Explorarea Artei Designului Experimental: un Ghid pas cu pas Pentru Studenți și Educatori

Design experimental pentru studenți

Designul experimental este o metodă cheie folosită în subiecte precum biologie, chimie, fizică, psihologie și științe sociale. Ne ajută să ne dăm seama cum diferiți factori afectează ceea ce studiem, fie că este vorba despre plante, substanțe chimice, legile fizice, comportamentul uman sau cum funcționează societatea. Practic, este o modalitate de a configura experimente, astfel încât să putem testa idei, să vedem ce se întâmplă și să înțelegem rezultatele noastre. Este foarte important pentru studenții și cercetătorii care doresc să răspundă la întrebări mari în știință și să înțeleagă mai bine lumea. Abilitățile de proiectare experimentală pot fi aplicate în situații variind de la rezolvarea de probleme până la analiza datelor; acestea au o întindere largă și pot fi aplicate frecvent în afara sălii de clasă. Predarea acestor abilități este o parte foarte importantă a educației științifice, dar este adesea trecută cu vederea atunci când se concentrează pe predarea conținutului. În calitate de educatori științifici, cu toții am văzut beneficiile pe care le are munca practică pentru implicarea și înțelegerea studenților. Cu toate acestea, odată cu constrângerile de timp impuse curriculumului, timpul necesar studenților pentru a-și dezvolta aceste abilități de cercetare experimentală și de investigare poate fi stors. Prea des primesc o „rețetă” de urmat, ceea ce nu le permite să-și asume munca practică. De la o vârstă foarte fragedă, încep să se gândească la lumea din jurul lor. Ei pun întrebări, apoi folosesc observații și dovezi pentru a le răspunde. Elevii tind să aibă întrebări inteligente, interesante și testabile pe care le place să le pună. În calitate de educatori, ar trebui să lucrăm pentru a încuraja aceste întrebări și, la rândul nostru, pentru a cultiva această curiozitate naturală în lumea din jurul lor.

Predarea proiectării experimentelor și lăsarea elevilor să își dezvolte propriile întrebări și ipoteze necesită timp. Aceste materiale au fost create pentru a structura și structura procesul pentru a le permite profesorilor să se concentreze pe îmbunătățirea ideilor cheie în designul experimental. Permiterea elevilor să-și pună propriile întrebări, să-și scrie propriile ipoteze și să-și planifice și să efectueze propriile investigații este o experiență valoroasă pentru ei. Acest lucru va duce la ca studenții să dețină mai multă proprietate asupra muncii lor. Când studenții efectuează metoda experimentală pentru propriile întrebări, ei reflectă asupra modului în care oamenii de știință au ajuns să înțeleagă din punct de vedere istoric cum funcționează universul.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

Start Free Trial

Aruncă o privire la paginile pentru imprimare și la șabloanele de foi de lucru de mai jos!

Care sunt etapele designului experimental?

Pornirea în călătoria descoperirii științifice începe cu stăpânirea pașilor de proiectare experimentală. Acest proces de bază este esențial pentru formularea de experimente care produc rezultate fiabile și perspicace, ghidând cercetătorii și studenții deopotrivă prin planificarea detaliată, proiectarea cercetării experimentale și execuția studiilor lor. Folosind un șablon de design experimental, participanții pot asigura integritatea și validitatea constatărilor lor. Fie prin proiectarea unui experiment științific sau prin implicarea în activități de proiectare experimentală, scopul este de a promova o înțelegere profundă a fundamentelor: Cum ar trebui să fie proiectate experimentele? Care sunt cei 7 pași de proiectare experimentală? Cum vă puteți proiecta propriul experiment?

Aceasta este o explorare a celor șapte etape cheie ale metodei experimentale, a ideilor de proiectare experimentală și a modalităților de a integra proiectarea experimentelor. Proiectele studenților pot beneficia foarte mult de fișele de lucru suplimentare și, de asemenea, vom oferi resurse, cum ar fi fișe de lucru care vizează predarea eficientă a designului experimental. Să ne aprofundăm în etapele esențiale care stau la baza procesului de proiectare a unui experiment, echipând cursanții cu instrumentele pentru a-și explora curiozitatea științifică.

1. Întrebare

Aceasta este o parte cheie a metodei științifice și a procesului de proiectare experimentală. Elevilor le place să vină cu întrebări. Formularea întrebărilor este o activitate profundă și semnificativă care poate oferi studenților dreptul de proprietate asupra muncii lor. O modalitate excelentă de a-i determina pe studenți să se gândească la cum să își vizualizeze întrebarea de cercetare este utilizarea unui storyboard cu hartă mentală.

Copiați Acest Storyboard

Copiați Acest Storyboard

Copiați Acest Storyboard

Cereți elevilor să se gândească la orice întrebări la care doresc să răspundă despre univers sau fă-i să se gândească la întrebările pe care le au despre un anumit subiect. Toate întrebările sunt întrebări bune, dar unele sunt mai ușor de testat decât altele.

2. Ipoteza

O ipoteză este cunoscută ca o presupunere educată. O ipoteză ar trebui să fie o afirmație care poate fi testată științific. La sfârșitul experimentului, priviți înapoi pentru a vedea dacă concluzia susține ipoteza sau nu.

Formarea unor ipoteze bune poate fi o provocare de înțeles de către elevi. Este important să ne amintim că ipoteza nu este o întrebare de cercetare, este o afirmație testabilă . O modalitate de a forma o ipoteză este de a o forma ca o afirmație „dacă... atunci...”. Aceasta cu siguranță nu este singura sau cea mai bună modalitate de a forma o ipoteză, dar poate fi o formulă foarte ușor de utilizat de către studenți atunci când încep.

O afirmație „dacă... atunci...” cere elevilor să identifice mai întâi variabilele, iar asta poate schimba ordinea în care parcurg etapele organizatorului vizual. După identificarea variabilelor dependente și independente, ipoteza ia apoi forma dacă [modificare variabilă independentă], apoi [modificare variabilă dependentă].

De exemplu, dacă un experiment ar căuta efectul cofeinei asupra timpului de reacție, variabila independentă ar fi cantitatea de cofeină, iar variabila dependentă ar fi timpul de reacție. Ipoteza „dacă, atunci” ar putea fi: Dacă creșteți cantitatea de cofeină luată, atunci timpul de reacție va scădea.

3. Explicarea ipotezei

Ce te-a condus la această ipoteză? Care este fundalul științific din spatele ipotezei tale? În funcție de vârstă și abilități, elevii își folosesc cunoștințele anterioare pentru a explica de ce și-au ales ipotezele sau, alternativ, cercetează folosind cărți sau internet. Acesta ar putea fi, de asemenea, un moment bun pentru a discuta cu studenții ce este o sursă de încredere.

De exemplu, studenții pot face referire la studii anterioare care arată efectele de vigilență ale cofeinei pentru a explica de ce ei presupun că consumul de cofeină va reduce timpul de reacție.

4. Previziune

Predicția este ușor diferită de ipoteză. O ipoteză este o afirmație testabilă, în timp ce predicția este mai specifică experimentului. În descoperirea structurii ADN-ului, ipoteza a propus că ADN-ul are o structură elicoidală. Predicția a fost că modelul de difracție cu raze X al ADN-ului va avea o formă de X.

Elevii ar trebui să formuleze o predicție care este un rezultat specific, măsurabil, pe baza ipotezei lor. În loc să spună doar „cofeina va scădea timpul de reacție”, studenții ar putea prezice că „bautul a 2 cutii de sifon (90 mg cofeină) va reduce timpul mediu de reacție cu 50 de milisecunde în comparație cu consumul fără cofeină”.

5. Identificarea variabilelor

Mai jos este un exemplu de Storyboard pentru discuții care poate fi folosit pentru a-i determina pe elevii să vorbească despre variabile în designul experimental.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

6. Evaluarea riscurilor

În cele din urmă, acest lucru trebuie să fie aprobat de un adult responsabil, dar este important să-i faceți pe elevi să se gândească la modul în care se vor menține în siguranță. În această parte, elevii ar trebui să identifice riscurile potențiale și apoi să explice cum vor minimiza riscul. O activitate care să-i ajute pe elevi să-și dezvolte aceste abilități este de a-i determina să identifice și să gestioneze riscurile în diferite situații. Folosind storyboard-ul de mai jos, determină-le elevilor să completeze a doua coloană a diagramei T spunând „Ce este riscul?”, apoi explicând cum ar putea gestiona acest risc. Acest storyboard ar putea fi proiectat și pentru o discuție în clasă.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

7. Materiale

În această secțiune, elevii vor enumera materialele de care au nevoie pentru experimente, inclusiv orice echipament de siguranță pe care l-au evidențiat ca având nevoie în secțiunea de evaluare a riscurilor. Acesta este un moment excelent pentru a discuta cu studenții despre alegerea instrumentelor care sunt potrivite pentru job. Veți folosi un alt instrument pentru a măsura lățimea unui fir de păr decât pentru a măsura lățimea unui teren de fotbal!

8. Plan general și diagramă

Este important să discutăm cu elevii despre reproductibilitate. Ar trebui să scrie o procedură care să permită ca metoda lor experimentală să fie reprodusă cu ușurință de către un alt om de știință. Cel mai simplu și mai concis mod pentru studenți de a face acest lucru este să facă o listă numerotată de instrucțiuni. O activitate utilă aici ar putea fi atragerea elevilor să explice cum să facă o ceașcă de ceai sau un sandviș. Reprezentați procesul, subliniind orice pași pe care i-au ratat.

Pentru studenții care învață limba engleză și studenții care se confruntă cu limba engleză scrisă, elevii pot descrie vizual pașii din experimentul lor folosind Storyboard That.

Nu orice experiment va avea nevoie de o diagramă, dar unele planuri vor fi mult îmbunătățite prin includerea uneia. Rugați elevii să se concentreze pe producerea de diagrame clare și ușor de înțeles care ilustrează grupul experimental.

De exemplu, o procedură de testare a efectului luminii solare asupra creșterii plantelor utilizând un design complet randomizat ar putea detalia:

1. Selectați 10 răsaduri similare de aceeași vârstă și soi
2. Pregătiți 2 tăvi identice cu același amestec de pământ
3. Asezati 5 plante in fiecare tava; etichetați un set „lumina soarelui” și un set „umbră”
4. Poziționați tava pentru lumină solară lângă o fereastră orientată spre sud și tava pentru umbră într-un dulap întunecat
5. Udă ambele tăvi cu 50 ml apă la fiecare 2 zile
6. După 3 săptămâni, îndepărtați plantele și măsurați înălțimile în cm

9. Efectuați experimentul

Odată ce procedura lor este aprobată, elevii ar trebui să efectueze cu atenție experimentul planificat, urmând instrucțiunile lor scrise. Pe măsură ce datele sunt colectate, elevii ar trebui să organizeze rezultatele brute în tabele, grafice, fotografii sau desene. Acest lucru creează o documentație clară pentru analiza tendințelor.

Unele dintre cele mai bune practici pentru colectarea datelor includ:

• Înregistrați datele cantitative numeric cu unități
• Notați observațiile calitative cu descrieri detaliate
• Captură configurată prin ilustrații sau fotografii
• Scrieți observații despre evenimente neașteptate
• Identificați valorile aberante ale datelor și sursele de eroare

De exemplu, în experimentul de creștere a plantelor, elevii ar putea înregistra: