Eksperimentinis dizainas yra pagrindinis metodas, naudojamas tokiose srityse kaip biologija, chemija, fizika, psichologija ir socialiniai mokslai. Tai padeda mums išsiaiškinti, kaip skirtingi veiksniai įtakoja tai, ką studijuojame, nesvarbu, ar tai augalai, cheminės medžiagos, fiziniai dėsniai, žmonių elgesys, ar tai, kaip veikia visuomenė. Iš esmės tai yra būdas nustatyti eksperimentus, kad galėtume išbandyti idėjas, pamatyti, kas vyksta, ir suprasti savo rezultatus. Tai labai svarbu studentams ir mokslininkams, norintiems atsakyti į didelius mokslo klausimus ir geriau suprasti pasaulį. Eksperimentinio projektavimo įgūdžius galima pritaikyti įvairiose situacijose nuo problemų sprendimo iki duomenų analizės; jie yra plačiai pasiekiami ir dažnai gali būti taikomi ne klasėje. Šių įgūdžių mokymas yra labai svarbi gamtos mokslų mokymo dalis, tačiau dažnai nepaisoma, kai dėmesys sutelkiamas į turinio mokymą. Kaip gamtos mokslų mokytojai, visi matėme praktinio darbo naudą mokinių įsitraukimui ir supratimui. Tačiau, atsižvelgiant į mokymo programai taikomus laiko apribojimus, laikas, kurio studentams reikia šiems eksperimentinio tyrimo planams ir tyrimo įgūdžiams sukurti, gali sumažėti. Per dažnai jie gauna „receptą“, kurio reikia laikytis, o tai neleidžia jiems prisiimti atsakomybės už savo praktinį darbą. Nuo pat mažens jie pradeda galvoti apie juos supantį pasaulį. Jie užduoda klausimus, o atsakydami į juos naudoja stebėjimus ir įrodymus. Mokiniai paprastai turi protingų, įdomių ir patikrinamų klausimų, kuriuos jiems patinka užduoti. Kaip pedagogai, turėtume stengtis skatinti šiuos klausimus ir, savo ruožtu, puoselėti šį natūralų smalsumą juos supančioje aplinkoje.
Mokymas kurti eksperimentus ir leisti studentams kurti savo klausimus ir hipotezes užtrunka. Šios medžiagos buvo sukurtos siekiant sudaryti pagrindą ir struktūrizuoti procesą, kad mokytojai galėtų sutelkti dėmesį į pagrindinių eksperimentinio dizaino idėjų tobulinimą. Leisti studentams užduoti savo klausimus, rašyti savo hipotezes ir planuoti bei atlikti savo tyrimus yra jiems vertinga patirtis. Tai paskatins mokinius labiau prisiimti atsakomybę už savo darbą. Kai studentai taiko eksperimentinį metodą savo klausimams, jie apmąsto, kaip mokslininkai istoriškai suprato, kaip veikia visata.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Pažvelkite į toliau pateiktus spausdinimui patogius puslapius ir darbalapių šablonus!
Mokslinių atradimų kelionė prasideda nuo eksperimentinio projektavimo žingsnių įsisavinimo. Šis pamatinis procesas yra būtinas norint suformuluoti eksperimentus, kurie duoda patikimus ir įžvalgius rezultatus, padedant mokslininkams ir studentams atlikti išsamų planavimą, eksperimentinio tyrimo planavimą ir studijų vykdymą. Naudodami eksperimentinio dizaino šabloną, dalyviai gali užtikrinti savo išvadų vientisumą ir pagrįstumą. Nesvarbu, ar tai būtų mokslinio eksperimento kūrimas, ar eksperimentinio projektavimo veikla, tikslas yra skatinti gilų supratimą apie pagrindus: kaip turėtų būti kuriami eksperimentai? Kokie yra 7 eksperimentinio projektavimo žingsniai? Kaip galite sukurti savo eksperimentą?
Tai yra septynių pagrindinių eksperimentinio metodo žingsnių, eksperimentinio dizaino idėjų ir būdų, kaip integruoti eksperimentų dizainą, tyrimas. Studentų projektams gali būti labai naudingi papildomi darbalapiai, taip pat pateiksime išteklius, pvz., darbalapius, skirtus efektyviam eksperimentinio dizaino mokymui. Pasinerkime į esminius etapus, kuriais grindžiamas eksperimento kūrimo procesas, suteikiant besimokantiesiems įrankius, padedančius tyrinėti jų mokslinį smalsumą.
Tai yra pagrindinė mokslinio metodo ir eksperimentinio projektavimo proceso dalis. Mokiniams patinka užduoti klausimus. Klausimų formulavimas yra gili ir prasminga veikla, kuri gali suteikti studentams atsakomybę už savo darbą. Puikus būdas priversti mokinius galvoti, kaip įsivaizduoti savo tiriamąjį klausimą, yra naudoti minčių žemėlapio siužetinę liniją.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Paprašykite mokinių pagalvoti apie visus klausimus, į kuriuos jie norėtų atsakyti apie visatą, arba paskatinkite juos pagalvoti apie klausimus, kuriuos jie turi tam tikra tema. Visi klausimai yra geri, tačiau kai kuriuos lengviau patikrinti nei kitus.
Hipotezė yra žinoma kaip pagrįstas spėjimas. Hipotezė turėtų būti teiginys, kurį galima patikrinti moksliškai. Eksperimento pabaigoje pažiūrėkite, ar išvada patvirtina hipotezę, ar ne.
Suformuoti geras hipotezes studentams gali būti sudėtinga suvokti. Svarbu atsiminti, kad hipotezė nėra tyrimo klausimas, tai yra patikrinamas teiginys . Vienas iš hipotezės formavimo būdų yra suformuoti ją kaip teiginį „jei... tada...“. Tai tikrai nėra vienintelis ar geriausias būdas suformuoti hipotezę, tačiau tai gali būti labai paprasta formulė, kurią studentai gali naudoti pradėdami.
Teiginys „jei... tada...“ reikalauja, kad mokiniai pirmiausia nustatytų kintamuosius, o tai gali pakeisti tvarką, kuria jie užbaigia vizualinio rengėjo etapus. Nustačius priklausomus ir nepriklausomus kintamuosius, hipotezė įgauna formą, jei [nepriklausomo kintamojo pokytis], tada [priklausomo kintamojo pokytis].
Pavyzdžiui, jei eksperimente buvo ieškoma kofeino poveikio reakcijos laikui, nepriklausomas kintamasis būtų kofeino kiekis, o priklausomas kintamasis būtų reakcijos laikas. „Jeigu, tada“ hipotezė gali būti tokia: jei padidinsite suvartojamo kofeino kiekį, reakcijos laikas sumažės.
Kas privedė prie šios hipotezės? Koks yra jūsų hipotezės mokslinis pagrindas? Priklausomai nuo amžiaus ir gebėjimų, mokiniai naudoja savo ankstesnes žinias, kad paaiškintų, kodėl pasirinko savo hipotezes, arba tyrinėja knygas ar internetą. Tai taip pat gali būti tinkamas laikas su mokiniais aptarti, kas yra patikimas šaltinis.
Pavyzdžiui, studentai gali remtis ankstesniais tyrimais, rodančiais kofeino poveikį budrumui, kad paaiškintų, kodėl, jų manymu, kofeino vartojimas sumažins reakcijos laiką.
Prognozė šiek tiek skiriasi nuo hipotezės. Hipotezė yra patikrinamas teiginys, o prognozė labiau būdinga eksperimentui. Atrandant DNR struktūrą, hipotezė pasiūlė, kad DNR turi spiralinę struktūrą. Numatyta, kad DNR rentgeno spindulių difrakcijos modelis bus X formos.
Studentai turėtų suformuluoti prognozę, kuri yra konkretus, išmatuojamas rezultatas, pagrįstas jų hipoteze. Užuot teigę, kad „kofeinas sumažins reakcijos laiką“, studentai galėjo numatyti, kad „išgėrus 2 skardines sodos (90 mg kofeino), vidutinis reakcijos laikas sutrumpės 50 milisekundžių, palyginti su tuo, kad negeriant kofeino“.
Toliau pateikiamas diskusijų siužetinės lentelės, kurią galima naudoti norint paskatinti mokinius kalbėti apie eksperimentinio dizaino kintamuosius, pavyzdys.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Trijų tipų kintamieji, kuriuos turėsite aptarti su savo mokiniais, yra priklausomi, nepriklausomi ir valdomi kintamieji. Kad tai būtų paprasta, nurodykite juos kaip „ką matuosite“, „ką pakeisite“ ir „ką išliksite taip pat“. Jei mokiniai yra labiau pažengę, turėtumėte juos paskatinti vartoti teisingą žodyną.
Priklausomi kintamieji yra tai, ką išmatuoja arba stebi mokslininkas. Šie matavimai dažnai kartojami, nes pakartotiniai matavimai daro jūsų duomenis patikimesnius.
Nepriklausomi kintamieji yra kintamieji, kuriuos mokslininkai nusprendžia pakeisti, norėdami pamatyti, kokį poveikį tai daro priklausomam kintamajam. Pasirinktas tik vienas, nes būtų sunku išsiaiškinti, kuris kintamasis sukelia jūsų pastebėtus pokyčius.
Kontroliuojami kintamieji yra kiekiai arba veiksniai, kuriuos mokslininkai nori išlikti tokie patys viso eksperimento metu. Jie valdomi taip, kad išliktų pastovūs, kad nepaveiktų priklausomo kintamojo. Jų valdymas leidžia mokslininkams pamatyti, kaip nepriklausomas kintamasis veikia priklausomą kintamąjį eksperimentinėje grupėje.
Pamokose naudokite toliau pateiktą pavyzdį arba ištrinkite atsakymus ir nustatykite tai kaip veiklą, kurią mokiniai turi atlikti Storyboard That.
| Kaip temperatūra veikia cukraus kiekį, kuris gali ištirpti vandenyje | |
|---|---|
| Nepriklausomas kintamasis | Vandens temperatūra
(5 skirtingų mėginių diapazonas 10°C, 20°C, 30°C, 40°C ir 50°C) |
| Priklausomas kintamasis | Cukraus kiekis, kurį galima ištirpinti vandenyje, matuojamas arbatiniais šaukšteliais. |
| Valdomi kintamieji |
|
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Galiausiai tai turi pasirašyti atsakingas suaugęs asmuo, tačiau svarbu, kad mokiniai susimąstytų, kaip jie apsisaugos. Šioje dalyje mokiniai turėtų nustatyti galimą riziką ir paaiškinti, kaip jie ketina sumažinti riziką. Veikla, padedanti mokiniams ugdyti šiuos įgūdžius, yra išmokyti juos atpažinti ir valdyti rizikas įvairiose situacijose. Naudodami toliau pateiktą siužetinę liniją, paprašykite mokinių užpildyti antrąjį T diagramos stulpelį sakydami: „Kas yra rizika?“, tada paaiškinkite, kaip jie galėtų valdyti šią riziką. Ši siužetinė schema taip pat gali būti skirta klasės diskusijai.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Šiame skyriuje mokiniai išvardins medžiagas, kurių jiems reikia eksperimentams, įskaitant saugos įrangą, kurią jie pabrėžė kaip reikalingą rizikos vertinimo skyriuje. Tai puikus metas pasikalbėti su mokiniais apie tinkamų darbui įrankių pasirinkimą. Plaukų pločiui matuoti naudosite kitą įrankį, o ne futbolo aikštės plotį!
Svarbu kalbėtis su mokiniais apie atkuriamumą. Jie turėtų parašyti procedūrą, kuri leistų kitam mokslininkui lengvai atkurti jų eksperimentinį metodą. Lengviausias ir glausčiausias būdas mokiniams tai padaryti yra sudaryti sunumeruotą instrukcijų sąrašą. Naudinga veikla čia galėtų būti mokinių paaiškinimas, kaip pasigaminti puodelį arbatos ar sumuštinį. Atlikite procesą, nurodydami visus veiksmus, kurių jie praleido.
Anglų kalbos besimokantiesiems ir studentams, kuriems sunku su anglų kalba raštu, studentai gali vizualiai aprašyti eksperimento veiksmus naudodami Storyboard That.
Ne kiekvienam eksperimentui reikės diagramos, bet kai kurie planai bus labai patobulinti įtraukus vieną. Tegul mokiniai sutelkia dėmesį į aiškių ir lengvai suprantamų diagramų, iliustruojančių eksperimentinę grupę, kūrimą.
Pavyzdžiui, saulės šviesos poveikio augalų augimui bandymo procedūra, naudojant visiškai atsitiktinį dizainą, gali būti išsamiai aprašyta:
Kai jų procedūra bus patvirtinta, studentai turėtų atidžiai atlikti suplanuotą eksperimentą, vadovaudamiesi rašytinėmis instrukcijomis. Renkant duomenis, mokiniai turėtų suskirstyti neapdorotus rezultatus lentelėse, diagramose, nuotraukose ar brėžiniuose. Taip sukuriami aiškūs dokumentai tendencijoms analizuoti.
Keletas geriausių duomenų rinkimo praktikos pavyzdžių:
Pavyzdžiui, augalų augimo eksperimente mokiniai galėtų įrašyti:
| Grupė | Saulės šviesa | Saulės šviesa | Saulės šviesa | Atspalvis | Atspalvis |
|---|---|---|---|---|---|
| Augalo ID | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Pradinis aukštis | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Pabaigos aukštis | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Jie taip pat aprašytų tokius stebėjimus kaip lapų spalvos pasikeitimas arba krypties lenkimas vizualiai arba raštu.
Labai svarbu, kad mokiniai atliktų saugias gamtos mokslų procedūras. Eksperimentuojant reikalinga suaugusiųjų priežiūra ir tinkamas rizikos įvertinimas.
Gerai dokumentuotas duomenų rinkimas leidžia atlikti gilesnę analizę pasibaigus eksperimentui, siekiant nustatyti, ar hipotezės ir prognozės buvo paremtos.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Vaizdo organizatorių naudojimas yra veiksmingas būdas priversti mokinius dirbti mokslininkais klasėje.
Yra daug būdų, kaip naudoti šias tyrimų planavimo priemones studentų darbui pagrįsti ir struktūrizuoti, kol jie dirba mokslininkais. Mokiniai gali užbaigti planavimo etapą naudodami Storyboard That naudodami teksto laukelius ir diagramas arba galite juos atsispausdinti ir paprašyti mokinių juos užpildyti ranka. Kitas puikus būdas juos panaudoti – projektuoti planavimo lapą ant interaktyvios lentos ir grupėje atlikti planavimo medžiagą. Projektuokite jį į ekraną ir paprašykite mokinių užrašyti savo atsakymus ant lipnių lapelių ir įdėti savo idėjas į tinkamą planavimo dokumento skyrių.
Labai jauni besimokantieji vis dar gali pradėti galvoti kaip mokslininkai! Jie turi daugybę klausimų apie juos supantį pasaulį ir galite pradėti juos užsirašyti minčių žemėlapyje. Kartais jūs netgi galite pradėti „tyrinėti“ šiuos klausimus žaisdami.
Fondo šaltinis yra skirtas pradinių klasių mokiniams arba studentams, kuriems reikia daugiau paramos. Jis sukurtas taip, kad atitiktų tą patį procesą kaip ir didesni ištekliai, tačiau šiek tiek paprastesnis. Pagrindinis skirtumas tarp šių dviejų išteklių yra detalės, apie kurias mokiniai turi pagalvoti, ir naudojamas techninis žodynas. Pavyzdžiui, svarbu, kad studentai, kurdami savo tyrimus, nustatytų kintamuosius. Aukštesnėje versijoje studentai turi ne tik identifikuoti kintamuosius, bet ir pateikti kitų pastabų, pavyzdžiui, kaip jie ketina išmatuoti priklausomą kintamąjį arba naudojant visiškai atsitiktinių imčių dizainą. Be pastolių skirtumų tarp dviejų išteklių lygių, galbūt norėsite dar labiau atskirti pagal tai, kaip mokiniams padeda mokytojai ir padėjėjai kambaryje.
Studentai taip pat galėtų būti skatinami, kad jų eksperimentinis planas būtų lengviau suprantamas naudojant grafiką, o tai taip pat galėtų būti naudojama ELL palaikymui.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Studentai turi būti vertinami pagal jų mokslo tiriamuosius įgūdžius kartu su jų žinių įvertinimu. Tai ne tik leis studentams sutelkti dėmesį į savo įgūdžių ugdymą, bet ir leis jiems panaudoti savo vertinimo informaciją taip, kad padėtų jiems tobulinti gamtos mokslų įgūdžius. Naudodami Quick Rubric “ galite sukurti greitą ir paprastą vertinimo sistemą ir bendrinti ja su mokiniais, kad jie žinotų, kaip pasiekti sėkmės kiekviename etape. Be formuojamojo vertinimo, kuris paskatins mokymąsi, jis taip pat gali būti naudojamas norint įvertinti studentų darbą tyrimo pabaigoje ir nustatyti tikslus, kada jie kitą kartą bandys planuoti savo tyrimą. Rubrikos buvo parašytos taip, kad studentai galėtų jas lengvai pasiekti. Tokiu būdu jais galima dalytis su studentais, kai jie dirba per planavimo procesą, kad mokiniai žinotų, kaip atrodo geras eksperimentinis projektas.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Jei norite pridėti papildomų projektų arba toliau tinkinti darbalapius, peržiūrėkite kelis šablonų puslapius, kuriuos jums sudarėme toliau. Kiekvieną darbalapį galima nukopijuoti ir pritaikyti jūsų projektams ar mokiniams! Mokiniai taip pat gali būti skatinami kurti savo, jei jie nori pabandyti organizuoti informaciją lengvai suprantamu būdu.
Įprasti eksperimentinio projektavimo įrankiai ir metodai, kuriuos gali naudoti studentai, yra atsitiktinis priskyrimas, kontrolinės grupės, apakimas, replikacija ir statistinė analizė. Studentai taip pat gali naudoti stebėjimo tyrimus, apklausas ir eksperimentus su natūraliais ar beveik eksperimentiniais projektais. Jie taip pat gali naudoti duomenų vizualizavimo įrankius savo rezultatams analizuoti ir pateikti.
Eksperimentinis dizainas padeda studentams ugdyti kritinio mąstymo įgūdžius, skatinant juos sistemingai ir logiškai mąstyti apie mokslines problemas. Ji reikalauja, kad studentai analizuotų duomenis, nustatytų modelius ir, remdamiesi įrodymais, padarytų išvadas. Tai taip pat padeda studentams ugdyti problemų sprendimo įgūdžius, suteikiant galimybę kurti ir atlikti eksperimentus hipotezėms patikrinti.
Eksperimentinis dizainas gali būti naudojamas sprendžiant realias problemas, nustatant kintamuosius, kurie prisideda prie konkrečios problemos, ir išbandant intervencijas, siekiant išsiaiškinti, ar jos yra veiksmingos sprendžiant problemą. Pavyzdžiui, eksperimentinis dizainas gali būti naudojamas naujų medicininių gydymo būdų veiksmingumui patikrinti arba socialinių intervencijų poveikiui mažinti skurdą arba švietimo rezultatams gerinti įvertinti.
Įprastos eksperimentinio planavimo spąstai, kurių studentai turėtų vengti, yra nesugebėjimas kontroliuoti kintamųjų, naudoti šališkus pavyzdžius, pasikliauti anekdotiniais įrodymais ir nesugebėjimas tiksliai išmatuoti priklausomų kintamųjų. Atlikdami eksperimentus studentai taip pat turėtų žinoti apie etinius aspektus, pavyzdžiui, gauti informuoto sutikimo ir apsaugoti tiriamųjų privatumą.