Doświadczenie biologiczne: problem badawczy, hipoteza, próba kontrolna
Podstawa programowa wymaga, żebyś umiał określić problem badawczy, sformułować hipotezę, zaplanować doświadczenie z próbą badawczą i kontrolną, przeprowadzić obserwację mikroskopową, opracować wyniki i sformułować wniosek, który z nich wynika. Tak przygotujesz się do tej części matury z biologii na poziomie rozszerzonym.
Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 9.
W skrócie
najważniejsze w kilku zdaniach
Problem badawczy jest pytaniem, na które doświadczenie ma odpowiedzieć, a hipoteza – przewidywaną odpowiedzią, którą wynik może obalić.
Zmienna niezależna to czynnik, który badacz zmienia, zmienna zależna – wielkość, którą mierzy; wszystkie pozostałe warunki są jednakowe.
Próba kontrolna ma te same warunki co badawcza, poza badanym czynnikiem, więc różnicę wyników przypisuje się temu czynnikowi.
Obserwacja mikroskopowa wymaga preparatu świeżego, policzenia powiększenia (obiektyw × okular) i dokumentacji.
Wniosek nie wychodzi poza wyniki: dotyczy badanego organizmu i badanych warunków.
Egzamin maturalny z biologii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. Zadania są pogrupowane w wiązki wokół wspólnego materiału — tekstu, tabeli, wykresu, schematu lub opisu doświadczenia. Zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) dają około 30 % punktów, zadania otwarte (z luką, krótkiej odpowiedzi) — około 70 %. Zadania sprawdzają wymagania podstawy programowej z 2024 r.
Problem badawczy i hipoteza
Doświadczenie zaczyna się od pytania. Problem badawczy zapisujesz jako pytanie o wpływ jednego czynnika na jedną cechę: „Czy sok z cytryny ogranicza brunatnienie miąższu jabłka?”. Pytanie zbyt ogólne, np. „Jak działa cytryna?”, nie wskazuje ani czynnika, ani mierzonej cechy, więc nie da się zaplanować doświadczenia.
Hipoteza to przypuszczalna odpowiedź na problem, uzasadniona wiedzą biologiczną, np. „Sok z cytryny hamuje brunatnienie, ponieważ obniża pH i ogranicza aktywność enzymów”. Musi być sprawdzalna, a więc taka, że wynik może ją obalić. Jeżeli wynik jest inny, hipoteza zostaje odrzucona i nie jest to porażka doświadczenia.
Zmienne, próba badawcza i próba kontrolna
Zmienna niezależna to czynnik, którego wpływ badasz i który celowo zmieniasz. Zmienna zależna to cecha, którą mierzysz. Pozostałe warunki: temperaturę, ilość materiału, czas, trzymasz jednakowe we wszystkich próbach. Próba badawcza poddana jest badanemu czynnikowi, a próba kontrolna ma wszystko to samo, tylko bez niego.
Próba kontrolna musi różnić się od badawczej wyłącznie badaną zmienną. Jeżeli różni się czymś jeszcze, nie wiadomo, który czynnik wywołał różnicę. Dobre doświadczenie ma też kilka powtórzeń każdej próby, bo jedna próba może dać wynik przypadkowy.
Pojęcie
Znaczenie
W doświadczeniu z jabłkiem
problem badawczy
pytanie o wpływ czynnika
czy sok z cytryny ogranicza brunatnienie
zmienna niezależna
czynnik zmieniany przez badacza
sok z cytryny albo woda
zmienna zależna
mierzona cecha
barwa przekroju po 30 minutach
próba badawcza
poddana czynnikowi
plasterki z sokiem z cytryny
próba kontrolna
bez czynnika, reszta jednakowa
plasterki z wodą
Obserwacje i preparaty mikroskopowe
Preparat świeży przygotowujesz z żywego materiału: cienki fragment tkanki kładziesz w kropli wody na szkiełku podstawowym i przykrywasz szkiełkiem nakrywkowym, najlepiej tak, żeby pod spodem nie zostały pęcherzyki powietrza. Obserwację zaczynasz od najmniejszego powiększenia, a potem zwiększasz je do tego, które pokazuje szczegóły.
Powiększenie mikroskopu jest iloczynem powiększeń obiektywu i okularu. Okular 10× i obiektyw 40× dają 400×. Rzeczywisty rozmiar obiektu obliczysz, dzieląc rozmiar obrazu przez powiększenie. Obserwację dokumentujesz rysunkiem lub opisem: z podpisami części, powiększeniem i datą. Obserwację makroskopową, np. kształtu liścia, wykonujesz gołym okiem lub lupą.
Wyniki, powtórzenia i proste obliczenia
Wyniki zapisuj w tabeli, osobno dla każdej próby i każdego powtórzenia. Dla serii pomiarów oblicz średnią arytmetyczną, a przy wykresie zaznacz rozrzut wyników, np. odchyleniem standardowym. Gdy rozrzut jest duży w porównaniu z różnicą średnich, różnica może być przypadkowa.
Odczytując wykres, najpierw nazwij zmienną na osi poziomej i na pionowej, potem porównaj próbę badawczą z kontrolną. Zależność dwóch wielkości nie zawsze oznacza, że jedna jest przyczyną drugiej, dlatego tylko doświadczenie z kontrolą pozwala wnioskować o przyczynie.
Wnioski i ocena procedury
Wniosek odpowiada na problem badawczy i opiera się wyłącznie na wynikach. Jeżeli doświadczenie sprawdziło jeden gatunek w danych warunkach, nie wolno rozciągać wniosku na wszystkie rośliny ani na inne warunki. Zawsze odnieś wniosek do hipotezy: została potwierdzona albo obalona.
Przy ocenie procedury sprawdź kolejno: czy badana jest jedna zmienna, czy istnieje próba kontrolna, czy próby były jednakowe pod innymi względami, czy powtórzeń było dość. Wyniki własne porównuj z wynikami innych badaczy. Jeśli się zgadzają, wniosek jest mocniejszy; jeśli nie, szukaj różnic w warunkach.
Doświadczenie
próba badawcza i kontrolna
Jak zaplanować doświadczenie z tego działu: problem, hipoteza, próby i wniosek.
Doświadczenie 1
Problem badawczy
Czy sok z cytryny ogranicza brunatnienie miąższu jabłka?
Hipoteza
Sok z cytryny hamuje brunatnienie miąższu, ponieważ obniża pH i ogranicza aktywność enzymów, które utleniają związki w uszkodzonych komórkach.
Zmienna niezależna
obecność soku z cytryny na powierzchni przekroju
Zmienna zależna
barwa przekroju po 30 minutach, oceniana w skali od 0 (jasny) do 3 (brązowy)
Próba badawcza
pięć jednakowych plasterków jabłka z jednego owocu, każdy skropiony taką samą ilością soku z cytryny i pozostawiony w temperaturze pokojowej
Próba kontrolna
pięć takich samych plasterków z tego samego owocu, skropionych taką samą ilością wody, w tych samych warunkach
Wynik i wniosek
Plasterki z sokiem pozostały jasne, a plasterki z wodą ściemniały. W tych warunkach sok z cytryny ogranicza brunatnienie miąższu; doświadczenie nie rozstrzyga, który składnik soku za to odpowiada.
Doświadczenie 2
Problem badawczy
Czy wyciąg z liści orzecha włoskiego wpływa na kiełkowanie nasion rzeżuchy?
Hipoteza
Wyciąg z liści orzecha zmniejsza odsetek wykiełkowanych nasion rzeżuchy, ponieważ liście orzecha mogą zawierać substancje hamujące kiełkowanie innych roślin.
Zmienna niezależna
ciecz nawilżająca nasiona: wyciąg z liści orzecha albo woda
Zmienna zależna
odsetek nasion wykiełkowanych po pięciu dniach
Próba badawcza
cztery szalki z bibułą i po 50 nasion rzeżuchy, codziennie nawilżane taką samą ilością wyciągu (liście zalane wodą na dobę i odcedzone)
Próba kontrolna
cztery takie same szalki z 50 nasionami, nawilżane taką samą ilością wody, w tej samej temperaturze i przy tym samym świetle
Wynik i wniosek
W próbie badawczej wykiełkowało mniej nasion niż w kontrolnej. Wyciąg z liści orzecha ograniczał kiełkowanie rzeżuchy w tych warunkach; nie wiadomo, która substancja wyciągu działa.
Doświadczenie 3
Problem badawczy
Czy pokrycie dolnej strony blaszki liściowej wazeliną zmniejsza utratę wody przez liść?
Hipoteza
Pokrycie dolnej strony blaszki wazeliną zmniejsza utratę wody przez liść, ponieważ u wielu roślin na dolnej stronie liścia leży większość aparatów szparkowych, przez które woda paruje.
Zmienna niezależna
pokrycie dolnej strony blaszki liściowej wazeliną
Zmienna zależna
ubytek masy liścia po dobie, w procentach masy początkowej
Próba badawcza
pięć jednakowych liści pelargonii zerwanych z jednej rośliny, z dolną stroną blaszki pokrytą cienką warstwą wazeliny i z zaklejonym końcem ogonka; liście zważone, zawieszone na dobę w temperaturze pokojowej i zważone ponownie
Próba kontrolna
pięć takich samych liści z tej samej rośliny, z zaklejonym końcem ogonka, ale bez wazeliny, zważone i zawieszone w tym samym miejscu na ten sam czas
Wynik i wniosek
Liście bez wazeliny straciły średnio około 30 % masy, a liście z wazeliną na dolnej stronie około 6 % (dane umowne). Pokrycie dolnej strony blaszki wazeliną zmniejszyło utratę wody przez liście tej rośliny; wynik zgadza się z hipotezą, ale nie pokazuje, ile aparatów szparkowych leży na każdej stronie liścia.
Pojęcia
problem badawczy
Pytanie o wpływ jednego czynnika na jedną cechę, na które ma odpowiedzieć doświadczenie.
hipoteza
Przypuszczalna, uzasadniona odpowiedź na problem badawczy, którą wynik doświadczenia może obalić.
zmienna niezależna
Czynnik, którego wpływ jest badany i który badacz celowo zmienia.
zmienna zależna
Cecha mierzona w doświadczeniu, która zmienia się pod wpływem badanego czynnika.
próba badawcza
Próba poddana działaniu badanego czynnika.
próba kontrolna
Próba taka sama jak badawcza, ale bez badanego czynnika; pozwala przypisać różnicę wyników temu czynnikowi.
preparat świeży
Preparat z żywego materiału, oglądany w kropli wody pod szkiełkiem nakrywkowym.
powiększenie mikroskopu
Iloczyn powiększeń obiektywu i okularu.
Zadanie z matury
źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2025, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 4.1
Zadanie 4.
Kiwi to nazwa handlowa owoców aktinidii smakowitej (Actinidia deliciosa). Aktinidia jest rośliną dwupienną, a jej owoce rozwijają się z pojedynczych słupków.
Poniżej przedstawiono fotografię przekroju poprzecznego przez owoc kiwi.CKEW owocach kiwi znajduje się enzym – aktynidaza, który jest proteinazą. Aby sprawdzić właściwości aktynidazy, uczniowie przeprowadzili doświadczenie. W tym celu przygotowali cztery takie same pojemniki ze stężałą galaretką żelatynową, zawierającą białko zwierzęce – kolagen. Włókna kolagenowe splatają się ze sobą i tworzą sieć ograniczającą ruch wody, dzięki czemu galaretka ma postać żelu.
W zestawach 1. i 2. uczniowie umieścili na powierzchni galaretek takie same fragmenty świeżo przekrojonego owocu kiwi, a w zestawach 3. i 4. pozostawili samą galaretkę. Następnie uczniowie umieścili zestawy 1. i 3. w temperaturze 20 °C, a zestawy 2. i 4. – w temperaturze 5 °C. Po kilku godzinach zaobserwowali częściowe rozpuszczenie się galaretki w pojemniku trzymanym w temperaturze pokojowej i zawierającym owoc kiwi (zestaw 1.).
Poniżej przedstawiono schemat doświadczenia i uzyskane wyniki.
Numer zestawu
Umieszczenie fragmentu kiwi
Temperatura
Stan galaretki po kilku godzinach
1.
tak
20 °C
częściowe upłynnienie
2.
tak
5 °C
brak upłynnienia
3.
nie
20 °C
brak upłynnienia
4.
nie
5 °C
brak upłynnienia
Na poniższym rysunku przedstawiono wyniki uzyskane w zestawach 1. i 2.CKE
Na podstawie: P. Jedynak, To kiwi cię zadziwi, „Wiedza i Życie” 9, 2022.
Zadanie 4.1. (0–1 pkt)
Sformułuj problem badawczy przedstawionego doświadczenia.
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2025, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-R0-100-2505), zadanie 4.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Zasady oceniania CKE
za poprawne sformułowanie problemu badawczego, uwzględniającego wpływ temperatury na właściwości aktynidazy.1 pkt
za odpowiedź niespełniającą wymagań na 1 pkt albo za brak odpowiedzi.0 pkt
Rozwiązanie i przykładowe odpowiedzi według CKE
Przykładowe odpowiedzi (CKE):
• Wpływ temperatury na właściwości aktynidazy.
• Wpływ temperatury na aktywność katalityczną proteinazy z owocu kiwi.
• Czy temperatura wpływa na szybkość reakcji katalizowanej przez proteazę obecną w owocach kiwi?
Wyjaśnienie od Kleksy
Zacznij od tabeli z wynikami. Porównaj, czym różnią się zestawy 1. i 2., i ustal, co uczniowie mierzyli. Problem badawczy łączy czynnik, który się zmienia, z cechą, która jest mierzona.
Zestawy 1. i 2. mają taki sam fragment kiwi, ale różne temperatury (20 °C i 5 °C), a oceniany jest stan galaretki. Zmienną niezależną jest więc temperatura, a skutkiem jest działanie zawartego w kiwi enzymu na kolagen galaretki.
Według zasad oceniania CKE: 1 punkt za sformułowanie problemu badawczego uwzględniającego wpływ temperatury na właściwości aktynidazy; dopuszcza się też problem o wpływie aktynidazy na włókna kolagenowe w zależności od temperatury oraz problem o wpływie obu czynników – obecności aktynidazy i temperatury – na włókna kolagenowe.
Przykładowa odpowiedź: Czy temperatura wpływa na aktywność aktynidazy z owocu kiwi?
Zadanie z arkusza CKEmatura
Matura 2024, biologia (poziom rozszerzony), zadanie 21.1
Zadanie 21.
Oddziaływania międzygatunkowe u roślin mogą mieć charakter antagonistyczny, np. gdy w suchym środowisku występuje konkurencja korzeni o wodę, lub nieantagonistyczny – polegający na wzajemnym wspomaganiu wzrostu.
Aby określić wpływ wzajemnego oddziaływania roślin jednorocznych i krzewów Ambrosia dumosa, przygotowano na pustyni następujące poletka doświadczalne:
• próba A – usunięto rośliny jednoroczne, a pozostawiono krzewy A. dumosa
• próba B – pozostawiono rośliny jednoroczne oraz krzewy A. dumosa
• próba C – pozostawiono rośliny jednoroczne, a usunięto krzewy A. dumosa.
Na poniższych ilustracjach przedstawiono próby: A, B i C.CKERośliny jednoroczne w obecności krzewów charakteryzowały się większym przyrostem biomasy, natomiast przyrost biomasy krzewów w obecności roślin zielnych był ograniczony.
Na podstawie: C.J. Krebs, Ecology: The Experimental Analysis of Distribution and Abundance, Harlow 2014.
Zadanie 21.1. (0–2)
/2
Uzupełnij tabelę – wpisz w puste komórki oznaczenia literowe tych prób, które należy porównać, aby zweryfikować poniższe hipotezy.
Weryfikowana hipoteza
Oznaczenia literowe prób, które należy porównać
Obecność na tym samym obszarze krzewów A. dumosa skutkuje zwiększeniem przyrostu biomasy roślin jednorocznych.
Obecność na tym samym obszarze roślin jednorocznych skutkuje ograniczeniem przyrostu biomasy krzewów A. dumosa.
Źródło: CKE, egzamin maturalny 2024, biologia, poziom rozszerzony (arkusz MBIP-R0-100-2405), zadanie 21.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE
Odpowiedź według klucza CKE:B, C, A, B
Wyjaśnienie od Kleksy
Hipoteza mówi, który czynnik ma wpływ na którą grupę roślin. Porównuj więc dwie próby, które różnią się tylko tym czynnikiem. Przeczytaj, co w każdej próbie usunięto, a co pozostawiono.
Pierwsza hipoteza dotyczy wpływu krzewów na rośliny jednoroczne, więc porównujesz próby, w których rośliny jednoroczne rosną z krzewami (B) i bez nich (C). Druga dotyczy wpływu roślin jednorocznych na krzewy, więc porównujesz próby z krzewami, w których rośliny jednoroczne pozostawiono (B) albo usunięto (A).
Odpowiedź: B, C; A, B
Sprawdź się
sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: za zadanie zamknięte — 1 albo 2 punkty, tylko za całkowicie poprawną odpowiedź; za zadanie otwarte — od 1 do 3 punktów według zasad oceniania opracowanych do tego zadania. Odpowiedź nieprecyzyjna albo kilka odpowiedzi, z których jedna jest błędna, nie daje punktu.
zadanie Kleksy
Zadanie 1. (0–1)
/1
Uczniowie badali, czy temperatura wpływa na fermentację drożdży: mierzyli objętość CO₂ wydzielonego w ciągu 20 minut w 20 °C i w 35 °C. Przyporządkuj zdaniom z ich sprawozdania pojęcia. Wybierz odpowiedź spośród A–E.
Pojęcie
Awniosek
Bproblem badawczy
Cpróba kontrolna
Dhipoteza
Ezmienna niezależna
Zdanie
1. Czy temperatura wpływa na tempo fermentacji drożdży?
2. Drożdże wydzielą więcej CO₂ w 35 °C niż w 20 °C, ponieważ ich enzymy działają szybciej w wyższej temperaturze.
3. W badanych warunkach drożdże w 35 °C wydzieliły więcej CO₂ niż w 20 °C.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 2. (0–1)
/1
Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych.
Uczeń oglądał komórkę przy powiększeniu 400×. Średnica komórki na obrazie wynosiła 8 mm. Rzeczywista średnica tej komórki wynosi
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 3. (0–1)
/1
Uczeń sprawdzał, czy światło wpływa na kiełkowanie nasion sałaty. Szalki próby badawczej trzymał w ciemnej szafce w 18 °C, a szalki próby kontrolnej – na oświetlonym parapecie w 24 °C. Oceń prawdziwość stwierdzeń dotyczących tego doświadczenia.
Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń. Wybierz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
Na podstawie wyników uczeń może rozstrzygnąć, czy kiełkowanie nasion sałaty zależy od światła.
Próba badawcza różni się od kontrolnej oświetleniem i temperaturą.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
zadanie Kleksy
Zadanie 4. (0–1)
/1
Podaj nazwę rodzaju zmiennej, którą jest liczba pęcherzyków gazu wydzielanych w ciągu minuty przez pęd rośliny wodnej w doświadczeniu nad wpływem temperatury.
Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.
Wniosek nie wychodzi poza wynik i odnosi się do hipotezy.
Pytania i odpowiedzi
1.Jak odróżnić problem badawczy od hipotezy?+
Odp.:Problem badawczy jest pytaniem, np. „Czy odczyn środowiska zmienia aktywność enzymu?”. Hipoteza jest odpowiedzią, którą przewidujesz, razem z uzasadnieniem, np. „Szybkość reakcji jest największa przy optymalnym pH, bo od niego zależy ładunek centrum aktywnego”. Doświadczenie ma sprawdzić hipotezę, a nie ją tylko potwierdzić.
2.Po co w doświadczeniu próba kontrolna?+
Odp.:Próba kontrolna pokazuje, co dzieje się bez badanego czynnika. Jeśli próba badawcza różni się od niej wynikiem, a jedyną różnicą między próbami był czynnik, możesz wiązać skutek z czynnikiem. Bez kontroli nie wiadomo, czy zmiana nie zaszłaby także sama.
3.Czy w doświadczeniu może być kilka zmiennych niezależnych?+
Odp.:W jednym prostym doświadczeniu bada się jedną zmienną niezależną, a pozostałe warunki utrzymuje jednakowe. Gdy zmienisz dwa czynniki naraz, nie rozstrzygniesz, który odpowiada za wynik. Wpływ dwóch czynników bada się w osobnych seriach prób.
4.Dlaczego potrzebne są powtórzenia?+
Odp.:Pojedynczy pomiar może zależeć od przypadku, np. od niewielkiej różnicy między okazami. Kilka powtórzeń każdej próby pozwala obliczyć średnią i ocenić rozrzut wyników. Wtedy wiesz, czy różnica między próbą badawczą a kontrolną jest większa niż przypadkowe wahania.
Odp.:Podziel rozmiar obrazu zmierzony na rysunku lub zdjęciu przez powiększenie. Powiększenie jest iloczynem powiększeń obiektywu i okularu. Dbaj o jednostki: milimetry na obrazie zamień na mikrometry (1 mm = 1000 µm).
Serwis nie jest związany z Centralną Komisją Egzaminacyjną. Zadania oznaczone „CKE” pochodzą z arkuszy CKE; objaśnienia do nich i pozostałe zadania na stronie napisaliśmy sami.
Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z biologii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.