Eksperimentalni načrt je ključna metoda, ki se uporablja pri predmetih, kot so biologija, kemija, fizika, psihologija in družbene vede. Pomaga nam ugotoviti, kako različni dejavniki vplivajo na to, kar preučujemo, pa naj gre za rastline, kemikalije, fizikalne zakone, človeško vedenje ali delovanje družbe. V bistvu je to način za postavitev poskusov, da lahko preizkusimo ideje, vidimo, kaj se zgodi, in razumemo svoje rezultate. Zelo pomembno je za študente in raziskovalce, ki želijo odgovoriti na velika vprašanja v znanosti in bolje razumeti svet. Veščine eksperimentalnega načrtovanja je mogoče uporabiti v različnih situacijah, od reševanja problemov do analize podatkov; so širokega dosega in jih je pogosto mogoče uporabiti zunaj učilnice. Poučevanje teh veščin je zelo pomemben del naravoslovnega izobraževanja, vendar je pogosto spregledano, ko je osredotočeno na poučevanje vsebine. Kot učitelji naravoslovja smo vsi videli prednosti, ki jih ima praktično delo za sodelovanje in razumevanje študentov. Zaradi časovnih omejitev učnega načrta pa se lahko čas, potreben za študente za razvoj teh eksperimentalnih raziskovalnih zasnov in preiskovalnih veščin, iztisne. Prepogosto dobijo »recept«, ki mu sledijo, kar jim ne dovoljuje, da bi prevzeli lastništvo nad svojim praktičnim delom. Že zelo mladi začnejo razmišljati o svetu okoli sebe. Postavljajo vprašanja, nato pa uporabljajo opažanja in dokaze, da nanje odgovorijo. Učenci imajo ponavadi inteligentna, zanimiva in preverljiva vprašanja, ki jih radi postavljajo. Kot vzgojitelji bi si morali prizadevati za spodbujanje teh vprašanj in posledično negovati to naravno radovednost v svetu okoli njih.
Poučevanje načrtovanja poskusov in dovolitev učencem, da razvijejo lastna vprašanja in hipoteze, zahteva čas. Ti materiali so bili ustvarjeni za gradnjo in strukturiranje procesa, ki učiteljem omogoča, da se osredotočijo na izboljšanje ključnih zamisli v načrtovanju eksperimentov. Dovoliti študentom, da postavljajo lastna vprašanja, pišejo lastne hipoteze ter načrtujejo in izvajajo lastne preiskave, je zanje dragocena izkušnja. To bo pripeljalo do tega, da bodo študentje imeli več lastništva nad svojim delom. Ko učenci izvajajo eksperimentalno metodo za svoja vprašanja, razmišljajo o tem, kako so znanstveniki skozi zgodovino razumeli, kako vesolje deluje.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Spodaj si oglejte tiskalniku prijazne strani in predloge delovnih listov!
Odhod na pot znanstvenih odkritij se začne z obvladovanjem korakov eksperimentalnega načrtovanja. Ta temeljni proces je bistvenega pomena za oblikovanje poskusov, ki dajejo zanesljive in pronicljive rezultate, vodi raziskovalce in študente skozi podrobno načrtovanje, zasnovo eksperimentalnih raziskav in izvedbo njihovih študij. Z uporabo predloge eksperimentalne zasnove lahko udeleženci zagotovijo celovitost in veljavnost svojih ugotovitev. Ne glede na to, ali gre za načrtovanje znanstvenega eksperimenta ali sodelovanje pri dejavnostih eksperimentalnega načrtovanja, je cilj spodbuditi globoko razumevanje osnov: Kako naj bodo načrtovani poskusi? Katerih je 7 korakov eksperimentalnega načrtovanja? Kako lahko oblikujete svoj poskus?
To je raziskovanje sedmih ključnih korakov eksperimentalne metode, idej za načrtovanje eksperimentov in načinov za integracijo načrtovanja poskusov. Študentskim projektom lahko zelo koristijo dodatni delovni listi, zagotovili pa bomo tudi vire, kot so delovni listi, namenjeni učinkovitemu poučevanju eksperimentalnega načrtovanja. Poglobimo se v bistvene faze, ki podpirajo proces načrtovanja eksperimenta, in učence opremimo z orodji za raziskovanje njihove znanstvene radovednosti.
To je ključni del znanstvene metode in procesa eksperimentalnega načrtovanja. Učenci radi postavljajo vprašanja. Oblikovanje vprašanj je globoka in smiselna dejavnost, ki lahko učencem omogoči lastništvo nad njihovim delom. Odličen način, da študente spodbudite k razmišljanju o tem, kako vizualizirati svoje raziskovalno vprašanje, je uporaba snemalne knjige miselnega zemljevida.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Učence prosite, naj razmišljajo o kakršnih koli vprašanjih o vesolju, na katera želijo odgovoriti, ali jih spodbudite, naj razmišljajo o vprašanjih, ki jih imajo o določeni temi. Vsa vprašanja so dobra vprašanja, vendar je nekatera lažje preizkusiti kot druga.
Hipoteza je znana kot utemeljeno ugibanje. Hipoteza mora biti izjava, ki jo je mogoče znanstveno preveriti. Na koncu poskusa poglejte nazaj, da vidite, ali zaključek podpira hipotezo ali ne.
Oblikovanje dobrih hipotez je za študente lahko izziv. Pomembno si je zapomniti, da hipoteza ni raziskovalno vprašanje, je izjava, ki jo je mogoče preveriti . Eden od načinov oblikovanja hipoteze je, da jo oblikujemo kot izjavo »če ... potem ...«. To zagotovo ni edini ali najboljši način za oblikovanje hipoteze, vendar je lahko zelo enostavna formula za študente, ki jo lahko uporabijo, ko začnejo.
Izjava »če ... potem ...« od študentov zahteva, da najprej identificirajo spremenljivke, kar lahko spremeni vrstni red, v katerem dokončajo stopnje vizualnega organizatorja. Po identifikaciji odvisne in neodvisne spremenljivke hipoteza prevzame obliko if [sprememba neodvisne spremenljivke], nato [sprememba odvisne spremenljivke].
Na primer, če bi s poskusom iskali učinek kofeina na reakcijski čas, bi bila neodvisna spremenljivka količina kofeina, odvisna spremenljivka pa reakcijski čas. Hipoteza "če, potem" bi lahko bila: če povečate količino zaužitega kofeina, se bo reakcijski čas zmanjšal.
Kaj vas je pripeljalo do te hipoteze? Kakšno je znanstveno ozadje vaše hipoteze? Odvisno od starosti in sposobnosti učenci uporabijo svoje predznanje, da pojasnijo, zakaj so izbrali svoje hipoteze, ali pa raziskujejo s pomočjo knjig ali interneta. To bi lahko bil tudi pravi čas za razpravo s študenti, kaj je zanesljiv vir.
Študenti se lahko na primer sklicujejo na prejšnje študije, ki kažejo učinke kofeina na budnost, da pojasnijo, zakaj domnevajo, da bo uživanje kofeina skrajšalo reakcijski čas.
Napoved se nekoliko razlikuje od hipoteze. Hipoteza je izjava, ki jo je mogoče preizkusiti, medtem ko je napoved bolj specifična za poskus. Pri odkritju strukture DNK je hipoteza predlagala, da ima DNK spiralno strukturo. Napoved je bila, da bo rentgenski difrakcijski vzorec DNK v obliki X.
Študenti morajo oblikovati napoved, ki je specifičen, merljiv rezultat, ki temelji na njihovi hipotezi. Namesto da bi le izjavili, da bo kofein skrajšal reakcijski čas, bi študentje lahko predvideli, da bo "pitje 2 pločevink sode (90 mg kofeina) skrajšalo povprečni reakcijski čas za 50 milisekund v primerjavi z nepitjem kofeina."
Spodaj je primer snemalne knjige za razpravo, ki jo lahko uporabite, da učence spodbudite k pogovoru o spremenljivkah v eksperimentalnem načrtovanju.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Tri vrste spremenljivk, o katerih boste morali razpravljati s svojimi študenti, so odvisne, neodvisne in nadzorovane spremenljivke. Da bo to preprosto, se nanje nanašajte kot na "kaj boste merili", "kaj boste spremenili" in "kaj boste ohranili enako". Pri naprednejših učencih jih spodbujajte k uporabi pravilnega besedišča.
Odvisne spremenljivke so tisto, kar meri ali opazuje znanstvenik. Te meritve se bodo pogosto ponavljale, ker so zaradi ponovljenih meritev vaši podatki zanesljivejši.
Neodvisne spremenljivke so spremenljivke, ki se jih znanstveniki odločijo spremeniti, da bi videli, kakšen učinek ima na odvisno spremenljivko. Izbran je samo eden, ker bi bilo težko ugotoviti, katera spremenljivka povzroča kakršno koli spremembo, ki jo opazite.
Nadzorovane spremenljivke so količine ali dejavniki, za katere znanstveniki želijo, da ostanejo enaki skozi ves poskus. Nadzorovane so tako, da ostanejo konstantne, da ne vplivajo na odvisno spremenljivko. Nadzor teh omogoča znanstvenikom, da vidijo, kako neodvisna spremenljivka vpliva na odvisno spremenljivko znotraj eksperimentalne skupine.
Uporabite ta spodnji primer v svojih učnih urah ali pa izbrišite odgovore in ga nastavite kot dejavnost, ki jo morajo učenci dokončati na Storyboard That.
| Kako temperatura vpliva na količino sladkorja, ki se lahko raztopi v vodi | |
|---|---|
| Neodvisna spremenljivka | Temperatura vode
(Razpon 5 različnih vzorcev pri 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C in 50 °C) |
| Odvisna spremenljivka | Količina sladkorja, ki se lahko raztopi v vodi, merjeno v čajnih žličkah. |
| Nadzorovane spremenljivke |
|
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Navsezadnje mora to potrditi odgovorna odrasla oseba, vendar je pomembno, da učenci razmišljajo o tem, kako se bodo zaščitili. V tem delu morajo učenci identificirati potencialna tveganja in nato razložiti, kako bodo zmanjšali tveganje. Dejavnost, ki učencem pomaga razviti te veščine, je, da jih pripravimo do prepoznavanja in obvladovanja tveganj v različnih situacijah. S pomočjo spodnje snemalne knjige naj učenci izpolnijo drugi stolpec T-karte tako, da rečejo: "Kaj je tveganje?", nato razložijo, kako bi lahko obvladovali to tveganje. To snemalno knjigo bi lahko projicirali tudi za razredno razpravo.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
V tem razdelku bodo učenci našteli materiale, ki jih potrebujejo za poskuse, vključno z vso varnostno opremo, ki so jo označili kot potrebno v razdelku o oceni tveganja. To je odličen čas za pogovor s študenti o izbiri orodij, ki so primerna za delo. Za merjenje širine lasu boste uporabili drugačno orodje kot za merjenje širine nogometnega igrišča!
Pomembno je, da se s študenti pogovarjamo o ponovljivosti. Napisati bi morali postopek, ki bi omogočal, da njihovo eksperimentalno metodo zlahka reproducira drug znanstvenik. Najlažji in najbolj jedrnat način za študente je, da naredijo oštevilčen seznam navodil. Koristna dejavnost tukaj bi lahko bila, da učence razložite, kako pripraviti skodelico čaja ali sendvič. Odigrajte postopek in opozorite na vse korake, ki so jih zamudili.
Za učence angleškega jezika in študente, ki imajo težave s pisno angleščino, lahko študenti vizualno opišejo korake v svojem eksperimentu z uporabo Storyboard That.
Vsak poskus ne bo potreboval diagrama, vendar bodo nekateri načrti močno izboljšani, če ga vključite. Študenti naj se osredotočijo na izdelavo jasnih in lahko razumljivih diagramov, ki ponazarjajo eksperimentalno skupino.
Na primer, postopek za testiranje učinka sončne svetlobe na rast rastlin z uporabo popolnoma naključne zasnove bi lahko podrobno opisal:
Ko je njihov postopek odobren, morajo učenci skrbno izvesti svoj načrtovani poskus po svojih pisnih navodilih. Ko se podatki zbirajo, naj učenci neobdelane rezultate organizirajo v tabele, grafe, fotografije ali risbe. To ustvari jasno dokumentacijo za analizo trendov.
Nekatere najboljše prakse za zbiranje podatkov vključujejo:
Na primer, v poskusu rasti rastlin bi učenci lahko zabeležili:
| skupina | Sončna svetloba | Sončna svetloba | Sončna svetloba | Senca | Senca |
|---|---|---|---|---|---|
| ID rastline | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Začetna višina | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Končna višina | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Vizualno ali pisno bi opisali tudi opazovanja, kot je sprememba barve listov ali smerno upogibanje.
Ključnega pomena je, da učenci izvajajo varne naravoslovne postopke. Za poskuse je potreben nadzor odrasle osebe, skupaj z ustrezno oceno tveganja.
Dobro dokumentirano zbiranje podatkov omogoča globljo analizo po zaključku poskusa, da se ugotovi, ali so bile hipoteze in napovedi podprte.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Uporaba vizualnih organizatorjev je učinkovit način, da vaše učence pripravite do dela znanstvenikov v razredu.
Obstaja veliko načinov za uporabo teh orodij za načrtovanje raziskav za gradnjo in strukturiranje dela študentov, medtem ko delajo kot znanstveniki. Učenci lahko dokončajo fazo načrtovanja v Storyboard That z uporabo besedilnih polj in diagramov ali pa jih natisnete in jih učenci izpolnijo ročno. Še en odličen način za njihovo uporabo je projiciranje načrtovalnega lista na interaktivno belo tablo in preučevanje tega, kako izpolniti načrtovalsko gradivo kot skupina. Projicirajte ga na zaslon in učenci naj zapišejo svoje odgovore na samolepilne lističe in svoje zamisli vnesejo v pravilen del načrtovalskega dokumenta.
Zelo mladi učenci lahko še začnejo razmišljati kot znanstveniki! Imajo veliko vprašanj o svetu okoli sebe in lahko jih začnete beležiti v miselni zemljevid. Včasih lahko celo začnete 'raziskovati' ta vprašanja skozi igro.
Fundacijski vir je namenjen osnovnošolcem ali študentom, ki potrebujejo več podpore. Zasnovan je tako, da sledi popolnoma enakemu postopku kot višji viri, vendar nekoliko lažji. Ključna razlika med obema viroma so podrobnosti, o katerih morajo učenci razmišljati, in uporabljen tehnični besednjak. Na primer, pomembno je, da učenci identificirajo spremenljivke, ko načrtujejo svoje preiskave. V višji različici morajo učenci ne le identificirati spremenljivk, temveč podati tudi druge pripombe, na primer, kako bodo izmerili odvisno spremenljivko ali uporabiti popolnoma naključno zasnovo. Poleg razlike v gradbenih odrih med obema nivojema virov boste morda želeli dodatno razlikovati glede na to, kako učence podpirajo učitelji in pomočniki v učilnici.
Učence bi lahko tudi spodbudili, da bi svoj poskusni načrt lažje razumeli z uporabo grafike, to pa bi lahko uporabili tudi za podporo ELL.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Učence je treba poleg ocenjevanja njihovega znanja ocenjevati tudi glede njihovih naravoslovnih raziskovalnih sposobnosti. To ne bo samo omogočilo učencem, da se osredotočijo na razvijanje svojih spretnosti, ampak jim bo tudi omogočilo uporabo informacij o ocenjevanju na način, ki jim bo pomagal izboljšati svoje znanstvene sposobnosti. Z uporabo Quick Rubric lahko ustvarite hiter in enostaven ocenjevalni okvir in ga delite s študenti, da bodo vedeli, kako uspeti na vsaki stopnji. Poleg zagotavljanja formativnega ocenjevanja, ki bo spodbujalo učenje, se to lahko uporablja tudi za ocenjevanje dela učencev na koncu preiskave in za določanje ciljev, ko bodo naslednjič poskušali načrtovati lastno preiskavo. Rubrike so napisane tako, da študentom omogočajo enostaven dostop do njih. Tako jih je mogoče deliti s študenti, ko delajo skozi proces načrtovanja, tako da študenti vedo, kako izgleda dober eksperimentalni načrt.
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
(To bo začelo 2 teden brezplačnega preizkusa - nobena kreditna kartica ni potrebna)
Če želite dodati dodatne projekte ali še naprej prilagajati delovne liste, si oglejte več strani s predlogami, ki smo jih za vas zbrali spodaj. Vsak delovni list je mogoče kopirati in prilagoditi vašim projektom ali študentom! Študente lahko tudi spodbudite, da ustvarijo svoje, če želijo poskusiti organizirati informacije na lahko razumljiv način.
Običajna orodja in tehnike eksperimentalnega načrtovanja, ki jih študentje lahko uporabljajo, vključujejo naključno dodeljevanje, kontrolne skupine, slepitev, replikacijo in statistično analizo. Študenti lahko uporabljajo tudi opazovalne študije, ankete in eksperimente z naravnimi ali kvazieksperimentalnimi načrti. Za analizo in predstavitev svojih rezultatov lahko uporabljajo tudi orodja za vizualizacijo podatkov.
Eksperimentalno načrtovanje pomaga učencem razviti sposobnosti kritičnega mišljenja, tako da jih spodbuja k sistematičnemu in logičnemu razmišljanju o znanstvenih problemih. Od študentov zahteva analizo podatkov, prepoznavanje vzorcev in sklepanje na podlagi dokazov. Študentom tudi pomaga razviti veščine reševanja problemov, tako da nudi priložnosti za načrtovanje in izvajanje poskusov za preverjanje hipotez.
Eksperimentalno zasnovo je mogoče uporabiti za reševanje problemov v resničnem svetu z identifikacijo spremenljivk, ki prispevajo k določeni težavi, in testiranjem intervencij, da bi ugotovili, ali so učinkovite pri reševanju težave. Na primer, eksperimentalno zasnovo je mogoče uporabiti za testiranje učinkovitosti novih medicinskih zdravljenj ali za ovrednotenje vpliva socialnih posegov na zmanjšanje revščine ali izboljšanje izobraževalnih rezultatov.
Pogoste pasti eksperimentalnega načrtovanja, ki bi se jim študenti morali izogibati, vključujejo nezmožnost nadzora spremenljivk, uporabo pristranskih vzorcev, zanašanje na anekdotične dokaze in neuspeh pri natančnem merjenju odvisnih spremenljivk. Študentje se morajo zavedati tudi etičnih vidikov pri izvajanju poskusov, kot je pridobivanje informiranega soglasja in varovanje zasebnosti raziskovalcev.