معلومة

7.2: التصميم التجريبي - علم الأحياء

7.2: التصميم التجريبي - علم الأحياء


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.

في هذه التجربة سوف تدرس كيف تؤثر ظروف الإضاءة المختلفة على معدل التفاعل المعتمد على الضوء لعملية التمثيل الضوئي. يمكن تقدير معدل هذا التفاعل عن طريق قياس إنتاج الأكسجين في الأقراص المقطوعة من أوراق السبانخ.

الأوراق مليئة بالمساحات داخل الخلايا المليئة بالغاز ، ويتضح ذلك من خلال ملاحظة ورقة تطفو على الماء. يتم تحضير أقراص دائرية صغيرة من أوراق السبانخ. يتم بعد ذلك وضع الأقراص الورقية في محلول من بيكربونات الصوديوم وتعريضها للفراغ. سيتم إزالة الغازات المحاصرة واستبدالها بمحلول البيكربونات مما يؤدي إلى غرق الأقراص في قاع القارورة. سيتم تقسيم الأقراص إلى 3 أطباق بتري وتوضع تحت ظروف إضاءة مختلفة - مظلمة ، وضوء الغرفة ، وتحت مصباح شمسي. عندما يحدث التفاعل المعتمد على الضوء ، سينتشر الأكسجين في الفراغات داخل الخلايا ليحل محل محلول بيكربونات الصوديوم بهذا الغاز. بمجرد توليد كمية كافية من الأكسجين ، ستستعيد أقراص الأوراق طفوها وتدور على حافة واحدة أو تطفو على السطح. سيتم استخدام النسبة المئوية للأقراص الورقية التي تدور أو تطفو على الحافة بعد 20 دقيقة لقياس معدل هذه المرحلة من التمثيل الضوئي.

تأثير ظروف الإضاءة المختلفة على معدل التمثيل الضوئي

المواد

  • أوراق السبانخ ، حفار الفلين ، الخشب أو الكرتون السميك
  • 0.2٪ محلول بيكربونات الصوديوم
  • دورق بسعة 250 مل مزود بسدادة مطاطية بفتحة واحدة
  • أطباق بتري - 2 صافيتان ، واحدة سوداء لكل مجموعة
  • أشعة الشمس
  • طبق الثقافة
  • ملقط

إجراء

  1. اسكب محلول بيكربونات الصوديوم في 3 أطباق بتري ، واملأ ثلثي الطريق. املأ الدورق الجانبي المزود بسعة 250 مل بما يقرب من 100 مل من محلول بيكربونات الصوديوم.
  2. خذ أوراق السبانخ وقطع 60 قرصًا باستخدام الحفار الأساسي. يمكن تكديس أوراق السبانخ معًا. تجنب المناطق التي تحتوي على عروق كبيرة.
  3. أضف قرص السبانخ إلى الدورق المسلّح الجانبي سعة 250 مل.
  4. اربط أنبوب التفريغ بالذراع الجانبي للقارورة. ضع السدادة المطاطية بقوة فوق فوهة القارورة. استخدم الشريط اللاصق أو إصبعك لتأمين الفتحة في السدادة.
  5. إرفاق القارورة لفوهة الفراغ. اترك الأقراص في الفراغ لمدة 15 - 20 ثانية. قم بإيقاف تشغيل الفراغ ، ثم حرر الشريط / الإصبع ببطء على الفتحة الموجودة في السدادة المطاطية للتحقق مما إذا كانت الأقراص قد غرقت في قاع القارورة. كرر هذه العملية حتى تغرق جميع الأقراص في قاع القارورة. لا تفرط في الشفط لأن ذلك سيؤدي إلى إتلاف الأنسجة النباتية.
  6. صب الأقراص في طبق الاستنبات ، وتجاهل أي أقراص قد لا تزال تطفو.
  7. باستخدام الملقط ، انقل برفق من 15 إلى 20 قرصًا إلى كل طبق من أطباق بتري الثلاثة. يمثل الطبق الأسود حالة الإضاءة "الداكنة". ضع أحد الأطباق الشفافة تحت المصباح الشمسي. ضع الطبق الثاني الشفاف على سطح المنضدة بعيدًا عن المصباح الشمسي.
  8. انتظر 20 دقيقة ، يمكنك الإجابة على العديد من الأسئلة في قسم التحليل في هذا المعمل أثناء الانتظار.
  9. بعد 20 دقيقة ، احسب عدد الأقراص التي طفت أو واقفة على حافة في كل طبق بتري واحسب النسبة المئوية للطفو / الوقوف على الحافة. سجل البيانات في الجدول 7.3 وقم بإنشاء رسم بياني شريطي لتمثيل البيانات.

1.4 التصميم التجريبي والأخلاق

هل يقلل الأسبرين من خطر الإصابة بالنوبات القلبية؟ هل إحدى أنواع الأسمدة أكثر فاعلية في زراعة الورود من غيرها؟ هل التعب خطير على السائق مثل تأثير الكحول؟ يتم الرد على مثل هذه الأسئلة باستخدام تجارب عشوائية. في هذه الوحدة ، سوف تتعلم الجوانب المهمة للتصميم التجريبي. يضمن تصميم الدراسة المناسب إنتاج بيانات دقيقة وموثوقة.

الغرض من التجربة هو التحقيق في العلاقة بين متغيرين. عندما يتسبب أحد المتغيرات في تغيير آخر ، فإننا نسمي المتغير الأول المتغير المستقل أو المتغير التوضيحي. يسمى المتغير المتأثر المتغير التابع أو متغير الاستجابة: التحفيز والاستجابة. في تجربة عشوائية ، يعالج الباحث قيم المتغير التوضيحي ويقيس التغييرات الناتجة في متغير الاستجابة. تسمى القيم المختلفة للمتغير التوضيحي المعالجات. الوحدة التجريبية هي كائن واحد أو فرد يجب قياسه.

تريد التحقق من فعالية فيتامين (هـ) في الوقاية من المرض. تقوم بتجنيد مجموعة من الأشخاص وتسألهم عما إذا كانوا يتناولون فيتامين هـ بانتظام ، وقد لاحظت أن الأشخاص الذين يتناولون فيتامين هـ يظهرون صحة أفضل في المتوسط ​​من أولئك الذين لا يتناولونها. هل هذا يثبت أن فيتامين (هـ) فعال في الوقاية من الأمراض؟ لم يحدث ذلك. توجد فروق كثيرة بين المجموعتين مقارنة باستهلاك فيتامين هـ. غالبًا ما يتخذ الأشخاص الذين يتناولون فيتامين (هـ) بانتظام خطوات أخرى لتحسين صحتهم: ممارسة الرياضة ، والنظام الغذائي ، ومكملات الفيتامينات الأخرى ، واختيار عدم التدخين. يمكن أن يؤثر أي من هذه العوامل على الصحة. كما تم وصفه ، لا تثبت هذه الدراسة أن فيتامين E هو مفتاح الوقاية من الأمراض.

المتغيرات الإضافية التي يمكن أن تحجب الدراسة تسمى المتغيرات الكامنة. لإثبات أن المتغير التوضيحي يسبب تغييرًا في متغير الاستجابة ، من الضروري عزل المتغير التوضيحي. يجب على الباحثة تصميم تجربتها بطريقة لا يوجد بها سوى اختلاف واحد بين المجموعات التي تتم مقارنتها: العلاجات المخطط لها. يتم تحقيق ذلك عن طريق التخصيص العشوائي للوحدات التجريبية لمجموعات العلاج. عندما يتم تخصيص علاجات للأفراد بشكل عشوائي ، يتم توزيع جميع المتغيرات الكامنة المحتملة بالتساوي بين المجموعات. في هذه المرحلة ، يكون الاختلاف الوحيد بين المجموعات هو الذي يفرضه الباحث. لذلك ، يجب أن تكون النتائج المختلفة المقاسة في متغير الاستجابة نتيجة مباشرة للعلاجات المختلفة. وبهذه الطريقة ، يمكن للتجربة إثبات وجود علاقة السبب والنتيجة بين المتغيرات التفسيرية والاستجابة.

يمكن أن يكون لقوة الاقتراح تأثير مهم على نتيجة التجربة. أظهرت الدراسات أن توقع المشارك في الدراسة يمكن أن يكون بنفس أهمية الدواء الفعلي. في إحدى الدراسات حول عقاقير تحسين الأداء ، لاحظ الباحثون:

أظهرت النتائج أن الاعتقاد بأن الشخص قد تناول المادة أدى إلى [أداء] مرات تقريبًا أسرع من تلك المرتبطة باستهلاك الدواء نفسه. في المقابل ، لم يؤد تناول الدواء دون معرفة إلى زيادة كبيرة في الأداء. (McClung، M. Collins، D. "لأنني أعرف أنها ستفعل!": تأثيرات الدواء الوهمي لمساعدات مولد الطاقة على الأداء الرياضي. مجلة علم النفس الرياضي والتمارين الرياضية. 2007 يونيو 29 (3): 382-94. الويب. أبريل 30 ، 2013.)

عندما تؤدي المشاركة في دراسة ما إلى استجابة جسدية من أحد المشاركين ، فمن الصعب عزل تأثيرات المتغير التوضيحي. لمواجهة قوة الاقتراح ، وضع الباحثون مجموعة معالجة واحدة جانباً كمجموعة تحكم. يتم إعطاء هذه المجموعة علاجًا وهميًا - وهو علاج لا يمكن أن يؤثر على متغير الاستجابة. تساعد المجموعة الضابطة الباحثين في موازنة تأثيرات التجربة مع تأثيرات العلاجات الفعالة. بالطبع ، إذا كنت تشارك في دراسة وتعلم أنك تتلقى حبة لا تحتوي على دواء فعلي ، فإن قوة الاقتراح لم تعد عاملاً. يحافظ التعمية في تجربة عشوائية على قوة الاقتراح. عندما يُصاب شخص مشارك في دراسة بحثية بالعمى ، فإنه لا يعرف من يتلقى العلاج (العلاجات) النشطة ومن يتلقى العلاج الوهمي. التجربة المزدوجة التعمية هي تجربة يتم فيها تعمية كل من الأشخاص والباحثين المشاركين في الموضوعات.

المثال 1.19

أجرت مؤسسة Smell & amp Taste Treatment and Research دراسة لمعرفة ما إذا كانت الرائحة يمكن أن تؤثر على التعلم. أكملت الموضوعات متاهات عدة مرات أثناء ارتداء الأقنعة. أكملوا متاهات القلم والورق ثلاث مرات مرتدين أقنعة برائحة الأزهار ، وثلاث مرات بأقنعة غير معطرة. تم تعيين المشاركين بشكل عشوائي على ارتداء قناع الأزهار خلال التجارب الثلاثة الأولى أو خلال التجارب الثلاث الأخيرة. في كل تجربة ، سجل الباحثون الوقت المستغرق لإكمال المتاهة وانطباع الشخص عن رائحة القناع: إيجابي أو سلبي أو محايد.


7.2: التصميم التجريبي - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


التصميم الأمثل للتجارب: نهج دراسة الحالة

"لقد قيل:" صمم للتجربة ، لا تجرب التصميم ". يوضح هذا الكتاب هذه الفكرة باقتدار من خلال إظهار كيف يمكن استخدام التصميمات المصممة خصيصًا بشكل فعال لتلبية الاحتياجات الفعلية للعميل. يجب أن تكون القراءة مطلوبة لأي شخص مهتم باستخدام تصميم التجارب في البيئات الصناعية. "
كريستوفر ج.ناتشتشايم, كرسي فرانك دونالدسون في إدارة العمليات ، كلية كارلسون للإدارة ، جامعة مينيسوتا & # 160

يوضح هذا الكتاب فائدة نهج التصميم الأمثل بمساعدة الكمبيوتر باستخدام أمثلة صناعية حقيقية. تتناول هذه الأمثلة أسئلة مثل ما يلي:

  • كيف يمكنني إجراء الفحص غير المكلف إذا كان لدي عشرات العوامل للتحقيق فيها؟
  • ماذا يمكنني أن أفعل إذا كان لدي تقلبات يومية ولا يمكنني تنفيذ سوى 3 جولات في اليوم؟
  • كيف يمكنني إجراء RSM بشكل فعال من حيث التكلفة إذا كانت لدي عوامل فئوية؟
  • كيف يمكنني تصميم التجارب وتحليلها عندما يكون هناك عامل لا يمكن تغييره إلا بضع مرات خلال الدراسة؟
  • كيف يمكنني تضمين كلا المكونين في خليط وعوامل المعالجة في نفس الدراسة؟
  • كيف يمكنني تصميم تجربة إذا كان هناك العديد من مجموعات العوامل التي يستحيل تشغيلها؟
  • كيف يمكنني التأكد من أن الاتجاه الزمني الناتج عن تدفئة المعدات لا يؤثر على استنتاجات الدراسة؟
  • كيف يمكنني أخذ معلومات الدُفعات في الاعتبار عند تصميم تجارب تتضمن دفعات متعددة؟
  • كيف يمكنني إضافة عمليات تشغيل إلى تجربة فاشلة لحل الغموض؟

أثناء الإجابة على هذه الأسئلة ، يوضح الكتاب أيضًا كيفية تقييم ومقارنة التصاميم. يسمح هذا للباحثين بإجراء مقايضات معقولة بين تكلفة التجربة وكمية المعلومات التي يحصلون عليها.


دعم التعلم المستند إلى الويب للتصميم التجريبي في البيولوجيا الجزيئية: نهج من أعلى إلى أسفل.

يتمثل أحد الأهداف التعليمية الهامة لمنهج البيولوجيا الجزيئية في تحقيق مستوى معين من الكفاءة في التصميم التجريبي. حاليًا ، يواجه الطلاب الجامعيين مناهج تجريبية في الكتب المدرسية والمحاضرات والدورات المختبرية. ومع ذلك ، فإن معظم الطلاب لا يصلون إلى مستوى مُرضٍ من الكفاءة في تصميم التجهيزات التجريبية. توضح هذه المقالة تطوير الحالات المستندة إلى الويب التي تتيح للطلاب الفرصة لممارسة مهاراتهم في التصميم أثناء معالجة أسئلة البحث الواقعية. على الرغم من أن هذا قد يبدو واضحًا ، إلا أن المؤلفين لم يطوروا مختبرًا افتراضيًا واقعيًا قدر الإمكان. في مثل هذا المختبر ، يركز الطلاب تلقائيًا على القضايا التي تقع خارج نطاق دورة البكالوريوس ، مما قد يعوق اكتساب المفاهيم الأساسية الأساسية. بدلاً من ذلك ، تم اختيار نهج يتعين على الطلاب من خلاله تصميم الإجراء العام أولاً والعمل على الخطوات الفردية بعد ذلك. خاصة خلال المرحلة الأولى ، اقتصرت سيطرة الطلاب على حمايتهم من التعقيدات العملية. تم تقييم المادة في بيئة تعليمية منتظمة وتفي بمعظم المتطلبات المحددة في البداية. في المناقشة ، تتم مقارنة التنسيق المطور مع تلك المستخدمة في التخصصات الأخرى.

تماشياً مع إعلان بولونيا (1999) ، حولت جامعة Wageningen تعليمها إلى نظام BSc-MSc. لذلك ، كان لابد من مراجعة البرامج التعليمية. تم اغتنام هذه الفرصة للتفكير في عدد من أهداف التعلم في منهج البيولوجيا الجزيئية. أحد هذه الأهداف هو بلوغ مستوى معين من الكفاءة في تصميم نهج تجريبي. هذا يعني تطبيق تقنيات مختلفة لمعالجة سؤال بحث معين. بعد الانتهاء من دوراتهم الجامعية ، يعرف الطلاب عادة كيف تعمل التقنيات المختلفة. ومع ذلك ، فإنهم يواجهون صعوبات في اختيار مجموعة من التقنيات المناسبة لحل مشكلة معينة. علاوة على ذلك ، يبدو أن العمل على تقنيات بمزيد من التفصيل وتكييفها مع مواقف محددة ، بالإضافة إلى الجمع بين التقنيات المختلفة ، يمثل مشكلة. أخيرًا ، لا يستخدم الطلاب معرفتهم بالبيولوجيا بدقة عند تصميم نهج تجريبي. وبالتالي ، ينجح الطلاب في اكتساب المعرفة بالتقنيات المختلفة وكذلك علم الأحياء خلال دوراتهم الجامعية ، لكنهم يواجهون صعوبات في تطبيق هذه المعرفة بنشاط لتصميم الأساليب التجريبية.

قد تكون المشكلات المشار إليها في التصميم التجريبي متأصلة في البيئة التعليمية التقليدية. هناك ، يواجه الطلاب مناهج تجريبية في الكتب المدرسية والمحاضرات والدورات المختبرية. كل من هذه التنسيقات لها عيوبها الخاصة. تصف الكتب المدرسية العديد من التجارب والأساليب ، ولكن هذا لا يكفي للطلاب لتعلم كيفية اختيار التقنيات وكيفية جدولة العمليات. تتمثل إحدى المشكلات في أن الطلاب يركزون عادةً على التفاصيل الفنية للتقنيات ، وبالتالي يغفلون عن استخدامات هذه التقنيات. في المحاضرة ، يمكن إعطاء وزن أكبر للتصميم الفعلي للمناهج التجريبية. ومع ذلك ، من الصعب جدًا إشراك أكثر من عدد محدود من الطلاب بهذه الطريقة. علاوة على ذلك ، لا يمكن للطلاب الذين يشاركون بالفعل الحصول على تعليقات شخصية بسبب الاعتبارات التي يجب على المحاضر أخذها من الطلاب الآخرين وكذلك الوقت المخصص للمحاضرة. أخيرًا ، في دورة معملية ، يتمتع الطلاب بقدر ضئيل من الحرية في اختيار وجدولة العمليات بسبب مجموعة من القيود العملية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن إجراء تجارب سيئة التصميم قد يسبب الكثير من الإحباط. علاوة على ذلك ، خلال دورة معملية ، ينشغل الطلاب بالمهارات العملية التي لا يزالون يفتقرون إليها ، بحيث تفقد نظرة عامة حتى على النهج التجريبي المحدد الذي يتبعونه بأنفسهم. وبالتالي فإن تدريس الجوانب الأكثر عمومية لتصميم التجارب يكاد يكون ممكناً. قد تقدم إمكانيات دعم التعلم القائم على الكمبيوتر حلاً للمشكلة. بصرف النظر عن الحجة المعروفة القائلة بأن دعم التعلم القائم على الكمبيوتر يجعل من الممكن تنشيط كل طالب على حدة وتوليد ملاحظات شخصية ، يمكن تمثيل العديد من نتائج تجارب البيولوجيا الجزيئية رقميًا. يوفر هذا ، من حيث المبدأ ، الفرصة للسماح للطلاب بإجراء التجارب افتراضيًا وإظهار البيانات التجريبية الناتجة لهم. تشمل هذه التجارب على وجه الخصوص تلك التي لا يمكن إجراؤها في دورات معملية حقيقية بسبب قيود عملية بالإضافة إلى تلك المصممة بشكل سيئ. قد تكون تجربة التجارب المصممة بشكل سيئ افتراضيًا مفيدة للغاية وأقل إحباطًا بكثير من إجرائها في معمل حقيقي. ذكر Posner و Rudnitsky (1997) أيضًا أن التعلم المهم يحدث غالبًا في بيئة يكون فيها من الآمن المحاولة.

في أبحاث البيولوجيا الجزيئية ، تتمثل الطريقة القياسية للحصول على معلومات حول وظيفة الجين عن طريق إنشاء كائنات معدلة وراثيًا يتم فيها التعبير عن هذا الجين بشكل مفرط أو تعطيله. مع التسلسل الأخير للعديد من الجينومات الكاملة ، من المتوقع أن يزداد استخدام هذا النهج أكثر لترجمة معلومات تسلسل الحمض النووي هذه إلى معلومات وظيفية (Knight & amp Abbott ، 2002). لذلك قرر المؤلفون إنشاء حالات رقمية يتعين على الطلاب فيها تصميم إجراء لإنشاء مثل هذه الكائنات المعدلة وراثيًا. كما يقومون بإجراء التجارب بشكل افتراضي ويفسرون نتائجها لتصميم الخطوات اللاحقة للنهج.

توضح هذه المقالة تطور هذه الحالات الرقمية ، بما في ذلك المتطلبات التي يجب الوفاء بها ، ووصف المواد الفعلية وكذلك نتائج التقييم. في النهاية ، تم تطوير تنسيق للحالات ، حيث يتعين على الطلاب تصميم إجراء بطريقة من أعلى إلى أسفل. في المناقشة ، تمت مناقشة هذا التنسيق بشكل أكبر ومقارنته بالصيغ المستخدمة لتدريس التصميم في مجالات أخرى.

متطلبات الحالات الرقمية

في الدورة العادية ، تُستخدم الحالات لتكملة محاضرات وكتاب مدرسي (لوديش ، بيرك ، زيبورسكي ، ماتسودايرا ، بالتيمور ، وأمبير دارنيل ، 2000). تعتبر المادة مفيدة في هذا الإعداد ، عند استيفاء عدد من المتطلبات.

أولاً ، يجب أن يقدر الطلاب العمل مع المادة. يتم تقييم رأي الطلاب من خلال نماذج التقييم. يجب أن يحكموا على المادة بمتوسط ​​7.5 على الأقل (مقياس 1-10). علاوة على ذلك ، يجب أن تكون المادة مفيدة حقًا في تصورهم ، ويجب أن يستمتعوا بالعمل مع المادة ، ويجب أن يفضلوا العمل مع المادة أعلاه للحصول على تفسيرات إضافية أثناء المحاضرات. في الأسئلة غير المتفق عليها من هذا النوع ، يجب أن تعطي درجة لا تقل عن 4 (مقياس 1-5) في المتوسط. تقوم جامعة Wageningen بتقييم تصور الطلاب لجودة الدورات والمواد الدراسية والمعلمين على أساس منتظم من خلال نماذج التقييم القياسية التي تتكون من أسئلة غير موافق عليها. يعتبر تقدير متوسط ​​3 على مقياس من 1 إلى 5 على هذه النماذج مرضيًا ويؤدي متوسط ​​4 أو أكثر إلى خطاب مدح من الجامعة. لذلك ، يشعر المؤلفون بالرضا عندما يعطي الطلاب درجة 4 أو أكثر على مقياس من 1 إلى 5.

ثانيًا ، يجب ألا يقدّر الطلاب العمل مع المادة فحسب ، بل يجب عليهم أيضًا تطوير مهاراتهم في التصميم التجريبي من خلال العمل معها. للحصول على إشارة إلى ذلك ، يتم تحليل نتائج الامتحان. تم تضمين عدد من الأسئلة في الامتحان والتي تتعامل مع اختيار أساليب العمل لإنشاء كائنات معدلة وراثيًا. يجب أن يحصل الطلاب على درجة لا تقل عن 7 (مقياس 1-10) في المتوسط ​​لهذه الأسئلة.

بصرف النظر عن هذه المتطلبات للإعداد العادي ، يجب أن تفي المادة أيضًا بمتطلبات أخرى. نظرًا لأن جودة المواد التعليمية يتم تحديدها جزئيًا من خلال مدى تعرض المادة للنقد من المراجعين الأقران والطلاب ، فمن المهم ألا يتم استخدام المادة في البيئة التعليمية العادية فحسب ، بل أيضًا في العديد من البيئات التعليمية المختلفة في أماكن مختلفة. لضمان ذلك ، يجب أن تشكل الحالات وحدات مستقلة إلى حد ما عن بعضها البعض ، بحيث يمكن للطالب أو المعلم تحديد الحالات التي يهتم بها. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون المادة مناسبة للدراسة الذاتية من حيث المبدأ. علاوة على ذلك ، يجب أن تكون المادة قادرة على دعم الطلاب بدرجات مختلفة من المعرفة السابقة. أخيرًا ، للتأكد من إمكانية استخدام المواد أيضًا في جامعات أخرى ، من المهم أن تكون متاحة في جميع أنحاء العالم.

شكل الحالات: يصمم الطلاب نهجًا تجريبيًا بأسلوب من أعلى إلى أسفل

لمحاكاة حالة بحثية فعلية ، أراد المؤلفون في البداية إنشاء مختبر افتراضي تتاح فيه الفرصة للطلاب لأداء مجموعة من الخطوات التجريبية المختلفة. يمكن تنفيذ الخطوة افتراضيًا بعد اختيارها وتصميمها بمزيد من التفصيل. من خلال تفسير البيانات التجريبية ، يمكن للطالب معرفة ما إذا كان قد اتخذ قرارات جيدة أم لا. في مثل هذا المختبر الافتراضي ، يتعين على الطالب استخدام معرفته بالتقنيات والبيولوجيا بنشاط في موقف يتمتع فيه بقدر كبير من التحكم وفرصة كبيرة لاختبار أفكاره الخاصة. ومع ذلك ، بعد تحليل مهمة الطالب في مثل هذه البيئة بمزيد من التفصيل ، تم التوصل إلى أن هذا التنسيق غير مناسب حقًا للطلاب الجامعيين. في المختبر الافتراضي الموصوف ، يتعين على الطالب بشكل أساسي أن يصمم على مستويين مختلفين في وقت واحد: يجب عليه تصميم إجراء شامل من خلال تجميع عدة خطوات تجريبية وعليه أن يعمل على هذه الخطوات الفردية بمزيد من التفصيل ، مع الاستفادة من النتائج السابقة. خطوات. يجب أن يكون الطلاب قادرين على التصميم عند هذا المستوى التفصيلي الأخير مع تتبع الإستراتيجية العامة. علاوة على ذلك ، من المفيد جدًا ممارسة هذا ، لأنه يتطلب تكاملًا نشطًا لمعرفة علم الأحياء مع المعرفة حول التقنيات. بالنسبة لتصميم الإجراء العام نفسه ، فإن الوضع مختلف. في علم الأحياء الجزيئي ، لا تكون الإجراءات صحيحة أو خاطئة. بدلاً من ذلك ، يمكن وضعها على مقياس أكثر أو أقل فائدة. للحكم على الفائدة الدقيقة لإجراء تجريبي ، يلزم معرفة مجموعة من القضايا العملية مثل الكفاءة والحساسية والموثوقية. عادة ما يتم اكتساب هذه المعرفة فقط بعد خبرة عملية واسعة وهذا خارج نطاق دورة البكالوريوس. ومع ذلك ، في المختبر الافتراضي المقترح في البداية ، قد يضطر الطلاب إلى مقارنة البدائل المختلفة المتكافئة جدًا ، بحيث تكون هذه المعرفة العملية مطلوبة لاختيار واحد منهم. هذا قد يصرف الطلاب عن القضايا المفاهيمية الأكثر أهمية ويمكن أن يؤدي إلى الحمل المعرفي المبكر. وبالتالي ، فإن مثل هذا المختبر الافتراضي لا يدعم بشكل كامل أهداف التعلم المقصودة للطلاب الجامعيين ، لأن سيطرة الطلاب عالية جدًا لتصميم الإجراء العام. يحذر Schwier and Misanchuk (1993) أيضًا من أن المتعلمين المتفوقين عمومًا أو الذين لديهم معرفة بمجال الدراسة يمكنهم فقط الاستفادة من درجة عالية من التحكم في المتعلم. للتركيز حقًا على أهداف التعلم للطلاب الجامعيين ، كان لابد من تطوير تنسيق آخر يكون فيه الطالب أقل تحكمًا في تصميم الإجراء العام. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، يجب على الطالب الاحتفاظ بنظرة عامة عما يفعله ، لذلك لا ينبغي له مجرد اتباع التعليمات وإجراء التجارب دون معرفة السبب.

حقيقة أنه في هذه الحالة من الممكن في الواقع فقط العمل على خطوات فردية بمزيد من التفصيل بمجرد معرفة الإجراء بأكمله ، ألهمت تطوير تنسيق يتم فيه دعم الطالب أولاً لتصميم الإجراء العام وفقط بمجرد أن يتم هذا الإجراء مصمم ، هل يمكنه إجراء التجارب افتراضيًا. وبالتالي ، يقوم الطلاب بتصميم الإجراء بطريقة من أعلى إلى أسفل. يمكن أن يكون تحكم الطلاب مختلفًا في كلتا المرحلتين. من خلال الحد من سيطرة الطلاب في مرحلة التصميم الشاملة ، يمكن حمايتهم من التعقيدات غير الضرورية. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الإجراء العام مصمم قبل أن يؤديه الطالب فعليًا ، فمن الممكن أيضًا تضمين دعم إضافي أثناء قيام الطالب بإجراء التجارب. وبالتالي ، يمكن تضمين الأسئلة التي تتناول تفسير جوانب معينة من نتيجة تجريبية بالإضافة إلى الأسئلة التي تسلط الضوء على إمكانيات التقنيات البديلة. نظرًا لأن الطالب صمم الإجراء بنفسه ، يجب أن يكون قادرًا على الاحتفاظ بنظرة عامة بدلاً من اتباع التعليمات بشكل أعمى. في الحالات اللاحقة ، يمكن زيادة سيطرة الطلاب تدريجياً على المستويين بشكل مستقل.

مثال: حالة حول إنشاء ماوس "ذكي"

تتعامل إحدى الحالات التي تم تطويرها مع إنشاء ماوس "ذكي" ويمكن الاطلاع عليها في الموقع التجريبي (http://mbedu.fbt.eitn.wau.nl/demo_jilr). عند بدء الحالة ، يحصل الطالب على مقدمة قصيرة حول تكوين الذاكرة ويتلقى المهمة التي يتعين عليه إنشاء فأرة معدلة وراثيًا محددة لمعرفة ما إذا كان هناك بروتين معين متورط في التعلم. الموضوع في حد ذاته ليس ذا صلة: إنه يعمل فقط على تحفيز الطالب. علاوة على ذلك ، استنادًا إلى نظرية الاستدلال المستند إلى الحالة (CBR) (Schank، Berman، & amp Macpherson، 1999) سيتم تعزيز التعلم من خلال طرح سؤال بحث واقعي. بعد قراءة المقدمة ، يمكن للطالب البدء في تصميم الخطوط العريضة للإجراء. في هذه الحالة ، يتعين على الطالب أولاً الإجابة على عدة أسئلة متعددة الخيارات تدعمه في تحليل المهمة. علاوة على ذلك ، يتعين على الطالب الاختيار بين إجراءين عامين شاملين يتم بعد ذلك إبراز الاختلافات المفاهيمية بين هذه البدائل. ثم يتعين على الطالب أن يعمل على هذا الإجراء العام بشكل أكبر عن طريق اختيار عدد من الخطوات التجريبية وترتيبها (الشكل 1). من الناحية النظرية ، يمكن اقتراح حوالي 0.4 مليون إجراء مختلف ، لذلك من المستحيل مسح كل احتمال وتحديد أكثرها فائدة. يتم اختيار الخطوات التي يمكن للطالب الاختيار من بينها بطريقة تجعل الطالب قادرًا على تصميم إجراء من خلال استخدام المعرفة الخلفية لديه بنشاط. وبالتالي فهو محمي من عدد من التعقيدات العملية. في هذه الحالة ، لا يحصل الطالب على خيار العمل مع نسل الجيل الثاني من الماوس الذي تم تغييره في البداية (الفئران F2) على سبيل المثال. جزء من هذه الفئران F2 متماثل الزيجوت بالنسبة للجين الإضافي والعمل معهم له بعض المزايا العملية. ومع ذلك ، فإن توليد هذه الفئران يتطلب وقتًا إضافيًا. من خلال عدم تقديم إمكانية العمل مع الفئران F2 ، لا يتعين على الطالب التفكير في هذه القضايا العملية ويمكنه التركيز على القضايا الأكثر أهمية من الناحية المفاهيمية بدلاً من ذلك. عند تقديم الإجراء المقترح ، يتلقى الطالب ملاحظات تعتمد على الإجراء الذي يقترحه ويعطي تلميحات لتحسين الإجراء المقترح. يتم إنشاء التعليقات من قبل البرنامج على أساس شكل من أشكال مطابقة الأنماط. يمكن للطالب على سبيل المثال أن يقترح اختبار القدرات التعليمية للفأر بعد تحديد مستويات التعبير لمستقبل في دماغ نفس الفأر. ثم يتلقى كتعليقات تفيد بأن هذا الترتيب ليس مفيدًا لأنه من الضروري الحصول على عينة من الدماغ لتحديد التعبير ، وأنه حتى لو نجا الفأر من هذا الإجراء ، فسيؤثر ذلك بالتأكيد على قدراته التعليمية. يوضح هذا المثال أيضًا أنه يجب على الطالب استخدام معرفته بالبيولوجيا: يجب أن يدرك أن مستويات التعبير الجيني تختلف من نسيج إلى آخر. في هذه الحالة ، يؤدي استخدام التعليقات في النهاية إلى تصميم إجراء واحد. بسبب التوافر المباشر للتعليقات التي تعتمد على إجابة الطالب ، يمكن تصميم الإجراء من قبل الطلاب بمستويات مختلفة من الكفاءة. سيقوم الطلاب ذو المستوى المنخفض نسبيًا من الكفاءة بالنسبة للمهارة بأداء المزيد من التكرارات وبالتالي تلقي المزيد من التلميحات والدعم.

بمجرد تصميم مخطط الإجراء التجريبي ، يمكن للطالب تنفيذ الخطوات المختلفة تقريبًا. يوضح الشكل 2 على سبيل المثال النتيجة التجريبية لتحليل لطخة جنوبية. لإجراء هذا التحليل ، كان على الطالب تحديد إنزيمات التقييد التي يريد استخدامها. ثم قام البرنامج بحساب موضع النطاقات وتوليد النتيجة التجريبية. يجب على الطالب تفسير هذه النتيجة من خلال الإجابة على عدة أسئلة. تساعد هذه الأسئلة الطالب أيضًا في تحديد ما إذا كان قد اختار تركيبة إنزيم تقييد مفيدة. في الشكل ، يجب على الطالب تحديد عدد نسخ البنية الجينية المضافة التي تم إدخالها في جينوم الماوس. لذلك ، عليه أن يدرك أن الجين المضاف موجود بالفعل أيضًا في الفئران العادية من النوع البري وأن وجود هذا النوع من الجين البري مسؤول عن (فقط) نطاق واحد. هذا ، بدوره ، يكون ممكنًا فقط عندما يتم دمج المعرفة بتقنية النشاف الجنوبي والإجراء العام والبيولوجيا بشكل فعال. في هذه الحالة ، اختار الطالب تركيبة إنزيم تقييد مفيدة بحيث يمكن بالفعل تحديد رقم النسخة في الماوس 9 (وهو 2).

بدلاً من تحليل اللطخة الجنوبية ، غالبًا ما يقترح الطلاب استخدام تقنية أخرى ، وهي تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، لتحديد رقم النسخة. لذلك ، عند الانتهاء من تحليل اللطخة الجنوبية ، يُسأل الطالب عما إذا كان يمكن استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل بدلاً من ذلك. ثم يكتشف أن الأمر ليس كذلك. وهكذا ، بهذه الطريقة ، يتم التأكيد على الاختلافات المفاهيمية بين تحليل اللطخة الجنوبية وتحليل PCR في سياق تكون فيه هذه الاختلافات ذات صلة. بعد الإجابة على هذا السؤال ، يمكن للطالب الاستمرار في الخطوة التجريبية التالية. في حالة احتياج الطالب لنتائج تحليل اللطخة الجنوبية عند إجراء إحدى التجارب اللاحقة ، يمكنه بسهولة الوصول إلى نظرة عامة توضح نتائجه الشخصية للتحليل. من خلال إجراء جميع التجارب الافتراضية ، يمكن للطالب اكتشاف أن الإفراط في إنتاج البروتين في أدمغة الفئران يؤدي بالفعل إلى تحسين التعلم وتكوين الذاكرة.

بعد الانتهاء من التجارب الافتراضية ، يحصل الطالب على بعض المعلومات الإضافية التي تتم فيها مقارنة الحالة لفترة وجيزة بورقة البحث الأصلية (Tang et al. ، 1999). هذا يؤكد أهمية الأسلوب في البحث الحالي ، والذي يجب أن يحفز الطلاب بشكل أكبر ، لأن إدراك أهمية النظرية هو عامل تحفيزي مهم (كيلر ، 1987). علاوة على ذلك ، يتم تقديم بعض التعليقات الفلسفية الإضافية حول أسباب عدم احتواء الكائنات الحية بشكل طبيعي على مستويات أعلى من البروتين المدروس في أدمغتها. يجب أن يحفز هذا الطالب على التفكير أكثر في المحتوى. بعد ذلك يمكن للطالب عرض ملخص يوضح نتائجه الشخصية. يحتوي هذا أيضًا على كل النظرية التي يجب على الطالب إتقانها ، بما في ذلك معلومات حول الخيارات البديلة التي لم يختارها الطالب بنفسه بالضرورة. يعمل هذا أيضًا على منع الطلاب من الإضرار بالطلاب الذين مروا بالقضايا دون ارتكاب أي أخطاء ، وهي مشكلة محتملة تمت مناقشتها أيضًا بواسطة James (1998). تكتمل الحالة باختبار ذاتي مع أسئلة حول أهم المفاهيم التي تم تناولها في القضية.

يمكن العثور على بعض المعلومات الأساسية التي قد يحتاجها الطالب لتصفح الحالة ، في مكتبة منفصلة يمكن الوصول إليها في أي وقت. إن توفير المعلومات التي يختارها المتعلم في الوقت المناسب هو ، على سبيل المثال ، موصى به من قبل Jonassen (1999).

تقييم المواد في الإعداد العادي

تم تقييم أول حالتين متطورتين حول الكائنات المعدلة وراثيًا في مسارنا المعتاد. يمتلك جميع الطلاب تقريبًا معرفة كافية بخلفية علم الأحياء ولديهم بعض الخبرة العملية مع عدد من التقنيات الأساسية. نظرًا لأننا تلقينا سابقًا مؤشرات على أن الوعي بالمشاركة في دراسة ما يجعل الطلاب أكثر تحفيزًا ، ولم يتم إبلاغ الطلاب بهذا الأمر وتم إجراء التقييم في بيئة منتظمة تمامًا. كان على الطلاب فقط ملء نموذج التقييم في النهاية ، وهو أمر شائع بالنسبة لهم. عيب هذا النهج هو أن حالة الاختبار أقل قابلية للتحكم. في هذه الحالة ، على سبيل المثال ، لم يقم عدد من الطلاب الذين عملوا مع المادة بطرح أسئلة الاختبار عنها. في المجموع ، قام 41 طالبًا بملء استمارات التقييم وأجاب 35 طالبًا على أسئلة الامتحان حول تكوين الكائنات الحية المعدلة وراثيًا.

استُخدمت نماذج التقييم لتقييم حكم الطلاب. النتائج موضحة في الجدول 1. وتجدر الإشارة إلى أن هذا الحكم العام يشمل أيضًا حالة بتنسيق آخر لم يتم وصفه في هذه المقالة. As the authors did not receive any indications that the students judged this additional case more positively than the ones described in this article, it was concluded that the design requirements concerning the judgment of the students, were fulfilled.

To get an indication of the level of competence attained by the students, the exam results were analyzed. The students scored very well for the part of their exams which deals with the creation of transgenic organisms (Table 2) and the requirements were indeed met for most of these questions. The students scored at least 7, except for question 3. This question indeed requires the application of a relatively difficult concept: the students have to realize that they have to make use of unknown restriction sites outside the construct. In both digital cases, students were confronted with a problem that is similar to the one they have to solve for exam question 3. To get more insight into the learning process, tracking data were analyzed. These tracking data indicate which pages were opened on which computer. Even though it is not known which student(s) were working with a certain computer and whether they were simply guessing or not, these data may still give a rough indication of the process. When the concept had to be applied in the first case, on 15% of the computers, the first given answer was correct. In the second case, this happened on 29% of the computers. At the exam, 60% of all given answers were good enough (worth a score of 6 or more). This suggests that every time the concept has to be applied, some more students actually grasp it. Students who do not master the concept after going through the cases may have given the right answer by coincidence and may not have realized why their answer was correct. To improve the results in future, feedback will be included that explicitly states why the chosen approach is useful. Furthermore, in an additional case that was developed later the students have to apply the concept again, which may also lead to better results. Thus, the students scored very well for their exams and the requirements concerning the exam results are nearly satisfied. The authors expect the cases will fully meet the requirements for the regular setting once the proposed improvements are implemented.

Usefulness of the Material in Different Educational Settings

To promote the usefulness of the material for different educational settings, a number of additional requirements had to be satisfied. First, the cases had to form fairly independent modules. Therefore, there are no cross references between different cases. Furthermore, each case starts with an introduction and finishes with a self-test, thereby forming an independent learning unit. Moreover, even though subsequent cases are increasingly difficult because students get increasingly more control, it is not assumed that students went through the previous cases. If necessary, students can still receive basic feedback and they can look up all background information in the separate library. To facilitate the usage of this library, it is always easily accessible and when there is information present in the library that may be helpful to solve a certain problem within a case, this it is indicated and a direct link toward the specific information is provided. Furthermore, the library has a very modular structure as well, so that it is relatively easy to study a specific part of the theory only. The cases also had to be suitable for self-study. The implemented feedback and the background information in the library are also useful for this purpose. It is of course not always possible to predict whether the given information is sufficient or not. Therefore, students' questions during tests are documented and this information is used to make the site more self-explanatory. The included feedback and the library objects also make the material more suitable for students with varying degrees of prior knowledge. It often depends on the answer of the student how basic the information in the feedback is. Thus, students only receive the very basic information when they need it, so that those who do not show they need it, do not get bothered with it. The practical aspect of the requirement that the cases can be useful in different universities has lead to the decision to make the material completely web based. Thus, the usefulness of the material for different educational settings was promoted in several ways.

We have some preliminary indications that the material is suitable for different educational settings. First, the material was also used by six students who did not have the required biology background and who did not have any experience with molecular biology techniques. Despite their lack of prior knowledge, they gave the material an overall score of 7.8 (scale 1-10) on average and they indicated that the level of the material was good for them. Second, some students used the material at home and managed to go through the cases without additional help from teachers. Third, two students used a case about the creation of a salt tolerant tomato plant to learn something about making transgenic plants while they participated in an elaborate advanced practical course. They studied the case in the laboratory during some waiting steps of their experiments. It would not have been possible for them to study this case separately, if the cases would not form independent modules. Thus, there are some indications that the material can be used in various situations. The plan is to perform additional evaluations to yield more reliable data concerning the suitability of the material for different educational settings.

To improve the experimental design skills of students, a set of digital cases was developed. It was decided not to simulate a real lab as realistically as possible, because students are automatically confronted then with issues that are beyond the scope of an undergraduate course. Instead, a format was developed in which students design the overall procedure first and work out the individual steps afterward. Thereby, students' control can be limited in both phases independently. Especially during the first phase, students' control was limited in order to shield them from certain practical complexities. An obvious disadvantage of this format is that students do not learn to take these practical factors into account. On the other hand, this format offers the advantage that it is possible to really focus on specific learning goals, so students can learn the underlying concepts relatively fast. This, in turn, should form a good basis to further develop one's design skill later to a level at which these practical complexities are taken into account as well.

Besides molecular biology, there are also other disciplines in which design essentially implies designing at an overall level and designing at sub levels simultaneously. Bridge, a tutorial environment for novice programmers (Bonar & Cunningham, 1988), is an example of a program with a format that is similar to the one described in this article, even though the subject matter and the design issues involved are very different. There are also other formats that are employed to learn design. They offer students different degrees of control. For an introductory course in process engineering for example, a design environment was developed in which students have to design chains of unit operations and where they have to adjust parameters for each operation (Van der Schaaf, Vermue, Tramper & Hartog, in press). In this environment students' control is higher than in the environment that was described in the current article. To make sure that the inexperienced students for whom the material is intended, do indeed benefit from the environment, the students are given assignments starting at a relatively low level and becoming increasingly complicated. A format with another nature, the completion strategy, was developed for an introductory course in programming (van Merrienboer & Krammer, 1989). In the completion strategy, students have to complete well-designed, incomplete programs while making use of worked out examples. To be able to complete the program, the student has to understand the given overall structure. Compared to the format that was described in this article, the completion strategy obviously offers the student less control for designing the overall structure, but at least as much control for designing at sublevels. The preferred format is determined not only by the precise level of the students and the specific learning goals, but also by the nature of the subject. For example, the format that was developed for process engineering could not have been used because the simplest procedure to create a genetically altered organism is already fairly complicated. On the other hand, when the outcome of a single step, for example, largely determines the nature of the next one, designing in a top-down manner is probably not possible, nor desirable.

Designing experimental approaches is a complex cognitive skill students do not sufficiently master during their undergraduate years in the traditional educational setting. To tackle this problem, highly interactive digital learning material was developed, which provided personal feedback and generates experimental results depending on the student's decisions. With this material, students can practice to apply their theoretical background knowledge for experimental design without great time investment. Because of the good experiences thus far, the plan is to use web-based learning materials to support other complex cognitive learning goals that are hard to achieve in the traditional classroom.

We would like to thank Olivier Sessink and Bert-Jan de Hoop for technical implementation, Gerard Moerland for multimedia support and Martin Mulder and Harm Biemans for providing pedagogical information.

Bologna declaration (1999). [Online]. Available: http://europa.eu.int/comm/education/socrates/erasmus/bologna.pdf

Bonar, J., & Cunningham, R. (1988). Bridge: An intelligent tutor for thinking about programming. In J. Self (Ed.) Artificial intelligence and human learning (pp. 391-409). London, UK: Chapman and Hall.

Demo site: [Online]. Available: http://mbedu.fbt.eitn.wau.nl/demo_jilr

James, J. (1998). Practical issues in interactive multimedia design. Proceedings of ED-MEDIA/ED-TELECOM 98, Freiburg, Germany, pp. 682-687. Charlottesville, VA: Association for the Advancement of Computing in Education.

Jonassen, D. (1999). Designing constructivist learning environments. In C.M. Reigeluth (Ed.), Instructional-design theories and models, pp. 215-239. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum.

Keller, J. M. (1987). Development and use of the ARCS model of motivational design. Journal of Instructional Development, 10(3), 2-11.

Knight, J. A., & Abbott, A. (2002). Full house. Nature, 417, 785-786.

Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., Darnell, J. (2000). Molecular cell biology. New York: WH Freeman.

Merrienboer, J. J. G. von, & Krammer, H. P. M. (1989). The "completion strategy" in programming instruction: Theoretical and empirical support. In S. Dijkstra, B. H. M. van Hout-Wolkers, & P. C. van der Sijde (Eds.), Research on Instruction. Englewood Cliffs, NJ: Educational Technology Publications.

Posner G.J., & Rudnitsky A.N. (1997). Course Design: A guide to curriculum development for teachers (5th ed.) New York: Longman.

Schank, R. C., Berman, T. R., Macpherson, K. A. (1999). Learning by doing. In C.M. Reigeluth (Ed.), Instructional-design theories and models, pp. 161-181. Mahwah, NJ: Lawrence Erlbaum.

Van der Schaaf, H., Vermue, M., Tramper, J., Hartog, R. (in press). A design environment for downstream processes for bioprocess-engineering students. Accepted for publication in European Journal of Engineering Education.

Schwier, R.A., & Misanchuk, E.R. (1993). Interactive multimedia instruction. Englewood Cliffs, NJ: Educational Technology Publications.

Tang, Y., Shimizu, E., Dube, G. R., Rampon, C., Kerchner, G. A., Zhou, M., Liu, G., Tsien, J. Z. (1999). Genetic enhancement of learning and memory in mice. Nature, 401, 63-69.


سمات

  • The strong emphasis on design helps students learn to minimize variation of response variables in their experiments, producing more meaningful results with less random error.
  • A documentation form at the beginning of the book gives students a detailed checklist so they can develop experiments in a consistent way.
  • A graphical approach to the analysis of the sample data imparts a visual understanding of the impending results.
  • Detailed, worked-out examples in each chapter illustrate important concepts and methods. Probing and "what if" questions teach students to consider alternative designs to adapt to specific conditions.
  • Statistics software is integrated throughout the text to help students develop a conceptual understanding of methods, without getting lost in the mathematical techniques.
  • Step-by-step Minitab ® instructions in the appendices show students how to arrive at the results presented in the chapters.

Frequently asked questions about experiments

Experimental design means planning a set of procedures to investigate a relationship between variables. To design a controlled experiment, you need:

  • A testable hypothesis
  • At least one independent variable that can be precisely manipulated
  • At least one dependent variable that can be precisely measured

When designing the experiment, you decide:

  • How you will manipulate the variable(s)
  • How you will control for any potential confounding variables
  • How many subjects or samples will be included in the study
  • How subjects will be assigned to treatment levels

Experimental design is essential to the internal and external validity of your experiment.

You can think of independent and dependent variables in terms of cause and effect: an independent variable is the variable you think is the لانى, while a dependent variable is the تأثير.

In an experiment, you manipulate the independent variable and measure the outcome in the dependent variable. For example, in an experiment about the effect of nutrients on crop growth:

  • ال متغير مستقل is the amount of nutrients added to the crop field.
  • ال المتغير التابع is the biomass of the crops at harvest time.

Defining your variables, and deciding how you will manipulate and measure them, is an important part of experimental design.

أ confounding variable, also called a confounder or confounding factor, is a third variable in a study examining a potential cause-and-effect relationship.

A confounding variable is related to both the supposed cause and the supposed effect of the study. It can be difficult to separate the true effect of the independent variable from the effect of the confounding variable.

In your research design, it’s important to identify potential confounding variables and plan how you will reduce their impact.

في between-subjects design, every participant experiences only one condition, and researchers assess group differences between participants in various conditions.

في within-subjects design, each participant experiences all conditions, and researchers test the same participants repeatedly for differences between conditions.

The word “between” means that you’re comparing different conditions between groups, while the word “within” means you’re comparing different conditions within the same group.

An experimental group, also known as a treatment group, receives the treatment whose effect researchers wish to study, whereas a control group does not. They should be identical in all other ways.

أناnternal validity is the degree of confidence that the causal relationship you are testing is not influenced by other factors or variables.

External validity is the extent to which your results can be generalized to other contexts.

The validity of your experiment depends on your experimental design.

Reliability and validity are both about how well a method measures something:

    بالعودة الى التناسق of a measure (whether the results can be reproduced under the same conditions).
  • صلاحيةبالعودة الى صحة of a measure (whether the results really do represent what they are supposed to measure).

If you are doing experimental research, you also have to consider the internal and external validity of your experiment.


Learn about the technologies underlying experimentation used in systems biology, with particular focus on RNA sequencing, mass spec-based proteomics, flow/mass cytometry and live-cell imaging.

A key driver of the systems biology field is the technology allowing us to delve deeper and wider into how cells respond to experimental perturbations. This in turns allows us to build more detailed quantitative models of cellular function, which can give important insight into applications ranging from biotechnology to human disease. This course gives a broad overview of a variety of current experimental techniques used in modern systems biology, with focus on obtaining the quantitative data needed for computational modeling purposes in downstream analyses. We dive deeply into four technologies in particular, mRNA sequencing, mass spectrometry-based proteomics, flow/mass cytometry, and live-cell imaging. These techniques are often used in systems biology and range from genome-wide coverage to single molecule coverage, millions of cells to single cells, and single time points to frequently sampled time courses. We present not only the theoretical background upon which these technologies work, but also enter real wet lab environments to provide instruction on how these techniques are performed in practice, and how resultant data are analyzed for quality and content.


شاهد الفيديو: مقالة البيولوجياهل يمكن تطبيق المنهج التجريبي على المادة الحية (ديسمبر 2022).