background image

 

Metodologia prac doświadczalnych 
Program wykładów: 
1. wprowadzenie 
2. podstawowe pojęcia w doświadczalnictwie 
3. metody badań naukowych (obserwacja, eksperyment) 
4. podział doświadczeń wg celu badań 
 
Zbiorowość generalna (populacja) – określony na podstawie merytorycznych przesłanek 
zbiór przedmiotów lub zdarzeń, w odniesieniu do którego chcemy formułować wnioski 
wynikające z doświadczenia. 
Próba (zbiorowość lub populacja próbna) – podzbiór zbiorowości generalnej, który 
podlega badaniu i na podstawie którego formułujemy wnioski dotyczące zbiorowości 
generalnej. 
Zbiorowości przedmiotowe – elementami zbiorowości generalnej są określone przedmioty 
(owoce, ziarno zbóż, ziemniaki, zwierzęta) 
Zbiorowości zdarzeniowe – elementami są określone zdarzenia, np. wydajność procesu 
technologicznego. 
Reprezentatywność próby 
Próba powinna być:   losowa 
 

 

 

Dostatecznie liczna 

 
Rozkład cechy w populacji – musimy wiedzieć jakie wartości przyjmuje dana cecha, jak 
często te wartości się pojawiają. 
Rozkład normalny – krzywa rozkładu jest symetryczna 

 

Statystyka – zadaniem jest opisanie za pomocą wielkości cech liczb. Charakterystyki 
statystyczne informują o wartościach przeciętnych, o rozproszeniu. 
 
Wskaźniki położenia: 
 

 

 

- środek przedziału 

 

 

 

- średnia 

 

 

 

- mediana 

 

 

 

- moda 

Wskaźniki zmienności ( rozproszenia): 

 

 

 

 

- wariancja (zmienność) 

 

 

 

- odchylenia standardowe 

 

 

 

- rozstęp 

 

 

 

- współczynnik zmienności 

 
 

background image

 

Wariancja: do jej obliczenia korzystamy ze wzorów: 

1

)

(

2

2

n

x

x

   

 

 

1

)

(

2

2

2

n

n

x

x

 

 
Jest pośrednie odchylenie kwadratowe. Jednostką jest kwadrat jednostki danej cechy, np. %

Żeby

 

się pozbyć kwadratu  wprowadzono odchylenie standardowe: 

2

 

Współczynnik  zmienności  –  mówi  nam  jaki  procent  wartości  średniej  stanowi  odchylenie 
standardowe. Przeważnie mieści się w granicach <0%;100%>, ale może być ponad 100% gdy 
jest duże odchylenie standardowe, a średnia mała. 

%

100

*

[%]

x

 

ν ≤ 5% - bardzo dobrze 

 

5% < ν ≤ 10% dobrze 
10% < ν ≤ 15% dostatecznie   
ν >15% źle 

 
średnia 

x

(obliczona) lub μ (rzeczywista) 

błąd średniej arytmetycznej – mówi jakim błędem obarczona jest średnia arytmetyczna 

n

a

 

Błąd różnicy pomiędzy średnimi arytmetycznymi: 

B

B

A

A

r

n

n

2

2

 

Jeśli n

A

= n

B, to: 

n

B

A

r

2

2

 

Jeśli błąd różnicy pomiędzy średnimi jest większy od różnicy średnich, to znaczy, że średnie 
nie różnią się od siebie. 
Przedział  ufności  –  przedział  liczbowy,  który  pokrywa  prawdziwą  wartość  parametru  z 
dowolnie małym, z góry określonym prawdopodobieństwem popełnienia pomyłki. 
Prawdopodobieństwo pomyłki (przedział nie pokrywa parametru) 
α – poziom ufności 
1-α – współczynnik ufności 
W technologii żywności poziom ufności przyjęto 5% (α=0,05) 

n

t

x

n

t

x

*

*

,

,

  

α  - poziom ufności 
ν – liczba stopni swobody (ilość obserwacji -1) (najczęściej) 

,

t

 - odczytujemy z tablic 

Im mniejsze prawdopodobieństwo popełnienia pomyłki, tym przedział jest szerszy. 
 
 
 
 

background image

 

Testy  statystyczne  –  sposób  postępowania  służący  do  sprawdzenia  prawidłowości  hipotezy 
statystycznej. 
1. grupa – testy do porównania wariancji 
2. grupa – testy do porównywania średnich 
 
Ad1. 
 F- Snedekora – do porównania dwóch wariancji 
Q – Bartletta – do porównania wielu wariancji 
Fmax – Hartleya -  do porównania wielu wariancji 
 
F- Snedekora. 
 Przy testach: 
 α – poziom istotności (0,05) 
ν – liczba stopni swobody (n-1) 
porównuje się funkcje uzyskane w doświadczeniu z danymi z tabeli. Jak wielkość empiryczna 
jest większa od tabelowej, to dana cecha się różni (F

emp

 >≤ F

tabl

2

2

B

A

F

, gdzie 

2

A

2

B

 

 
Ad2.  
t-Studenta 
D-Duncana 
Tukeya 
Studenta-Newmana-Kenisa 
 
Test t-Studenta (test dla par) 
a) testowanie hipotezy, że pewne parametry w dwóch populacjach są takie same (np. średnie) 

n

x

t

 

b)  testowanie  hipotezy  dotyczącej  specjalnej  wartości  jakiegoś  parametru,  przy  badaniu 
niezależności cech. 

B

B

A

A

B

A

n

n

x

x

t

2

2

 

 

t

emp

>≤t

tabl αν

  (ν=n

a

+n

b

-2) 

Test  D-Duncana  –  do  porównania  wielu  wartości  średnich,  test  rozstępu,  jednorodności  (bo 
do tworzenia grup jednorodnych). 
Grupa jednorodna – grupa składająca się z kilku wartości średnich, pomiędzy którymi nie ma 
istotnych różnic pomiędzy średnimi. Najpierw robimy analizę wariancji – powie nam czy są 
różnice, czy niema. Jak wyjdzie, że nie ma, to koniec. Jak są, to testujemy, które się różnią. 
 

 

 

Te kreski oznaczają grupę jednorodną (tak się zaznacza) 

 
 
 
 
 
 
 

background image

 

Sposób postępowania: 
- porządkujemy wartości średnie (od największej do najmniejszej) 
- obliczamy μ

– błąd różnicy pomiędzy średnimi 

- robimy tabelę pomocniczą 

…. 

t

d

 

 

 

 

 

μ

r

* t

(NIR) 

 

 

 

 

m- ilość średnich, które porównujemy 
t

– wartość testu Duncana odczytana z tablic

 

μ

r

* t

d

 – przedziały ufności 

- porównujemy rozstępy. Zaczynamy od najdalszych średnich. Jeśli różnica większa od NIR, 
to znaczy, że się różnią.  
 
KRYTERIA WYBORU METOD POMIAROWYCH 
1. próg czułości 
2. Czułość 
3. Precyzja 
4. Dokładność 
5. Inne 
Próg  czułości  –  (wykrywalność)  najmniejsze  stężenie  graniczne  lub  ilość  substancji,  jaką 
można daną metodą oznaczyć (wykryć). 

Próg czułości wybranych metod (μg/100ml 

Cukru za pomocą refraktometru Abbego 

2,5x10

-3

 

Cukru za pomocą refraktometru zanurzeniowego 

2,5x10

-5

 

Metali polarograficznie 

10

-6

 

Metali elektrofotometrycznie 

2x10

-4

 

 
Czułość  –  najmniejsza  dająca  się  wykryć  lub  zmierzyć  różnica  między  dwiema  kolejnymi 
wielkościami  oznaczanego  składnika  lub  mierzonej  cechy  (zdolność  metody  do  reagowania 
na małe zmiany wartości cechy) 
Precyzja – rozproszenie wyników uzyskanych dana metodą przy wielokrotnym powtarzaniu 
pomiaru w hipotetycznie takich samych warunkach (metoda bardziej precyzyjna daje wyniki 
bardziej skupione) 
Dokładność  –  zgodność  wyników  uzyskanych  daną  metodą  z  prawdziwą  (rzeczywistą) 
wartością danej cechy. 

 

 
 
 
 

background image

 

Precyzję wyznaczamy testem Q-Bartleta, dokładność natomiast kilkoma metodami: 
a) z użyciem standardu zewnętrznego 
Rz = (K1/K2)*100% 
Rz – odzyska standardu 
K1 – ilość substancji wzięta do analizy 
K2 – ilość substancji wykryta daną metodą 
Metoda jest dokładna, gdy Rz wynosi powyżej 90% 
 
b) z użyciem standardu wewnętrznego 
Rw = (T1-T2)*100%/T3 
Rw – odzysk standardu wewnętrznego 
T1 – ilość substancji oznaczona w próbce z dodatkiem standardu wewnętrznego 
T2 – ilość substancji oznaczona w próbce bez dodatku standardu 
T3 – ilość dodanej substancji (standard wewnętrzny) 
Metoda jest dokładna gdy Rw wynosi powyżej 90% 
c)  za  pomocą  metody  odwoławczej  –  równoległe  wykonanie  serii  pomiarów  za  pomocą 
dwóch metod (w tym jedną wzorcową, o znanej wysokiej dokładności). Miara dokładności: 
wyrażony w % stosunek średniej wyników arytmetycznych za pomocą ocenianej metody do 
średniej wyników uzyskanych metodą wzorcową (powinien być >0,95) 
 
Powtarzalność metody
 – jak dotyczy wyników uzyskiwanych w danym laboratorium. 
Odtwarzalność  –  jak  się  da  uzyskać  takie  same  wyniki,  np.  w  innym  laboratorium  i 
warunkach. 
  
Dokładność  metody  wyrażamy  wielkością  błędu  bezwzględnego  i  względnego,  jakimi 
obarczone są wyniki pomiarów dokonywanych dana metodą. 
Błąd  bezwzględny  –  różnica  wartości  uzyskanej  daną  metodą  pomiarową  od  rzeczywistej 
wartości badanej cechy wyrażone w odpowiednich jednostkach miary. 
Błąd względny – procentowy stosunek błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej. 
 

Klasy dokładności pomiarów 

Pomiar precyzyjny – błąd względny 

<0,1% 

Pomiar naukowy – błąd względny 

0,1 do 0,3% 

Pomiar naukowy mniej dokładny – błąd względny  0,3 do 3,0 % 
Pomiar techniczny – błąd względny 

3,0 do 10% 

Pomiar orientacyjny – błąd względny 

>10% 

 
Wyniki podajemy z taką dokładnością, jaką dokładność ma metoda, np. 18,1 a nie 18,14!!! 
Zaokrąglanie: 18,15 = 18,2   

jak liczba zaokrąglana jest parzysta, to zostawiamy, a jak  

 

 

18,25 = 18,2   

nieparzysta to zaokrąglamy w górę… 

 

 

18,35 = 18,4 

 

 

18,45 = 18,4 

 

Przykładowe dokładności oznaczeń 

Tłuszczu metodą Soxhleta 

0,1% 

Chlorków metodą Mohra 

0,05% 

Cukrów metodą Bertranda 

0,02% 

Błonnika metodą Scharrera i …. 

0,05% 

Popiołu 

0,005% 

 

background image

 

Błędy pomiarowe: Δx 
W zależności od rodzaju przyczyn wywołujących błędy rozróżnia się błędy: 
1. systematyczne 
2. przypadkowe 
3. grube (pomyłki) 
 
Ad1.  występowanie  tych  błędów  jest  związane  z  dokładnością  metody.  Przyczyną 
powstawania  tych  błędów  jest  jednokierunkowe  stałe  działanie  jakiegoś  czynnika, 
działającego w czasie wielokrotnego powtarzania tego samego pomiaru, powołującego stałą 
zmianę  wyniku  pomiaru.  Czasem  błąd  systematyczny  jest  sumą  kilku  błędów 
spowodowanych kilkoma stałymi przyczynami działającymi w czasie wykonywania pomiaru. 
źródłem  są  różne  czynniki  działające  stale  i  jednokierunkowo  związane  ze  sposobem 
przygotowania  próbki,  używaną  aparaturą,  warunkami  pomiaru  i  osoba  eksperymentatora. 
Wyniki różnią się od wartości rzeczywistej o pewną stałą wielkość. 
Przyczyny: 
- niewłaściwe wyskalowanie przyrządów pomiarowych 
-  nieuwzględnienie  poprawek  i  wpływu  czynników  zewnętrznych  wpływających  na  wynik 
pomiaru (temp., ciśnienie atmosferyczne) 
- nieprawidłowa obsługa 
- wadliwe ustawienie przyrządów pomiarowych 
- rozregulowanie aparatów 
- użycie nieodpowiednich odczynników 
- źle dobrane wzorce, krzywe kalibracyjne, wzory przeliczeniowe 
Jeżeli Δx

sys

 <= 0,01μ  to metoda jest dokładna 

 
Ad2.  
Wiążą  się  z  pojęciem  precyzji  metody.  Przyczyna  ich  powstawania  jest  zespół  czynników 
przypadkowych (losowych) towarzyszących wykonaniu pomiaru. Są to czynniki o działaniu 
wielokierunkowym, częściowo wzajemnie się znoszące i nie działające stale, lecz w sposób 
losowy.  Wpływ  poszczególnych  czynników  na  wynik  pomiaru  zmienia  się  od  pomiaru  do 
pomiaru  a  tym  samym  zmienia  się  wielkość  błędu  przypadkowego  w  poszczególnych 
pomiarach,  czyli….  W  odróżnieniu  od  błędów  systematycznych  mają  charakter  zmienny 
nawet w tych samych warunkach. Nie można ich przewidzieć.  
Przyczyny: 
- wahania temperatury, ciśnienia, wilgotności powietrza w czasie wykonywania pomiarów 
- niedokładne odmierzanie odczynników 
- ruch powietrza działającego niejednakowo na szalki wag 
- spadek napięcia w sieci elektrycznej 
- trudne warunki odczytu 
- wada wzroku obserwatora 
- zmęczenie lub niedostateczne wyszkolenie badacza 
Są na ogół nie do uniknięcia, obarczony jest nimi każdy pomiar. Wielkość tych błędów jest 
przeważnie  znana.  Ich  miarą  jest  odchylenie  średnie.  Zmniejszenie  wartości  tego  błędu 
uzyskujemy poprzez zwiększenie liczby pomiarów. 
 
ΣΔx

sys

= zależy od ilości i wielkości działających błędów 

ΣΔx

przyp

= 0 

 
 
 

background image

 

Kryteria wyboru metody badania 
Przy określaniu rozkładu wybiera się metodę precyzyjną, a przy badaniu zgodności z normą 
wybiera się metodę dokładna. Np. badając marchewki: jeżeli chcę się dowiedzieć które maja 
najwięcej karotenu (nie ważne ile), to wybieram precyzyjną. Jeśli natomiast chcę sprawdzić, 
które mają 16% czegoś tam, to muszę wybrać dokładną. 
Inne: 
- czasochłonność 
- pracochłonność 
- stopień trudności 
- koszt aparatury 
- dostępność materiałów niezbędnych do wykonania pomiaru (odczynników, szkła) 
- wielkość próbki 
 
PODSTAWOWE POJĘCIA DOŚWIADCZALNICTWA 
Czynnik doświadczalny – określony  składnik warunków, który  badacz celowo wprowadza 
lub  zmienia  jako  zmienną  niezależną  danego  eksperymentu.  Każdy  czynnik  doświadczalny 
występuje  na  co  najmniej  dwóch  poziomach  lub  w  co  najmniej  dwóch  wartościach 
(kategoriach,  wariantach),  np.  badanie  wpływu  czasu  na  zawartość  nadtlenków  w  chipsach 
czas jest czynnikiem doświadczalnym, ale muszą być co najmniej 2 czasy (t

i t

1

). 

Obiekt doświadczalny – poziom lub wartość badanego czynnika doświadczalnego 
Jednostka  doświadczalna  –  element  lub  grupa  elementów  materiału  doświadczalnego 
(przedmiotów, osobników), wobec których stosuje się określony obiekt doświadczalny i bada 
jego oddziaływanie (np. te nadtlenki) 
Układ  doświadczalny  –  określa  sposób  przyporządkowania  obiektów  do  jednostek 
doświadczalnych oparty na pewnych kryteriach. Do najczęściej wykorzystywanych układów 
doświadczalnych należą: 
 

 

- układy proste 

 

 

- układy blokowe 

 

 

- układy kolumnowo wierszowe 

Replikacja  –  jednokrotne  zbadanie  całego  zestawu  obiektów  lub  kombinacji 
doświadczalnych. Powtórzenie by było, gdyby ten zestaw zbadać jeszcze raz. 
Cecha  –  właściwość  lub  parametr  jednostki  doświadczalnej,  którego  zachowanie  ma  być 
zbadane (zmienna zależna). Czasami te same zmienne mogą być czynnikiem, a czasami cechą 
(np. wpływ nawożenia na zawartość glutenu / wpływ zawartości glutenu na objętość chleba). 
W  pierwszym  przypadku  zawartość  glutenu  jest  cechą,  a  w  drugim  zawartość  glutenu  jest 
czynnikiem.  
Model doświadczenia – określa pod względem ilościowym i jakościowym: czynniki, obiekty 
i  cechy  w  ramach  danego  eksperymentu,  liczbę  i  rodzaj  jednostek  doświadczalnych  oraz 
układ doświadczalny i liczbę jego replikacji bądź powtórzeń. 
Sytuacja doświadczalna – zespół czynników stanowiących środowisko zewnętrzne, w jakim 
prowadzony jest dany eksperyment (temp i wilgotność w pomieszczeniu, naświetlenie) 
Technika  doświadczalna  –  obejmuje  metody  i  sposoby  postępowania  przy  realizacji 
eksperymentu  (m.in.  sposób  przygotowania  pożywek,  odczynników,  technikę  pobierania 
próbek  i  wykonywania  pomiarów).  Miejsce  i  warunki  w  jakich  wykonywane  jest 
doświadczenie. 
Błąd  doświadczalny  –  odchylenie  zaobserwowanego  wyniku  od  nieznanej,  prawidłowej 
wartości  badanej  cechy.  (e=y-μ).  Wielkość  błędu  doświadczalnego  można  zmniejszyć  bądź 
przez 

udoskonalenie 

techniki 

doświadczalnej, 

większe 

wyrównanie 

jednostek 

doświadczalnych, zwielokrotnienie pomiarów lub obserwacji (replikacji, powtórzeń). 
 

background image

 

 

Ilość  obiektów  w  doświadczeniach  wieloczynnikowych  obliczamy  mnożąc  ilość  obiektów 
poszczególnych czynników!!! 
 
ANALIZA  WARIANCJI  PRZY  JEDNOKIERUNKOWEJ  KLASYFIKACJI  (układ  prosty, 
metoda serii niezależnych, metoda równoległych analiz, układ kompletnie zrandomizowany) 
Określa sposób przyporządkowania jednostek doświadczalnych do obiektu. Mamy z nim do 
czynienia,  jak  mamy  jednostki  i  chcemy  zbadać  ich  właściwości  pod  wpływem  czynnika. 
Jednostki są takie same. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
Gdy mamy gdzieś brak podjednostek – układ nieortodonalny. 
Gdy wszystkie miejsca są wypełnione – układ ortodonalny 
 
Jest to układ jednokierunkowy, bo obiekty są klasyfikowane wg jednego kryterium. Analiza – 
rozkład zmienności na poszczególne źródła. Przykład: 
Badamy jak zmienia się jakość w chipsach (liczba Lea) podczas przechowywania: 
Czynnik – czas przechowywania 
Obiekty (k) = 0, 3, 6, 9 miesięcy 
Powtórzenia (n=5) 
Cecha – liczba Lea 
Jednostki eksperymentalne – chipsy 
Musimy  mieć  20  prób  (k*n  =  4*5)  i  losowo  przyporządkujemy  określonym  obiektom  i  po 
zakończeniu tego mamy tabelę z 20 wynikami. 
 

Czynnik 

Obiekty 

Cecha 

Jednostki 
doświadczalne 

Sytuacja 
doświadczalna 

Wpływ 

poziomu 

tłuszczu  w  diecie 
(kilka  diet  o  różnym 
poziomie tłuszczu) 

5% 
10% 
15% 

Na 
zawartość 
tkanki 
tłuszczowej 

U  studentek  I  roku 
MSU TŻ 

 

Wpływ 

czasu 

przechowywania 

0 m-cy 
1 m-c 
2 m-ce 

Na  wartość 
liczby Lea 

W chipsach 

Przy 

stałej 

temperaturze 

Wpływ 

czasu 

temperatury 
przechowywania  

0, 1 m-cy 
4,  15,  20 
st.C 

Na  zmiany 
zawartości 
Wit C 

W bulwach ziemniaka  Przy wilgotności 

względnej 
powietrza 65% 

n      k  A1 

A2 

A3 

A4 

 

 

 

 

II 

 

 

 

 

III 

 

 

 

 

IV 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 
n                       k 

A1 (0) 

A2 (3) 

A3 (6) 

A4 (9) 

II 

III 

IV 

 
 
Następnie budujemy tabelę analizy wariancji 

l.p. 

Zmienność 

Liczba 

stopni 

swobody 

Suma kwadratów 

Średni kwadrat 

F

obl

 

F

tabl

 

Całkowita 

k*n -1  

[19] 

k

n

k

n

kn

x

x

2

2

)

(

 

----------- 

------- 

[ν=3 i 

16] 

Obiektów 

k-1    [3] 

kn

x

n

x

k

n

k

n

2

2

)

(

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

K

2

K

)/ 

2

N

Nieścisłości 

(błędu) 

Wynikająca z 

powtórzeń, 

resztowa 

k(n-1) 
(kn-k) 

[16] 

n

x

x

k

n

k

n

2

2

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

N

------- 

 
Jak F

obl

>F

tabl

. To obiekty różnią się pod względem badanej cechy.  

Jak  F

obl

<F

tabl

.    to  brak  istotnych  różnic  między  obiektami  i  w  tym  momencie  nie  robimy 

następnego kroku: 
Robimy test D-Duncana 
1 – obliczamy średnie 
2- obliczamy błąd różnicy średnich ze wzoru:  

n

N

r

2

2

 

3 – tabela 

…. 

t

d

 

Z tablic przy odpowiednim α i ν 

μ

r

* t

 

Tu są przedziały ufności 

 
Jak wyjdzie ze poszczególny rozstęp jest większy od poszczególnych przedziałów ufności to 
znaczy, że średnie różnią się od siebie istotnie i nie będą w grupie jednorodnej. 
 
Jak tworzymy wzory na sumy!! 
 
Przykładowa liczba stopni swobody: (ktmz-1) 

background image

 

10 

k

t

m

z

k

t

m

z

ktmz

x

x

2

2

)

(

 

Przykładowa liczba stopni swobody: (k-1)(t-1) = kt-k-t+1 

ktmz

x

kmz

x

tmz

x

mz

x

k

t

m

z

t

k

m

z

k

t

m

z

k

t

m

z

2

2

2

2

)

(

)

(

)

(

)

(

 

 
 
 
Zasada wypisywania wzorów na μ

(ktmzn-1) 

tmzn

N

rK

2

2

 

ktzn

N

rM

2

2

 

mzn

N

T

rK

2

*

2

 

Sigma ma być dla ostatniej zmienności z tabeli (mianownik z testu F-Snedekora) 
 
ANALIZA  WARIANCJI  PRZY  DWUKIERUNKOWEJ  KLASYFIKACJI  (układ  blokowy, 
metoda  losowanych  bloków).  Najczęściej  stosowana  jest  w  doświadczalnictwie  rolniczym. 
Jest to metoda, która eliminuje wpływ jednego dodatkowego czynnika zakłócającego. Polega 
na tym, że jednostkę doświadczalną dzielimy na równoliczne grupy zwane blokami, a potem 
przyporządkowujemy jednostki obiektów tak, by każdemu obiektowi odpowiadała w każdym 
bloku jedna jednostka doświadczalna. 
 

 

 
 
 
 
 
 
Np. przechowuje ziemniaki w różnych kopach w różnych miejscach. Warunki są takie same, 
tylko że w innych miejscach.. tutaj eliminujemy wpływ różnicy miejsca. 
Dalej do chipsów przechowywanych: 
Zakładamy  że  nie  są  te  same  chipsy,  bo  jedne  są  wyprodukowane  na  I  zmianie,  II  i  III. 
Badamy wpływ czasu przechowywania na Lea. Pobrano 15 paczek chipsów. Stwierdzono, że 

   Bloki 
obiekty 

k1 

k2 

k3 

 

 

 

II 

 

 

 

III 

 

 

 

IV 

 

 

 

background image

 

11 

wyprodukowane  na  różnych  zmianach  mogą  się  różnić,  więc  zastosowano  metodę 
losowanych bloków. 
n                       k 

1 m-c 

2 m-c 

3 m-c 

II 

III 

 
i przeprowadzam analizę wariancji przy dwukierunkowej klasyfikacji: 

l.p. 

Zmienność 

Liczba 

stopni 

swobody 

Suma kwadratów 

Średni kwadrat 

F

obl

 

F

tabl

 

Całkowita 

k*n-1    

k

n

k

n

kn

x

x

2

2

)

(

 

----------- 

------- 

 

Obiektów 

k-1     

kn

x

n

x

k

n

k

n

2

2

)

(

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

K

2

K

)/ 

2

N

 

Bloków 

(zmiana) 

n-1  

kn

x

k

x

k

n

n

k

2

2

)

(

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

B

2

B

)/ 

2

N

 

Nieścisłości 

(błędu) 

Wynikająca z 

powtórzeń, 

resztowa 

(k-1)(n-

1)  

n

x

x

k

n

k

n

2

2

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

N

------- 

 

Dodatkowa zmienność, bo wprowadziliśmy bloki 
 
Czynnki – czas 
Jednostka doswiadczalna – chipsy 
Układ doświadczalny – blokowy 
Cecha – Lea 
Jak F

obl

>F

tabl

. To obiekty różnią się pod względem badanej cechy.  

Jak  F

obl

<F

tabl

.    to  brak  istotnych  różnic  między  obiektami  i  w  tym  momencie  nie  robimy 

następnego kroku: 
Robimy test D-Duncana, bo wiemy, że się różnią, ale nie wiemy między którymi 
 
UKŁAD  KWADRATU  ŁACIŃSKIEGO  (układ  Fischera,  kolumnowo  blokowy,  Analiza 
wariancji  przy  trzykierunkowej  klasyfikacji)    -  umożliwia  eliminację  wpływu  dwóch 
zmienności towarzyszących. 
Do chipsów można dodać np. wpływ fabryki 

Ilość obiektów = ilość bloków (wierszy) = ilość kolumn 

 
Każdy obiekt może występować tylko raz w wierszy i w kolumnie.  
 
 
 

background image

 

12 

Tabela analizy wariancji 

l.p. 

Zmienność 

Liczba 

stopni 

swobody 

Suma kwadratów 

Średni kwadrat 

F

obl

 

F

tabl

 

Całkowita 

k*n-l    

k

n

k

n

kn

x

x

2

2

)

(

 

----------- 

------- 

 

Obiektów 

k-1     

kn

x

n

x

k

n

k

n

2

2

)

(

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

K

2

K

)/ 

2

N

 

Bloków 

(zmiana) 

n-1  

kn

x

k

x

k

n

n

k

2

2

)

(

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

B

2

B

)/ 

2

N

 

Kolumn 

l-1  

ln

)

(

)

(

2

2

l

n

l

n

x

n

x

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

l

2

l

)/ 

2

N

 

Nieścisłości 

(błędu) 

Wynikająca 

z powtórzeń, 

resztowa 

(k-1)(n-

1)  

n

x

x

k

n

k

n

2

2

)

(

 

Suma 

kwadratów/liczba 

stopni swobody 

2

N

------- 

 

Dalszy tok postępowania taki sam… 
 
DOŚWIADCZENIA  WIELOCZYNNIKOWE  (złożone,  faktorowe,  kombinowane).  Są  to 
doświadczenia,  gdzie  badamy  wpływ  dwóch  lub  więcej  czynników  działających  w  tym 
samym czasie na jednostkę eksperymentalną. Występuje tu zjawisko interakcji. 
Interakcja  polega  na  tym,  że  rezultat  oddziaływania  na  zmienną  zależną  zmiany  poziomu  1 
czynnika zależy od poziomu drugiego czynnika. Jeżeli taka zależność istnieje, to mówimy że 
te  czynniki  oddziałują  ze  sobą.  Brak  interakcji  oznacza,  że  czynniki  wpływają  na  zmienną 
zależną  niezależnie  jeden  od  drugiego.  Oceniając  interakcje  (współdziałanie)  analizujemy 
wszystkie obiekty jednego czynnika w obrębie każdego obiektu czynnika drugiego. 
 
Badano  wpływ  dodatku  mąki  z  amarantusa  (5,  10,  15%)  na  objętość  chlebów 
wyprodukowanych z trzech odmian pszenicy. Próbę kontrolną stanowiły chleby bez dodatku 
mąki z amarantusa. Doświadczenie wykonano w dwóch powtórzeniach. (obiektów jest 12 bo 
3 odmiany i 4 dodatki) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

13 

 

            k 

 

 

 

II 

 

 

 

 

 

 

II 

 

 

 

10 

 

 

 

II 

 

 

 

15 

 

 

 

II 

 

 

 

 
Tabela  analizy  wariancji  przy  jednokierunkowej  klasyfikacji,  dwuczynnikowa  z 
powtórzeniami 
 

l.p.  Zmienność 

Liczba 

stopni 

swobody 

Suma kwadratów 

Średni kwadrat 

F

obl

 

F

tabl

 

Całkowita 

Kmn-1 

k

n

k

n

m

m

kmn

x

x

2

2

)

(

 

----------- 

------- 

 

Obiektów I 

czynnika 

(odmian) 

k-1     

1

)

(

2

mn

x

k

n

m

 

Suma 

kwadratów/licz

ba stopni 

swobody (δ

2

K

2

K

)/ 

2

N

 

Obiektów II 

czynnika 

(dodatek 

amarantusa) 

m-1  

1

)

(

2

kn

x

m

n

k

 

Suma 

kwadratów/licz

ba stopni 

swobody (δ

2

B

2

m

)/ 

2

N

 

Interakcji 

kxn 

(k-1)(m-
1) 

 

Suma 

kwadratów/licz

ba stopni 
swobody 

2

k*m

2kxm

)

/ (δ

2

N

 

Nieścisłości 

(błędu) 

Wynikająca 

powtórzeń, 

resztowa 

  

 

Suma 

kwadratów/licz

ba stopni 

swobody (δ

2

N

------- 

 

 
Jak  wyjdzie,  że  się  różnią,  to  liczymy  średni.  Jak  nie  ma  różnicy  dla  interakcji,  tzn,  że 
oddziaływania obiektów jednego czynnika jest niezależne od drugiego czynnika. 
Interakcje testujemy dwukrotnie. 
 

background image

 

14 

n

N

rKxD

2

2

 

dn

N

rK

2

2

 

kd

N

rn

2

2

 

      k    

 

 

 

 

 

 

10 

 

 

 

15 

 

 

 

 

t

d

 

 

 

 

μ

r

* t

(NIR) 

 

 

 

 
      d    

10  15 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

d

 

 

 

μ

r

* t

(NIR) 

 

 

 
 
PODSUMOWANIE 
Nie może być doświadczenia jednoczynnikowego bez powtórzeń, natomiast dwuczynnikowe 
może być z powtórzeniem lub bez. Zmienność nieścisłości jest tam, gdzie są powtórzenia. Jak 
brak powtórzeń to nie ma zmienności nieścisłości!!! 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

15 

 
 

Układ 

eksperymentalny 

Prosty 

Blokowy 

Kolumnowo-
wierszowy 

Metoda statystyczna 

Jednokierunkowej 

klasyfikacji 

Dwukierunkowej 

klasyfikacji 

Trzykierunkowej 
klasyfikacji 

Uwzględnienie 

czynników 

zakłócających 

Brak 

Jeden czynnik 

zakłócający 

czynniki 

zakłócające 

Tabela analizy 

wariancji 

Doświadczenie jednoczynnikowe 

Całkowita 

Całkowita 

Całkowita 

Obiektów 

Obiektów 

Obiektów 

Błędu (nieścisłości) 

bloków 

bloków 

 

Błędu (nieścisłości)  kolumn 

 

 

Błędu (nieścisłości) 

Doświadczenie dwuczynnikowe 

Całkowita 

Całkowita 

brak 

Obiektów I czynnika 

(K) 

bloków 

Obiektów II 

czynnika (T) 

Obiektów I czynnika 

(K) 

Interakcji (KxT) 

Obiektów II 

czynnika (T) 

Błędu (nieścisłości) 

Interakcji (KxT) 

 

Błędu (nieścisłości) 

Tabela analizy 

wariancji 

Doświadczenie trzyczynnikowe 

Z powtórzeniami 

Bez powtórzeń 

Całkowita 

Całkowita 

Obiektów I czynnika K 

Obiektów I czynnika K 

Obiektów II czynnika T 

Obiektów II czynnika T 

Obiektów III czynnika Z 

Obiektów III czynnika Z 

Interakcji KxT 

Interakcji KxT 

Interakcji KxZ 

Interakcji KxZ 

Interakcji TxZ 

Interakcji TxZ 

Interakcji KxTxZ 

Interakcji KxTxZ 

Błędu (nieścisłości) 

 

 
Przykład zadania: 
W  doświadczeniu  badano  wpływ  temperatury  przechowywania  (t),  wilgotności  względnej 
powietrza  (w)  na  zawartość  cukru  w  3  odmianach  buraków  (k).  stosowano  3  temperatury 
przechowywania (1,2,3) i 3 wilgotności względne powietrza (a, b,c). uzyskano wyniki….. 
Tutaj  jakas  tabela  była  ale 
nie było czasu na przepisanie 

 

 

 
I był formularz do uzupełnienia (kursywą to co trzeba było uzupełnić) 
Do  oceny  wpływu  badanych  czynników  temp,  wilgotność,  odmiana  na  badana  cechę 
zawartość  cukru,  zastosuję  (rodzaj  analizy  statystycznej)  analizę  wariancji  przy 
jednokierunkowej klasyfikacji 3 czynnikowa bez powtórzeń
. Ilość obiektów 27 
 

background image

 

16 

 

KIERUNKI FILOZOFICZNEJ TEORII POZNANIA ŚWIATA 

Racjonalizm   

 

 

 

 

 

 

Empiryzm 

 
Empiryczne metody badania naukowego: 
a)  obserwacja (metoda bierna) badacz tylko obserwuje. Wymaga to dużej systematyczności 
zbierania informacji, dyspozycyjności 
b)    eksperyment  (doświadczenie)  (metoda  czynna)  badacz  sam  ustala  warunki  i  przebieg 
doświadczenia.  Doświadczenie  można  powtórzyć.  Proces  poznaczy  jest  krótszy  niż  w 
obserwacji. 
 
Zasadnicze etapy badań doświadczalnych: 
- wybór problemu badawczego i formułowanie hipotezy 
- planowanie badań eksperymentalnych 
 

 

- ustalenie metody doświadczenia 

 

 

1/3 czasu 

 

 

- wybór metod pomiarowych 

- realizacja doświadczenia 

 

 

 

 

 

1/3 czasu 

- opracowanie i analiza wyników 
- wnioskowanie 

 

 

 

 

 

 

1/3 czasu 

 
 
Kryteria wyboru problemów badawczych: 
- ważność 
- aktualność 
- spodziewane korzyści praktyczne 
- realność jego rozwiązania 
- kompetencje naukowe badacza 
- możliwość bazy technicznej 
- możliwości finansowe 
 
Hipoteza merytoryczna powinna: 
- dotyczyć istotnych dla danej dziedziny nauki problemów 
- nie wykazywać sprzeczności wobec udowodnionych już twierdzeń 
-  być  jednoznacznie  i  szczegółowo  sprecyzowana  oraz  możliwa  do  logicznego  lub 
empirycznego zweryfikowania 
 
Źródła hipotez: 
a) zewnętrzne – narzucone badaczowi z góry 
b) wewnętrzne 
 
grupy badań naukowych: 
badania podstawowe – ich celem jest rozwój dawnych dziedzin, tworzenie nowych twierdzeń 
badania  stosowane  –  opierają  się  na  wynikach  badań  podstawowych  i  na  ich  podstawie 
prowadzone są badania aby „ułatwić nam życie” 
 
 
 
 
 
 

background image

 

17 

Klasyfikacja doświadczeń: 

Doświadczenie 

Jakościowe, 
ilościowe 

Pozytywne, 
negatywne 

Wg charakteru 
zagadnienia 
będącego 
przedmiotem badań 
eksperymentalnych: 
- metodyczne 
- czynnikowe 
- regresywne 
- optymalizacyjne 

Wg celu badań: 
- rozpoznawcze 
- kierunkowe 
- wyjaśniające 
- rozstrzygające 
- diagnostyczne 
 

Wg skali badań: 
- laboratoryjne 
- półtechniczne 
- techniczne 
(przemysłowe) 

 

Laboratoryjne  –  wyrównane  próbki,  sztuczne  środowisko,  wyrównane  próby,  łatwe 

do interpretacji, ale nie zawsze można przenieść na warunki naturalne 

Półtechniczne – w przyzakładowych laboratoriach mniej dokładny, charakter bardziej 

powierzchowny. 

Techniczne  –  na  linii  produkcyjnej  w  zakładzie  ale  tak,  aby  nie  naruszyć  ciągu 

produkcyjnego.  Oszacowanie  efektywności,  zgodności  z  wynikiem  badań  laboratoryjnych. 
Duży udział personelu niewykwalifikowanego. 
 
Technika doświadczalna – miejsce i warunki zewnętrzne, w jakich przebiega eksperyment 
oraz sposób postępowania przy jego realizacji 
 
Niepożądane czynniki w doświadczeniu: 
1.
  czynniki  związane  z  warunkami  zewnętrznymi  takie  jak  temp,  wilgotność,  naświetlenie, 
obecność pyłów i drobnoustrojów. 
2.  czynniki  związane  z  metodami  pomiarowymi  (np.  stosowanie  metod  nieczułych  na 
analizowaną  substancję,  zanieczyszczenie  reagentów  badana  substancją,  niedokładność 
aparatury i sprzętu pomiarowego). 
3.  Czynniki  związane  z  naturalną  zmiennością  organizmów  badaniach  biologicznych 
(zmienność gatunkowa zwierząt lub drobnoustrojów) 
4.  czynniki  związane  z  przypadkowa  zmiana  warunków  zewnętrznych  (zmiany  temp 
przechowywania w skutek okresowej przerwy w zasilaniu komory) 
5.  czynniki  wywołujące  efekt  maskujący  badane  zjawisko  (wpływ  stresu  spowodowanego 
injekcją na przemianę materii) 
6.  czynniki  związane  ze  zmianami  zachodzącymi  w  jednostce  doświadczalnej  w  czasie 
przeprowadzania eksperymentu 
 
Eliminacja lub ograniczanie wpływu czynników niepożądanych : 
1.
 właściwa lokalizacja badań i stanowisk pomiarowych (boksy mikrobiologiczne, ciemnia) 
2.  utrzymanie  stabilizowanych  i  kontrolowanych  sztucznych  warunków  badań  (temp, 
wilgotność, próżnia – urządzenia rejestrujące te parametry) 
3.  stosowanie  funkcjonalnych  i  niezawodnych  urządzeń  pomocniczych  (autoklawy, 
wytrząsarki, komory klimatyzacyjne) 
4.  zapewnienie  czułej  i  selektywnej  aparatury  pomiarowej,  szkła,  odczynników  o 
odpowiednim stopniu czystości 
5.  zapewnienie  stałego  źródła  zaopatrzenia  w  testowe  organizmy  żywe  (kultury  bakterii, 
zwierzęta laboratoryjne) 
6.  określone  i  ściśle  przestrzegane  techniki  pobierania  prób,  harmonogram  pomiarów. 
Sporządzanie tzw. manualu 

background image

 

18 

 
Zasady w doświadczalnictwie: 
1.
 obowiązkowo zapoznać się z technikami i metodami pomiarowymi stosowanymi przez 
innych badaczy w badaniach podobnego zjawiska 
2. przeprowadzenie całego doświadczenia ściśle wg wcześniej opracowanego planu 
3. obowiązek udziału wykonawcy planu danego doświadczenia w jego realizacji 
4. demontaż stanowisk pomiarowych i aparatury wykonać po zakończeniu badań i 
przeanalizowaniu wyników. 
 
Ważniejsze elementy techniki doświadczalnej 
A) doświadczenia o charakterze analityczno – biochemicznym 
- sposób pobierania i zabezpieczania próby (jednorodność, reprezentatywność, niezmienność 
w czasie badań) 
- dobór odpowiednich metod pomiarowych tak pod względem charakteru (fizyczne, 
chemiczne, instrumentalne, sensoryczne) jak i czułości, precyzji 
- stosowanie właściwych przyrządów i aparatów 
- stosowanie odpowiednich standaryzowanych wzorców i krzywych standardowych (krzywe 
dla przyrządu w warunkach, w jakich mierzono parametr podczas eksperymentu) 
- przestrzeganie określonych warunków w reakcjach biochemicznych (pH, temp) 
- uwzględnienie wpływu czynników zawartych w badanym materiale na wynik pomiaru lub 
przebieg realizacji (inhibitory, aktywatory) 
- sprawdzanie tożsamości analizowanych substancji 
- odpowiedni dobór i czystość reagentów 
- przestrzeganie czystości szkła lab. 
- używanie do sporządzania roztworów wody o odpowiednim stopniu czystości (destylowana, 
redestylowana, dejonizowana) 
- zwracanie uwagi na trwałość odczynników i ich właściwe przechowywanie 
B) doświadczenia o charakterze mikrobiologicznym 
- czystość mikrobiologiczna pomieszczeń, sprzętu i personelu 
- zapewnienie właściwych warunków do pracy z czystymi kulturami 
- właściwe przechowywanie i stała kontrola czystości i aktywności szczepów 
- ścisłe przestrzeganie przepisów sporządzania pożywek i kontrola ich pH 
- znajomość biologii drobnoustrojów – dla zapewnienia właściwej pożywki i fizycznych 
warunków hodowli 
- przestrzeganie odpowiednich warunków jałowienia pożywek i sprzętu 
- świadomość wszędobylskości drobnoustrojów 
C) doświadczenia o charakterze technologicznym 
- ścisłe przestrzeganie założonych warunków procesu technologicznego 
- odpowiedni dobór surowców (świeżość, niezmienność w czasie) 
- właściwy dobór urządzeń i aparatów (pod kątem eliminacji materiałów nieobojętnych dla 
procesu lub produktu) 
- przestrzeganie ustalonego harmonogramu wykonywania pomiarów i pobierania prób do 
analiz 
 
Błędy wnioskowania mogą wynikać z : 
- złego zaplanowania eksperymentu 
- niewłaściwie przeprowadzonych badań 
- zastosowanie niewłaściwej metody statystycznej 
- błędów w obliczeniach statystycznych 
- złej interpretacji wyników obliczeń 

background image

 

19 

 
Błędy logiczne wnioskowania: 
- przypadkowości – polega na nierozróżnieniu między faktem przypadkowym a istotnym 
- następstwa – polega na uznaniu następstwa za przyczynę. Zła kolejność zdarzeń 
- uogólnienia – polega na tym, że wyciągniemy wnioski dotyczące populacji na podstawie 
przebadania niereprezentatywnej próby 
- „post hoc ergo propter hoc” – „po tym, więc wskutek tego” doświadczenie udało się wiosną, 
a jesienią nie, więc zależy od pory roku 
- braku kontroli – brak kontroli lub zły czynnik kontrolny (próba 0) 
- ekstrapolacji – polega na wyciągnięciu wniosków poza zakres danego doświadczenia (im 
więcej glutenu, tym większa objętość) 
- opóźnionego efektu – jeżeli coś nie istnieje w warunkach doświadczalnych, to nie może 
działać 
- wieloprzyczynowości – na rezultat wpływa wiele przyczyn, z których każda osobno nie 
wpływa, to nie możemy mówić, że one nie wpływają. 
 
Przykładowe z poprzednich egzaminów: 
1. wyjaśnij pojęcia: czułość metody pomiarowej, czynnik doświadczalny, cecha (przykłady) 
2. obserwacja i eksperyment jako metody badania naukowego 
3. oceniano wpływ sposobu odtłuszczania na wodochłonność skrobi ziemniaczanej, 
kukurydzianej i pszennej. Skrobię odtłuszczono pod normalnym ciśnieniem i obniżonym za 
pomocą eteru naftowego, eteru etylowego i 75% n-propanou. Doświadczenie przeprowadzono 
dwukrotnie. Podać schemat analizy wariancji i sposób testowania średnich dla tego 
doświadczenia oraz  typ analizy wariancji i ilość obiektów. Wytestować interakcje rodzaju 
rozpuszczalnika z rodzajem skrobi (δ

2

N

=1,66) 

Średnie dla rodzaju skrobi i rozpuszczalników: 
 

Ziemniaczana 

Kukurydziana 

pszenna 

Eter naftowy 

55 

11 

13 

Eter etylenowy 

55 

14 

75% n-propanol 

32 

16 

12 

 
1 czynnik = rodzaje skrobi (3 obiekty) 
2 czynnik = rozpuszczalniki (3 obiekty) 
3 czynnik  = normalne i obniżone ciśnienie (2 obiekty) 
2 powtórzenia 
Ilość wyników: 3*3*2*2 (obiekty*obiekty*obiekty*powtórzenia) 
3 czynnikowe z 2 powtórzeniami przy jednokierunkowej klasyfikacji 
Na egzaminie wszystko pisać, bo każda dana będzie punktowana