Bærekraftig utvikling - forskerspiren

Presentasjon om: "Bærekraftig utvikling - forskerspiren"— Utskrift av presentasjonen:

1 Bærekraftig utvikling - forskerspiren
Maria Sviland, Skolelaboratoriet NTNU

2

3 Forskerspiren Forskerspiren
Kompetansemål etter Vg1 – studieforberedende utdanningsprogram ( - Naturfag i vidregående opplæring) Mål for opplæringen er at eleven skal kunne planlegge å gjennomføre undersøkelser i samarbeid med andre der en identifiserer og varierer parametere gjennomføre enkle datasimuleringer for å illustrere naturfaglige fenomener og teste hypoteser forklare og vurdere hva som kan gjøres for å redusere usikkerhet og feilkilder i målinger og resultater vurdere og argumentere for gyldighet og kvalitet av egne og andres observasjonsdata Hoveddelen av undervisningsopplegget dreier seg om forskerspiren, der dere skal lære om planlegging og gjennomføring av undersøkelser og hvordan man velger parametere slik at gyldighet og kvalitet i undersøkelsen blir størst mulig. I tillegg skal dere lære om usikkerhet i kunnskap om naturen, samt føre-var-prinsippet. Til slutt i opplegget skal dere få prøve på en praktisk oppgave med testing av hypoteser.

4 Å forske på naturen For å få gode forskningsresultater er det viktig
med god planlegging og gjennomføring av forsøkene, derfor er det nødvendig å lære om de spilleregler som gjelder når man forsker på naturen. Oppsett av hypoteser og testing av disse er en viktig del av undervisningsopplegget. Vi skal finne en mulig grunn til nedgang i antall hos en fugleart langs norskekysten. Økologi er studiet av samspillet mellom organismer og miljøet de lever i. Forskerne prøver å beskrive, forklare og forstå dette samspillet. For å få gode forskningsresultater er det viktig med god planlegging og gjennomføring av forsøkene, derfor er det nødvendig å lære om de spilleregler som gjelder når man forsker på naturen. Hoveddelen av undervisningsopplegget handler om å forske på naturen. Med utgangspunkt i eksempler fra norsk natur skal dere lære om planlegging av undersøkelser og innsamling av data. Dere skal lære om hvordan man velger parametere slik at gyldighet og kvalitet i undersøkelsen blir størst mulig. I tillegg er oppsett av hypoteser og testing av disse en sentral del av undervisningsopplegget. Her skal dere bruke Excel til å finne en mulig årsak til nedgang i antall hos en fugleart langs norskekysten. Opplegget har en innledende del om usikker kunnskap og føre-var-prinsippet, der dere får lære om hvorfor vår kunnskap om naturlige prosesser er usikker og hvordan vi bør forholde oss til dette.

5 Hvordan gjøre undersøkelser i naturen?
Innen økologi bruker vi to hovedtyper av undersøkelser; Eksperimenter og observasjoner. Observasjoner Fenomener i naturen observeres uten å gjøre endringer. For eksempel kan man telle antall dyr i en bestand hvert år og sammenligne dette med forhold som sier noe om tilstanden i bestandens leveområde. For å opprettholde en høy grad av gyldighet og kvalitet på observasjonsdataene i en tidsserie, er det viktig at disse er samlet inn med samme metode fra år til år. Tilstanden i dyrenes leveområde som vi måler eller teller kaller vi parameterne. Observasjoner Fenomener i naturen observeres uten å gjøre endringer. Ofte blir observasjoner gjort over flere år. Slike observasjoner kalles tidsserier. Lengden på tidsseriene er med på å øke kvaliteten og gyldigheten i undersøkelsen. For eksempel kan man telle antall dyr i en bestand hvert år og sammenligne dette med forhold som sier noe om tilstanden i bestandens leveområde. Mange store pattedyr blir for eksempel telt fra fly eller helikopter, mens små dyr og innsekter blir telt opp ved hjelp av innsamlingsteknikker på bakken. Når det gjelder fugler blir disse telt ved hjelp av fangst i nett, telling av reir eller via observasjoner av antall individer. Ved å bruke slike teknikker for å telle individer i en bestand, kan man finne ut om antallet har endret seg fra år til år. For å opprettholde en høy grad av gyldighet og kvalitet på observasjonsdataene i en tidsserie, er det viktig at disse er samlet inn med samme metode fra år til år. I tillegg må man velge best mulig teknikk for innsamling av data. Tilstanden i dyrenes leveområde som vi måler eller teller kaller vi parameterne. Disse parameterne kan være forurensning, ødeleggelse av habitat, tilgang på mat, temperatur, introduserte arter, global oppvarming også videre.

6 Hvordan gjøre undersøkelser i naturen?
Eksperimenter Man gjør forandringer i et område i naturen. Dette kan for eksempel være at man kunstig lager en høyere tetthet av dyr i noen områder, eller (omvendt) en lavere tetthet av dyr i områder. Stedene der eksperimentet er gjort blir sammenlignet med områder der man ikke har gjort forandringer. Fordelen med eksperimenter er at det oftere kan være lettere å si noe om årsak og virkning, fordi man kan endre parametere og se hvordan de påvirker det man undersøker. Eksperimenter Man gjør forandringer i et område i naturen. Dette kan for eksempel være at man kunstig lager en høyere tetthet av dyr i noen områder, eller (omvendt) en lavere tetthet av dyr i områder. I tillegg kan grupper av individer fjernes fra områder eller grupper av individer kan settes ut i områder. Stedene der eksperimentet er gjort blir sammenlignet med områder der man ikke har gjort forandringer. Disse områdene kalles kontrollområder. For å få størst mulig gyldighet og kvalitet i slike undersøkelser er det viktig at kontrollområdene og områdene der eksperimentet foregår er så like som mulige. Fordelen med eksperimenter er at det oftere kan være lettere å si noe om årsak og virkning, fordi man kan endre parametere og se hvordan det påvirker det man undersøker. Slik får man større kontroll på hvordan parametere virker inn på fenomenet man undersøker.

7 Hypotesetesting Formålet med statistikk er å presentere, analysere og trekke sluttinger ut fra data på en objektiv måte. Det kan ofte være forsvarlig å bruke statistikk uten å forstå all matematikken bak. Akkurat som man bruker mobiltelefonen uten å forstå de tekniske innretningene som ligger i den. Derimot er det svært viktig å forstå hva slags test man skal bruke til hvilke type av data. Å teste hypoteser er ofte det som for nybegynnere er vanskeligst når man skal gjøre undersøkelser i naturen. Dette krever selvsagt en viss forståelse for en del matematiske forutsetninger og begrensninger for de ulike metodene, men først og fremst krever det en forståelse for de mulighetene som finnes. Formålet med statistikk er å presentere, analysere og trekke sluttinger ut fra data på en objektiv måte. Det kan ofte være forsvarlig å bruke statistikk uten å forstå all matematikken bak. Akkurat som man bruker mobiltelefonen uten å forstå de tekniske innretningene som ligger i den. Derimot er det svært viktig å forstå hva slags test man skal bruke til hvilke type av data. Dette innebærer at man tar hensyn til de forskjellige forutsetningene og begrensningene de ulike statistiske testene har. Generelt brukes statistiske teknikker støttet av grafer og figurer. Når man først får dreisen på dette er statistikk mye morsommere enn de fleste tror!

8 Hypotesetesting Det finnes et uttall forskjellige statistiske tester.
Vi skal se på to viktige grupper av tester. Tester som kan avdekke ulikheter mellom forskjellige grupper av data Søylediagrammet viser gjennomsnittlig antall teist i kolonier uten mink og i kolonier med mink To typer statistiske tester Det finnes et uttall forskjellige statistiske tester. Vi skal se på to viktige grupper av tester. Tester som kan avdekke ulikheter mellom forskjellige grupper av data Vi bruker et eksempel som er hentet fra en undersøkelse på sjøfuglen teist. I undersøkelsen vil vi finne ut om det er færre teist i områder der det fins mink. Minken spiser eggene til teisten og man frykter at mink kan redusere bestandene av teist betraktelig. Det kan være vanskelig å telle nøyaktig det antallet mink som er i området, derfor bruker vi to kategorier på områdene, områder med mink og områder uten mink. Antallet av teist kan da sammenlignes i de to ulike områdene. Hvis man finner statistisk gyldige forskjeller i antall teist i de to ulike områdene ser vi av figur 1 at det er færre teist i områder med mink. Vi kan derimot ikke ut fra en slik undersøkelse hevde at antallet mink er årsak til få teist i disse områdene. Hvis vi skulle si noe om hva som kan være årsak til få teist i områder med mink måtte vi gjort et eksperiment der vi for eksempel satte ut mink i områder med teist.

9 Hypotesetesting Tester som kan avdekke sammenhenger mellom fenomenet vi undersøker og en parameter. Eks. Vi bruker et eksempel med sjøfuglen lomvi og vil undersøke om nedgang i antall individer i bestanden av lomvi kan ha sammenheng med tilgang på næring? Tester som kan avdekke sammenhenger mellom fenomenet vi undersøker og en parameter. Eks. Vi bruker et eksempel med sjøfuglen lomvi og vil undersøke om nedgang i antall individer i bestanden av lomvi kan ha sammenheng med tilgang på næring? Forskere hevder at bestanden av lomvi avtok kraftig på grunn av kollaps i loddebestanden på 80- og 90-tallet. Dette kan vi teste ved å velge en statistisk test som påviser sammenhenger mellom antall lomvi og næringstilgangen. Dette kan fremstilles grafisk som i figurene 2-4 under. Hvis testen viser at bestanden av lomvi går ned når næringstilgangen avtar, kan vi si at nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgang har en sammenheng Figur 3. Man kan derimot ikke si at næringstilgangen er årsak til nedgang i bestanden hos lomvi, fordi det kan være mange andre faktorer som påvirker nedgang i lomvibestanden som vi ikke har undersøkt. For å si noe om årsaker til nedgangen i antall lomvi i dette tilfellet må man gjøre et eksperiment.

10 Hvordan sette opp hypoteser
Vi vil sette opp en hypotese for å finne ut om næringstilgang kan ha sammenheng med nedgang i antall individer i lomvibestanden. Nullhypotesen (H0): Det er ikke sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgang i området. Den alternative hypotesen (H1): Det er sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgang i området. Hvordan sette opp en hypotese Vi tenker oss igjen eksempelet med sammenhenger mellom antall lomvi og næringstilgang. Vi tenker oss at vi har observasjonsdata for næringstilgangen til lomvi hvert år de 30 siste årene og vi har observasjonsdata for antall individer i bestanden i den samme tidsperioden. Vi vil sette opp en hypotese for å finne ut om næringstilgang kan ha sammenheng med nedgang i antall individer i lomvibestanden. Når man skal planlegge en slik undersøkelse må man sette opp to hypoteser som skal undersøkes – en nullhypotese og en alternativ hypotese. I nullhypotesen sier vi at det ikke er noen sammenheng mellom nedgang i antall dyr i bestanden og parameteren vi ønsker å undersøke. I den alternative hypotesen sier vi at det er sammenheng mellom nedgang i antall dyr i bestanden og parameteren vi ønsker å undersøke. Vi kan sette opp hypotesene for dette slik: Nullhypotesen (H0): Det er ikke sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgang i området. Den alternative hypotesen (H1): Det er sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgang i området. Generelt kan man si at nullhypotesen alltid er den som benekter sammenhenger mellom fenomenet vi vil undersøke og parameteren vi studerer. Tilsvarende hvis man tester forskjeller mellom grupper, så er nullhypotesen den som benekter at det er forskjeller mellom gruppene man sammenligner. Vi kan også trekke en analogi til straffesaker der den siktede er uskyldig inntil det motsatte er bevist. Nullhypotesen vil da alltid være at den siktede er uskyldig helt til det motsatte er bevist, mens den alternative hypotesen er at den siktede er skyldig. Siden undersøkelsen bare omfatter et utvalg av populasjonen, kan en risikere å konkludere feil. Man ønsker derfor en minimal risiko for å forkaste H0 feilaktig. Dette kalles testens signifikansnivå.

11 Hvordan teste en hypotese
Vi vil finne ut om det er sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgangen i området Vi velger en statistisk test som kan påvise sammenhenger mellom nedgangen i antall lomvi og næringstilgang i leveområdene til lomvien. Testen vil gi en verdi som uttrykker hvilke av de to hypotesene vi kan beholde. Denne verdien kalles signifikanssannsynlighet. Oftest bruker man et signifikansnivå på 0,05 som utgjør den ”magiske” forskjellen for om vi beholder nullhypotesen eller om vi beholder den alternative hypotesen. Hvis resultatet av testen viser en signifikanssannsynlighet mindre enn 0,05 forkaster vi nullhypotesen og konkluderer med at den alternative hypotesen gjelder. Hvis p-verdien er større enn 0,05 er det sannsynlig at nullhypotesen gjelder i situasjonen. Siden undersøkelsen bare omfatter et utvalg av populasjonen, kan en risikere å konkludere feil. Man ønsker derfor en minimal risiko for å forkaste H0 feilaktig. Dette kalles testens signifikansnivå. Hvordan teste en hypotese? Hypotesene over kan testes i et statistikkprogram der hypotesene på forhånd ligger inne i programmet. For å finne ut om det er sammenheng mellom nedgang i bestanden av lomvi og næringstilgangen i området, velger vi en statistisk test som kan påvise sammenhenger mellom nedgangen i antall lomvi og næringstilgang i leveområdene til lomvien. Testen vil gi en verdi som uttrykker hvilke av de to hypotesene vi kan beholde. Denne verdien kalles signifikanssannsynlighet. Oftest bruker man et signifikansnivå på 0,05 som utgjør den ”magiske” forskjellen for om vi beholder nullhypotesen eller om vi beholder den alternative hypotesen. Hvis resultatet av testen viser en signifikanssannsynlighet mindre enn 0,05 forkaster vi nullhypotesen og konkluderer med at den alternative hypotesen synes å gjelde. Hvis p-verdien er større enn 0,05 kan ikke nullhypotesen forkastes, og det er mulig at nullhypotesen gjelder i situasjonen.

12 Oppgave 6 Man tror at bestander av teist spesielt har hatt stor nedgang på grunn av stor sårbarhet ovenfor mink, fordi den hekker i steinurer og bergsprekker, oftest nær sjøen der minken trives. Teisten hekker i kolonier, i dag finner vi de fleste store koloniene med teist i områder uten mink. Bruk Excel til å teste om forekomst av mink i kolonier med hekkende teist kan ha en mulig sammenheng med nedgang i bestanden av sjøfuglen teist i Norge de siste årene Dere skal undersøke om det virkelig er færre hekkende teist i kolonier med utbredelse av mink på kysten av Midt-Norge. Lykke til Oppgave 6 I denne oppgaven skal elevene bruke Excel til å teste om forekomst av mink i kolonier med hekkende teist kan ha en mulig sammenheng mellom nedgang i bestanden av sjøfuglen teist i Norge de siste årene. Menneskelig aktivitet påvirker antallet av sjøfugl på flere måter. Et eksempel er arter som menneskene har satt ut, slik som mink. Man tror at bestander av teist spesielt har hatt stor nedgang på grunn av stor sårbarhet ovenfor mink, fordi den hekker i steinurer og bergsprekker, oftest nær sjøen der minken trives. Teisten hekker i kolonier, i dag finner vi de fleste store koloniene med teist i områder uten mink. Dere vil undersøke om det virkelig er færre hekkende teist i kolonier med utbredelse av mink på kysten av Midt-Norge. Dere har fått utdelt innsamlede data og kan begynne rett på analysen av dataene. Vanligvis må man reise ut i felt for å samle inn dataene selv. Åpne filen Mink_Teist. Forklaringer på hva dere skal gjøre blir gitt underveis.