Deneysel tasarım biyoloji, kimya, fizik, psikoloji ve sosyal bilimler gibi konularda kullanılan önemli bir yöntemdir. Bitkiler, kimyasallar, fiziksel yasalar, insan davranışları veya toplumun işleyişi gibi farklı faktörlerin üzerinde çalıştığımız konuyu nasıl etkilediğini anlamamıza yardımcı olur. Temel olarak bu, fikirleri test edebilmemiz, ne olacağını görebilmemiz ve sonuçlarımızdan anlam çıkarabilmemiz için deneyler oluşturmanın bir yoludur. Bilimdeki büyük soruları yanıtlamak ve dünyayı daha iyi anlamak isteyen öğrenciler ve araştırmacılar için son derece önemlidir. Deneysel tasarım becerileri problem çözmeden veri analizine kadar değişen durumlarda uygulanabilir; geniş kapsamlıdırlar ve sıklıkla sınıf dışında uygulanabilirler. Bu becerilerin öğretilmesi fen eğitiminin çok önemli bir parçasıdır, ancak içeriğin öğretilmesine odaklanıldığında sıklıkla göz ardı edilir. Fen eğitimcileri olarak hepimiz pratik çalışmanın öğrenci katılımı ve anlayışı açısından faydalarını gördük. Ancak müfredata getirilen zaman kısıtlamaları nedeniyle öğrencilerin bu deneysel araştırma tasarımını ve araştırma becerilerini geliştirmeleri için gereken süre sıkışabilir. Çoğu zaman takip edecekleri bir 'reçete' bulurlar ve bu da onların pratik çalışmalarının sorumluluğunu üstlenmelerine izin vermez. Çok küçük yaşlardan itibaren etraflarındaki dünya hakkında düşünmeye başlarlar. Sorular sorarlar ve bunları yanıtlamak için gözlemleri ve kanıtları kullanırlar. Öğrencilerin sormayı sevdikleri akıllı, ilginç ve test edilebilir soruları vardır. Eğitimciler olarak bu soruları teşvik etmek ve karşılığında çevrelerindeki dünyaya dair bu doğal merakı beslemek için çalışmalıyız.
Deney tasarımını öğretmek ve öğrencilerin kendi sorularını ve hipotezlerini geliştirmelerine izin vermek zaman alır. Bu materyaller, öğretmenlerin deneysel tasarımdaki anahtar fikirleri geliştirmeye odaklanmasına imkan verecek şekilde süreci desteklemek ve yapılandırmak için oluşturulmuştur. Öğrencilerin kendi sorularını sormalarına, kendi hipotezlerini yazmalarına, kendi araştırmalarını planlayıp yürütmelerine olanak tanımak onlar için değerli bir deneyimdir. Bu, öğrencilerin çalışmalarına daha fazla sahip olmalarını sağlayacaktır. Öğrenciler kendi soruları için deneysel yöntemi uygularken, bilim adamlarının evrenin nasıl çalıştığını tarihsel olarak nasıl anladıkları üzerinde derinlemesine düşünürler.
Aşağıdaki yazıcı dostu sayfalara ve çalışma sayfası şablonlarına göz atın!
Bilimsel keşif yolculuğuna çıkmak, deneysel tasarım adımlarında uzmanlaşmakla başlar. Bu temel süreç, güvenilir ve anlaşılır sonuçlar veren deneylerin formüle edilmesi, araştırmacılara ve öğrencilere ayrıntılı planlama, deneysel araştırma tasarımı ve çalışmalarının yürütülmesi konusunda rehberlik etmek için gereklidir. Katılımcılar deneysel bir tasarım şablonundan yararlanarak bulgularının bütünlüğünü ve geçerliliğini sağlayabilirler. İster bilimsel bir deney tasarlayarak ister deneysel tasarım etkinliklerine katılarak olsun, amaç temel esasların derinlemesine anlaşılmasını teşvik etmektir: Deneyler nasıl tasarlanmalıdır? 7 deneysel tasarım adımı nedir? Kendi deneyini nasıl tasarlayabilirsin?
Bu, yedi temel deneysel yöntem adımının, deneysel tasarım fikirlerinin ve deney tasarımını entegre etmenin yollarının araştırılmasıdır. Öğrenci projeleri ek çalışma sayfalarından büyük ölçüde yararlanabilir ve ayrıca deneysel tasarımı etkili bir şekilde öğretmeyi amaçlayan çalışma sayfaları gibi kaynaklar da sağlayacağız. Öğrencileri bilimsel meraklarını keşfedebilecekleri araçlarla donatarak, bir deney tasarlama sürecini destekleyen temel aşamalara dalalım.
Bu, bilimsel yöntemin ve deneysel tasarım sürecinin önemli bir parçasıdır. Öğrenciler soru bulmaktan keyif alıyorlar. Soruları formüle etmek, öğrencilere çalışmaları üzerinde sahiplik kazandırabilecek derin ve anlamlı bir etkinliktir. Öğrencilerin araştırma sorularını nasıl görselleştireceklerini düşünmelerini sağlamanın harika bir yolu, zihin haritası storyboard kullanmaktır.
Öğrencilerden evrenle ilgili cevaplamak istedikleri soruları düşünmelerini isteyin veya belirli bir konuyla ilgili soruları hakkında düşünmelerini sağlayın. Tüm sorular iyi sorulardır ancak bazılarının test edilmesi diğerlerinden daha kolaydır.
Bir hipotez, bilinçli bir tahmin olarak bilinir. Bir hipotez bilimsel olarak test edilebilecek bir ifade olmalıdır. Deneyin sonunda, sonucun hipotezi destekleyip desteklemediğini görmek için geriye bakın.
İyi hipotezler oluşturmak öğrencilerin kavraması zor olabilir. Hipotezin bir araştırma sorusu olmadığını, test edilebilir bir ifade olduğunu hatırlamak önemlidir. Bir hipotez oluşturmanın bir yolu, onu "eğer... o zaman..." ifadesi şeklinde oluşturmaktır. Bu kesinlikle bir hipotez oluşturmanın tek veya en iyi yolu değildir, ancak öğrencilerin ilk başlarken kullanabilecekleri çok kolay bir formül olabilir.
"Eğer... o halde..." ifadesi, öğrencilerin önce değişkenleri tanımlamasını gerektirir ve bu, görsel düzenleyicinin aşamalarını tamamlama sırasını değiştirebilir. Bağımlı ve bağımsız değişkenleri belirledikten sonra hipotez, eğer [bağımsız değişkendeki değişiklik], ardından [bağımlı değişkendeki değişiklik] formunu alır.
Örneğin, bir deneyde kafeinin reaksiyon süresi üzerindeki etkisi araştırılıyorsa, bağımsız değişken kafein miktarı, bağımlı değişken ise reaksiyon süresi olacaktır. “Eğer öyleyse” hipotezi şu şekilde olabilir: Alınan kafein miktarını artırırsanız reaksiyon süresi kısalacaktır.
Sizi bu hipoteze yönlendiren ne oldu? Hipotezinizin arkasındaki bilimsel arka plan nedir? Öğrenciler, yaşlarına ve yeteneklerine bağlı olarak, hipotezlerini neden seçtiklerini açıklamak için ön bilgilerini kullanırlar veya alternatif olarak kitap veya internet kullanarak araştırma yaparlar. Bu aynı zamanda öğrencilerle güvenilir bir kaynağın ne olduğunu tartışmak için de iyi bir zaman olabilir.
Örneğin, öğrenciler neden kafein alımının reaksiyon süresini kısaltacağını varsaydıklarını açıklamak için kafeinin uyanıklık etkilerini gösteren önceki çalışmalara başvurabilirler.
Tahmin, hipotezden biraz farklıdır. Bir hipotez test edilebilir bir ifadedir, oysa tahmin deneye daha spesifiktir. DNA'nın yapısının keşfedilmesinde hipotez, DNA'nın sarmal bir yapıya sahip olduğunu öne sürdü. Tahmin, DNA'nın X-ışını kırınım modelinin X şeklinde olacağı yönündeydi.
Öğrenciler hipotezlerine dayanarak spesifik, ölçülebilir bir sonuç olan bir tahmin formüle etmelidir. Öğrenciler sadece "kafein reaksiyon süresini kısaltacaktır" demek yerine, "2 kutu soda (90 mg kafein) içmenin, kafeinsiz içmeye kıyasla ortalama reaksiyon süresini 50 milisaniye azaltacağını" tahmin edebilirler.
Aşağıda öğrencilerinizin deneysel tasarımdaki değişkenler hakkında konuşmasını sağlamak için kullanılabilecek bir Tartışma Hikaye Panosu örneği verilmiştir.
Öğrencilerinizle tartışmanız gereken üç değişken türü bağımlı, bağımsız ve kontrollü değişkenlerdir. Bunu basit tutmak için bunlara "neyi ölçeceksiniz", "neyi değiştireceksiniz" ve "neyi aynı tutacaksınız" olarak bakın. Daha ileri seviyedeki öğrencilerle, onları doğru kelimeleri kullanmaya teşvik etmelisiniz.
Bağımlı değişkenler bilim adamı tarafından ölçülen veya gözlemlenen şeylerdir. Tekrarlanan ölçümler verilerinizi daha güvenilir hale getirdiği için bu ölçümler sıklıkla tekrarlanacaktır.
Bağımsız değişkenler, bilim adamlarının bağımlı değişken üzerindeki etkisini görmek için değiştirmeye karar verdikleri değişkenlerdir. Yalnızca bir tanesi seçilmiştir çünkü gözlemlediğiniz herhangi bir değişikliğe hangi değişkenin neden olduğunu anlamak zor olacaktır.
Kontrollü değişkenler, bilim adamlarının deney boyunca aynı kalmasını istedikleri miktarlar veya faktörlerdir. Bağımlı değişkeni etkilememek için sabit kalacak şekilde kontrol edilirler. Bunları kontrol etmek, bilim adamlarının bağımsız değişkenin deney grubu içindeki bağımlı değişkeni nasıl etkilediğini görmesine olanak tanır.
Aşağıdaki örneği derslerinizde kullanın veya yanıtları silin ve bunu Storyboard That öğrencilerin tamamlayacağı bir etkinlik olarak ayarlayın.
| Sıcaklık suda çözünebilen şeker miktarını nasıl etkiler? | |
|---|---|
| Bağımsız değişken | Su sıcaklığı
(10°C, 20°C, 30°C, 40°C ve 50°C'de 5 farklı numune aralığı) |
| Bağımlı değişken | Suda çözülebilen şeker miktarı çay kaşığı cinsinden ölçülür. |
| Kontrollü Değişkenler |
|
Sonuçta bunun sorumlu bir yetişkin tarafından imzalanması gerekir, ancak öğrencilerin kendilerini nasıl güvende tutacakları konusunda düşünmelerini sağlamak önemlidir. Bu bölümde öğrenciler potansiyel riskleri tanımlamalı ve ardından riski nasıl en aza indireceklerini açıklamalıdır. Öğrencilerin bu becerileri geliştirmelerine yardımcı olacak bir aktivite, onların farklı durumlardaki riskleri tanımlamalarını ve yönetmelerini sağlamaktır. Aşağıdaki storyboard'u kullanarak, öğrencilerin T şemasının ikinci sütununu "Risk nedir?" diyerek tamamlamalarını ve ardından bu riski nasıl yönetebileceklerini açıklamalarını sağlayın. Bu storyboard aynı zamanda bir sınıf tartışması için de yansıtılabilir.
Bu bölümde öğrenciler, risk değerlendirmesi bölümünde ihtiyaç duyduklarını vurguladıkları güvenlik ekipmanları da dahil olmak üzere deneyler için ihtiyaç duydukları malzemeleri listeleyeceklerdir. Bu, öğrencilerle işe uygun araçları seçme konusunda konuşmak için harika bir zamandır. Bir saçın genişliğini ölçmek için futbol sahasının genişliğini ölçmekten farklı bir alet kullanacaksınız!
Tekrarlanabilirlik hakkında öğrencilerle konuşmak önemlidir. Deneysel yöntemlerinin başka bir bilim insanı tarafından kolaylıkla yeniden üretilebilmesini sağlayacak bir prosedür yazmalılar. Öğrenciler için bunu yapmanın en kolay ve en kısa yolu, numaralandırılmış bir talimat listesi hazırlamaktır. Buradaki yararlı bir aktivite, öğrencilere bir fincan çayın veya sandviçin nasıl yapılacağını açıklamalarını sağlamak olabilir. Kaçırdıkları adımları işaret ederek süreci canlandırın.
İngilizce Öğrenenler ve yazılı İngilizce konusunda zorluk yaşayan öğrenciler için, öğrenciler deneylerindeki adımları Storyboard That kullanarak görsel olarak anlatabilirler.
Her deneyin bir diyagrama ihtiyacı yoktur ancak bazı planlar bir diyagramın eklenmesiyle büyük ölçüde geliştirilecektir. Öğrencilerin deney grubunu gösteren açık ve anlaşılması kolay diyagramlar üretmeye odaklanmasını sağlayın.
Örneğin, güneş ışığının bitki büyümesi üzerindeki etkisini tamamen rastgele tasarım kullanarak test etmeye yönelik bir prosedür aşağıdakileri detaylandırabilir:
Prosedürleri onaylandıktan sonra öğrenciler, yazılı talimatları takip ederek planladıkları deneyi dikkatli bir şekilde gerçekleştirmelidir. Veriler toplandıkça öğrenciler ham sonuçları tablolar, grafikler, fotoğraflar veya çizimler halinde düzenlemelidir. Bu, eğilimleri analiz etmek için net belgeler oluşturur.
Veri toplamaya yönelik en iyi uygulamalardan bazıları şunlardır:
Örneğin bitki büyüme deneyinde öğrenciler şunları kaydedebilir:
| Grup | Güneş ışığı | Güneş ışığı | Güneş ışığı | Gölge | Gölge |
|---|---|---|---|---|---|
| Bitki Kimliği | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Başlangıç Yüksekliği | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Uç Yüksekliği | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Ayrıca yaprak rengi değişimi veya yönsel bükülme gibi gözlemleri görsel veya yazılı olarak açıklayacaklardı.
Öğrencilerin güvenli bilimsel prosedürleri uygulamaları çok önemlidir. Deney için uygun risk değerlendirmesinin yanı sıra yetişkin gözetimi de gereklidir.
İyi belgelenmiş veri toplama, deney tamamlandıktan sonra hipotezlerin ve tahminlerin desteklenip desteklenmediğini belirlemek için daha derin analizlere olanak tanır.
Görsel düzenleyicileri kullanmak, öğrencilerinizin sınıfta bilim insanı olarak çalışmasını sağlamanın etkili bir yoludur.
Öğrencilerin bilim insanı olarak çalışırken çalışmalarını desteklemek ve yapılandırmak için bu araştırma planlama araçlarını kullanmanın birçok yolu vardır. Öğrenciler, metin kutularını ve diyagramları kullanarak Storyboard That planlama aşamasını tamamlayabilir veya bunları yazdırabilir ve öğrencilerin bunları elle tamamlamasını sağlayabilirsiniz. Bunları kullanmanın bir başka harika yolu da planlama sayfasını interaktif bir beyaz tahtaya yansıtmak ve planlama materyallerinin grup olarak nasıl tamamlanacağı üzerinde çalışmaktır. Bunu bir ekrana yansıtın ve öğrencilerin cevaplarını yapışkan notlara yazmalarını ve fikirlerini planlama belgesinin doğru bölümüne koymalarını sağlayın.
Çok genç öğrenciler hâlâ bilim insanı gibi düşünmeye başlayabilir! Çevrelerindeki dünyayla ilgili bir sürü soruları var ve bunları bir zihin haritasına not etmeye başlayabilirsiniz. Bazen bu soruları oyun yoluyla 'araştırmaya' bile başlayabilirsiniz.
Vakıf kaynağı ilkokul öğrencileri veya daha fazla desteğe ihtiyaç duyan öğrenciler için tasarlanmıştır. Daha yüksek kaynaklarla tam olarak aynı süreci takip edecek şekilde tasarlanmıştır ancak biraz daha kolaylaştırılmıştır. İki kaynak arasındaki temel fark, öğrencilerin düşünmesi gereken ayrıntılar ve kullanılan teknik sözcüklerdir. Örneğin öğrencilerin araştırmalarını tasarlarken değişkenleri tanımlamaları önemlidir. Daha yüksek versiyonda, öğrenciler yalnızca değişkenleri tanımlamakla kalmaz, aynı zamanda bağımlı değişkeni nasıl ölçecekleri veya tamamen rastgeleleştirilmiş tasarım kullanacakları gibi başka yorumlar da yapmak zorundadır. İki kaynak düzeyi arasındaki yapı farkının yanı sıra, öğrencilerin odadaki öğretmenler ve asistanlar tarafından nasıl desteklendiğine göre daha da farklılaşmak isteyebilirsiniz.
Öğrenciler ayrıca grafikler kullanarak deney planlarını daha anlaşılır hale getirmeye teşvik edilebilir ve bu da ELL'leri desteklemek için kullanılabilir.
Öğrencilerin bilgilerinin değerlendirilmesinin yanı sıra bilimsel araştırma becerileri açısından da değerlendirilmeleri gerekir. Bu sadece öğrencilerin becerilerini geliştirmeye odaklanmalarını sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda değerlendirme bilgilerini bilimsel becerilerini geliştirmelerine yardımcı olacak şekilde kullanmalarına da olanak tanıyacaktır. Quick Rubric kullanarak hızlı ve kolay bir değerlendirme çerçevesi oluşturabilir ve bunu öğrencilerle paylaşarak her aşamada nasıl başarılı olacaklarını bilmelerini sağlayabilirsiniz. Öğrenmeyi yönlendirecek biçimlendirici değerlendirme sağlamanın yanı sıra, bu aynı zamanda bir araştırmanın sonunda öğrenci çalışmasını değerlendirmek ve kendi araştırmalarını planlamak için bir sonraki girişimde hedefler belirlemek için de kullanılabilir. Rubrikler öğrencilerin kolayca erişebileceği şekilde yazılmıştır. Bu şekilde, planlama sürecinde çalışırken öğrencilerle paylaşılabilirler, böylece öğrenciler iyi bir deneysel tasarımın neye benzediğini bilirler.
Ek projeler eklemek veya çalışma sayfalarını özelleştirmeye devam etmek istiyorsanız aşağıda sizin için derlediğimiz birkaç şablon sayfasına göz atın. Her çalışma sayfası kopyalanabilir ve projelerinize veya öğrencilerinize göre uyarlanabilir! Bilgileri anlaşılması kolay bir şekilde düzenlemeyi denemek isterlerse, öğrenciler de kendilerininkini oluşturmaya teşvik edilebilir.
Öğrencilerin kullanabileceği yaygın deneysel tasarım araçları ve teknikleri arasında rasgele atama, kontrol grupları, körleme, çoğaltma ve istatistiksel analiz yer alır. Öğrenciler ayrıca doğal veya yarı deneysel tasarımlarla gözlemsel çalışmaları, anketleri ve deneyleri kullanabilirler. Sonuçlarını analiz etmek ve sunmak için veri görselleştirme araçlarını da kullanabilirler.
Deneysel tasarım, öğrencilerin bilimsel problemler hakkında sistematik ve mantıklı düşünmeye teşvik ederek eleştirel düşünme becerilerini geliştirmelerine yardımcı olur. Öğrencilerin verileri analiz etmesini, kalıpları belirlemesini ve kanıtlara dayalı sonuçlar çıkarmasını gerektirir. Ayrıca hipotezleri test etmek için deneyler tasarlama ve yürütme fırsatları sunarak öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirmelerine yardımcı olur.
Deneysel tasarım, belirli bir soruna katkıda bulunan değişkenleri tanımlayarak ve müdahaleleri sorunu ele almada etkili olup olmadıklarını görmek için test ederek gerçek dünyadaki sorunları ele almak için kullanılabilir. Örneğin, deneysel tasarım, yeni tıbbi tedavilerin etkinliğini test etmek veya sosyal müdahalelerin yoksulluğu azaltma veya eğitim sonuçlarını iyileştirme üzerindeki etkisini değerlendirmek için kullanılabilir.
Öğrencilerin kaçınması gereken yaygın deneysel tasarım tuzakları, değişkenleri kontrol edememek, taraflı örnekler kullanmak, anekdot niteliğindeki kanıtlara güvenmek ve bağımlı değişkenleri doğru bir şekilde ölçememektir. Öğrenciler ayrıca, deneyleri yürütürken, bilgilendirilmiş onam alma ve araştırma deneklerinin mahremiyetini koruma gibi etik hususların farkında olmalıdır.