Практические навыки в биологии II

WBI16 — последний экзамен по биологии, который выглядит иначе других: один вопрос может предоставить неполную статистическую таблицу, другой требует разработать целое исследование на основе гипотезы, которую вы не выбирали. Все это основано на практической работе Единиц 4 и 5 — респирометров, спирометров, квадратов, разбавительных пластинах — но теперь вы должны планировать, измерять, представлять, проверять и делать выводы на глубине IA2.

Практические навыки биологии II (WBI16/01) длятся 1 час 20 минут, за них можно получить 50 баллов, все задания обязательны. Список оцениваемых навыков в спецификации совпадает с Unit 3, за исключением одного акцента: планирование целых исследований, анализ данных и оценка результатов и методологии — вопрос на составление плана на 16 баллов завершает работу, а также вводятся статистические методы: стандартные отклонения, нулевые гипотезы и коэффициент корреляции с критическими значениями.

Заключительный вопрос (2025: программы физической подготовки и время восстановления) оценивается по названным блокам — отвечайте в том же порядке. Этика: информированное согласие добровольцев; никто не принуждается участвовать. Безопасность: стерилизуйте или заменяйте мундштук между студентами (инфекция); убедитесь, что добровольцы достаточно здоровы для нагрузки. Метод, девять баллов: две группы (с программой и без нее); зависимая переменная указана как время возврата частоты дыхания и объема вдоха к исходным значениям; оборудование использовано подробно — кальцинированная известь в контейнере, зажим для носа, сначала тренировочные вдохи; найдите исходные значения; одинаковая стандартизированная нагрузка для всех; два контролируемых переменных и метод контроля одной; повторения, дающие средние значения и стандартные отклонения. Запись и анализ: таблица сырых времен с заголовками и единицами измерения, из которых рассчитываются средние; столбчатая диаграмма среднего времени восстановления по группам (две группы), протестированная с помощью t-теста t, или линейного/точечного графика (несколько уровней подготовки), протестированная с помощью теста на корреляцию. Ограничения: жизнь добровольцев вне эксперимента не может быть полностью контролируемa; трудности оборудования (утечки, исчерпана кальцинированная известь, ненормальное дыхание через мундштук).

Случайная выборка имеет метод: положите сетку на участок, сгенерируйте случайные пары координат (случайные числа или числа, вытянутые из мешка), и только затем посетите эти точки с квадратом. Фраза «выбирать случайно» ничего не стоит. Записывайте значимые абиотические переменные — pH почвы, влажность, минералы, интенсивность света, сезон — и контролируйте то, что можете, выбирая совпадающие участки. Увеличение фотографии = изображение ÷ действительный размер: земляной червь 5.0 см на фото и 13.5 см в реальности дает ×0.37 — фотографии могут быть меньше реального объекта.

В одной капле суспензии почвы содержится слишком много бактерий для прямого подсчета, поэтому метод разведения в чашках требует последовательного разведения: серийно разведите культуру (1 часть культуры + 9 частей воды, повторяя) так как исходные пробы содержат слишком много клеток; нанесите на чашку известное количество подходящего разведения для того чтобы можно было посчитать отдельные колонии; инкубируйте фиксированное время при заданной температуре для того чтобы колонии стали видимыми; работайте асептически чтобы избежать загрязнения и ошибок подсчета. Используйте чашки с подсчетным диапазоном и принимайте только результаты, соответствующие установленному диапазону количества. Количество колоний × фактор разведения ÷ нанесенный объем = оценка количества колониеобразующих единиц в единице объема; одна колония может образоваться из одной клетки или из скопления. Используйте одобренные учебные штаммы и следуйте надзорным школьным процедурам.

Формула предоставлена; навык заключается в заполнении таблицы. Для пяти участков с массами 18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 г (среднее 16.98 ≈ 17.0): каждое отклонение $(X - \bar{X})$ возводится в квадрат — 1.21, 7.29, 0.64, 10.24, 0.01 — суммируется $\sum(X-\bar{X})^2 = 19.39$, делится на $n - 1 = 4$:

Для сравнения двух групп постройте график среднее ± СКО (ошибочные полосы): если полосы не перекрываются, различие, вероятно, статистически значимо — однако правильную оценку дает t-критерий Стьюдента.

Разбор примера (оригинал). Время восстановления после стандартной нагрузки: у тренированной группы среднее 94 с ($s = 11$, $n = 8$), нетренированной 126 с ($s = 14$, $n = 8$). t-тест дает значение $t = 32 \div \sqrt{11^2/8 + 14^2/8} = 5.08$ при $n_1 + n_2 - 2 = 14$ степенях свободы; критическое значение при вероятности $p = 0.05$ равно 2.145. Рассчитанное значение превышает критическое, поэтому отвергаем нулевую гипотезу: программа значительно сокращает время восстановления. Запишите те же три предложения, что и для коэффициента Спирмена — сравните, отвергните, сделайте вывод — и укажите степени свободы, которые проверяют экзаменаторы.

Нулевая гипотеза: «между процентом оставшегося масла и временем хранения нет корреляции». Присвойте ранги обеим переменным (наибольшее = 1), найдите каждую разность $d$ и возведите её в квадрат, затем:

Сравните модуль (0.857, знак для сравнения игнорируется) с критическим значением при вероятности $p = 0.05$ для числа наблюдений $n = 7$ (0.786). Рассчитанное значение превышает критическое, поэтому отвергаем нулевую гипотезу: существует статистически значимая отрицательная корреляция между оставшимся маслом и временем. Запишите все три предложения — сравнение, отвержение, вывод.

Выбор теста: различие средних двух групп → t-тест (столбчатая диаграмма); связь между двумя измеренными переменными → корреляция (точечный график или линейный график). Никогда не используйте t-тест в вопросах о корреляции.

График распада масла — это линейный график, так как время является непрерывной величиной, с подписанными осями и единицами измерения (дни; среднее % оставшегося масла), линейными шкалами, точками, нанесенными точно, и единственной линией наилучшего приближения. Показание за 90-й день (0.65 %) находится выше каждого соседнего значения: оно аномальное. Линия наилучшего приближения его игнорирует; вы должны проверить его повторением отбора проб, никогда не удаляйте его молча.

Как и в Блоке 3: идеальный письменный план не демонстрирует, что вы выполнили асептическую технику, считали показания спирометра в реальном времени или этически обращались с организмами в аудитории. Эти компетенции формируются на занятиях при изучении Блоков 4 и 5; этот экзамен проверяет мышление вокруг них.

1. Назовите два искусственных переносчика водорода, используемых в CP15, и укажите, что происходит с их цветом при дыхании дрожжей.
2. Запишите нулевую гипотезу для: «количество бактерий в почве увеличивается по мере разложения сырой нефти».
3. Массы 21.4, 19.8, 18.6, 22.1, 20.6 г. Вычислите сумму квадратов отклонений и стандартное отклонение.
4. Ранги дают $\sum d^2 = 104$ с $n = 7$. Вычислите $r_s$ и укажите вывод относительно критического значения 0.05 0.786.
5. В таблице распада нефти какое показание является аномальным и какие две вещи вы делаете с ним?
6. Укажите два абиотических фактора (кроме температуры), влияющих на исследование дождевых червей, и один метод контроля.
7. План сравнивает время восстановления двух групп. Какой график и какой тест? А если пять уровней физической подготовки?
8. Приведите два этических/безопасностных пункта, которые должен включить план спирометрии до начала практической работы.
9. Обоснуйте «серийное разведение культуры» и «размазывание по агару для получения лона» в методе посевов на чашках Петри.
10. Земляной червь имеет длину 13.5 см и выглядит как 5.4 см на фотографии. Вычислите увеличение.

Ответы: 1 любые два из ТТЦ, метиленового синего или DCPIP; поскольку они принимают водород при дыхании, метиленовый синий и DCPIP теряют свой синий цвет, а ТТЦ меняет цвет с бесцветного на красный; 2 отсутствие корреляции между количеством бактерий и разложенным маслом (коэффициент корреляции равен нулю); 3 среднее 20.5; сумма квадратов отклонений 7.48; $s = \sqrt{7.48/4} = 1.4$ г; 4 $r_s = 1 - 624/336 = -0.857$; 0.857 > 0.786, отвергаем нулевую гипотезу: значимая отрицательная корреляция; 5 показание за 90-й день (0.65 %): игнорируйте его при построении линии наилучшего приближения, проверьте повторением отбора проб; 6 любые два из pH почвы, влажности, минералов, освещения, сезона; контроль, например, сравнение только сопоставимых участков по влажности почвы; 7 столбчатая диаграмма средних и t-тест; пять уровней: точечный/линейный график и тест корреляции; 8 информированное согласие (без принуждения); стерилизуйте или замените мундштук (инфекция); 9 разведение снижает количество до подсчетного уровня; лавровидное распределение разделяет особи, каждая образует подсчетную колонию; 10 $5.4/13.5 = 0.40$ (×0.4).