Znanost je mješavina povijesno akumuliranog znanja i vještina. Ove se praktične vještine kreću u rasponu od rješavanja problema do analize podataka; široko su dostupni i često se mogu primijeniti izvan učionice. Podučavanje ovih vještina vrlo je važan dio znanstvenog obrazovanja, ali često se zanemaruje ako se usredotoči na podučavanje sadržaja. Kao nastavnici znanosti, svi smo vidjeli prednosti koje praktični rad ima za angažman i razumijevanje učenika. Međutim, s vremenskim ograničenjima koja su postavljena u nastavnom planu i programu, može se stisnuti vrijeme koje je potrebno učenicima da razviju ove istraživačke vještine. Prečesto dajemo studentima „recept“ koji slijede, a koji studentima ne omogućuje da preuzmu odgovornost za svoj praktični rad. Učenici već od malih nogu počinju razmišljati o svijetu oko sebe. Postavljaju pitanja, a zatim na njih koriste opažanja i dokaze. Studenti imaju inteligentna, zanimljiva i provjerljiva pitanja koja vole postavljati. Kao nastavnici, trebali bismo raditi na poticanju ovih pitanja i, zauzvrat, njegovati tu prirodnu znatiželju u svijetu koji ih okružuje.
Podučavanje dizajna eksperimenata i omogućavanje učenicima da razviju vlastita pitanja i hipoteze potrebno je vremena. Ovi su materijali stvoreni kako bi skenirali i strukturirali postupak tako da se nastavnicima omogućuje usredotočenje na poboljšanje ključnih ideja eksperimentalnog dizajna. Omogućivanje studentima da postavljaju vlastita pitanja, pišu vlastite hipoteze i planiraju i provode vlastite istrage za njih je dragocjeno iskustvo. Ovo će dovesti do toga da će studenti imati više vlasništva nad svojim radom. Kada studenti provode eksperimentalnu metodu za svoja pitanja, oni razmišljaju o tome kako su znanstvenici povijesno shvatili kako svemir funkcionira.
Pogledajte dolje prilagođene stranice pisača i predloške radnog lista!
Ovo je ključni dio znanstvene metode i eksperimentalnog procesa dizajniranja. Studenti uživaju u postavljanju pitanja. Formuliranje pitanja je duboka i smislena aktivnost koja studentima može dati vlasništvo nad svojim radom. Odličan način na koji studenti mogu zamisliti vizualizirati svoja pitanja je korištenje ploče s pričama.
Zamolite studente da razmisle o bilo kojim pitanjima na koja žele odgovoriti o svemiru ili ih natjerajte da razmišljaju o pitanjima koja imaju o određenoj temi. Sva su pitanja dobra pitanja, ali neka su lakša za testiranje od drugih.
Hipoteza je poznata kao obrazovana pretpostavka. Hipoteza bi trebala biti izjava koja se može znanstveno ispitati. Na kraju eksperimenta, pogledajte unaprijed da li zaključak podržava hipotezu ili ne. Formiranje dobrih hipoteza može biti izazovno za učenike da shvate. Važno je zapamtiti da hipoteza nije pitanje, to je ispitivačka tvrdnja .
Jedan od načina formiranja hipoteze jest oblikovanje iste kao izjave "ako ... onda ...". To zasigurno nije jedini ili najbolji način za formiranje hipoteze, ali može biti vrlo jednostavna formula koju učenici mogu koristiti prilikom prvog pokretanja. Izjava "ako ... onda ..." zahtijeva od učenika da prvo identificiraju varijable, a to može promijeniti redoslijed kojim završavaju faze vizualnog organizatora.
Nakon identificiranja varijabli, hipoteza tada poprima oblik ako [promjena u nezavisnoj varijabli], a zatim [promjena u zavisnoj varijabli]. Na primjer, ako bi eksperiment tražio učinak kofeina na vrijeme reakcije, neovisna varijabla bila bi kofein, a ovisna varijabla bilo bi vrijeme reakcije. Hipoteza „ako, onda“ bi mogla biti: Ako povećate količinu uzetog kofeina, tada će se vrijeme reakcije smanjiti.
Što vas je dovelo do ove hipoteze? Koja je znanstvena pozadina iza vaše hipoteze? Ovisno o dobi i sposobnostima, studenti koriste svoje prethodno znanje kako bi objasnili zašto su odabrali svoje hipoteze ili alternativno, koristeći knjige ili internet. Ovo bi mogao biti i dobar trenutak da sa učenicima razgovaramo o tome koji je pouzdan izvor.
Predviđanje se malo razlikuje od hipoteze. Hipoteza je testirana izjava, dok je predviđanje specifičnije za eksperiment. U otkriću strukture DNK, hipoteza je predložila da DNK ima spiralnu strukturu. Predviđanje je bilo da će obrazac difrakcije X-zraka biti X oblika.
Ispod je primjer ploče s diskusijama koja se može koristiti za učenje studenata o varijablama eksperimentalnog dizajna.
Tri vrste varijabli koje ćete morati razgovarati sa svojim učenicima su ovisne, neovisne i kontrolirane varijable. Da biste ovo učinili jednostavnim, pogledajte ove kao "što ćete mjeriti", "što ćete promijeniti" i "ono što ćete zadržati isto". S naprednijim učenicima trebali biste ih potaknuti na upotrebu ispravnog rječnika.
Ovisne varijable su ono što znanstvenik mjeri ili opaža. Ova se mjerenja često ponavljaju jer ponovljena mjerenja čine vaše podatke pouzdanijima.
Neovisna varijabla je varijabla koju znanstvenici odlučuju promijeniti kako bi vidjeli koji učinak ima na ovisnu varijablu. Odabran je samo jedan jer bi bilo teško shvatiti koja varijabla uzrokuje neku promjenu koju primijetite.
Kontrolirane varijable su količine ili faktori zbog kojih znanstvenici žele ostati isti tijekom eksperimenta. Kontroliraju se tako da ostaju konstantni kako ne bi utjecali na ovisnu varijablu. Njihovo upravljanje omogućuje znanstvenicima da vide kako nezavisna varijabla utječe na zavisnu varijablu.
Upotrijebite ovaj primjer u svojim lekcijama ili izbrišite odgovore i postavite ga kao aktivnost koju će učenici dovršiti na Storyboard That.
| Kako temperatura utječe na količinu šećera koji se može otopiti u vodi | |
|---|---|
| Neovisna varijabla | Temperatura vode
(Raspon 5 različitih uzoraka na 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C i 50 ° C) |
| Zavisna varijabla | Količina šećera koja se može otopiti u vodi, izmjerena u žličicama. |
| Kontrolirane varijable |
|
U konačnici to mora potpisati odgovorna odrasla osoba, ali važno je navesti studente da razmišljaju o tome kako će se zaštititi. U ovom su dijelu učenici trebali prepoznati potencijalne rizike, a zatim objasniti kako će minimizirati rizik. Aktivnost koja pomaže učenicima da razviju ove vještine je da ih navede u prepoznavanju i upravljanju rizicima u različitim situacijama. Pomoću ploče s knjigama ispod, učenici dovršavaju drugi stupac T-ljestvice govoreći: "Što je rizik?", A zatim objašnjavaju kako mogu upravljati tim rizikom. Ova bi se ploča mogla predvidjeti i za razrednu raspravu.
U ovom će dijelu studenti navesti materijale potrebne za eksperimente, uključujući svu sigurnosnu opremu za koju su u odjeljku procjene rizika istaknuli da je potrebna. Ovo je sjajno vrijeme za razgovor s učenicima o odabiru alata koji su prikladni za posao. Upotrijebit ćete drugačiji alat za mjerenje širine dlake nego za mjerenje širine nogometnog igrališta!
Važno je razgovarati s učenicima o obnovljivosti. Oni bi trebali napisati postupak koji će omogućiti da njihov eksperimentalni postupak jednostavno reproducira drugi znanstvenik. Najlakši i sažetiji način za studente je to tako da naprave numerirani popis uputa. Korisna aktivnost ovdje bi mogla biti učenici da objasne kako napraviti šalicu čaja ili sendvič. Bavite se postupkom, ističući sve korake koje ste propustili.
Za učenike engleskog jezika i studente koji se bore s pisanim engleskim jezikom, učenici mogu vizualno opisati korake svog eksperimenta koristeći Storyboard That.
Nije svaki eksperiment potreban dijagram, ali neki će se planovi uvelike poboljšati uključivanjem jednog. Neka se učenici usredotoče na izradu jasnih i lako razumljivih dijagrama.
Učenici nakon toga slijede svoj plan i provode eksperiment. Važno je da učenici sakupe svoje rezultate na smisleni i razumljivi način. Podaci se često bilježe u tablici, ali mogu se raditi i s fotografijama, crtežima opažanja ili kombinacijom. Učenicima bi moglo biti korisno da napišu sve poteškoće i probleme koji su imali tijekom provođenja eksperimenta. Ovo bi moglo pomoći kasnije u procjeni njihove eksperimentalne metode.
Važno je napomenuti da odgovorna odrasla osoba prije eksperimentiranja studenta treba temeljito procijeniti rizik prije nego što bilo koji student dozvoli da obavlja svoj praktični rad.
Nakon dovršetka postupka eksperimenta, učenici analiziraju podatke, izvode zaključke, a zatim dijele svoje rezultate. Ovisno o razini učenika, to može biti formalni laboratorijski izvještaj, grafikoni, rasprava u nastavi ili druga metoda.
Korištenje vizualnih organizatora učinkovit je način da studenti postanu znanstvenici u učionici.
Mnogo je načina pomoću ovih alata za planiranje istraživanja da bi skenirali i strukturirali rad studenata dok oni rade kao znanstvenici. Studenti mogu dovršiti fazu planiranja na Storyboard That s Storyboard That Koristeći tekstualne okvire i dijagrame, možete ih ispisati i navesti studente da ih dovrše ručno. Drugi sjajan način da ih upotrebite je projektiranje ploče za planiranje na interaktivnoj ploči i promišljanje kako dovršiti materijale za planiranje u grupi. Projektirajte ga na zaslon i neka učenici napišu svoje odgovore na ljepljive bilješke i svoje ideje stave u ispravan odjeljak planskog dokumenta.
Vrlo mladi učenici još uvijek mogu početi razmišljati kao znanstvenici! Imaju mnoštvo pitanja o svijetu oko sebe i možete ih započeti bilježiti na karti mata. Ponekad ta pitanja možete započeti čak i igranjem.
Sredstva za temelj namijenjena su osnovnoškolcima ili učenicima kojima je potrebna veća podrška. Dizajniran je da slijedi potpuno isti postupak kao i veći resursi, ali malo lakši. Ključna razlika između ta dva izvora su detalji o kojima studenti trebaju razmišljati i tehnički vokabular koji se koristi. Na primjer, važno je da studenti identificiraju varijable prilikom dizajniranja svojih istraživanja. U višoj verziji, studenti ne samo da moraju identificirati varijable, već daju i druge komentare, primjerice kako će mjeriti ovisnu varijablu. Kao i razlika u skelama između dviju razina resursa, možda ćete htjeti dodatno razlikovati po tome kako učenici podržavaju nastavnike i pomoćnike u sobi.
Studenti bi se također mogli potaknuti da svojim eksperimentalnim planom lakše razumiju pomoću grafike, a to bi se moglo koristiti i za podršku ELL-ova.
Studenti moraju biti ocjenjivani prema njihovim znanstvenim vještinama, uz procjenu njihovih znanja. To će ne samo da će studenti biti usredotočeni na razvijanje svojih vještina, već će im omogućiti da koriste svoje informacije o ocjeni na način koji će im pomoći da poboljšaju svoje naučne vještine. Pomoću Quick Rubric možete stvoriti brz i jednostavan okvir ocjenjivanja i podijeliti ga sa učenicima kako bi oni znali uspjeti u svakoj fazi. Uz pružanje formativnog ocjenjivanja koje će pokrenuti učenje, ovo se također može koristiti za procjenu studentskog rada na kraju istrage i postavljanje ciljeva za sljedeći pokušaj planiranja vlastite istrage.
Ako želite dodati dodatne projekte ili nastaviti s prilagođavanjem radnih listova, pogledajte nekoliko stranica predložaka koje smo za vas sastavili u nastavku. Svaki se radni list može kopirati i prilagoditi vašim projektima ili studentima! Studente se također može potaknuti da stvaraju vlastite ako žele pokušati organizirati informacije na jednostavan razumljiv način.
Uobičajeni alati i tehnike eksperimentalnog dizajna koje studenti mogu koristiti uključuju nasumično dodjeljivanje, kontrolne grupe, slijepo snimanje, replikaciju i statističku analizu. Učenici također mogu koristiti promatračke studije, ankete i eksperimente s prirodnim ili kvazi-eksperimentalnim dizajnom. Također mogu koristiti alate za vizualizaciju podataka za analizu i prezentaciju svojih rezultata.
Eksperimentalni dizajn pomaže učenicima razviti vještine kritičkog mišljenja potičući ih na sustavno i logično razmišljanje o znanstvenim problemima. Zahtijeva od učenika da analiziraju podatke, identificiraju obrasce i donose zaključke na temelju dokaza. Također pomaže učenicima da razviju vještine rješavanja problema pružajući im priliku za osmišljavanje i provođenje eksperimenata za testiranje hipoteza.
Eksperimentalni dizajn može se koristiti za rješavanje problema iz stvarnog svijeta identificiranjem varijabli koje pridonose određenom problemu i testiranjem intervencija da se vidi jesu li učinkovite u rješavanju problema. Na primjer, eksperimentalni dizajn može se koristiti za testiranje učinkovitosti novih medicinskih tretmana ili za procjenu utjecaja društvenih intervencija na smanjenje siromaštva ili poboljšanje obrazovnih ishoda.
Uobičajene zamke eksperimentalnog dizajna koje studenti trebaju izbjegavati uključuju neuspjeh u kontroli varijabli, korištenje pristranih uzoraka, oslanjanje na anegdotske dokaze i neuspjeh u točnom mjerenju zavisnih varijabli. Studenti bi također trebali biti svjesni etičkih pitanja pri provođenju eksperimenata, kao što je dobivanje informiranog pristanka i zaštita privatnosti subjekata istraživanja.
