Link to the lesson

Sources of biological knowledge

Biological knowledge has been gathered for generations, mainly thanks to researchers conducting observations and experiments. Researchers publish their findings in scientific works and journals. Knowledge, as it becomes more widespread, is included in books, encyclopaedias and dictionaries. Anatomical atlases and guides for marking plants, animals and fungi provide a wealth of information on the structure and occurrence of organisms. Nature documentaries are valuable sources of knowledge about creatures living in various regions of the world, their behaviour and customs. The basic knowledge can be gained from school textbooks and supplemented by studying popular science literature, reading articles in nature science magazines and browsing the resources of the Internet. Students, like scientists, can conduct experiments or observations themselves (also field ones) and, according to their own ideas, discover the laws that govern the world of living beings. A good way to learn about nature is to visit nature museums, botanical and zoological gardens. Biology is therefore a science based on the discovery, analysis and processing of information about living beings.

R17ca8yTDeeJp

Zdjęcie przedstawia zabawę człowieka z kotem. Mężczyzna trzyma w ręku słupek marchewki. Kot o umaszczeniu biało-bursztynowym z zainteresowaniem wącha marchewkę

RakS1kXl3ZJNb

Zdjęcie młodzieży, dwóch nastolatek i jednego nastolatka stojących przy stole laboratoryjnym. Ubrani są w laboratoryjne, białe fartuchy. Na stole stoi mikroskop oraz zlewka z płynną substancją. Jedna z nastolatek trzyma w ręku zlewkę z płynną substancją i się jej przygląda. Druga nastolatka robi notatki w zeszycie. Nastolatek trzyma w ręku probówkę wypełnioną substancją ze zlewki i przygląda się jej.

RcckBpScrvyAy

Fotografia przedstawia wnętrze muzeum historii naturalnej. Na pierwszym planie widać ogromny szkielet dinozaura. W tle sali muzeum widać kilkoro zwiedzających.

Biological observations

In the scientific method, the observationobservationobservation is a deliberate way of collecting information about organisms, phenomena and processes. The researcher conducting the observation should ensure that neither the course of the observed phenomenon or process nor the observed organism is affected.

RWGJHhFI5MQY6

Ilustracja przedstawia zestaw pytań, stawianych podczas planowania obserwacji, odnoszących się do celu, miejsca, czasu i sposobu obserwacji.

Observations can be conducted with the use of all senses. For example, sense of sight is used to identify tree species, sense of hearing – to distinguish bird species by their singing, sense of smell and taste – to check the taste of unknown food, sense of touch – to assess the freshness of bread. One can also use specialistic instruments: a microscope, a magnifier or binoculars. Observations may be conducted in the natural environment of organisms or under artificial conditions, e.g. in a laboratory. A well‑planned observation should have the specified purpose, time and place.

Observations may concern quantitative or qualitative factors. In the first case, measurements, for example, of the quantity, weight, height or length of the body, are taken. Environmental factors such as temperature, atmospheric pressure or air humidity can also be measured. Qualitative observations refer to features that can be described but cannot be measured – such as colour, shape or smell.

Observation results are documented in the form of descriptions, photographs, films or sound recordings. Such documentation should be produced during the course of the observation in order to avoid inaccuracies and omission of important details. Observation can be used as an independent research method or as an important element of natural experiments.

RsR4qmH3QD2EG

Infografika zawiera przykładowy plan obserwacji ptaków. Po pierwsze trzeba ustalić cel obserwacji: ustalamy, jakie gatunki ptaków najliczniej odwiedzają karmnik w okolicy szkoły. Po drugie potrzebne będzie określenie niezbędnych do przeprowadzenia obserwacji materiałów i przyrządów: notatnik, atlas ptaków, aparat fotograficzny. W następnej kolejności zaprezentowana jest instrukcja wykonania obserwacji: 1. Rozpocznij obserwację ptaków na początku stycznia, gdy ziemię pokryje śnieg. Prowadź ją przez dwa tygodnie, codziennie od godz. 13.00 do 13.15.2. Ustal, korzystając z atlasu ptaków, jakie gatunki odwiedzają karmnik. 3. Zrób zdjęcia przedstawicielowi każdego gatunku. 4. Zapisz cechy umożliwiające rozpoznanie obserwowanych gatunków. 5. Na początku obserwacji policz ptaki każdego gatunku znajdujące się w karmniku. 6. Zapisz dane liczbowe w tabeli: „Liczba osobników poszczególnych gatunków ptaków odwiedzających karmnik”. 7. Opracuj wyniki liczbowe i sporządź wykresy: „Liczba ptaków danego gatunku w zależności od daty” oraz „Liczba zaobserwowanych ptaków według gatunków”.

RcuwdQakSFcGO

Ilustracja stanowi przykład dokumentacji z przeprowadzonej obserwacji wróbla, sikorki bogatki, dzięcioła dużego, gila zwyczajnego. Do fotografii każdego z tych ptaków dołączono dane jakościowe stanowiące wynik przeprowadzonej obserwacji. Wróbel: brązowy grzbiet i skrzydła, szary brzuch, samce z czarnym krawatem. Sikorka bogatka: czarna głowa, białe policzki, grzbiet oliwkowy, skrzydła szare z białym paskiem, brzuch żółty. Dzięcioł duży: ptak dwa razy większy, niż wróbel, czarno-biały z czerwonym podogoniem. Gil zwyczajny: większy od wróbla, brzuch i pierś u samic brązowo-różowa, u samców czerwona, biały kuper.

R19wMqHrrEUPY

Ilustracja stanowi przykład dokumentacji z przeprowadzonej obserwacji w zakresie danych ilościowych. W tabeli podana jest liczba ptaków poszczególnych gatunków odwiedzających karmnik w poszczególne dni, w których przeprowadzano obserwację.

Rh9RErYQThFij

Ilustracja jest przykładowym opracowaniem wyników obserwacji. Opracowanie wyników polega na uporządkowaniu danych, obliczaniu średniej, wartości procentowych, przedstawienia wyników na wykresach i diagramach. Na wykresie przedstawiono liczbę danego gatunku ptaków w zależności od daty.

R1SAo30xtmzam

Ilustracja prezentuje ostatni element dokumentacji obserwacji: sformułowanie wniosków, czyli uogólnienie wyników oraz sformułowanie kolejnych pytań badawczych. Wnioski z obserwacji stają się najczęściej podstawą do formułowania kolejnych pytań badawczych i znajdowania odpowiedzi na nie. Dla przykładowej obserwacji sformułowano następujący wniosek: Karmnik odwiedzały wróble, sikory bogatki, gile zwyczajne, dzięcioły duże. Karmnik najliczniej odwiedzały wróble. Liczba wróbli odwiedzających karmnik jest bardzo zmienna, liczba pozostałych gatunków jest raczej stała. Karmnik odwiedzały samce i samice gila, samce i samice wróbla oraz samica dzięcioła. U sikory bogatki trudno odróżnić płeć ptaków. Pytanie badawcze, jakie powstało na podstawie sformułowanych wniosków, to: Jaki jest związek między rodzajem pokarmu wykładanego w karmniku a liczebnością odwiedzających go sikor?

Biological experiments

Sometimes observations alone are not enough to satisfy your curiosity. If we want to know why the phenomenon we are interested in takes place or what factors influence its course, we have to conduct an experiment.

It is a method which consists in conducting the research in strictly defined and controlled conditions in accordance with the rules of conduct developed in the natural sciences. In the experiment, one of the factors influencing the organism or process is intentionally changed (added or removed, strengthened or weakened). Then the effect of this change is observed.

Before starting the experiment, one should specify a research problemresearch problemresearch problem, i.e. ask the scientific question one wants to answer. Research problem may be an affirmative statement or a question. Then, on the basis of own knowledge and intuition, one formulates a hypothesishypothesisa hypothesis, i.e. an assumption – „working” answer. The hypothesis is always an affirmative statement.

RCIF7bmm8sy6E

Ilustracja przedstawia przykłady problemów badawczych i dostosowanych do nich hipotez, stanowiacych próbę odpowiedzi na postawione pytanie badawcze. Problem badawczy: Jakie czynniki mają wpływ na kiełkowanie nasion? Dopasowane do problemu hipotezy: Do kiełkowania nasion potrzebne jest światło. Nasiona kiełkują w obecności wody. Problem badawczy: Od czego zależy szybkość kiełkowania nasion? Hipotezy: Szybkość kiełkowania zależy od temperatury gleby. Szybkość kiełkowania zależy od gatunku rośliny. Wielkość nasion ma wpływ na szybkość kiełkowania. Pytanie badawcze: Dlaczego nasiona łubinu nie kiełkują mimo sprzyjających warunków? Hipotezy: Kiełkowanie łubinu uniemożliwia łupina nasienna. Zarodek łubinu nie jest w pełni ukształtowany. Ilustracja zawiera także wskazówki co do prawidłowego formułowania hipotez: hipoteza może być fałszywa a mimo to jej weryfikacja może być poprawna; jedna hipoteza wskazuje jeden czynnik; zmienna niezależna jest wybrana przez badacza; zmienna zależna - jej wartość zależy od zmiennej niezależnej.

To check if the hypothesis is true, an appropriate experimentexperimentexperiment is planned and conducted. At the beginning, it is necessary to decide which object will be subjected to the experiment and the influence of which factor will be studied. The necessary instruments and reagents as well as the manner of their use are then selected. Two sets (samples) are planned: research and control. In the research set, the examined factor influences the observed object, and in the control set – it does not (or it influences, but its value is very low). Apart from the studied factor, the conditions are the same for both sets. With research sampleresearch sampleresearch sample and control samplecontrol samplecontrol sample, one can compare results and draw conclusions about the performance of a specific factor.

When planning the course of the experiment, it is also necessary to determine how many times the research will be repeated. Subsequent observations (measurements) will allow to avoid accidental errors. If the obtained results confirm the assumption, the hypothesis is considered to be correct. If not, another hypothesis is assumed and further experiment is planned until the causes of the phenomenon are explained.

Documentation of biological observations and experiments

For observations and experiments to have a scientific value, their course must be carefully documented. The basic documentation should contain:

• record of the purpose of the experiment or observation (possibly a record of the research problem, the scientific question and the examined hypothesis);

• the manner of conducting the study, e.g. in the form of a diagram showing the control sample and the research sample;

• the result (if a research problem is solved – also the conclusion).

Observations may be documented by description, drawings, photographs, sound recordings or films with appropriate comments. Results of studies consisting in measurements are recorded in tables and illustrated by means of diagrams. Table helps to organize the data and makes it easier to capture dependencies while conducting a measurement. In addition to the figures, additional notes and observations on the conduct of the study may also be included in the table. On the basis of numerical data, diagrams are drawn up, allowing for comparison of results obtained in subsequent samples, and also for noticing relationships difficult to detect in the table. The diagrams facilitate the formulation of apt conclusions.

R17yUJ8SkQGVl

Schemat przedstawia listę warunków zapewnienia wiarygodności doświadczenia. 1. Duża liczba badanych osobników (co najmniej kilka). 2. Przynależność osobników do tego samego gatunku. 3. Ten sam wiek osobników. 4. Próba kontrolna. 5. Powtarzalność wyników (co najmniej trzy razy). 6. Dokładna dokumentacja.

Keywords

biological observation, research problem, conclusions

Glossary