Conception Expérimentale

Design expérimental pour les étudiants

Jetez un coup d’œil aux pages imprimables et aux modèles de feuilles de travail ci-dessous!

1. question

C'est un élément clé de la méthode scientifique et du processus de conception expérimentale. Les étudiants aiment poser des questions. Formuler des questions est une activité profonde et significative qui permet aux étudiants de s'approprier leur travail. Un excellent moyen d'inciter les élèves à visualiser leurs questions consiste à utiliser un scénarimage.

Demandez aux élèves de penser aux questions auxquelles ils souhaitent répondre au sujet de l'univers ou demandez-leur de réfléchir aux questions qu'ils ont sur un sujet particulier. Toutes les questions sont de bonnes questions, mais certaines sont plus faciles à tester que d’autres.

2. l'hypothèse

Une hypothèse est connue comme une supposition éclairée. Une hypothèse doit être une affirmation pouvant être testée scientifiquement. À la fin de l'expérience, regardez en arrière pour voir si la conclusion corrobore l'hypothèse ou non. Formuler de bonnes hypothèses peut être difficile à comprendre pour les étudiants. Il est important de rappeler que l' hypothèse n'est pas une question, mais une affirmation testable .

Une façon de formuler une hypothèse consiste à la formuler sous la forme d’une déclaration «si… alors…». Ce n'est certainement pas le seul ni le meilleur moyen de formuler une hypothèse, mais peut être une formule très facile à utiliser pour les étudiants lorsqu'ils débutent. Une déclaration «si ... alors ...» exige que les étudiants identifient d’abord les variables, ce qui peut modifier l’ordre dans lequel ils terminent les étapes de l’organisateur visuel.

Après avoir identifié les variables, l'hypothèse prend alors la forme si [changement de variable indépendante], puis [changement de variable dépendante]. Par exemple, si une expérience cherchait l'effet de la caféine sur le temps de réaction, la variable indépendante serait la quantité de caféine et la variable dépendante le temps de réaction. L’hypothèse «si, alors» pourrait être: si vous augmentez la quantité de caféine consommée, le temps de réaction diminuera.

3. Explication de l'hypothèse

Qu'est-ce qui vous a amené à cette hypothèse? Quel est le fond scientifique derrière votre hypothèse? En fonction de leur âge et de leurs capacités, les élèves utilisent leurs connaissances antérieures pour expliquer pourquoi ils ont choisi leurs hypothèses ou, alternativement, pour effectuer une recherche à l'aide de livres ou d'Internet. Cela pourrait également être un bon moment pour discuter avec les étudiants de ce qu’est une source fiable.

4. Prédiction

La prédiction est légèrement différente de l'hypothèse. Une hypothèse est une déclaration testable, alors que la prédiction est plus spécifique à l'expérience. Dans la découverte de la structure de l'ADN, l'hypothèse a proposé que l'ADN ait une structure hélicoïdale. La prédiction était que le schéma de diffraction des rayons X de l'ADN serait une forme en X.

5. Identification des variables

Vous trouverez ci-dessous un exemple de Storyboard de discussion pouvant être utilisé pour amener vos étudiants à parler de variables dans le design expérimental.

6. Évaluation des risques

En fin de compte, cela doit être approuvé par un adulte responsable, mais il est important d'inciter les étudiants à réfléchir à la manière dont ils vont se protéger. Dans cette partie, les étudiants doivent identifier les risques potentiels, puis expliquer comment ils vont les minimiser. Une activité pour aider les élèves à développer ces compétences consiste à les amener à identifier et à gérer les risques dans différentes situations. À l’aide du scénario ci-dessous, demandez aux élèves de compléter la deuxième colonne du diagramme en T en disant «Quel est le risque?», Puis d’expliquer comment ils pourraient gérer ce risque. Ce storyboard pourrait également être projeté pour une discussion en classe.

7. Matériaux

Dans cette section, les élèves répertorieront le matériel dont ils ont besoin pour les expériences, y compris tout équipement de sécurité dont ils ont souligné la nécessité dans la section d'évaluation des risques. C’est le moment idéal pour discuter avec les étudiants de la sélection d’outils adaptés à leur travail. Vous allez utiliser un outil différent pour mesurer la largeur d'un cheveu que pour mesurer la largeur d'un terrain de football!

8. Plan général et diagramme

Il est important de parler aux étudiants de la reproductibilité. Ils devraient écrire une procédure qui permettrait à un autre scientifique de reproduire facilement leur méthode expérimentale. Pour ce faire, le moyen le plus simple et le plus concis pour les étudiants consiste à dresser une liste d'instructions numérotée. Une activité utile pourrait être d’amener les élèves à expliquer comment préparer une tasse de thé ou un sandwich. Interprétez le processus en indiquant les étapes manquées.

Pour les apprenants d'anglais et les étudiants qui ont des difficultés avec l'anglais écrit, les étudiants peuvent décrire visuellement les étapes de leur expérience à l'aide de Storyboard That.

Toutes les expériences n’auront pas besoin d’un diagramme, mais certains plans seront grandement améliorés. Demandez aux élèves de produire des diagrammes clairs et faciles à comprendre.

9. Effectuer l'expérience

Les étudiants suivent ensuite leur plan et réalisent l'expérience. Il est important que les élèves recueillent leurs résultats de manière significative et facile à comprendre. Les données sont souvent enregistrées dans un tableau, mais peuvent également être réalisées à l'aide de photographies, de dessins d'observations ou d'une combinaison des deux. Il peut être utile de demander aux élèves de noter les difficultés et problèmes qu’ils ont rencontrés lors de la réalisation de l’expérience. Cela pourrait aider plus tard à évaluer leur méthode expérimentale.

Il est important de mentionner que toutes les expériences conçues par les étudiants doivent être soigneusement évaluées par l'adulte responsable avant de laisser les étudiants effectuer leurs travaux pratiques.

Après avoir terminé la procédure de l’expérience, les élèves analysent les données, tirent des conclusions puis partagent leurs résultats. Selon le niveau de l'étudiant, il peut s'agir d'un rapport de laboratoire formel, de graphiques, d'une discussion en classe ou d'une autre méthode.

Exemples complétés

Utiliser des organisateurs visuels est un moyen efficace de faire travailler vos étudiants en tant que scientifiques dans la classe.

Il existe de nombreuses façons d’utiliser ces outils de planification d’investigation pour échafauder et structurer le travail des étudiants pendant qu’ils travaillent comme scientifiques. Les élèves peuvent terminer la phase de planification sur le Storyboard That utilisant les zones de texte et les diagrammes, ou les imprimer et les demander aux élèves de les compléter à la main. Une autre façon de les utiliser est de projeter la feuille de planification sur un tableau blanc interactif et de déterminer comment compléter les documents de planification en groupe. Projetez-le sur un écran et demandez aux élèves de noter leurs réponses sur des notes autocollantes et de mettre leurs idées dans la bonne section du document de planification.

Les très jeunes apprenants peuvent toujours commencer à penser en tant que scientifiques! Ils ont beaucoup de questions sur le monde qui les entoure et vous pouvez commencer à les noter dans une carte mentale. Parfois, vous pouvez même commencer à «enquêter» sur ces questions par le jeu.

La ressource de base est destinée aux élèves du primaire ou à ceux qui ont besoin de plus d’aide. Il est conçu pour suivre exactement le même processus que les ressources plus importantes, mais légèrement facilité. La principale différence entre les deux ressources réside dans les détails auxquels les étudiants doivent réfléchir et dans le vocabulaire technique utilisé. Par exemple, il est important que les étudiants identifient des variables lors de la conception de leurs enquêtes. Dans la version supérieure, les étudiants doivent non seulement identifier les variables, mais aussi formuler d'autres commentaires, tels que la façon dont ils vont mesurer la variable dépendante. Outre la différence d'échafaudage entre les deux niveaux de ressources, vous voudrez peut-être différencier davantage par la manière dont les apprenants sont pris en charge par les enseignants et les assistants présents dans la salle.

Les étudiants pourraient également être encouragés à rendre leur plan expérimental plus facile à comprendre en utilisant des graphiques, ce qui pourrait également être utilisé pour soutenir les ELL.

Les élèves doivent être évalués sur leurs compétences en recherche scientifique parallèlement à l'évaluation de leurs connaissances. Cela permettra non seulement aux étudiants de se concentrer sur le développement de leurs compétences, mais leur permettra également d'utiliser les informations de leur évaluation de manière à les aider à améliorer leurs compétences en sciences. À l'aide de Quick Rubric , vous pouvez créer un cadre d'évaluation rapide et facile et le partager avec les étudiants afin qu'ils sachent réussir à chaque étape. En plus de fournir une évaluation formative qui stimulera l'apprentissage, elle peut également être utilisée pour évaluer le travail des étudiants à la fin d'une enquête et pour fixer des objectifs pour la prochaine tentative de planification de leur propre enquête. Les rubriques ont été rédigées de manière à permettre aux étudiants d’y accéder facilement. De cette façon, ils peuvent être partagés avec les étudiants pendant le processus de planification afin que les étudiants sachent à quoi ressemble un bon plan expérimental.

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Si vous souhaitez ajouter des projets supplémentaires ou continuer à personnaliser les feuilles de calcul, consultez les pages de modèle que nous avons compilées pour vous ci-dessous. Chaque fiche de travail peut être copiée et adaptée à vos projets ou à vos étudiants! Les étudiants peuvent également être encouragés à créer les leurs s'ils souhaitent organiser l'information de manière simple à comprendre.

• Feuilles de travail de laboratoire
• Fiches de discussion
• Fiches de travail

Foire aux questions sur la conception expérimentale pour les étudiants

Quels sont les outils et techniques de conception expérimentale courants que les élèves peuvent utiliser ?

Les outils et techniques de conception expérimentale courants que les étudiants peuvent utiliser comprennent l'assignation aléatoire, les groupes de contrôle, la mise en aveugle, la réplication et l'analyse statistique. Les élèves peuvent également utiliser des études d'observation, des enquêtes et des expériences avec des plans naturels ou quasi expérimentaux. Ils peuvent également utiliser des outils de visualisation de données pour analyser et présenter leurs résultats.

Comment la conception expérimentale peut-elle aider les élèves à développer des compétences de pensée critique ?

La conception expérimentale aide les élèves à développer des compétences de pensée critique en les encourageant à réfléchir systématiquement et logiquement aux problèmes scientifiques. Cela demande aux élèves d'analyser des données, d'identifier des modèles et de tirer des conclusions fondées sur des preuves. Il aide également les élèves à développer des compétences en résolution de problèmes en leur offrant la possibilité de concevoir et de mener des expériences pour tester des hypothèses.

Comment la conception expérimentale peut-elle être utilisée pour résoudre des problèmes du monde réel ?

La conception expérimentale peut être utilisée pour résoudre les problèmes du monde réel en identifiant les variables qui contribuent à un problème particulier et en testant les interventions pour voir si elles sont efficaces pour résoudre le problème. Par exemple, la conception expérimentale peut être utilisée pour tester l'efficacité de nouveaux traitements médicaux ou pour évaluer l'impact des interventions sociales sur la réduction de la pauvreté ou l'amélioration des résultats scolaires.

Quels sont les pièges courants de la conception expérimentale que les étudiants devraient éviter ?

Les pièges courants de la conception expérimentale que les étudiants doivent éviter incluent le fait de ne pas contrôler les variables, d'utiliser des échantillons biaisés, de s'appuyer sur des preuves anecdotiques et de ne pas mesurer avec précision les variables dépendantes. Les étudiants doivent également être conscients des considérations éthiques lors de la réalisation d'expériences, telles que l'obtention d'un consentement éclairé et la protection de la vie privée des sujets de recherche.