Что такое рандомизированное размещение вариантов в опыте

«Развитие учебно-образовательного процесса в средних образовательных школах города Москвы, направленного на повышение качества обучения и развитие творческого потенциала обучающихся через участие в научно-технических конкурсах, конференциях, олимпиадах»

Размещение вариантов в полевом опыте

Рис. 5. Методы размещения пяти вариантов полевого опыта по делянкам двух повторений: А – стандартный, Б – систематический, С – рандомизированный

Стандартные методы характеризуются более частым размещением стандартных и контрольных вариантов по сравнению с опытными вариантами. Стандартные методы дают возможность более точно сравнить каждый опытный вариант со своим стандартом, однако, из-за большой площади отводимой для стандартных вариантов (до 55%) эти методы не получили большого распространения.

Систематические методы предусматривают неизменный порядок расположения вариантов в каждом повторении. Имеется много методов систематических методов размещения вариантов, наиболее распространенными являются последовательный и шахматный методы. Важное достоинство систематических методов размещения вариантов в их простоте, однако главный их недостаток в том, что система размещения вариантов может совпасть с закономерным варьированием плодородием почвы, что приведет к искажению результатов полевого опыта. Поэтому систематические методы размещения вариантов можно применять на опытных участках с равномерным плодородием по все территории.

Рандомизированные или случайные методы – это такие методы, при которых варианты по делянкам полевого опыта размещаются случайно (по жребию). Это наиболее распространенная группа размещения вариантов. Преимущество случайного размещения вариантов заключается в том, что все варианты находятся в равных условиях и имеют одинаковый шанс попасть на любую часть опытного участка. К рандомизированным методам относятся метод полной рандомизации, метод организованных (рандомизированных) повторений, метод латинского квадрата/прямоугольника и т.д.

Метод полной рандомизации – случайное размещение вариантов по всем делянкам полевого опыта без выделения повторений. Например, опыт с четырьмя вариантами (v = 4) при 3-х кратной повторности (n = 3) потребуют 12 делянок (N = v·n = 4·3 = 12.) Если варианты опыта условно обозначить цифрами – стр.24 (1,2,3,4) возможно следующее размещение вариантов

Варианты размещают по экспериментальным единицам (делянки, сосуды) на случайной основе, т.е. каждый вариант имеет равный шанс попасть на любую делянку. Единственным ограничением числа делянок для одного варианта служит повторность.

Требования, предъявляемые к проведению опытов

Для получения значимых практических результатов при проведении полевых опытов необходимо соблюдать следующие основные требования:

— однородность земельного участка по плодородию;

— точность учета урожая;

-знать историю участка (предшествующие культуры, их агротехнику).

Планирование опытнической работы

Планирование опыта является наиболее важным и ответственным периодом исследовательской работы, именно на этом этапе создается фундамент опыта, от этого этапа зависит достоверность, точность и эффективность всего эксперимента.

Планирование опыта состоит из следующих этапов: выбор объекта и темы исследования; определение цели и задачи исследования; изучение современного состояния вопроса по литературным источникам; выдвижение рабочей (научной) гипотезы; разработка схемы опыта; разработка методики эксперимента; разработка программы наблюдений и анализов.

Составление плана проведения опытов, начинается с подготовки общего плана работы учебно-опытных участков образовательных учреждений, опытных полей ученических производственных бригад. В общий план работы необходимо включить:

-схематический план земельной площади участков;

— схемы полевых опытов;

— перечень основных наблюдений и исследований;

— примерные сроки и порядок выполнения работ;

— потребность в сельскохозяйственном инвентаре, технике;

— потребность в оборудовании, весах, измерительных приборах для постановки опытов;

— потребность в семенах, удобрениях.

Большое внимание при составлении общего плана работы следует обратить внимание на рациональную организацию труда, определение потребности в сельскохозяйственном инвентаре, оборудовании и приборов, Нехватка или неисправность сельскохозяйственного инвентаря, оборудования может свести на нет опытническую работу. Обязательно включить в план работы правила по технике безопасности учащихся при работе на учебно-опытном участке.

Для проведения полевых опытов на учебно-опытном участке учащихся делят на группы (звенья). За каждым звеном целесообразно закрепить один небольшой опыт, а все опыты класса объединить единой темой и целью. Если планируется постановка более сложного, многовариантного опыта, то его целесообразно закрепить за целым классом, поручив звеньям наблюдения и исследования по отдельным вариантам. Сложные опыты рекомендуем проводить в течение 2-3 лет. Нет необходимости в постановке большого количества полевых опытов, лучше заложить их меньше, но провести на высоком методическом уровне.

Часто путают схему опыта с планом опыта. Планом опыта называется чертеж, полностью отражающий форму, размер и размещение делянок.

Учащиеся хорошо справляются с составлением плана опыта. Они могут не только зарисовать план опытного участка, но и начертить его карандашом по результатам обмера всех сторон в уменьшенном виде (в масштабе), передавая размещение объектов.

Выбор и подготовка опытного земельного участка

При выборе места для опытнической работы необходимо соблюдать общепринятые требования и придерживаться определенных правил и условий:

1. Земельный опытный участок должен быть типичным и однородным, т.е. соответствовать свойствам, плодородию и рельефу почв, распространенных в данной местности.

2. Поверхность участков должна быть ровной, без лощин и западин, не должна иметь склонов и покатостей.

3. Делянки одного опытного участка должны иметь однородной по своему составу почвы.

Для получения достоверных результатов опыта и правильных выводов все эти условия необходимо соблюдать как твердое правило.

Например, заложили опыт на тему: «Влияние золы на урожай картофеля». Для опыта взяли делянки неоднородные по составу почвы. Одна делянка, на которую по условиям опыта при посадке картофеля внесли золу, два года назад была хорошо удобрена навозом и глубоко вспахана. Другая же, опытная делянка, куда не вносили золу, несколько лет ничем не удобрялась и обрабатывалась кое-как мелко, несвоевременно, зарастала сорняками. Полученные результаты такого опыта будут недостоверные. Наверняка будет сделан неверный вывод, что зола увеличивает урожай картофеля в 2-3 раза. В данном случае на урожай картофеля сказалось не столько влияние золы, а органическое удобрение (навоз) и предшествующая хорошая обработка почвы.

Площадь опытного участка

Какую площадь земли необходимо выделить под опытническую работу учащихся? Этот вопрос часто задают учителя биологии, педагоги дополнительного образования, руководители ученических производственных бригад и трудовых объединений.

Как правило в образовательном учреждении из общей площади учебно-опытного участка для опытнической работы выделяется от 1000 до 2500 квадратных метров.

Независимо от темы, величины опытного участка и делянок, опыт надо проводить в соответствие с методикой. На участках маленьких размеров опыты должны проводиться особенно точно и тщательно. Любая неточность на маленьком опытном участке в переводе на гектар даст большую ошибку.

Форма опытного поля

Форма опытного поля на УОУ должна быть прямоугольной, или лучше квадратной. На прямоугольной площади поля, проще и удобнее расположить отдельные опытные делянки. Нарезать прямоугольный участок земли для опытного поля можно с помощью простого эккера и рулетки. ( Как пользоваться эккером при выделении прямоугольного участка у чащиеся старших классов знакомятся при изучении курса геометрии).

Наиболее приемлемая форма делянки на опытных полях УПБ также прямоугольная, однако, её ширина должна быть кратна ширине захвата основного обрабатывающего или посевного агрегата.

Разбивка опытного поля на опытные участки

Какое количество делянок необходимо выделять для одного полевого опыта? Прежде всего, это определяется темой опыта, и насколько точно мы хотим поставить опыт. Самые простые опыты в школах обычно можно проводить всего на двух делянках.

Например, изучают действие азотных удобрений на урожай огурцов простым опытом: Для этого на первую делянку вносятся удобрения, а на другую делянку нет. Обработку почвы и агротехнический уход за растениями проводят одинаково на обеих делянках. Затем учитывают урожай огурцов с каждой делянки отдельно, сравнивая величину урожая удобренной, с контрольной.

Как уже говорилось выше, в ученическом полевом опыте не должно быть большое число вариантов.

Источник

Основные элементы методики полевого опыта (стр. 6 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

а) Одноярусное расположение делянок

б) Многоярусное расположение делянок

Рисунок 17. Схема размещения четырех вариантов в трехкратной повторности методом полной рендомизации

Метод полной рендомизации рекомендуется применять при небольшом числе вариантов (3-4), когда есть основание не ставить под контроль территориальное закономерное варьирование плодородия почвы. Такие условия часто встречаются при работе с многолетними плодовыми культурами, которые характеризуются сильной индивидуальной, генетической изменчивостью. Индивидуальное варьирование урожая с дерева превышает варьирование плодородия почвы.

При небольшом числе вариантов преимущество метода полной рендомизации заключается и в том, что критерий Фишера приобретает наибольшее значение по сравнению с другими методами. Максимально увеличивается число степеней свободы остаточной дисперсии, что позволяет уменьшить ошибку опыта и, следовательно, повышается его точность и статистическая достоверность. Например, при размещении четырёх вариантов при трёхкратной повторности методом полной рендомизации, число степеней свободы для остаточной дисперсии составляет: , при размещении вариантов методом рендомизации внутри повторений оно равно , чтобы считать, что в опыте есть существенные различия в первом случае фактическое значение критерия F должно превысить Fтеор. = 4,06, а во втором – 4,76.

.3.2. Метод рендомизированных повторений (рендомизация внутри повторения, или рендомизация с одним ограничением) – случайное размещение вариантов схемы опыта в пределах каждого повторения. Это наиболее распространенный в мировой практике метод размещения вариантов по делянкам полевого опыта. Опытные делянки могут располагаться в один ярус и многоярусно. Рендомизация проводится отдельно по каждому повторению (рис. 18).

Рисунок 18. Размещение вариантов опыта методом рендомизированных повторений

Метод рендомизированных повторений представляет собой ортогональную схему размещения вариантов. Это означает, что в каждом повторении имеется полный набор вариантов, и каждый из них повторяется только один раз.

При постановке полевых опытов с большим числом вариантов (15-20), которые отличаются по своим морфологическим, биологическим и другим признакам (высота, скороспелость и др.), варианты внутри повторения целесообразно объединять в однородные группы. Порядок расположения групп в каждом повторении и вариантов внутри групп также определяется рендомизацией. При этом в каждой группе может быть выделен свой контрольный вариант (рис. 19).

Рисунок 19. Схема рендомизированного размещения 15 вариантов в трех повторениях, в каждом повторении по три группы

При небольшом числе вариантов и их рендомизированном размещении в одном из повторений возможно размещение вариантов систематическим методом. Это частичное отступление от строгой рендомизации не является грубым нарушением и может быть допустимо, т. к., согласно теории вероятности, такой случай размещения вариантов не исключается.

6.3.3. Латинский квадрат и прямоугольник (рендомизация с двумя ограничениями). Латинский квадрат и прямоугольник применяются, если плодородие почвы опытного участка изменяется в двух взаимно перпендикулярных направлениях (лесные полосы, склон и др.). Варианты опыта располагаются по рядам и столбцам, число рядов равно числу столбцов. В каждом ряду и в каждом столбце должен быть полный набор изучаемых вариантов и, следовательно, ни один из вариантов не повторяется дважды ни в ряду, ни в столбце. Варианты внутри столбцов и рядов размещаются случайно. Такое расположение позволяет контролировать изменение плодородия почвы по двум взаимно перпендикулярным направлениям и математической обработкой сэлиминировать, устранить влияние закономерного изменения плодородия почвы опытного участка на результаты опыта, повысить точность эксперимента. Размещение вариантов на делянках опыта латинским квадратом или прямоугольником способствует доказательству небольших различий между вариантами. При других методах размещения вариантов такие различия могут быть в пределах ошибки эксперимента.

Латинский квадрат применяется при числе вариантов 4-8 (рис. 20). Повторность вариантов на территории равна числу вариантов, . При числе вариантов менее четырёх, нецелесообразно размещать их по методу латинского квадрата. В этом случае остаточная дисперсия опирается на небольшое число наблюдений и становится неустойчивой базой для оценки существенности различий между вариантами. Например, если число вариантов равно трём, то число степеней свободы для остаточной дисперсии определяется по формуле и равно 2. Если же использовать метод полной рендомизации – 6, так как рассчитывается этот показатель по формуле .

Источник