Структура биологического исследования (продолжение)

1. Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Калужской области «Областной эколого-биологический центр»

Структура биологического
исследования (продолжение)
31 октября 2016 г., г. Калуга
Алексанов Виктор Валентинович
[email protected]

2. План

• Вопросы планирования исследования,
выбора методов и их описания в тексте
работы
• Методы анализа данных в биологии
• Культура оформления рукописи
исследовательской работы
• Практикум по рецензированию фрагментов
исследовательских работ: аспект анализа и
визуализации данных
2

3. Литература

Советы молодому ученому: методическое пособие для студентов, аспирантов,
младших научных сотрудников и, может быть, не только для них / под. ред.
Воробейчика Е.Л. Изд. 3-е, переработ. и дополн. Екатеринбург: ИЭРиЖ УрО
РАН, 2011. 122 с. (URL: ipae.uran.ru/pdf/smu/Sovety_2011.pdf)
Нинбург Е.А. Технология научного исследования (методические
рекомендации). – СПб, 2000. – 28 с.
Козлов М.В. Планирование экологических исследований: теория и
практические рекомендации. М., 2015
Проблемы экологического эксперимента / под ред. чл.-корр. РАН Г.С.
Розенберга и д.б.н. Д.Б. Гелашвили. Тольятти, 2008
Гланц С. Медико-биологическая статистика / пер. с англ. – М.: Практика, 1998.
– 459 с. http://statosphere.ru/books-arch/multistat/120-glantzmedbiolstatistics.html

4. Естественнонаучные исследовательские работы школьников в Калужской области (2010-2015 гг., по материалам областных мероприятий)

Научноисследовательские
работы
Работы без научной
новизны
Мониторинговые
исследования = 1 тема
476 тем
Краеведческие
естественнонаучные
исследования
300 тем
Лабораторные
эксперименты
Опытническая
работа

5. Реестр тем исследовательских работ в Калужской области

Для сведения
Реестр тем исследовательских работ в
Калужской области
http://www.koebcu.ru/

6. ГИС «Естественнонаучные исследования школьников Калужской области в 2010-2015 гг.

Для сведения
ГИС «Естественнонаучные исследования
школьников Калужской области в 2010-2015 гг.
Активность школ и
муниципальных
районов
http://www.koebcu.ru/

7. Тематика исследовательских работ

Воздух
10%
Почва
3%
С/х
18%
Вода
18%
Растения
23%
Человек
12% Позвоночные
6%
Беспозвоноч
ные
10%
7

8. Исследовательская деятельность как циклический, итеративный процесс

методы
исследования
знание
модель
предмета
исследования
Новое знание
новая модель
предмета
исследования
средства
исследования
выполнение
исследования
8

9. Науковедческие понятия тоже нужно употреблять правильно

• Метод
• Методика
• Методология
9

10. Одна из возможных классификаций методов в соответствии со структурой биологического исследования

Организационные методы
Метод поперечных срезов
системный подход
Лонгитюдный
мониторинг
описание
индукция
анализ
дедукция
сравнение
оценка
классификация
Общелогические методы
Планирование
исследования
Интерпретация результатов
Обработка результатов
Сбор
материала
Эмпирические
методы
наблюдение
Учет организмов
эксперимент
Методы анализа данных и
визуализации
Определение и распознавание
Измерение факторов среды
10

11. Эксперимент

Методы исследования
Эксперимент
• Активный
• Контролируемый
• manipulative
• Пассивный
• Измерительный
• mesurative
Метод познания, при помощи которого в
контролируемых или управляемых условиях
исследуются явления действительности с целью
проверки гипотез, выдвинутых до начала
эксперимента
Сравнение – основа эксперимента

12. Проекты на региональном этапе олимпиады по экологии 2015-16 г. по характеру исследования

практический
проект
6%
описание /
мониторинг
50%
активный
эксперимент
22%
измерительный
эксперимент
22%

13. Примеры активных экспериментов

Выживаемость и поведенческие реакции ракообразных
Daphnia magna при различных концентрациях солей кадмия
Влияние солей меди на выживаемость и физиологические
показатели дафний (Daphnia magna)
Закономерности биологического действия ионов кадмия на
выживаемость микроводоросли Chlorella Vulgaris
Раздельное и сочетанное действие солей свинца и
стимуляторов роста на морфометрические и биохимические
показатели ячменя посевного
Влияние комнатных растений на окружающую среду
помещения и здоровье человека

14. Описание методов исследования

• Перечисляются конкретные методы,
отражающие специфику изучаемого
объекта
• При перечислении следует называть
методы одного уровня общности (пример:
анализ, синтез, ловушки Геро)
• Ссылки на литературу (лаконичность)

15. Анализ и визуализация данных: математическая статистика в биологии

АНАЛИЗ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ:
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ СТАТИСТИКА В БИОЛОГИИ

16. Математическая статистика необходима для оценки вероятности того, что суждение истинно

Истинные суждения
Вероятностные суждения
• Площадь квадрата равна
квадрату длины его
стороны (функциональная
связь)
• Свинец тяжелее меди
• Численность населения
Калуги больше, чем
численность населения
Обнинска
• В лесу Х растет дерево
вида У
• Число видов птиц связано
степенной зависимостью с
площадью острова
• Растения, выросшие в
загрязненной свинцом
почве, имеют меньшие
размеры
• Дерево вида У более
характерно для лесов типа
Х, чем для лесов типа А

17. Результат статистической обработки – оценка статистической значимости

Significance
• Исследователь работает с выборкой, но желает распространить
результаты на генеральную совокупность
• Вероятность события – P (probability)
• При статистической обработке вычисляется Р для нулевой
гипотезы
• Нулевая гипотеза – утверждение, противоречащее выдвинутой
научной гипотезе. Гипотеза о случайности события или об
отсутствии эффекта.
• Чем меньше значение P, тем больше оснований для отклонения
нулевой гипотезы
• α, Р, Уровень значимости P, Sig.– вероятность напрасно
отвергнуть нулевую гипотезу (вероятность ошибки 1-го рода).
5% (0,05)

18. Распределение проектов на региональном этапе олимпиады по экологии 2015-2016 года по применению статистической обрбаотки

применена не в полном объеме
требуется, но не применена
не требуется
2
5
26

19. Примеры тем работ, требующих статистической обработки

• Выживаемость и поведенческие реакции ракообразных
Daphnia magna при различных концентрациях солей кадмия
• Закономерности биологического действия ионов кадмия на
выживаемость микроводоросли Chlorella Vulgaris
• Влияние солей меди на выживаемость и физиологические
показатели дафний (Daphnia magna)
• Раздельное и сочетанное действие солей свинца и
стимуляторов роста на морфометрические и биохимические
показатели ячменя посевного
• Исследование относительного загрязнения воздуха в
микрорайоне школы методом лихеноиндикации
• Влияние комнатных растений на окружающую среду
помещения и здоровье человека

20. Необходимо различать экспериментальные единицы (истинные повторности) от измеряемых единиц

21. Программа Past (Paleontological statistic software…)

http://folk.uio.no/ohammer/past

22. STATISTICA

23. R - программная среда со строковым командным интерфейсом

24. Шкалы измерений переменных

• Интервальная
• Порядковая
• Номинальная (категориальная)

25. Нормальное распределение

Два параметра:
среднее
арифметическое и
дисперсия
(из дисперсии –
стандартное
отклонение,
стандартная ошибка)
2
Параметрические методы статистики
( xi x ) 2
n 1

26. Проверка нормальности распределения

программа Past

27.

Проверка нормальности распределения

28. Описательная статистика

M±SE
Если приводится среднее значение, то необходимо указывать и
показатель изменчивости признака
Полоса (планка) погрешностей может означать стандартную ошибку,
стандартное отклонение, доверительный интервал

29. Описательная статистика

Программа
STATISTICA
Диаграмма “boxplot” отображает структурные средние.
Эти статистики хорошо характеризуют данные, не имеющие
нормального распределения

30. Процент выполнения заданий олимпиады по экологии

Boxplot – компактный вариант представления
данных, не имеющих нормального распределения
В программе Past
квартиль
медиана
минимум
Процент выполнения заданий олимпиады по экологии

31. Непараметрические статистики на диаграмме “boxplot”

Программная среда R

32. Методы оценки статистических гипотез

Задача
Параметрические
Непараметрические
Условия применения
Нормальное
распределение и др.
Условия не выполняются
Основаны на:
Среднем арифметическом
и дисперсии (абсолютные
значения)
Рангах (порядке
объектов)
Сравнение двух групп
Тест Стьюдента t
Тест Манна - Уитни
Сравнение нескольких
групп
Дисперсионный анализ
(ANOVA, F)
Тест Краскала - Уоллиса
Связь двух признаков
(корреляция)
Коэффициент Пирсона
Коэффициент Спирмена

33. Дисперсионный анализ (ANOVA) – оценивает влияние градаций фактора на измеряемую переменную. Сравнивает изменчивость признака

внутри групп и между
группами

34. Дисперсионный анализ в программе Past

Влияние концентрации соли меди на частоту сердцебиения
дафнии (Герасимова В., Средняя школа № 11 г. Обнинск)

35. Результаты дисперсионного анализа и множественных сравнений

Уровень значимости:
вероятность принадлежности
выборок к одной генеральной
совокупности
Множественные сравнения групп
Влияние фактора будет
значимым, если хотя бы в
одной паре сравниваемых
групп различие значимо.

36.

Результаты непараметрического аналога
дисперсионного анализа
Тест Краскала - Уоллиса
Непараметрические
критерии обладают
меньшей мощностью

37. Корреляция линейная и нелинейная

Коэффициент корреляции Пирсона
Коэффициент корреляции Спирмена более универсален

38. Вычисления коэффициентов корреляции в программе Past

39. Математическая статистика для планирования эксперимента: статистические калькуляторы

https://power.phs.wakehealth.edu/

40. Культура оформления рукописи исследовательской работы

КУЛЬТУРА ОФОРМЛЕНИЯ РУКОПИСИ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ

41. Оформление текста: литература

• ГОСТ 7.1–2003. Библиографическая запись.
Библиографическое описание: общие требования и правила
составления (http://ru.wikisource.org/wiki/ГОСТ_7.1-2003
• ГОСТ Р 7.0.5–2008. Библиографическая ссылка: общие
требования и правила составления
(http://ru.wikisource.org/wiki/ГОСТ_Р_7.0.5-2008)
• ГОСТ Р 7.0.11-2011. Система стандартов по информации,
библиотечному и издательскому делу. Диссертация и
автореферат диссертации. Структура и правила оформления
• ГОСТ 2.105-95. Единая система конструкторской
документации. Общие требования к текстовым документам

42. Библиографическое описание (согласно ГОСТ 7.1-2003)

• Семенов, В. В. Философия: итог тысячелетий. Философская психология
[Текст] / В. В. Семенов. - Пущино : ПНЦ РАН, 2000. - 64, [3] с. - ISBN 5201-14433-0.
• Монусова, Г. А. Как становятся чиновниками и продвигаются по
службе [Текст] / Г. А. Монусова // Общественные науки и
современность. – 2004. - №3. – С. 61 - 70. – Библиогр. : с. 70.
• Гадасин, В. Закон и электронный документооборот [Электронный
ресурс] / В. Гадасин // Мир связи. Connect. - 2002. - № 2. - Режим
доступа :
http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?rid=45&pid=5858&pos=1&stp=10&c
d=2&cm=12&cy=2002. – Дата обращения: 1.92.2010

43. Библиографическое описание (согласно ГОСТ 7.1-84)

• Поляков В.И., Альперович А.И. Машины для монтажных
работ. – М.: Транспорт, 1981. – 286 с.
• Составление библиографического списка: Краткие
правила / Междувед. каталогизац. комис. при Гос. биб-ке
СССР им.Ленина. – М.: Изд-во «Кн. палата», 1991. – 224 с.
• Штогрин М.И. О классификации четырехмерных решеток
двойных кристаллов // ДАН СССР. – 1974. – Т.218. – № 3. –
С.56-67.

44. Библиографические ссылки обязательны на все источники информации

45. Требования к оформлению рукописи

• Основа рукописи – научный текст, таблицы и диаграммы
только иллюстрируют его
• В тексте должны быть ссылки на все таблицы, рисунки,
формулы, приложения (табл.1, рис.2, приложение 5).
• Ссылки не должны нести фразы, повторяющие заголовки
таблиц, подписей иллюстраций.
• Таблицы и рисунки должны быть озаглавлены. Заголовок
рисунка пишется после него, заголовок таблицы – перед
объектом.
• Таблицы и рисунки должны быть информативными и
самодостаточными (понятными без обращения к тексту)

46. Пример оформления рисунка

47. Пример оформления таблицы

48. Практикум по рецензированию рисунков и таблиц

ПРАКТИКУМ ПО РЕЦЕНЗИРОВАНИЮ
РИСУНКОВ И ТАБЛИЦ

49. Круговая диаграмма («пирог», pie): пример для анализа

Видовой состав растений второй площадки.
До
После

50.

Круговая диаграмма (пример для анализа)
Кол-во особей
Обыкновенная бурозубка
60% (6 шт)
Обыкновенная полевка
20% (2 шт)
Полевая мышь 20% (2 шт)
Полевка экономка 10% (1
шт)
Рис. 3. Соотношение особей на точке №2.

51.

Круговая диаграмма (пример для анализа)
сложноцветные
розоцветные
злаковые
бобовые
жимолостные
бальзаминовые
норичниковые
крушиновые
маслинные
кисличные
Таксономическая принадлежность инвазионных видов

52.

Круговая диаграмма (пример для анализа)
черепахи
11%
крысы
6%
собаки
19%
кролики
5%
попугаи
8%
морские
свинки
10%
кошки
28%
хомяки
13%
Рис. 1. Соотношение видов домашних животных в домах
по ул. Подвойского

53. Столбчатая диаграмма

12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
Рис.3. Распределение собак по этажам жилых домов
5

54.

Столбчатая диаграмма
КОЛ-ВО
КОРНЕЙ
Д.КОРНЕЙ
6
СТЕБЛИ
5
4
3
2
1
0
СТЕБЛИ
Д.КОРНЕЙ
КОЛ-ВО КОРНЕЙ
Рис.1 Средние измерения суммарной длины
корней, количества корней и длины стебля

55.

Столбчатая диаграмма
Рис.4. Спектр участия древесных пород в составе подроста на
различных ПП

56.

Столбчатая диаграмма
Динамика высоты рассады астры однолетней
12
10
8
06.апр
20.апр
6
05.май
13.май
4
25.май
2
0
вариант 1
вариант 2
вариант 3
вариант 4
вариант 5
56

57. Столбчатая диаграмма с погрешностями

Видовое богатство, d
7,00
6,00
5,00
4,00
Ряд1
*
3,00
2,00
1,00
0,00
КП1
КП2
БП1
БП2
БП3
Пруды
Рис. 13. Сравнение показателя видового богатства (d) в
прудах города Обнинска: КП – Комсомольские пруды; БП –
Белкинские пруды
* – достоверные отличия с КП1 при р <0,05.

58.

Столбчатая диаграмма с погрешностями

59. Точечные диаграммы

60.

Сенокосцы 2004 г.
17 окт
3 окт
19 сен
5 сен
22 авг
8 авг
80
25 июл
100
11 июл
120
27 июн
13 июн
30 май
16 май
экз./100 л.-сут.
Графики
Дубрава
Гр.ш
двор
с/х
Березуй
пр.берег
60
40
20
0

61. Таблица