تلخيص درس (دراسة الحالة) علوم صف سابع

عنوان الدرس : دراسة الحالة 

الصف : السابع 

الفصل الدراسي : الأول 

إنتاج الديزل الحيوي من الطحالب الدقيقة

Biodiesel from Microalgae

- خلال العقود القليلة الماضية، اكتشف العلماء استخدام الطلائعيات في إنتاج وقود الديزل الحيوي. 

- الطلائعيات : هي مجموعة من الكائنات المجهرية التي تعيش عادة في البيئات المائية أو الرطبة. 

- بعض الطلائعيات تشبه النباتات لأنها تصنع الغذاء بنفسها بعملية البناء الضوئي (مثال : الطحالب). 

تصميم تجربة مضبوطة

Designing a Controlled Experiment

- يستخدم العلماء الاستقصاء العلمي للتحقق من استخدام الطلائعيات في إنتاج الديزل الحيوي.

- يقومون بتصميم تجارب مضبوطة لاختبار فرضياتهم. 

التجربة المضبوطة (Controlled Experiment) : هي عبارة عن تحقيق علمي يختبر كيف يؤثر أحد المتغيرات على متغير آخر 

المتغير (Variable) : هو أحد عوامل التجربة يمكن أن يكون له أكثر من قيمة 

- في التجارب المضبوطة، هناك نوعان من المتغيرات :

1- المتغيرات التابعة (Dependent variable) : هو العامل الذي يتم قياسه أو ملاحظته أثناء التجربة. 

2- المتغيرات المستقلة (Independent variable) : هو العامل المطلوب اختباره، يتم تغيره بواسطة الباحث لملاحظة كيفية تأثيره في متغير تابع. 

الثابت (Constant) : هي العوامل التي تتغير في التجربة .

- تحتوي التجربة المضبوطة على مجموعتين :-

1- مجموعة تجريبية (Experimental group) : تستخدم لدراسة كيف يؤدي إجراء تغيير في المتغير المستقل إلى إحداث تغيير في المتغير التابع.

2- مجموعة ضابطة (Control group) : تحتوي على العوامل نفسها التي تحتوي عليها المجموعة التجريبية، من دون تغيير في المتغير المستقل.

الديزل الحيوي

Biodiesel

- إخترع رودولف ديزل، محرك الديزل باستخدام زيت الفول السوداني ليظهر كيفية عمله. 

- لكن بعد اكتشاف البترول كمصدر لوقود الديزل، أصبح مفضلا عن زيت الفول السوداني لانخفاض سعره. 

- يمكن استخدام المحاصيل الغذائية الغنية بالزيت، مثل فول الصويا، كمصدر للديزل الحيوي.

- لكن من عيوبها أن من الممكن أن تحل محاصيل الوقود على محاصيل الغذاء، لذلك ستقل كمية الغذاء في العالم. 

برنامج الأنواع المائية

Aquatic Species Program

- في أواخر السبعينيات، بدأت وزارة الطاقة الأمريكية في تمويل برنامج الأنواع المائية (ASP) للبحث في طرق إزالة الملوثات الهوائية. 

مثال على الملوثات : تصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن مصانع الفحم. 

فحصت الدراسة جميع الكائنات الحية المائية التي تستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون أثناء البناء الضوئي (الأعشاء البحرية - النباتات التي ينمو جز منها تحت الماء - الطحالب الدقيقة) لتساعد في التخلص من الغاز الزائد في الغلاف الجوي.

- لكن تحول تركيز البرنامج إلى استخدام الطحالب المجهرية لإنتاج الزيوت التي يمكن معالجتها في وقود الديزل الحيوي 

غالبا ما تبدأ التحقيقات العلمية عندما يلاحظ شخص ما حدثا في الطبيعة ويتساءل عن سبب أو كيفية حدوثه. 

الفرضية هي تفسير أولي يمكن اختياره عبر التحقيقات العلمية. 

التوقع هو بيان بما يتوقع شخص ما حدوثه في سلسلة من الأحداث.

أي أنواع من الطحالب الدقيقة

Microalgae species

- الطحالب الدقيقة هي كائنات حية مجهرية تعيش في بيئات بحرية أو مياه عذبة، وتستخدم عملية التمثيل الضوئي، وتصنع السكر.

- تصنع الطحالب الدقيقة كميات من السكر أكبر من إستهلاكها كغذاء، و يتحول السكر الزائد إلى زيت. 

- ركز العلماء على الطحالب المجهرية التي توقعوا بأنها أكثر مقاومة للتغيرات التي تطرأ على درجة الحرارة و المحتوى الملحي في الماء.

تصميم تجربة جمع البيانات : 

طور علماء برنامج الأنواع المائية اختيار فرز سريع لاكتشاف أنواع الطحالب الدقيقة التي أنتجت أكبر كمية من الزيت 

المتغير المستقل : كمية النيتروجين المتوفرة.

المتغير التابع : كمية الزيت الذي تم إنتاجه.

الثوابت : ظروف نمو الطحالب (درجة الحرارة، جودة الماء، التعرض للشمس، وغير ذلك) 

إنتاج الزيت من الطحالب الدقيقة

Produce oil from Microalgae

- إقترحت بعض الدراسات أن حرمان الطحالب الدقيقة من المواد المغذية، مثل (النيتروجين) يمكن أن تزيد كمية الزيت الذي تتجه. 

- لكن تجويع الطحالب الدقيقة يجعلها أصغر حجما، و بالتالي لم تكن هناك زيادة في إنتاج الزيت. 

الملحظة : استنادا إلى دراسات سابقة للطحالب الدقيقة، فإن حرمان الطحالب الدقيقة من المواد المغذية أدى إلى زيادة إنتاج الزيت. 

الفرضية : الطحالب الدقيقة التي تنمو بكميات غير كافية من النيتروجين تغير عمليات النمو لديها وتنتج المزيد من الزيت. 

التوقع : إذا حصلت الطحالب الدقيقة على كميات غير كافية من النيتروجين، فإنها ستنتج المزيد من الزيت. 

الاختبار في بيئة مفتوحة مقابل الاختبار في مفاعلات حيوية (Outdoor Testing v . Bioreactors)

هناك ثلاث طرق لزيادة الطحالب الدقيقة هي أمثلة على فرضيات مختلفة يتم اختبارها في تجارب مضبوطة :- 

1- البرك المفتوحة هي أقل تكلفة من المفاعلات الحيوية للنمو الطحالب الدقيقة 

2- تنمو الطحالب المجهرية تحت ظروف مضبوطة في المفاعلات الحيوية الزجاجية 

3- الطحالب المجهرية المزروعة في أكياس بلاستيكية مكلفة للغاية للحصاد. 

لماذا يتم وضع عدد كبير من الفرضيات ؟

(Why so many Hypotheses) 

ووفقا للدكتور ريتشارد سایر، الباحث في مجال الوقود الحيوي، فإن جميع أبحاث ASP كانت تقوم على تشكيل الفرضيات .