A Kísérleti Tervezés Művészetének Felfedezése: Lépésről Lépésre Útmutató Diákok és Oktatók Számára

Kísérleti tervezés diákoknak

A kísérleti tervezés olyan kulcsfontosságú módszer, amelyet olyan tárgyakban használnak, mint a biológia, a kémia, a fizika, a pszichológia és a társadalomtudományok. Segít kitalálni, hogy a különböző tényezők hogyan befolyásolják azt, amit tanulmányozunk, legyen szó növényekről, vegyszerekről, fizikai törvényekről, emberi viselkedésről vagy a társadalom működéséről. Alapvetően ez egy módja annak, hogy kísérleteket állítsunk össze, hogy tesztelhessük az ötleteket, megnézhessük, mi történik, és megértsük az eredményeinket. Ez rendkívül fontos azoknak a diákoknak és kutatóknak, akik a tudomány nagy kérdéseire szeretnének választ adni, és jobban megérteni a világot. A kísérleti tervezési készségek a problémamegoldástól az adatelemzésig terjedő helyzetekben alkalmazhatók; széles körűek, és gyakran az osztálytermen kívül is alkalmazhatók. Ezeknek a készségeknek az oktatása a természettudományos oktatás nagyon fontos része, de gyakran figyelmen kívül hagyják, ha a tartalom tanítására összpontosítanak. Természettudományos oktatókként mindannyian láttuk, hogy a gyakorlati munka milyen előnyökkel jár a tanulók elkötelezettsége és megértése szempontjából. A tantervre szabott időkorlátok miatt azonban kiszorulhat az az idő, amelyre a hallgatóknak szüksége van e kísérleti kutatási tervezési és vizsgálati készségek fejlesztésére. Túl gyakran kapnak követendő „receptet”, ami nem teszi lehetővé számukra, hogy magukévá tegyék gyakorlati munkájukat. Már egészen kicsi koruktól kezdve elkezdenek gondolkodni az őket körülvevő világról. Kérdéseket tesznek fel, majd megfigyelések és bizonyítékok alapján válaszolnak rájuk. A diákoknak általában vannak intelligens, érdekes és tesztelhető kérdéseik, amelyeket szívesen tesznek fel. Pedagógusként azon kell dolgoznunk, hogy ösztönözzük ezeket a kérdéseket, és ezzel együtt tápláljuk ezt a természetes kíváncsiságot az őket körülvevő világban.

A kísérletek tervezésének megtanítása és a tanulók saját kérdéseinek és hipotéziseinek kidolgozása időt vesz igénybe. Ezeket az anyagokat a folyamat felépítésére és strukturálására hozták létre, hogy a tanárok a kísérleti tervezés kulcsfontosságú ötleteinek fejlesztésére összpontosíthassanak. Értékes tapasztalatot jelent számukra, ha lehetővé teszik a tanulók számára, hogy feltehessék saját kérdéseiket, saját hipotéziseiket írják le, valamint saját vizsgálataikat megtervezzék és elvégezzék. Ez azt eredményezi, hogy a tanulók nagyobb felelősséget vállalnak munkájukért. Amikor a tanulók kísérleti módszert alkalmaznak saját kérdéseikre, elgondolkodnak azon, hogy a tudósok a történelem során hogyan értették meg az univerzum működését.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Start Free Trial

Tekintse meg az alábbi nyomtatóbarát oldalakat és munkalapsablonokat!

Melyek a kísérleti tervezés lépései?

A tudományos felfedezés útjának megkezdése a kísérleti tervezési lépések elsajátításával kezdődik. Ez az alapfolyamat elengedhetetlen a megbízható és éleslátó eredményeket hozó kísérletek megfogalmazásához, amelyek a kutatókat és a hallgatókat egyaránt végigvezetik tanulmányaik részletes tervezésén, kísérleti kutatási tervezésén és végrehajtásán. Egy kísérleti tervezési sablon felhasználásával a résztvevők biztosíthatják eredményeik integritását és érvényességét. Legyen szó akár tudományos kísérlet tervezéséről, akár kísérleti tervezési tevékenységekben való részvételről, a cél az alapok mély megértésének elősegítése: Hogyan kell a kísérleteket megtervezni? Mi a 7 kísérleti tervezési lépés? Hogyan tervezheti meg saját kísérletét?

Ez a kísérleti módszer hét kulcsfontosságú lépésének, a kísérleti tervezési ötleteknek és a kísérletek tervezésének integrálásának módjainak feltárása. A tanulói projektek számára nagy hasznot húzhatnak a kiegészítő munkalapok, és olyan forrásokat is biztosítunk, mint például a kísérleti tervezés hatékony tanítását célzó munkalapok. Merüljünk el a kísérlet megtervezésének alapját képező alapvető szakaszokban, felvértezve a tanulókat tudományos kíváncsiságuk felfedezéséhez szükséges eszközökkel.

1. Kérdés

Ez a tudományos módszer és a kísérleti tervezési folyamat kulcsfontosságú része. A diákok szívesen tesznek fel kérdéseket. A kérdések megfogalmazása mélyreható és tartalmas tevékenység, amely a tanulóknak tulajdonjogot adhat munkájuk felett. A gondolattérkép-forgatókönyv használata nagyszerű módja annak, hogy a tanulók elgondolkodjanak azon, hogyan képzeljék el kutatási kérdéseiket.

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Kérd meg a tanulókat, hogy gondoljanak olyan kérdésekre, amelyekre válaszolni szeretnének az univerzummal kapcsolatban, vagy kérd meg őket, hogy gondolkodjanak el egy adott témával kapcsolatos kérdéseikről. Minden kérdés jó kérdés, de néhányat könnyebb tesztelni, mint másokat.

2. Hipotézis

A hipotézist megalapozott találgatásnak nevezik. A hipotézisnek tudományosan ellenőrizhető állításnak kell lennie. A kísérlet végén nézzen vissza, hogy a következtetés alátámasztja-e a hipotézist vagy sem.

A jó hipotézisek megfogalmazása kihívást jelenthet a tanulók számára. Fontos megjegyezni, hogy a hipotézis nem kutatási kérdés, hanem tesztelhető állítás . A hipotézis felállításának egyik módja a „ha... akkor...” állításként való megalkotása. Természetesen nem ez az egyetlen vagy a legjobb módja a hipotézis felállításának, de nagyon könnyen használható képlet lehet a tanulók számára az első induláskor.

A „ha... akkor...” utasítás megköveteli a tanulóktól, hogy először azonosítsák a változókat, és ez megváltoztathatja a sorrendet, ahogyan a vizuális szervező szakaszait teljesítik. A függő és független változók azonosítása után a hipotézis a következő formát ölti : [független változó változása], akkor [függő változó változása].

Például, ha egy kísérlet a koffein reakcióidőre gyakorolt ​​hatását keresi, a független változó a koffein mennyisége, a függő változó pedig a reakcióidő lenne. A „ha, akkor” hipotézis lehet: Ha növeli a bevitt koffein mennyiségét, akkor csökken a reakcióidő.

3. A hipotézis magyarázata

Mi vezetett ehhez a hipotézishez? Milyen tudományos háttér áll a hipotézise mögött? Életkoruktól és képességeiktől függően a tanulók előzetes ismereteikkel elmagyarázzák, miért választották hipotéziseiket, vagy könyvek vagy az internet segítségével kutatnak. Ez jó alkalom lehet arra is, hogy megbeszéljük a tanulókkal, mi a megbízható forrás.

Például a diákok hivatkozhatnak korábbi tanulmányokra, amelyek a koffein éberségi hatásait mutatták be, hogy megmagyarázzák, miért feltételezik, hogy a koffeinbevitel csökkenti a reakcióidőt.

4. Jóslás

Az előrejelzés némileg eltér a hipotézistől. A hipotézis egy tesztelhető állítás, míg az előrejelzés inkább a kísérletre vonatkozik. A DNS szerkezetének felfedezése során a hipotézis azt javasolta, hogy a DNS-nek spirális szerkezete van. A jóslat az volt, hogy a DNS röntgendiffrakciós mintázata X alakú lesz.

A tanulóknak olyan előrejelzést kell megfogalmazniuk, amely a hipotézisük alapján konkrét, mérhető eredmény. Ahelyett, hogy pusztán azt mondanák, hogy „a koffein csökkenti a reakcióidőt”, a tanulók megjósolhatják, hogy „2 doboz szóda (90 mg koffein) elfogyasztása 50 ezredmásodperccel csökkenti az átlagos reakcióidőt ahhoz képest, mintha nem iszik koffeint”.

5. Változók azonosítása

Az alábbiakban bemutatunk egy példát a Discussion Storyboard-ra, amellyel a tanulók beszélhetnek a kísérleti tervezés változóiról.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

6. Kockázatértékelés

Végül ezt egy felelős felnőttnek kell aláírnia, de fontos, hogy a tanulók elgondolkodjanak azon, hogyan tudják megvédeni magukat. Ebben a részben a tanulóknak azonosítaniuk kell a lehetséges kockázatokat, majd el kell magyarázniuk, hogyan fogják a kockázatot minimalizálni. Egy olyan tevékenység, amely segíti a tanulókat ezen készségek fejlesztésében, hogy rávegye őket a kockázatok azonosítására és kezelésére különböző helyzetekben. Az alábbi storyboard segítségével kérje meg a tanulókat, hogy töltsék ki a T-diagram második oszlopát, mondván: "Mi a kockázat?", majd magyarázzák el, hogyan kezelhetik ezt a kockázatot. Ezt a forgatókönyvet egy osztálybeszélgetésre is ki lehet vetíteni.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

7. Anyagok

Ebben a részben a tanulók felsorolják azokat az anyagokat, amelyekre szükségük van a kísérletekhez, beleértve azokat a biztonsági felszereléseket is, amelyekre a kockázatértékelési részben kiemeltek. Remek alkalom arra, hogy a tanulókkal beszélgessünk a munkához megfelelő eszközök kiválasztásáról. Más eszközzel fogsz mérni egy hajszál szélességét, mint egy futballpálya szélességét!

8. Általános terv és diagram

Fontos, hogy beszéljünk a tanulókkal a reprodukálhatóságról. Olyan eljárást kell írniuk, amely lehetővé teszi kísérleti módszerük egyszerű reprodukálását egy másik tudós számára. Ennek legegyszerűbb és legátfogóbb módja a tanulók számára az utasítások számozott listájának elkészítése. Hasznos tevékenység lehet, ha ráveszi a tanulókat, hogy elmagyarázzák, hogyan kell egy csésze teát vagy szendvicset készíteni. Végezze el a folyamatot, és mutassa meg az elmulasztott lépéseket.

Az angol nyelvet tanulók és az írott angol nyelvvel küszködő tanulók Storyboard That segítségével vizuálisan is leírhatják kísérletük lépéseit.

Nem minden kísérlethez lesz szükség diagramra, de egyes terveket nagymértékben javítani fog egy ilyen felvétel. A tanulók összpontosítsanak világos és könnyen érthető diagramok készítésére, amelyek szemléltetik a kísérleti csoportot.

Például egy olyan eljárás, amely a napfény növénynövekedésre gyakorolt ​​hatását teszteli, teljesen véletlenszerű tervezést alkalmazva, részletezheti:

1. Válasszon ki 10 hasonló, azonos korú és fajtájú palántát
2. Készítsen elő 2 egyforma tálcát azonos talajkeverékkel
3. Helyezzen 5 növényt minden tálcába; jelölje meg az egyik készletet "napfény" és egy "árnyék"
4. Helyezze a napfénytálcát egy déli fekvésű ablak mellé, az árnyékolótálcát pedig egy sötét szekrénybe
5. Mindkét tálcát öntözze meg 50 ml vízzel kétnaponta
6. 3 hét után távolítsa el a növényeket, és mérje meg a magasságot cm-ben

9. Végezzen kísérletet

Az eljárás jóváhagyása után a tanulóknak gondosan végre kell hajtaniuk tervezett kísérletüket, követve írásos utasításaikat. Az adatgyűjtés során a tanulóknak táblázatokba, grafikonokba, fényképekbe vagy rajzokba kell rendezniük a nyers eredményeket. Ez egyértelmű dokumentációt hoz létre a trendek elemzéséhez.

Néhány bevált gyakorlat az adatgyűjtéshez:

• Rögzítse a mennyiségi adatokat numerikusan mértékegységekkel
• Jegyezze fel a kvalitatív megfigyeléseket részletes leírással
• Rögzítse az illusztrációkat vagy fényképeket
• Írjon észrevételeket váratlan eseményekről
• Azonosítsa a kiugró adatokat és a hibaforrásokat

Például a növénynövekedési kísérletben a tanulók rögzíthetik: