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.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
Aruncă o privire la paginile pentru imprimare și la șabloanele de foi de lucru de mai jos!
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.
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.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
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.
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.
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.
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”.
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.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
Cele trei tipuri de variabile pe care va trebui să le discutați cu studenții sunt variabile dependente, independente și controlate . Pentru a menține acest lucru simplu, referiți-vă la acestea ca „ce veți măsura”, „ce veți schimba” și „ce veți păstra la fel”. Cu elevii mai avansați, ar trebui să-i încurajați să folosească vocabularul corect.
Variabilele dependente sunt ceea ce este măsurat sau observat de om de știință. Aceste măsurători vor fi adesea repetate, deoarece măsurătorile repetate fac datele dvs. mai fiabile.
Variabilele independente sunt variabile pe care oamenii de știință decid să le schimbe pentru a vedea ce efect are asupra variabilei dependente. Este aleasă doar una, deoarece ar fi dificil să vă dați seama care variabilă provoacă orice schimbare pe care o observați.
Variabilele controlate sunt cantități sau factori pe care oamenii de știință doresc să rămână aceleași pe tot parcursul experimentului. Ele sunt controlate să rămână constante, astfel încât să nu afecteze variabila dependentă. Controlul acestora permite oamenilor de știință să vadă modul în care variabila independentă afectează variabila dependentă în cadrul grupului experimental.
Utilizați acest exemplu de mai jos în lecțiile dvs. sau ștergeți răspunsurile și setați-l ca activitate pe care elevii să le finalizeze pe Storyboard That.
| Cum afectează temperatura cantitatea de zahăr care poate fi dizolvată în apă | |
|---|---|
| Variabila independenta | Temperatura apei
(Interval 5 probe diferite la 10°C, 20°C, 30°C, 40°C și 50°C) |
| Variabilă dependentă | Cantitatea de zahăr care poate fi dizolvată în apă, măsurată în lingurițe. |
| Variabile controlate |
|
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
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.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
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!
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:
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:
De exemplu, în experimentul de creștere a plantelor, elevii ar putea înregistra:
| grup | Lumina soarelui | Lumina soarelui | Lumina soarelui | Umbră | Umbră |
|---|---|---|---|---|---|
| ID plante | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Înălțimea de început | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Înălțimea finală | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Ei ar descrie, de asemenea, observații precum schimbarea culorii frunzelor sau îndoirea direcțională vizual sau în scris.
Este esențial ca studenții să practice proceduri științifice sigure. Este necesară supravegherea unui adult pentru experimentare, împreună cu evaluarea adecvată a riscurilor.
Colectarea de date bine documentată permite o analiză mai profundă după finalizarea experimentului pentru a determina dacă ipotezele și predicțiile au fost susținute.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
Utilizarea organizatoarelor vizuale este o modalitate eficientă de a-ți determina elevii să lucreze ca oameni de știință în sala de clasă.
Există multe modalități de a folosi aceste instrumente de planificare a investigațiilor pentru a structura și structura munca studenților în timp ce aceștia lucrează ca oameni de știință. Elevii pot finaliza etapa de planificare pe Storyboard That folosind casetele de text și diagramele, sau le puteți tipări și îi cereți elevilor să le completeze manual. O altă modalitate excelentă de a le folosi este să proiectați foaia de planificare pe o tablă interactivă și să lucrați la modul de completare a materialelor de planificare ca grup. Proiectați-l pe un ecran și rugați elevii să-și scrie răspunsurile pe note lipicioase și să-și pună ideile în secțiunea corectă a documentului de planificare.
Elevii foarte tineri încă pot începe să gândească ca oameni de știință! Au o mulțime de întrebări despre lumea din jurul lor și poți începe să le notezi într-o hartă mentală. Uneori poți chiar să începi să „investigați” aceste întrebări prin joc.
Resursa de bază este destinată elevilor din ciclul elementar sau elevilor care au nevoie de mai mult sprijin. Este conceput să urmeze exact același proces ca și resursele mai mari, dar este ușor mai ușor. Diferența cheie dintre cele două resurse sunt detaliile la care elevii trebuie să se gândească și vocabularul tehnic folosit. De exemplu, este important ca elevii să identifice variabile atunci când își proiectează investigațiile. În versiunea superioară, studenții nu numai că trebuie să identifice variabilele, ci și să facă și alte comentarii, cum ar fi modul în care vor măsura variabila dependentă sau utilizarea unui design complet randomizat. Pe lângă diferența de schele între cele două niveluri de resurse, poate doriți să diferențiați și mai mult în funcție de modul în care cursanții sunt sprijiniți de profesori și asistenți din sală.
Elevii ar putea fi, de asemenea, încurajați să își facă planul experimental mai ușor de înțeles utilizând grafice, iar acest lucru ar putea fi folosit și pentru a sprijini ELL.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
Elevii trebuie să fie evaluați cu privire la abilitățile lor de cercetare științifică, alături de evaluarea cunoștințelor lor. Acest lucru nu numai că îi va permite elevilor să se concentreze pe dezvoltarea abilităților lor, dar le va permite și să-și folosească informațiile de evaluare într-un mod care îi va ajuta să-și îmbunătățească abilitățile științifice. Folosind Quick Rubric , puteți crea un cadru de evaluare rapid și ușor și îl puteți partaja studenților, astfel încât aceștia să știe cum să reușească în fiecare etapă. Pe lângă furnizarea unei evaluări formative care va conduce la învățare, aceasta poate fi folosită și pentru a evalua munca elevului la sfârșitul unei investigații și pentru a stabili ținte pentru următoarea încercare de a-și planifica propria investigație. Rubricile au fost scrise într-un mod care să permită elevilor să le acceseze cu ușurință. În acest fel, ele pot fi împărtășite studenților în timp ce lucrează prin procesul de planificare, astfel încât studenții să știe cum arată un design experimental bun.
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
(Acest lucru va incepe un test gratuit de 2 saptamani - nu este nevoie de card de credit)
Dacă doriți să adăugați proiecte suplimentare sau să continuați să personalizați foile de lucru, aruncați o privire la câteva pagini șablon pe care le-am compilat pentru dvs. mai jos. Fiecare fișă de lucru poate fi copiată și adaptată proiectelor sau studenților dvs.! Elevii pot fi, de asemenea, încurajați să-și creeze propria lor informație dacă doresc să încerce să organizeze informațiile într-un mod ușor de înțeles.
Instrumentele și tehnicile comune de proiectare experimentală pe care elevii le pot folosi includ repartizarea aleatorie, grupurile de control, orbirea, replicarea și analiza statistică. Elevii pot folosi, de asemenea, studii observaționale, sondaje și experimente cu modele naturale sau cvasi-experimentale. Ei pot folosi, de asemenea, instrumente de vizualizare a datelor pentru a-și analiza și prezenta rezultatele.
Designul experimental îi ajută pe elevi să dezvolte abilități de gândire critică, încurajându-i să gândească sistematic și logic la problemele științifice. Le cere elevilor să analizeze datele, să identifice modele și să tragă concluzii bazate pe dovezi. De asemenea, îi ajută pe elevi să dezvolte abilități de rezolvare a problemelor, oferind oportunități de a proiecta și de a efectua experimente pentru a testa ipoteze.
Designul experimental poate fi folosit pentru a aborda problemele din lumea reală prin identificarea variabilelor care contribuie la o anumită problemă și testarea intervențiilor pentru a vedea dacă sunt eficiente în abordarea problemei. De exemplu, designul experimental poate fi folosit pentru a testa eficacitatea noilor tratamente medicale sau pentru a evalua impactul intervențiilor sociale asupra reducerii sărăciei sau îmbunătățirii rezultatelor educaționale.
Capcanele comune de proiectare experimentală pe care elevii ar trebui să le evite includ eșecul în controlul variabilelor, utilizarea eșantioanelor părtinitoare, bazarea pe dovezi anecdotice și eșecul în măsurarea precisă a variabilelor dependente. Elevii ar trebui să fie, de asemenea, conștienți de considerentele etice atunci când efectuează experimente, cum ar fi obținerea consimțământului informat și protejarea confidențialității subiecților de cercetare.