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Diseño Experimental

Enseñe a los Estudiantes el Diseño de Experimentos

Por Oliver Smith

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La ciencia es una mezcla de conocimientos y habilidades acumulados históricamente. Estas habilidades prácticas van desde la resolución de problemas hasta el análisis de datos; son de gran alcance y con frecuencia pueden aplicarse fuera del aula. La enseñanza de estas habilidades es una parte muy importante de la educación científica, pero a menudo se pasa por alto la enseñanza del contenido. Como educadores de ciencias, todos hemos visto los beneficios de los estudiantes que realizan un trabajo práctico sobre participación y comprensión. Sin embargo, con las limitaciones de tiempo establecidas en el plan de estudios, el tiempo necesario para que los estudiantes desarrollen estas habilidades de investigación puede verse afectado. Con demasiada frecuencia, les damos a los estudiantes una 'receta' para seguir, que no les permite a los estudiantes hacerse cargo de su trabajo práctico. Los estudiantes desde muy pequeños comienzan a pensar en el mundo que los rodea. Hacen preguntas y luego usan observaciones y evidencia para responderlas. Los estudiantes tienden a tener preguntas inteligentes, interesantes y comprobables que les encanta hacer. Nosotros, como educadores, deberíamos trabajar para alentar estas preguntas y, a su vez, fomentar esta curiosidad natural en el mundo que los rodea.

Enseñar el diseño de experimentos y dejar que los estudiantes desarrollen sus propias preguntas e hipótesis lleva tiempo. Estos materiales se crearon para estructurar y estructurar el proceso y permitir que los maestros se centren en mejorar las ideas clave en el diseño experimental. Permitir que los estudiantes formulen sus propias preguntas, escriba sus propias hipótesis, planifique y lleve a cabo sus propias investigaciones es una experiencia valiosa para sus estudiantes. Esto llevará a los estudiantes a tener más propiedad de su trabajo. Cuando los estudiantes llevan a cabo el método experimental para sus propias preguntas, reflexionan sobre cómo los científicos históricamente han llegado a comprender cómo funciona el universo.


Experimental Design
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Ejemplo

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Design an Experiment  

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Proceso de diseño experimental

1 pregunta

Esta es una parte clave del método científico y del proceso de diseño experimental. Los estudiantes disfrutan haciendo preguntas. Formular preguntas es una actividad profunda y significativa que puede dar a los estudiantes la responsabilidad sobre su trabajo. Una excelente manera de hacer que los alumnos piensen en visualizar sus preguntas es usando un storyboard de mapa mental.







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Pida a los alumnos que piensen en cualquier pregunta que quieran responder sobre el universo o que piensen en las preguntas que tienen sobre un tema en particular. Todas las preguntas son buenas preguntas, pero algunas son más fáciles de probar que otras.


2. Hipótesis

Una hipótesis es conocida como una conjetura educada. Una hipótesis debe ser una afirmación que pueda ser probada científicamente. Al final del experimento, mire hacia atrás para ver si la conclusión apoya la hipótesis o no. La formación de buenas hipótesis puede ser difícil de comprender para los estudiantes. Es importante recordar que la hipótesis no es una pregunta, es una afirmación comprobable .

Una forma de formular una hipótesis es formarla como una declaración de "si ... entonces ...". Esta no es ciertamente la única o la mejor manera de formular una hipótesis, pero puede ser una fórmula muy fácil de usar para los estudiantes al comenzar. Una declaración de "si ... entonces ..." requiere que los estudiantes identifiquen las variables primero, y eso puede cambiar el orden en que completan las etapas del organizador visual.

Después de identificar las variables, la hipótesis toma la forma si [cambio en variable independiente], luego [cambio en variable dependiente]. Por ejemplo, si un experimento estuviera buscando el efecto de la cafeína en el tiempo de reacción, la variable independiente sería la cantidad de cafeína y la variable dependiente sería el tiempo de reacción. La hipótesis del "si, entonces" podría ser: si aumenta la cantidad de cafeína consumida, el tiempo de reacción disminuirá.


3. Explicación de la hipótesis.

¿Qué te llevó a esta hipótesis? ¿Cuál es el trasfondo científico detrás de tu hipótesis? Dependiendo de la edad y la capacidad, los estudiantes utilizan sus conocimientos previos para explicar por qué han elegido sus hipótesis o, alternativamente, la investigación utilizando libros o Internet. Este también podría ser un buen momento para discutir con los alumnos qué es una fuente confiable.


4. Predicción

La predicción es ligeramente diferente a la hipótesis. Una hipótesis es una afirmación comprobable, mientras que la predicción es más específica para el experimento. En el descubrimiento de la estructura del ADN, la hipótesis propuso que el ADN tiene una estructura helicoidal. La predicción fue que el patrón de difracción de rayos X del ADN sería una forma de X.


5. Identificación de variables

A continuación se muestra un ejemplo de un storyboard de discusión que puede usarse para que sus alumnos hablen sobre las variables en el diseño experimental.


Discussion Storyboard - Experimental Design
Discussion Storyboard - Experimental Design

Ejemplo

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Los tres tipos de variables que deberá discutir con sus estudiantes son variables dependientes, independientes y controladas . Para mantener esto simple, refiérase a estos como "lo que va a medir", "lo que va a cambiar" y "lo que va a mantener igual". Con estudiantes más avanzados, debe alentarlos a usar el vocabulario correcto.

Las variables dependientes son lo que el científico mide u observa. Estas mediciones a menudo se repetirán porque las mediciones repetidas hacen que sus datos sean más confiables.

La variable independiente es una variable que los científicos deciden cambiar para ver qué efecto tiene en la variable dependiente. Solo se elige uno porque sería difícil averiguar qué variable está causando cualquier cambio que observe.

Las variables controladas son cantidades o factores que los científicos desean que permanezcan iguales durante todo el experimento. Se controlan para que permanezcan constantes, a fin de no afectar la variable dependiente. El control de estos permite a los científicos ver cómo la variable independiente afecta a la variable dependiente.

Use este ejemplo a continuación en sus lecciones, o elimine las respuestas y configúrelo como una actividad para que los alumnos completen en el Storyboard That.

Cómo afecta la temperatura a la cantidad de azúcar que se puede disolver en el agua.
Variable independiente Temperatura de agua
(Rango 5 muestras diferentes a 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C y 50 ° C)
Variable dependiente La cantidad de azúcar que se puede disolver en el agua, medida en cucharaditas.
Variables controladas
  • Volumen de agua (500 ml, medido utilizando un cilindro graduado)
  • Tipo de agua (sacar el agua del mismo grifo)
  • Si el agua se agita o no
  • Tipo de azucar
  • Tamaño de grano del azúcar


Identifying Variables
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6. Evaluación de riesgos

En última instancia, esto debe ser firmado por un adulto responsable, pero es importante hacer que los estudiantes piensen en cómo se mantienen seguros. En esta parte, los estudiantes deben identificar los riesgos potenciales y luego explicar cómo van a minimizar los riesgos. Una actividad para ayudar a los estudiantes a desarrollar estas habilidades es lograr que identifiquen y gestionen los riesgos en diferentes situaciones. Usando el guión gráfico a continuación, haga que los estudiantes completen la segunda columna de la tabla T diciendo: "¿Qué es el riesgo?" Y luego explique cómo podrían manejar ese riesgo. Este guión gráfico también podría proyectarse para una discusión en clase.


Risk Assessment
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Ejemplo

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7. materiales

En esta sección, los estudiantes enumerarán los materiales que necesitan para los experimentos, incluido cualquier equipo de seguridad que hayan resaltado como necesario en la sección de evaluación de riesgos. Este es un buen momento para hablar con los estudiantes sobre la elección de herramientas que sean adecuadas para el trabajo. ¡Usarás una herramienta diferente para medir el ancho de un cabello que para medir el ancho de un campo de fútbol!


8. Plan general y diagrama.

Es importante hablar con los estudiantes sobre la reproducibilidad. Deben escribir un procedimiento que permita que su método experimental sea reproducido fácilmente por otro científico. La forma más fácil y concisa para que los estudiantes hagan esto es haciendo una lista numerada de instrucciones. Una actividad útil aquí podría ser hacer que los alumnos expliquen cómo hacer una taza de té o un sándwich. Actúa el proceso, señalando los pasos que se han perdido.

Para los aprendices del idioma inglés y los estudiantes que tienen dificultades con el inglés escrito, los estudiantes pueden describir los pasos en su experimento visualmente usando Storyboard That.

No todos los experimentos necesitarán un diagrama, pero algunos planes se mejorarán enormemente al incluir uno. Haga que los estudiantes se centren en producir diagramas claros y fáciles de entender.


9. Llevar a cabo el experimento

Luego los alumnos siguen su plan y realizan el experimento. Es importante que los estudiantes recopilen sus resultados de una manera significativa y fácil de entender. Los datos a menudo se registran en una tabla, pero también se pueden hacer con fotografías, dibujos de observaciones o una combinación. Puede ser útil que los alumnos escriban las dificultades y problemas que tuvieron al realizar el experimento. Esto podría ayudar más tarde con la evaluación de su método experimental.


Es importante mencionar que cualquier experimento que los alumnos diseñen debe ser evaluado a fondo por el adulto responsable antes de permitir que los alumnos realicen su trabajo práctico.


Después de completar el procedimiento del experimento, los estudiantes analizan los datos, sacan conclusiones y luego comparten sus resultados. Dependiendo del nivel de los estudiantes, esto podría ser un informe formal de laboratorio, gráficos, discusiones en clase u otros.


Ejemplos completados







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Recursos y ejemplos

El uso de organizadores visuales es una forma efectiva de hacer que sus estudiantes trabajen como científicos en el aula.

Hay muchas maneras de usar estas herramientas de planificación de la investigación para organizar y estructurar el trabajo de los estudiantes mientras trabajan como científicos. Los estudiantes pueden completar la planificación en el Storyboard That utilizando los cuadros de texto y los diagramas, o puede imprimirlos y hacer que los estudiantes los completen a mano. Otra excelente manera de usarlos es proyectar la hoja de planificación en una pizarra interactiva y analizar cómo completar los materiales de planificación en grupo. Proyecte en una pantalla y haga que los estudiantes escriban sus respuestas en notas adhesivas y pongan sus ideas en la sección correcta del documento de planificación.

¡Los estudiantes muy jóvenes todavía pueden empezar a pensar como científicos! Tienen muchas preguntas sobre el mundo que los rodea y puedes empezar a anotarlas en un mapa mental. A veces incluso puedes empezar a "investigar" estas preguntas a través del juego.

El recurso básico está destinado a estudiantes de primaria o estudiantes que necesitan más apoyo. Está diseñado para seguir exactamente el mismo proceso que los recursos más altos, pero se simplifica un poco. La diferencia clave entre los dos recursos son los detalles que los estudiantes deben pensar y el vocabulario técnico utilizado. Por ejemplo, es importante que los estudiantes identifiquen las variables cuando están diseñando sus investigaciones. En la versión superior, los estudiantes no solo tienen que identificar las variables, sino también hacer otros comentarios, como la forma en que van a medir la variable dependiente. Además de la diferencia en el andamiaje entre los dos niveles de recursos, es posible que desee diferenciarse aún más por la forma en que los maestros y los asistentes apoyan a los alumnos en la sala.

También se podría alentar a los estudiantes a hacer que su plan experimental sea más fácil de entender mediante el uso de gráficos, y esto también podría usarse para apoyar a los estudiantes ELL.







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Evaluación

Los estudiantes deben ser evaluados en sus habilidades de investigación de ciencias junto con la evaluación de sus conocimientos. Eso no solo permitirá que los estudiantes se centren en desarrollar sus habilidades, sino que también les permitirá usar la información de su evaluación de manera formativa para ayudarlos a mejorar sus habilidades en ciencias. Usando Quick Rubric , se puede crear un marco de evaluación fácil y rápido y compartirlo con los alumnos para que sepan cómo tener éxito en cada etapa. Además de proporcionar una evaluación formativa que impulsará el aprendizaje, esto también puede usarse para evaluar el trabajo de los estudiantes al final de una investigación y establecer objetivos para el próximo intento de planificar su propia investigación. Las rúbricas se han escrito de manera que los estudiantes puedan acceder a ellas fácilmente. De esta manera, se pueden compartir con los estudiantes a medida que avanzan en el proceso de planificación para que los estudiantes sepan cómo es un buen diseño experimental.




Recursos imprimibles

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