עיצוב ניסוי הוא שיטת מפתח המשמשת בנושאים כמו ביולוגיה, כימיה, פיזיקה, פסיכולוגיה ומדעי החברה. זה עוזר לנו להבין איך גורמים שונים משפיעים על מה שאנחנו חוקרים, בין אם זה צמחים, כימיקלים, חוקים פיזיקליים, התנהגות אנושית או איך החברה פועלת. בעיקרון, זו דרך להגדיר ניסויים כדי שנוכל לבדוק רעיונות, לראות מה קורה ולהבין את התוצאות שלנו. זה סופר חשוב לסטודנטים וחוקרים שרוצים לענות על שאלות גדולות במדע ולהבין את העולם טוב יותר. ניתן ליישם מיומנויות עיצוב ניסיוני במצבים הנעים מפתרון בעיות לניתוח נתונים; הם רחבי היקף וניתן ליישם אותם לעתים קרובות מחוץ לכיתה. הוראת מיומנויות אלו היא חלק חשוב מאוד בחינוך מדעי, אך לעיתים קרובות מתעלמים ממנה כאשר מתמקדים בהוראת התוכן. כמחנכים למדעים, כולנו ראינו את היתרונות שיש לעבודה מעשית למעורבות והבנה של התלמידים. עם זאת, עם מגבלות הזמן המוטלות על תוכנית הלימודים, הזמן הדרוש לתלמידים לפיתוח מיומנויות חקירה אלו עלול להיסחט החוצה. לעתים קרובות מדי הם מקבלים 'מתכון' לעקוב, שלא מאפשר להם לקחת בעלות על העבודה המעשית שלהם. מגיל צעיר מאוד, הם מתחילים לחשוב על העולם סביבם. הם שואלים שאלות ואז משתמשים בתצפיות ובראיות כדי לענות עליהן. תלמידים נוטים לשאלות אינטליגנטיות, מעניינות וניתנות לבדיקה שהם אוהבים לשאול. כמחנכים, עלינו לפעול למען עידוד השאלות הללו ובתמורה, לטפח את הסקרנות הטבעית הזו בעולם הסובב אותם.
ללמד עיצוב ניסויים ולתת לתלמידים לפתח שאלות והשערות משלהם לוקח זמן. החומרים הללו נוצרו כדי לפיגום ולבנות את התהליך כדי לאפשר למורים להתמקד בשיפור הרעיונות המרכזיים בתכנון ניסויי. לאפשר לתלמידים לשאול את השאלות שלהם, לכתוב השערות משלהם ולתכנן ולבצע חקירות משלהם היא חוויה רבת ערך עבורם. זה יוביל לתלמידים יותר בעלות על עבודתם. כאשר תלמידים מבצעים את שיטת הניסוי עבור השאלות שלהם, הם משקפים כיצד מדענים הבינו היסטורית כיצד פועל היקום.
עיין בדפים הידידותיים להדפסה ובתבניות גליון העבודה למטה!
היציאה למסע הגילוי המדעי מתחיל בשליטה בשלבי התכנון הניסיוני. תהליך יסוד זה חיוני לגיבוש ניסויים המניבים תוצאות אמינות ומלאות תובנות, המנחה חוקרים וסטודנטים כאחד בתכנון וביצוע מפורט של לימודיהם. על ידי מינוף תבנית עיצוב ניסיונית, המשתתפים יכולים להבטיח את היושרה והתקפות של הממצאים שלהם. בין אם זה דרך עיצוב ניסוי מדעי או עיסוק בפעילויות עיצוב ניסויים, המטרה היא לטפח הבנה עמוקה של היסודות: כיצד יש לתכנן ניסויים? מהם 7 השלבים של עיצוב ניסוי? איך אתה יכול לעצב את הניסוי שלך?
זהו חקירה של שבעת השלבים העיקריים של השיטה הניסויית, רעיונות עיצוב ניסיוני ודרכים לשילוב עיצוב ניסויים. פרויקטים של סטודנטים יכולים להפיק תועלת רבה מדפי עבודה משלימים ואנו גם נספק משאבים כגון דפי עבודה שמטרתם ללמד עיצוב ניסיוני בצורה יעילה. הבה נצלול לשלבים החיוניים העומדים בבסיס תהליך עיצוב הניסוי, לצייד את הלומדים בכלים לחקור את הסקרנות המדעית שלהם.
זהו חלק מרכזי בשיטה המדעית ובתהליך התכנון הניסיוני. התלמידים נהנים להעלות שאלות. ניסוח שאלות הוא פעילות עמוקה ומשמעותית שיכולה לתת לתלמידים בעלות על עבודתם. דרך מצוינת לגרום לתלמידים לחשוב כיצד להמחיש את השאלות שלהם היא שימוש בלוח תכנון של מפת חשיבה.
בקשו מהתלמידים לחשוב על כל שאלה שהם רוצים לענות על היקום או לגרום להם לחשוב על שאלות שיש להם לגבי נושא מסוים. כל השאלות הן שאלות טובות, אבל חלקן קל יותר לבדוק מאחרות.
השערה ידועה בתור ניחוש מושכל. השערה צריכה להיות אמירה שניתנת לבדיקה מדעית. בסוף הניסוי, הסתכל אחורה כדי לראות אם המסקנה תומכת בהשערה או לא.
גיבוש השערות טובות יכול להיות מאתגר לתלמידים. חשוב לזכור שההשערה אינה שאלה, היא אמירה הניתנת לבדיקה . אחת הדרכים לגבש השערה היא ליצור אותה כמשפט "אם... אז...". זו בהחלט לא הדרך היחידה או הטובה ביותר לגבש השערה, אבל יכולה להיות נוסחה קלה מאוד לשימוש התלמידים כשהם מתחילים.
הצהרת "אם... אז..." מחייבת את התלמידים לזהות תחילה את המשתנים, וזה עשוי לשנות את הסדר שבו הם משלימים את שלבי המארגן החזותי. לאחר זיהוי המשתנים, ההשערה מקבלת את הצורה אם [שינוי במשתנה בלתי תלוי], ואז [שינוי במשתנה התלוי].
לדוגמה, אם ניסוי היה מחפש את השפעת הקפאין על זמן התגובה, המשתנה הבלתי תלוי יהיה כמות הקפאין והמשתנה התלוי יהיה זמן התגובה. השערת ה"אם, אז" יכולה להיות: אם תגדיל את כמות הקפאין הנלקחת, אז זמן התגובה יקטן.
מה הוביל אותך להשערה הזו? מה הרקע המדעי מאחורי ההשערה שלך? בהתאם לגיל וליכולת, התלמידים משתמשים בידע הקודם שלהם כדי להסביר מדוע בחרו את ההשערות שלהם, או לחילופין, חוקרים באמצעות ספרים או באינטרנט. זה יכול להיות גם זמן טוב לדון עם התלמידים מהו מקור מהימן.
לדוגמה, תלמידים עשויים להתייחס למחקרים קודמים שהראו את השפעות הערנות של קפאין כדי להסביר מדוע הם משערים שצריכת קפאין תפחית את זמן התגובה.
התחזית שונה במקצת מההשערה. השערה היא אמירה הניתנת לבדיקה, בעוד שהתחזית היא ספציפית יותר לניסוי. בגילוי מבנה ה-DNA, ההשערה הציעה כי ל-DNA יש מבנה סליל. התחזית הייתה שדפוס הדיפרקציה של קרני רנטגן של DNA תהיה צורת X.
על התלמידים לנסח תחזית שהיא תוצאה ספציפית וניתנת למדידה בהתבסס על ההשערה שלהם. במקום רק להצהיר "קפאין יקטין את זמן התגובה", סטודנטים יכולים לחזות ש"שתיית 2 פחיות סודה (90 מ"ג קפאין) תפחית את זמן התגובה הממוצע ב-50 אלפיות השנייה בהשוואה לשתייה ללא קפאין."
להלן דוגמה ל-Discussion Storyboard שניתן להשתמש בו כדי לגרום לתלמידים שלך לדבר על משתנים בתכנון ניסיוני.
שלושת סוגי המשתנים שתצטרכו לדון בהם עם תלמידיכם הם משתנים תלויים, בלתי תלויים ומבוקרים . כדי לשמור על זה פשוט, התייחס לאלה כאל "מה אתה הולך למדוד", "מה אתה הולך לשנות" ו"מה אתה הולך לשמור אותו דבר". עם תלמידים מתקדמים יותר, כדאי לעודד אותם להשתמש באוצר המילים הנכון.
משתנים תלויים הם מה שנמדד או נצפה על ידי המדען. מדידות אלו יחזרו על עצמם לעתים קרובות מכיוון שמדידות חוזרות הופכות את הנתונים שלך לאמינים יותר.
המשתנה הבלתי תלוי הוא משתנה שמדענים מחליטים לשנות כדי לראות איזו השפעה יש לו על המשתנה התלוי. רק אחד נבחר כי יהיה קשה להבין איזה משתנה גורם לכל שינוי שאתה מבחין בו.
משתנים מבוקרים הם כמויות או גורמים שמדענים רוצים שיישארו זהים לאורך כל הניסוי. הם נשלטים כדי להישאר קבועים, כדי לא להשפיע על המשתנה התלוי. שליטה אלה מאפשרת למדענים לראות כיצד המשתנה הבלתי תלוי משפיע על המשתנה התלוי.
השתמש בדוגמה זו למטה בשיעורים שלך, או מחק את התשובות והגדר אותה כפעילות שתלמידים ישלימו ב- Storyboard That.
| כיצד הטמפרטורה משפיעה על כמות הסוכר שניתן להמיס במים | |
|---|---|
| משתנה בלתי תלוי | טמפרטורת המים
(טווח 5 דגימות שונות ב-10°C, 20°C, 30°C, 40°C ו-50°C) |
| משתנה תלוי | כמות הסוכר שניתן להמיס במים, נמדדת בכפיות. |
| משתנים מבוקרים |
|
בסופו של דבר זה חייב להיות חתום על ידי מבוגר אחראי, אבל חשוב לגרום לתלמידים לחשוב איך הם ישמרו על עצמם. בחלק זה, התלמידים צריכים לזהות סיכונים פוטנציאליים ולאחר מכן להסביר כיצד הם הולכים למזער סיכונים. פעילות שעוזרת לתלמידים לפתח מיומנויות אלו היא לגרום להם לזהות ולנהל סיכונים במצבים שונים. באמצעות לוח התכנון שלהלן, בקש מהתלמידים להשלים את העמודה השנייה של תרשים ה-T על ידי אמירת "מהו סיכון?", ולאחר מכן הסבר כיצד הם יכולים לנהל את הסיכון הזה. ניתן להקרין את לוח התכנון הזה גם לדיון בכיתה.
בחלק זה, התלמידים ירשמו את החומרים הדרושים להם עבור הניסויים, כולל כל ציוד בטיחות שהדגישו כצורך בסעיף הערכת סיכונים. זה זמן מצוין לשוחח עם התלמידים על בחירת כלים המתאימים לתפקיד. אתה הולך להשתמש בכלי אחר כדי למדוד את רוחב שערה מאשר למדוד את רוחב מגרש כדורגל!
חשוב לדבר עם התלמידים על יכולת השחזור. עליהם לכתוב נוהל שיאפשר לשכפל בקלות את שיטת הניסוי שלהם על ידי מדען אחר. הדרך הקלה והתמציתית ביותר עבור התלמידים לעשות זאת היא על ידי הכנת רשימה ממוספרת של הוראות. פעילות שימושית כאן יכולה להיות לגרום לתלמידים להסביר כיצד להכין כוס תה או כריך. הפעל את התהליך, ציין את השלבים שהם החמיצו.
עבור לומדי שפה אנגלית וסטודנטים שנאבקים באנגלית כתובה, התלמידים יכולים לתאר את השלבים בניסוי שלהם בצורה ויזואלית באמצעות Storyboard That.
לא כל ניסוי יצטרך תרשים, אבל כמה תוכניות ישתפרו מאוד על ידי הכללת אחת. בקש מהתלמידים להתמקד בהפקת דיאגרמות ברורות וקלות להבנה.
לדוגמה, הליך לבדיקת השפעת אור השמש על צמיחת הצמח יכול לפרט:
לאחר אישור הנוהל שלהם, על התלמידים לבצע בזהירות את הניסוי המתוכנן שלהם, בהתאם להנחיות הכתובות שלהם. בזמן איסוף הנתונים, על התלמידים לארגן את התוצאות הגולמיות בטבלאות, גרפים, תמונות או שרטוטים. זה יוצר תיעוד ברור לניתוח מגמות.
כמה שיטות עבודה מומלצות לאיסוף נתונים כוללות:
לדוגמה, בניסוי גידול צמחים, התלמידים יכלו לתעד:
| קְבוּצָה | אוֹר שֶׁמֶשׁ | אוֹר שֶׁמֶשׁ | אוֹר שֶׁמֶשׁ | צֵל | צֵל |
|---|---|---|---|---|---|
| מזהה צמח | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| גובה התחלה | 5 ס"מ | 4 ס"מ | 5 ס"מ | 6 ס"מ | 4 ס"מ |
| גובה סוף | 18 ס"מ | 17 ס"מ | 19 ס"מ | 9 ס"מ | 8 ס"מ |
הם גם יתארו תצפיות כמו שינוי צבע עלים או כיפוף כיווני חזותית או בכתב.
זה חיוני שהתלמידים יתרגלו נהלים מדעיים בטוחים. נדרשת השגחת מבוגר לצורך ניסויים, יחד עם הערכת סיכונים נכונה.
איסוף נתונים מתועד היטב מאפשר ניתוח מעמיק יותר לאחר השלמת הניסוי כדי לקבוע אם השערות ותחזיות נתמכו.
שימוש במארגנים חזותיים הוא דרך יעילה לגרום לתלמידים שלך לעבוד כמדענים בכיתה.
ישנן דרכים רבות להשתמש בכלי תכנון חקירה אלה כדי לטפח ולבנות את עבודתם של תלמידים בזמן שהם עובדים כמדענים. התלמידים יכולים להשלים את שלב התכנון ב- Storyboard That באמצעות תיבות הטקסט והדיאגרמות, או שתוכל להדפיס אותם ולבקש מהתלמידים להשלים אותם ביד. דרך מצוינת נוספת להשתמש בהם היא להקרין את גיליון התכנון על לוח לבן אינטראקטיבי ולפעול כיצד להשלים את חומרי התכנון כקבוצה. השליך אותו על מסך ובקש מהתלמידים לכתוב את תשובותיהם על פתקיות ולהכניס את הרעיונות שלהם בחלק הנכון של מסמך התכנון.
לומדים צעירים מאוד עדיין יכולים להתחיל לחשוב כמדענים! יש להם המון שאלות על העולם שסביבם ואתה יכול להתחיל לרשום אותן במפת חשיבה. לפעמים אתה יכול אפילו להתחיל 'לחקור' את השאלות הללו באמצעות משחק.
משאב הקרן מיועד לתלמידי יסודי או תלמידים הזקוקים ליותר תמיכה. הוא נועד לעקוב בדיוק את אותו תהליך כמו המשאבים הגבוהים יותר, אך נעשה מעט יותר קל. ההבדל העיקרי בין שני המשאבים הוא הפרטים עליהם נדרשים התלמידים לחשוב ואוצר המילים הטכני בו נעשה שימוש. לדוגמה, חשוב שהתלמידים יזהו משתנים כאשר הם מעצבים את החקירות שלהם. בגרסה הגבוהה יותר, התלמידים לא רק צריכים לזהות את המשתנים, אלא גם להעיר הערות אחרות, כגון איך הם הולכים למדוד את המשתנה התלוי. בנוסף להבדל בפיגומים בין שתי רמות המשאבים, ייתכן שתרצה להבדיל עוד יותר לפי האופן שבו הלומדים נתמכים על ידי מורים ועוזרים בחדר.
ניתן גם לעודד תלמידים להפוך את תוכנית הניסוי שלהם לקלה יותר להבנה על ידי שימוש בגרפיקה, וזה יכול לשמש גם כדי לתמוך ב-ELLs.
יש להעריך את התלמידים על כישורי החקירה המדעיים שלהם לצד הערכת הידע שלהם. זה לא רק יאפשר לתלמידים להתמקד בפיתוח כישוריהם, אלא גם יאפשר להם להשתמש במידע ההערכה שלהם באופן שיעזור להם לשפר את כישוריהם המדעיים. באמצעות Quick Rubric , תוכלו ליצור מסגרת הערכה מהירה וקלה ולשתף אותה עם התלמידים כדי שידעו להצליח בכל שלב. בנוסף לספק הערכה מעצבת שתניע את הלמידה, ניתן להשתמש בה גם כדי להעריך את עבודת התלמידים בתום חקירה ולהגדיר יעדים למועד הבא שהם ינסו לתכנן את החקירה שלהם. רובריקות נכתבו בצורה שתאפשר לתלמידים לגשת אליהן בקלות. כך ניתן לשתף אותם עם התלמידים בזמן שהם עובדים בתהליך התכנון כדי שהתלמידים ידעו איך נראה עיצוב ניסיוני טוב.
אם אתה מעוניין להוסיף פרויקטים נוספים או להמשיך להתאים אישית גליונות עבודה, עיין במספר דפי תבניות שערכנו עבורך למטה. ניתן להעתיק כל גליון עבודה ולהתאים אותו לפרויקטים או לתלמידים שלכם! ניתן גם לעודד תלמידים ליצור משלהם אם הם רוצים לנסות לארגן מידע בצורה קלה להבנה.
כלים וטכניקות נפוצות של עיצוב ניסיוני שתלמידים יכולים להשתמש בהם כוללים הקצאה אקראית, קבוצות בקרה, עיוורון, שכפול וניתוח סטטיסטי. התלמידים יכולים גם להשתמש במחקרי תצפית, סקרים וניסויים עם עיצובים טבעיים או מעין ניסויים. הם יכולים גם להשתמש בכלים להדמיה של נתונים כדי לנתח ולהציג את התוצאות שלהם.
עיצוב ניסיוני עוזר לתלמידים לפתח מיומנויות חשיבה ביקורתית על ידי עידודם לחשוב באופן שיטתי והגיוני על בעיות מדעיות. זה דורש מהתלמידים לנתח נתונים, לזהות דפוסים ולהסיק מסקנות על סמך ראיות. זה גם עוזר לתלמידים לפתח מיומנויות פתרון בעיות על ידי מתן הזדמנויות לתכנן ולערוך ניסויים לבדיקת השערות.
ניתן להשתמש בתכנון ניסוי כדי לטפל בבעיות בעולם האמיתי על ידי זיהוי משתנים התורמים לבעיה מסוימת ובדיקת התערבויות כדי לראות אם הם יעילים בטיפול בבעיה. לדוגמה, ניתן להשתמש בתכנון ניסיוני כדי לבדוק את היעילות של טיפולים רפואיים חדשים או כדי להעריך את ההשפעה של התערבויות חברתיות על הפחתת העוני או שיפור התוצאות החינוכיות.
מלכודות נפוצות בתכנון ניסוי שתלמידים צריכים להימנע מהם כוללים אי שליטה במשתנים, שימוש בדגימות מוטות, הסתמכות על ראיות אנקדוטיות ואי מדידת משתנים תלויים במדויק. התלמידים צריכים גם להיות מודעים לשיקולים אתיים בעת עריכת ניסויים, כגון קבלת הסכמה מדעת והגנה על פרטיותם של נושאי מחקר.