תכנון ניסויים הוא שיטה מרכזית המשמשת במקצועות כמו ביולוגיה, כימיה, פיזיקה, פסיכולוגיה ומדעי החברה. הוא עוזר לנו להבין כיצד גורמים שונים משפיעים על מה שאנו לומדים, בין אם מדובר בצמחים, כימיקלים, חוקים פיזיקליים, התנהגות אנושית או כיצד החברה פועלת. בעיקרון, זוהי דרך לארגן ניסויים כדי שנוכל לבחון רעיונות, לראות מה קורה ולהבין את התוצאות שלנו. זה חשוב ביותר לתלמידים ולחוקרים שרוצים לענות על שאלות גדולות במדע ולהבין את העולם טוב יותר. מיומנויות תכנון ניסויים ניתנות ליישום במצבים הנעים בין פתרון בעיות לניתוח נתונים; הן רחבות היקף וניתן ליישמן לעתים קרובות מחוץ לכיתה. הוראת מיומנויות אלו היא חלק חשוב מאוד בחינוך מדעי, אך לעתים קרובות מתעלמים ממנה כאשר מתמקדים בהוראת התוכן. כמחנכים למדעים, כולנו ראינו את היתרונות שיש לעבודה מעשית למעורבות ולהבנה של התלמידים. עם זאת, עם מגבלות הזמן המוטלות על תוכנית הלימודים, הזמן הדרוש לתלמידים לפיתוח מיומנויות תכנון מחקר וחקירה ניסיוניות אלו יכול להידחק. לעתים קרובות מדי הם מקבלים "מתכון" לעקוב אחריו, מה שלא מאפשר להם לקחת אחריות על עבודתם המעשית. מגיל צעיר מאוד, הם מתחילים לחשוב על העולם סביבם. הם שואלים שאלות ואז משתמשים בתצפיות ובראיות כדי לענות עליהן. לתלמידים יש בדרך כלל שאלות אינטליגנטיות, מעניינות וניתנות לבדיקה שהם אוהבים לשאול. כמחנכים, עלינו לשאוף לעודד שאלות אלו ובתורם, לטפח את הסקרנות הטבעית הזו בעולם סביבם.
הוראת תכנון ניסויים ומתן אפשרות לתלמידים לפתח שאלות והשערות משלהם דורשת זמן. חומרים אלה נוצרו כדי לבנות ולבסס את התהליך ולאפשר למורים להתמקד בשיפור הרעיונות המרכזיים בתכנון הניסויי. מתן אפשרות לתלמידים לשאול שאלות משלהם, לכתוב השערות משלהם ולתכנן ולבצע את חקירותיהם בעצמם היא חוויה חשובה עבורם. זה יוביל לתלמידים בעלות רבה יותר על עבודתם. כאשר תלמידים מיישמים את שיטת הניסוי עבור שאלותיהם, הם מהרהרים כיצד מדענים הגיעו מבחינה היסטורית להבנת אופן פעולת היקום.
הציצו בדפים המתאימים להדפסה ותבניות גליונות העבודה למטה!
היציאה למסע של גילוי מדעי מתחילה בשליטה בשלבי תכנון הניסוי. תהליך יסודי זה חיוני לניסוח ניסויים המניבים תוצאות אמינות ומלאות תובנות, ומנחה חוקרים וסטודנטים כאחד בתכנון מפורט, תכנון מחקר ניסיוני וביצוע מחקריהם. על ידי מינוף תבנית תכנון ניסויי, המשתתפים יכולים להבטיח את שלמותם ותוקפם של ממצאיהם. בין אם זה באמצעות תכנון ניסוי מדעי או עיסוק בפעילויות תכנון ניסויי, המטרה היא לטפח הבנה מעמיקה של היסודות: כיצד יש לתכנן ניסויים? מהם 7 שלבי תכנון הניסוי? כיצד ניתן לתכנן ניסוי משלך?
זהו ניתוח של שבעת השלבים המרכזיים בשיטת הניסוי, רעיונות לתכנון ניסויים ודרכים לשלב תכנון ניסויים. פרויקטים של תלמידים יכולים להפיק תועלת רבה מדפי עבודה משלימים, ונספק גם משאבים כגון דפי עבודה שמטרתם ללמד תכנון ניסויים ביעילות. בואו נצלול לשלבים החיוניים התומכים בתהליך תכנון הניסוי, ונצייד את הלומדים בכלים לחקור את סקרנותם המדעית.
זהו חלק מרכזי בשיטה המדעית ובתהליך תכנון הניסויים. תלמידים נהנים להעלות שאלות. ניסוח שאלות הוא פעילות עמוקה ומשמעותית שיכולה לתת לתלמידים בעלות על עבודתם. דרך מצוינת לגרום לתלמידים לחשוב כיצד לדמיין את שאלת המחקר שלהם היא באמצעות לוח תכנון של מפת חשיבה.
בקשו מהתלמידים לחשוב על שאלות שהם רוצים לענות עליהן בנוגע ליקום או גרמו להם לחשוב על שאלות שיש להם בנושא מסוים. כל השאלות הן שאלות טובות, אך חלקן קלות יותר לבדיקה מאחרות.
השערה ידועה כניחוש מושכל. השערה צריכה להיות טענה שניתן לבחון אותה מדעית. בסוף הניסוי, יש להסתכל אחורה כדי לראות האם המסקנה תומכת בהשערה או לא.
גיבוש השערות טובות יכול להיות מאתגר עבור תלמידים. חשוב לזכור שההשערה אינה שאלת מחקר, אלא משפט שניתן לבחון . דרך אחת לגיבוש השערה היא לנסח אותה כמשפט "אם... אז...". זו בהחלט לא הדרך היחידה או הטובה ביותר לגיבוש השערה, אך יכולה להיות נוסחה קלה מאוד לשימוש עבור תלמידים בתחילת דרכם.
משפט "אם... אז..." דורש מהתלמידים לזהות תחילה את המשתנים, וזה עשוי לשנות את הסדר שבו הם משלימים את שלבי המארגן החזותי. לאחר זיהוי המשתנים התלויים והבלתי תלויים, ההשערה מקבלת את הצורה אם [שינוי במשתנה הבלתי תלוי], אז [שינוי במשתנה התלוי].
לדוגמה, אם ניסוי היה מחפש את השפעת הקפאין על זמן התגובה, המשתנה הבלתי תלוי היה כמות הקפאין והמשתנה התלוי היה זמן התגובה. השערת ה"אם, אז" יכולה להיות: אם תגדיל את כמות הקפאין הנצרכת, זמן התגובה יקטן.
מה הוביל אותך להשערה זו? מה הרקע המדעי מאחורי ההשערה שלך? בהתאם לגיל וליכולת, התלמידים ישתמשו בידע הקודם שלהם כדי להסביר מדוע בחרו בהשערות שלהם, או לחלופין, יעשו מחקר באמצעות ספרים או האינטרנט. זה יכול להיות גם זמן טוב לדון עם התלמידים מהו מקור אמין.
לדוגמה, תלמידים עשויים להתייחס למחקרים קודמים המראים את השפעות הקפאין על הערנות כדי להסביר מדוע הם משערים שצריכת קפאין תפחית את זמן התגובה.
התחזית שונה במקצת מההשערה. השערה היא טענה ניתנת לבדיקה, בעוד שהתחזית ספציפית יותר לניסוי. בגילוי מבנה ה-DNA, ההשערה הציעה של-DNA יש מבנה סלילי. התחזית הייתה שתבנית עקיפת קרני הרנטגן של ה-DNA תהיה בצורת X.
על התלמידים לנסח ניבוי שהוא תוצאה ספציפית וניתנת למדידה המבוססת על ההשערה שלהם. במקום רק לומר "קפאין יקטין את זמן התגובה", התלמידים יכולים לחזות ש"שתיית 2 פחיות סודה (90 מ"ג קפאין) תפחית את זמן התגובה הממוצע ב-50 מילישניות בהשוואה לשתיית קפאין ללא שתייה".
להלן דוגמה ללוח סיפור לדיון שניתן להשתמש בו כדי לגרום לתלמידים שלכם לדבר על משתנים בתכנון ניסויי.
שלושת סוגי המשתנים שתצטרכו לדון עליהם עם התלמידים שלכם הם משתנים תלויים, בלתי תלויים ומבוקרים . כדי לפשט את הנושא, התייחסו אליהם כ"מה אתם הולכים למדוד", "מה אתם הולכים לשנות" ו"מה אתם הולכים להשאיר אותו דבר". עם תלמידים מתקדמים יותר, עליכם לעודד אותם להשתמש באוצר המילים הנכון.
משתנים תלויים הם מה שנמדד או נצפה על ידי המדען. מדידות אלו יחזרו על עצמן לעיתים קרובות משום שמדידות חוזרות הופכות את הנתונים לאמינים יותר.
המשתנים הבלתי תלויים הם משתנים שמדענים מחליטים לשנות כדי לראות איזו השפעה יש להם על המשתנה התלוי. רק אחד נבחר מכיוון שיהיה קשה להבין איזה משתנה גורם לשינוי כלשהו שתצפו בו.
משתנים מבוקרים הם כמויות או גורמים שהמדענים רוצים שיישארו זהים לאורך כל הניסוי. הם מבוקרים כך שיישארו קבועים, כדי לא להשפיע על המשתנה התלוי. שליטה בהם מאפשרת למדענים לראות כיצד המשתנה הבלתי תלוי משפיע על המשתנה התלוי בתוך קבוצת הניסוי.
השתמשו בדוגמה זו למטה בשיעורים שלכם, או מחקו את התשובות והגדירו אותה כפעילות שהתלמידים יוכלו להשלים ב- Storyboard That.
| כיצד הטמפרטורה משפיעה על כמות הסוכר שניתן להמיס במים | |
|---|---|
| משתנה בלתי תלוי | טמפרטורת המים
(טווח של 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, מבוגר אחראי חייב לאשר זאת, אך חשוב לגרום לתלמידים לחשוב כיצד ישמרו על בטיחותם. בחלק זה, על התלמידים לזהות סיכונים פוטנציאליים ולאחר מכן להסביר כיצד הם מתכוונים למזער את הסיכון. פעילות שתעזור לתלמידים לפתח מיומנויות אלו היא לגרום להם לזהות ולנהל סיכונים במצבים שונים. בעזרת לוח התכנון שלהלן, בקשו מהתלמידים להשלים את העמודה השנייה של תרשים ה-T על ידי אמירת "מהו סיכון?", ולאחר מכן להסביר כיצד הם יכולים לנהל את הסיכון הזה. ניתן גם להקרין לוח תכנון זה לדיון כיתתי.
בחלק זה, התלמידים יפרטו את החומרים הדרושים להם לניסויים, כולל כל ציוד בטיחות שסימנו כנדרש בחלק הערכת הסיכונים. זהו זמן מצוין לדבר עם התלמידים על בחירת כלים המתאימים למשימה. אתם הולכים להשתמש בכלי שונה למדידת רוחב השערה מאשר למדידת רוחב מגרש כדורגל!
חשוב לדבר עם התלמידים על שחזור. עליהם לכתוב נוהל שיאפשר לשחזר 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. בצעו את התהליך, תוך הצבעה על כל שלב שהם החמיצו.
עבור לומדי אנגלית ותלמידים המתקשים באנגלית כתובה, תלמידים יכולים לתאר את השלבים בניסוי שלהם באופן חזותי באמצעות Storyboard That.
לא כל ניסוי ידרוש תרשים, אך חלק מהתוכניות ישתפרו משמעותית על ידי הכללתו. בקשו מהתלמידים להתמקד ביצירת תרשימים ברורים וקלים להבנה הממחישים את קבוצת הניסוי.
לדוגמה, הליך לבדיקת השפעת אור השמש על צמיחת צמחים תוך שימוש בתכנון אקראי לחלוטין יכול לפרט:
לאחר אישור ההליך, על התלמידים לבצע בקפידה את הניסוי המתוכנן שלהם, בהתאם להוראות הכתובות. עם איסוף הנתונים, על התלמידים לארגן את התוצאות הגולמיות בטבלאות, גרפים, תמונות או שרטוטים. פעולה זו יוצרת תיעוד ברור לניתוח מגמות.
כמה שיטות עבודה מומלצות לאיסוף נתונים כוללות:
לדוגמה, בניסוי גידול צמחים, התלמידים יכולים לתעד:
| קְבוּצָה | אוֹר שֶׁמֶשׁ | אוֹר שֶׁמֶשׁ | אוֹר שֶׁמֶשׁ | צֵל | צֵל |
|---|---|---|---|---|---|
| מזהה צמח | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| גובה התחלתי | 5 ס"מ | 4 ס"מ | 5 ס"מ | 6 ס"מ | 4 ס"מ |
| גובה קצה | 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 באופן חזותי או בכתב.
חיוני שהתלמידים יתרגלו נהלים מדעיים בטוחים. נדרשת השגחת מבוגרים לניסויים, יחד עם הערכת סיכונים נכונה.
איסוף נתונים מתועד היטב מאפשר ניתוח מעמיק יותר לאחר השלמת הניסוי כדי לקבוע האם השערות ותחזיות נתמכו.
שימוש במארגנים חזותיים הוא דרך יעילה לגרום לתלמידים שלכם לעבוד כמדענים בכיתה.
ישנן דרכים רבות להשתמש בכלי תכנון החקירה הללו כדי לבנות ולחזק את עבודת התלמידים בזמן שהם עובדים כמדענים. התלמידים יכולים להשלים את שלב התכנון ב- Storyboard That באמצעות תיבות הטקסט והדיאגרמות, או שתוכלו להדפיס אותם ולתת לתלמידים להשלים אותם ביד. דרך נהדרת נוספת להשתמש בהם היא להקרין את דף התכנון על לוח לבן אינטראקטיבי ולעבוד על אופן השלמת חומרי התכנון כקבוצה. הקרינו אותו על מסך ותנו לתלמידים לכתוב את תשובותיהם על פתקיות דביקות ולשים את רעיונותיהם בחלק הנכון של מסמך התכנון.
לומדים צעירים מאוד עדיין יכולים להתחיל לחשוב כמו מדענים! יש להם המון שאלות על העולם סביבם ואתם יכולים להתחיל לרשום אותן במפת חשיבה. לפעמים אפשר אפילו להתחיל 'לחקור' את השאלות האלה דרך משחק.
משאב הבסיס מיועד לתלמידי בית ספר יסודי או לתלמידים הזקוקים לתמיכה רבה יותר. הוא נועד לעקוב אחר אותו תהליך בדיוק כמו משאבי הרמה הגבוהה יותר, אך נעשה קל יותר. ההבדל העיקרי בין שני המשאבים הוא הפרטים שהתלמידים נדרשים לחשוב עליהם ואוצר המילים הטכני בו נעשה שימוש. לדוגמה, חשוב שהתלמידים יזהו משתנים כאשר הם מתכננים את החקירות שלהם. בגרסה הגבוהה יותר, התלמידים לא רק צריכים לזהות את המשתנים, אלא גם להעיר הערות נוספות, כגון כיצד הם מתכוונים למדוד את המשתנה התלוי או להשתמש בתכנון אקראי לחלוטין. בנוסף להבדל בתמיכה בין שתי רמות המשאבים, ייתכן שתרצו להבדיל עוד יותר לפי האופן שבו הלומדים נתמכים על ידי מורים ועוזרי הלמידה בכיתה.
ניתן גם לעודד תלמידים להפוך את תוכנית הניסוי שלהם לקלה יותר להבנה באמצעות גרפיקה, וניתן להשתמש בכך גם כדי לתמוך ב-ELLs.
יש להעריך את כישורי החקר המדעי של התלמידים, 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. בעזרת Quick Rubric , ניתן ליצור מסגרת הערכה מהירה וקלה ולשתף אותה עם התלמידים כדי שיידעו כיצד להצליח בכל שלב. בנוסף למתן הערכה מעצבת שתניע למידה, ניתן להשתמש בה גם כדי להעריך את עבודת התלמידים בסוף חקירה ולקבוע יעדים לניסיון הבא שלהם לתכנן את החקירה שלהם. הרובריקות נכתבו באופן שיאפשר לתלמידים גישה אליהן בקלות. בדרך זו ניתן לשתף אותן עם התלמידים בזמן שהם עובדים על תהליך התכנון, כך שהתלמידים ידעו איך נראה תכנון ניסויי טוב.
אם אתם מחפשים להוסיף פרויקטים נוספים או להמשיך להתאים אישית גליונות עבודה, עיינו בכמה דפי תבנית שריכזנו עבורכם למטה. ניתן להעתיק כל גליון עבודה ולהתאים אותו לפרויקטים או לתלמידים שלכם! ניתן גם לעודד תלמידים ליצור דף עבודה 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.