Експерименталният дизайн е ключов метод, използван в предмети като биология, химия, физика, психология и социални науки. Помага ни да разберем как различните фактори влияят върху това, което изучаваме, независимо дали са растения, химикали, физически закони, човешко поведение или как функционира обществото. По принцип това е начин да настроим експерименти, за да можем да тестваме идеи, да видим какво се случва и да осмислим нашите резултати. Това е изключително важно за студенти и изследователи, които искат да отговорят на големи въпроси в науката и да разберат по-добре света. Уменията за експериментален дизайн могат да се прилагат в ситуации, вариращи от решаване на проблеми до анализ на данни; те са широкообхватни и често могат да се прилагат извън класната стая. Преподаването на тези умения е много важна част от научното образование, но често се пренебрегва, когато се фокусира върху преподаването на съдържанието. Като преподаватели по природни науки всички сме виждали ползите от практическата работа за ангажираността и разбирането на учениците. Въпреки това, с ограниченията във времето, наложени на учебната програма, времето, необходимо на студентите да развият този дизайн на експериментални изследвания и умения за разследване, може да бъде изцедено. Твърде често те получават „рецепта“, която да следват, което не им позволява да поемат собственост върху практическата си работа. От много ранна възраст те започват да мислят за света около тях. Те задават въпроси, след което използват наблюдения и доказателства, за да им отговорят. Студентите са склонни да имат интелигентни, интересни и тествани въпроси, които обичат да задават. Като преподаватели, ние трябва да работим за насърчаване на тези въпроси и на свой ред да подхранваме това естествено любопитство в света около тях.
Преподаването на проектирането на експерименти и оставянето на учениците да разработват свои собствени въпроси и хипотези отнема време. Тези материали са създадени, за да оформят и структурират процеса, за да позволят на учителите да се съсредоточат върху подобряването на ключовите идеи в експерименталния дизайн. Позволяването на учениците да задават свои собствени въпроси, да пишат свои собствени хипотези и да планират и провеждат свои собствени разследвания е ценен опит за тях. Това ще доведе до по-голяма собственост на учениците върху тяхната работа. Когато учениците прилагат експерименталния метод за собствените си въпроси, те разсъждават върху това как учените исторически са стигнали до разбирането как работи Вселената.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Разгледайте удобните за печат страници и шаблони за работни листове по-долу!
Тръгването по пътя на научните открития започва с усвояването на стъпките на експерименталния дизайн. Този основополагащ процес е от съществено значение за формулирането на експерименти, които дават надеждни и проницателни резултати, насочвайки както изследователи, така и студенти чрез подробно планиране, дизайн на експериментални изследвания и изпълнение на техните изследвания. Чрез използване на шаблон за експериментален дизайн, участниците могат да осигурят целостта и валидността на своите открития. Независимо дали става въпрос за проектиране на научен експеримент или за участие в експериментални дизайнерски дейности, целта е да се насърчи задълбочено разбиране на основите: Как трябва да се проектират експериментите? Какви са 7-те стъпки на експериментален дизайн? Как можете да проектирате свой собствен експеримент?
Това е изследване на седемте ключови стъпки на експерименталния метод, идеи за експериментален дизайн и начини за интегриране на дизайна на експериментите. Студентските проекти могат да се възползват значително от допълнителните работни листове и ние също ще предоставим ресурси като работни листове, насочени към ефективно преподаване на експериментален дизайн. Нека се потопим в основните етапи, които стоят в основата на процеса на проектиране на експеримент, снабдявайки обучаемите с инструментите, за да изследват научното си любопитство.
Това е ключова част от научния метод и процеса на експериментално проектиране. Учениците се радват да задават въпроси. Формулирането на въпроси е дълбока и смислена дейност, която може да даде на учениците собственост върху тяхната работа. Чудесен начин да накарате учениците да помислят как да визуализират своя изследователски въпрос е използването на разкадровка с мисловна карта.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Помолете учениците да помислят за въпроси, на които искат да отговорят относно Вселената, или ги накарайте да помислят за въпроси, които имат по конкретна тема. Всички въпроси са добри, но някои са по-лесни за тестване от други.
Една хипотеза е известна като обосновано предположение. Хипотезата трябва да бъде твърдение, което може да бъде научно тествано. В края на експеримента погледнете назад, за да видите дали заключението подкрепя хипотезата или не.
Формирането на добри хипотези може да бъде предизвикателство за разбиране от учениците. Важно е да запомните, че хипотезата не е изследователски въпрос, тя е изявление, което може да се провери . Един от начините за формиране на хипотеза е да се формира като изявление „ако... тогава...“. Това със сигурност не е единственият или най-добрият начин за формиране на хипотеза, но може да бъде много лесна формула, която учениците да използват, когато започват.
Изявлението „ако... тогава...“ изисква учениците първо да идентифицират променливите и това може да промени реда, в който завършват етапите на визуалния организатор. След идентифициране на зависимите и независимите променливи, хипотезата след това приема формата ако [промяна в независима променлива], тогава [промяна в зависима променлива].
Например, ако един експеримент търси ефекта на кофеина върху времето за реакция, независимата променлива ще бъде количеството кофеин, а зависимата променлива ще бъде времето за реакция. Хипотезата „ако, тогава“ може да бъде: Ако увеличите количеството приет кофеин, тогава времето за реакция ще намалее.
Какво Ви доведе до тази хипотеза? Каква е научната основа зад вашата хипотеза? В зависимост от възрастта и способностите, учениците използват предишните си познания, за да обяснят защо са избрали своите хипотези, или алтернативно, изследват с помощта на книги или интернет. Това също може да е добър момент да обсъдите с учениците какво е надежден източник.
Например, студентите могат да се позовават на предишни проучвания, показващи ефектите на кофеина върху бдителността, за да обяснят защо предполагат, че приемът на кофеин ще намали времето за реакция.
Прогнозата е малко по-различна от хипотезата. Хипотезата е изявление, което може да се провери, докато прогнозата е по-специфична за експеримента. При откриването на структурата на ДНК, хипотезата предполага, че ДНК има спирална структура. Прогнозата беше, че рентгеновата дифракционна картина на ДНК ще бъде с X форма.
Студентите трябва да формулират прогноза, която е конкретен, измерим резултат въз основа на тяхната хипотеза. Вместо просто да заявят, че „кофеинът ще намали времето за реакция“, учениците биха могли да предскажат, че „изпиването на 2 кутии сода (90 mg кофеин) ще намали средното време за реакция с 50 милисекунди в сравнение с консумацията без кофеин“.
По-долу е даден пример за сценарий за дискусии, който може да се използва, за да накарате вашите ученици да говорят за променливи в експерименталния дизайн.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Трите вида променливи, които ще трябва да обсъдите с вашите ученици, са зависими, независими и контролирани променливи. За да запазите това просто, наричайте ги „какво ще измервате“, „какво ще промените“ и „какво ще запазите същото“. С по-напреднали ученици трябва да ги насърчавате да използват правилния речник.
Зависимите променливи са това, което се измерва или наблюдава от учения. Тези измервания често ще се повтарят, защото повтарящите се измервания правят вашите данни по-надеждни.
Независимите променливи са променливи, които учените решават да променят, за да видят какъв ефект има върху зависимата променлива. Избира се само един, защото би било трудно да се разбере коя променлива причинява промяната, която наблюдавате.
Контролираните променливи са количества или фактори, които учените искат да останат същите по време на експеримента. Те се контролират да останат постоянни, така че да не влияят на зависимата променлива. Контролирането им позволява на учените да видят как независимата променлива влияе върху зависимата променлива в рамките на експерименталната група.
Използвайте този пример по-долу в уроците си или изтрийте отговорите и го задайте като дейност, която учениците да изпълняват в Storyboard That.
| Как температурата влияе върху количеството захар, което може да се разтвори във вода | |
|---|---|
| Независима променлива | Температура на водата
(Обхват 5 различни проби при 10°C, 20°C, 30°C, 40°C и 50°C) |
| Зависима променлива | Количеството захар, което може да се разтвори във водата, измерено в чаени лъжички. |
| Контролирани променливи |
|
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
В крайна сметка това трябва да бъде подписано от отговорен възрастен, но е важно да накарате учениците да помислят как ще се предпазят. В тази част студентите трябва да идентифицират потенциалните рискове и след това да обяснят как ще минимизират риска. Дейност, която помага на учениците да развият тези умения, е да ги накара да идентифицират и управляват рисковете в различни ситуации. Използвайки сценария по-долу, накарайте учениците да попълнят втората колона на Т-диаграмата, като кажат: „Какво е риск?“, след което обяснете как могат да управляват този риск. Този сценарий може също да бъде проектиран за дискусия в клас.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
В този раздел учениците ще изброят материалите, от които се нуждаят за експериментите, включително всяко оборудване за безопасност, което са посочили като необходимо в раздела за оценка на риска. Това е чудесен момент да говорите с учениците относно избора на инструменти, които са подходящи за работата. Ще използвате различен инструмент за измерване на ширината на косъм, отколкото за измерване на ширината на футболно игрище!
Важно е да се говори с учениците за възпроизводимостта. Те трябва да напишат процедура, която да позволи техният експериментален метод да бъде лесно възпроизведен от друг учен. Най-лесният и кратък начин учениците да направят това е като направят номериран списък с инструкции. Полезна дейност тук може да бъде да накарате учениците да обяснят как се прави чаша чай или сандвич. Разиграйте процеса, като посочите всички стъпки, които са пропуснали.
За изучаващите английски език и студентите, които се затрудняват с писмен английски, учениците могат да опишат стъпките в своя експеримент визуално с помощта на Storyboard That.
Не всеки експеримент ще се нуждае от диаграма, но някои планове ще бъдат значително подобрени чрез включването на такава. Накарайте учениците да се съсредоточат върху създаването на ясни и лесни за разбиране диаграми, които илюстрират експерименталната група.
Например, процедура за тестване на ефекта на слънчевата светлина върху растежа на растенията, използваща напълно рандомизиран дизайн, може да описва подробно:
След като тяхната процедура бъде одобрена, учениците трябва внимателно да изпълнят планирания си експеримент, следвайки своите писмени инструкции. Докато данните се събират, учениците трябва да организират необработените резултати в таблици, графики, снимки или чертежи. Това създава ясна документация за анализ на тенденциите.
Някои най-добри практики за събиране на данни включват:
Например, в експеримента за растеж на растенията, учениците могат да запишат:
| Група | Слънчева светлина | Слънчева светлина | Слънчева светлина | Сянка | Сянка |
|---|---|---|---|---|---|
| ID на растението | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Начална височина | 5 см | 4 см | 5 см | 6 см | 4 см |
| Крайна височина | 18 см | 17 см | 19 см | 9 см | 8 см |
Те също биха описали наблюдения като промяна на цвета на листата или насочено огъване визуално или писмено.
От решаващо значение е учениците да практикуват безопасни научни процедури. Необходим е надзор от възрастен за експериментиране, заедно с правилна оценка на риска.
Добре документираното събиране на данни позволява по-задълбочен анализ след приключване на експеримента, за да се определи дали хипотезите и прогнозите са подкрепени.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Използването на визуални организатори е ефективен начин да накарате вашите ученици да работят като учени в класната стая.
Има много начини да използвате тези инструменти за планиране на разследване, за да структурирате и структурирате работата на учениците, докато те работят като учени. Учениците могат да завършат етапа на планиране в Storyboard That като използват текстовите полета и диаграмите, или можете да ги отпечатате и да накарате учениците да ги попълнят на ръка. Друг чудесен начин да ги използвате е да проектирате листа за планиране върху интерактивна бяла дъска и да работите върху това как да попълните материалите за планиране като група. Прожектирайте го на екран и накарайте учениците да напишат отговорите си на лепящи се бележки и да поставят идеите си в правилния раздел на документа за планиране.
Много малките учащи все още могат да започнат да мислят като учени! Те имат много въпроси за света около тях и можете да започнете да ги отбелязвате в мисловна карта. Понякога можете дори да започнете да „проучвате“ тези въпроси чрез игра.
Ресурсът на фондацията е предназначен за ученици от начален етап или за студенти, които се нуждаят от повече подкрепа. Той е проектиран да следва абсолютно същия процес като по-високите ресурси, но малко по-лесен. Ключовата разлика между двата ресурса са подробностите, върху които студентите трябва да помислят, и използвания технически речник. Например, важно е учениците да идентифицират променливите, когато проектират своите разследвания. В по-високата версия студентите не само трябва да идентифицират променливите, но и да направят други коментари, като например как ще измерват зависимата променлива или използване на напълно рандомизиран дизайн. Освен разликата в скелето между двете нива на ресурси, може да искате да разграничите допълнително по това как обучаемите се подкрепят от учители и асистенти в стаята.
Учениците също могат да бъдат насърчени да направят своя експериментален план по-лесен за разбиране чрез използване на графики и това също може да се използва за подпомагане на ELLs.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Учениците трябва да бъдат оценявани по отношение на техните научни изследователски умения, заедно с оценката на техните знания. Това не само ще позволи на учениците да се съсредоточат върху развитието на уменията си, но също така ще им позволи да използват информацията за оценката си по начин, който ще им помогне да подобрят своите научни умения. С помощта на Quick Rubric можете да създадете бърза и лесна рамка за оценка и да я споделите с учениците, за да знаят как да успеят на всеки етап. Освен че осигурява формиращо оценяване, което ще стимулира ученето, това може да се използва и за оценяване на работата на учениците в края на проучването и за поставяне на цели, когато следващият път се опитат да планират свое собствено проучване. Рубриките са написани по начин, който позволява на учениците да имат лесен достъп до тях. По този начин те могат да бъдат споделяни с учениците, докато работят в процеса на планиране, така че учениците да знаят как изглежда един добър експериментален дизайн.
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
(Това ще започне 2 седмица безплатен пробен период - Не е необходима кредитна карта)
Ако искате да добавите допълнителни проекти или да продължите да персонализирате работни листове, разгледайте няколко шаблонни страници, които сме събрали за вас по-долу. Всеки работен лист може да бъде копиран и пригоден за вашите проекти или ученици! Студентите също могат да бъдат насърчавани да създават свои собствени, ако искат да опитат да организират информацията по лесен за разбиране начин.
Обичайните инструменти и техники за експериментален дизайн, които студентите могат да използват, включват произволно разпределение, контролни групи, ослепяване, репликация и статистически анализ. Студентите могат също да използват наблюдателни проучвания, анкети и експерименти с естествени или квази-експериментални проекти. Те могат също да използват инструменти за визуализация на данни, за да анализират и представят своите резултати.
Експерименталният дизайн помага на учениците да развият умения за критично мислене, като ги насърчава да мислят систематично и логично за научни проблеми. Изисква се от учениците да анализират данни, да идентифицират модели и да правят заключения въз основа на доказателства. Той също така помага на учениците да развият умения за решаване на проблеми, като предоставя възможности за проектиране и провеждане на експерименти за тестване на хипотези.
Експерименталният дизайн може да се използва за справяне с проблеми от реалния свят чрез идентифициране на променливи, които допринасят за конкретен проблем и тестване на интервенции, за да се види дали са ефективни при справянето с проблема. Например, експерименталният дизайн може да се използва за тестване на ефективността на нови медицински лечения или за оценка на въздействието на социалните интервенции върху намаляването на бедността или подобряването на образователните резултати.
Често срещаните клопки на експерименталния дизайн, които учениците трябва да избягват, включват неуспех при контролиране на променливи, използване на предубедени проби, разчитане на анекдотични доказателства и неуспех в измерването на зависимите променливи точно. Учениците също трябва да са наясно с етичните съображения при провеждане на експерименти, като получаване на информирано съгласие и защита на поверителността на изследваните субекти.