She will turn around and use the design process to build a course of treatment that meets certain success criteria. A scientist may be deep into hypothesis generation but he will eventually need to use a design process for building an experiment that will, within certain definable success criteria, help him answer a question.

Both processes, while similar, are important to use in different situations and we want to begin getting better at both.

An important note:

Your instructors will propose some functional hypotheses for you to consider that address these broader points. Our hypotheses may sometimes come in the form of statements like, "Thing A exists јер of rationale B." To be completely honest, however, in many cases, we don't actually know all of the selective pressures that led to the creation or maintenance of certain cellular structures, and the likelihood that one explanation will fit all cases is slim in biology. The causal linkage/relationship implied by the use of terms like "јер" should be treated as good hypotheses rather than objective, concrete, undisputed, factual knowledge. We want you to understand these hypotheses and to be able to discuss the ideas presented in class, but we also want you to indulge your own curiosity and to begin thinking critically about these ideas yourself. Try using the Design Challenge rubric to explore some of your ideas. In the following, we will try to seed questions to encourage this activity.