Dizajn eksperimenta ključna je metoda koja se koristi u predmetima poput biologije, kemije, fizike, psihologije i društvenih znanosti. Pomaže nam shvatiti kako različiti čimbenici utječu na ono što proučavamo, bilo da se radi o biljkama, kemikalijama, fizičkim zakonima, ljudskom ponašanju ili načinu na koji društvo funkcionira. U osnovi, to je način postavljanja eksperimenata kako bismo mogli testirati ideje, vidjeti što se događa i dati smisao našim rezultatima. Izuzetno je važno za studente i istraživače koji žele odgovoriti na velika pitanja u znanosti i bolje razumjeti svijet. Vještine eksperimentalnog dizajna mogu se primijeniti u različitim situacijama od rješavanja problema do analize podataka; širokog su dosega i često se mogu primijeniti izvan učionice. Podučavanje ovih vještina vrlo je važan dio prirodoslovnog obrazovanja, ali se često zanemaruje kada je usmjereno na podučavanje sadržaja. Kao znanstveni edukatori, svi smo vidjeli prednosti praktičnog rada za angažman i razumijevanje učenika. Međutim, s vremenskim ograničenjima postavljenim na nastavni plan i program, vrijeme potrebno studentima da razviju ovaj dizajn eksperimentalnog istraživanja i istraživačke vještine može se istisnuti. Prečesto dobiju 'recept' koji trebaju slijediti, što im ne dopušta da preuzmu vlasništvo nad svojim praktičnim radom. Od malih nogu počinju razmišljati o svijetu oko sebe. Postavljaju pitanja, a zatim koriste opažanja i dokaze kako bi odgovorili na njih. Učenici obično imaju inteligentna, zanimljiva i provjerljiva pitanja koja vole postavljati. Kao nastavnici, trebali bismo raditi na poticanju ovih pitanja i zauzvrat, njegovati ovu prirodnu znatiželju u svijetu oko njih.
Za podučavanje dizajna eksperimenata i dopuštanje učenicima da sami razviju pitanja i hipoteze potrebno je vrijeme. Ovi materijali su stvoreni da osnuju i strukturiraju proces kako bi omogućili nastavnicima da se usredotoče na poboljšanje ključnih ideja u eksperimentalnom dizajnu. Omogućiti studentima da postavljaju vlastita pitanja, pišu vlastite hipoteze te planiraju i provode vlastita istraživanja za njih je dragocjeno iskustvo. To će dovesti do toga da učenici imaju više vlasništva nad svojim radom. Kada učenici provode eksperimentalnu metodu za vlastita pitanja, razmišljaju o tome kako su znanstvenici kroz povijest shvatili kako svemir funkcionira.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
U nastavku pogledajte stranice prilagođene ispisu i predloške radnih listova!
Polazak na putovanje znanstvenih otkrića počinje svladavanjem koraka eksperimentalnog dizajna. Ovaj temeljni proces bitan je za formuliranje eksperimenata koji daju pouzdane i pronicljive rezultate, vodeći istraživače i studente kroz detaljno planiranje, dizajn eksperimentalnog istraživanja i izvođenje njihovih studija. Korištenjem predloška eksperimentalnog dizajna, sudionici mogu osigurati integritet i valjanost svojih nalaza. Bilo da se radi o osmišljavanju znanstvenog eksperimenta ili uključivanju u aktivnosti projektiranja eksperimenta, cilj je poticati dublje razumijevanje osnova: Kako bi eksperimenti trebali biti dizajnirani? Kojih je 7 koraka eksperimentalnog dizajna? Kako možete osmisliti vlastiti eksperiment?
Ovo je istraživanje sedam ključnih koraka eksperimentalne metode, ideja eksperimentalnog dizajna i načina integriranja dizajna eksperimenata. Studentski projekti mogu imati velike koristi od dodatnih radnih listova, a mi ćemo također osigurati resurse kao što su radni listovi koji imaju za cilj učinkovito podučavanje eksperimentalnog dizajna. Uronimo u bitne faze koje podupiru proces dizajniranja eksperimenta, opremajući učenike alatima za istraživanje njihove znanstvene znatiželje.
Ovo je ključni dio znanstvene metode i procesa eksperimentalnog dizajna. Učenici rado smišljaju pitanja. Formuliranje pitanja duboka je i smislena aktivnost koja studentima može dati vlasništvo nad njihovim radom. Sjajan način da se učenici potaknu na razmišljanje o tome kako vizualizirati svoje istraživačko pitanje je korištenje scenarija umne mape.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
Zamolite učenike da razmisle o bilo kojem pitanju o svemiru na koje žele odgovoriti ili ih potaknite da razmisle o pitanjima koja imaju o određenoj temi. Sva su pitanja dobra pitanja, ali neka je lakše testirati od drugih.
Hipoteza je poznata kao utemeljena pretpostavka. Hipoteza bi trebala biti izjava koja se može znanstveno provjeriti. Na kraju eksperimenta osvrnite se unatrag da vidite podržava li zaključak hipotezu ili ne.
Formiranje dobrih hipoteza može biti izazov za učenike da shvate. Važno je zapamtiti da hipoteza nije istraživačko pitanje, to je izjava koju je moguće provjeriti . Jedan od načina oblikovanja hipoteze je oblikovati je kao "ako... onda..." izjavu. Ovo svakako nije jedini ili najbolji način za formiranje hipoteze, ali može biti vrlo laka formula za učenike da se koriste na početku.
Izjava "ako... onda..." zahtijeva od učenika da najprije identificiraju varijable, a to može promijeniti redoslijed kojim dovršavaju faze vizualnog organizatora. Nakon identificiranja zavisne i nezavisne varijable, hipoteza tada poprima oblik ako [promjena nezavisne varijable], zatim [promjena zavisne varijable].
Na primjer, ako se eksperimentom traži učinak kofeina na vrijeme reakcije, nezavisna varijabla bila bi količina kofeina, a zavisna varijabla 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 vaše hipoteze? Ovisno o dobi i sposobnostima, učenici koriste svoje prethodno znanje kako bi objasnili zašto su odabrali svoje hipoteze, ili alternativno, istražuju koristeći knjige ili internet. Ovo bi također moglo biti dobro vrijeme za raspravu sa studentima o tome što je pouzdan izvor.
Na primjer, studenti se mogu pozvati na prethodne studije koje pokazuju učinke kofeina na budnost kako bi objasnili zašto pretpostavljaju da će unos kofeina smanjiti vrijeme reakcije.
Predviđanje se malo razlikuje od hipoteze. Hipoteza je izjava koju je moguće provjeriti, dok je predviđanje specifičnije za eksperiment. U otkriću strukture DNA, hipoteza je predložila da DNA ima spiralnu strukturu. Predviđanje je bilo da će rendgenski difrakcijski uzorak DNK biti X oblika.
Učenici bi trebali formulirati predviđanje koje je specifičan, mjerljiv ishod na temelju njihove hipoteze. Umjesto da samo kažu "kofein će smanjiti vrijeme reakcije", studenti bi mogli predvidjeti da će "ispijanje 2 limenke gaziranog pića (90 mg kofeina) smanjiti prosječno vrijeme reakcije za 50 milisekundi u usporedbi s ispijanjem bez kofeina".
Ispod je primjer ploče rasprave koja se može upotrijebiti kako bi vaši učenici razgovarali o varijablama u eksperimentalnom dizajnu.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
Tri vrste varijabli o kojima ćete morati razgovarati sa svojim učenicima su ovisne, neovisne i kontrolirane varijable. Kako bi ovo bilo jednostavno, odnosite se na njih kao na "ono što ćete mjeriti", "ono što ćete promijeniti" i "ono što ćete zadržati istim". S naprednijim učenicima trebali biste ih poticati da koriste točan vokabular.
Zavisne varijable su ono što mjeri ili promatra znanstvenik. Ta će se mjerenja često ponavljati jer ponovljena mjerenja čine vaše podatke pouzdanijima.
Neovisne varijable su varijable koje znanstvenici odluče promijeniti kako bi vidjeli kakav učinak ima na zavisnu varijablu. Odabran je samo jedan jer bi bilo teško otkriti koja varijabla uzrokuje bilo koju promjenu koju promatrate.
Kontrolirane varijable su količine ili faktori za koje znanstvenici žele da ostanu isti tijekom eksperimenta. Oni su kontrolirani da ostanu konstantni, tako da ne utječu na zavisnu varijablu. Njihova kontrola omogućuje znanstvenicima da vide kako nezavisna varijabla utječe na zavisnu varijablu unutar eksperimentalne skupine.
Upotrijebite ovaj primjer u nastavku u svojim lekcijama ili izbrišite odgovore i postavite ga kao aktivnost koju će učenici dovršiti na Storyboard That.
| Kako temperatura utječe na količinu šećera koja 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, mjeri se u žličicama. |
| Kontrolirane varijable |
|
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
U konačnici to mora potpisati odgovorna odrasla osoba, ali važno je navesti učenike da razmisle o tome kako će se zaštititi. U ovom dijelu učenici bi trebali identificirati potencijalne rizike i zatim objasniti kako će minimizirati rizik. Aktivnost koja pomaže učenicima da razviju te vještine jest navesti ih da identificiraju i upravljaju rizicima u različitim situacijama. Koristeći ploču scenarija u nastavku, neka učenici ispune drugi stupac T-grafikona govoreći: "Što je rizik?", a zatim im objasne kako mogu upravljati tim rizikom. Ova ploča scenarija također se može projicirati za razrednu raspravu.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
U ovom odjeljku učenici će navesti materijale koji su im potrebni za eksperimente, uključujući svu sigurnosnu opremu koju su istaknuli kao potrebnu u odjeljku o procjeni rizika. Ovo je sjajno vrijeme za razgovor sa studentima o odabiru alata koji su prikladni za posao. Za mjerenje širine vlasi koristit ćete drugačiji alat nego za mjerenje širine nogometnog igrališta!
Važno je s učenicima razgovarati o ponovljivosti. Trebali bi napisati postupak koji bi omogućio da njihovu eksperimentalnu metodu lako reproducira drugi znanstvenik. Najlakši i najsažetiji način za učenike da to učine je da naprave numerirani popis uputa. Korisna aktivnost ovdje bi mogla biti navesti učenike da objasne kako napraviti šalicu čaja ili sendvič. Odglumite proces, ističući sve korake koje su propustili.
Za učenike engleskog jezika i studente koji se muče s pisanim engleskim, studenti mogu vizualno opisati korake u svom eksperimentu koristeći Storyboard That.
Neće svaki eksperiment trebati dijagram, ali neki će se planovi uvelike poboljšati njegovim uključivanjem. Neka se učenici usredotoče na izradu jasnih i lako razumljivih dijagrama koji ilustriraju eksperimentalnu skupinu.
Na primjer, postupak za ispitivanje učinka sunčeve svjetlosti na rast biljaka korištenjem potpuno nasumičnog dizajna mogao bi detaljno opisati:
Nakon što je njihov postupak odobren, studenti bi trebali pažljivo provesti svoj planirani eksperiment, slijedeći svoje pisane upute. Dok se podaci prikupljaju, studenti trebaju organizirati neobrađene rezultate u tablice, grafikone, fotografije ili crteže. Time se stvara jasna dokumentacija za analizu trendova.
Neke najbolje prakse za prikupljanje podataka uključuju:
Na primjer, u eksperimentu s rastom biljaka, učenici bi mogli zabilježiti:
| Skupina | Sunčeva svjetlost | Sunčeva svjetlost | Sunčeva svjetlost | Hlad | Hlad |
|---|---|---|---|---|---|
| ID biljke | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Početna visina | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Krajnja visina | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Također bi opisivali zapažanja poput promjene boje lista ili savijanja u smjeru vizualno ili pismeno.
Ključno je da učenici prakticiraju sigurne znanstvene postupke. Za pokuse je potreban nadzor odrasle osobe, zajedno s odgovarajućom procjenom rizika.
Dobro dokumentirano prikupljanje podataka omogućuje dublju analizu nakon završetka eksperimenta kako bi se utvrdilo jesu li hipoteze i predviđanja podržani.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
Korištenje vizualnih organizatora učinkovit je način da natjerate svoje učenike da rade kao znanstvenici u učionici.
Postoji mnogo načina za korištenje ovih alata za planiranje istraživanja za postavljanje skele i strukturiranje rada studenata dok rade kao znanstvenici. Učenici mogu dovršiti fazu planiranja na Storyboard That koristeći tekstne okvire i dijagrame ili ih možete ispisati i dati učenicima da ih dovrše rukom. Još jedan sjajan način da ih koristite je projicirati list za planiranje na interaktivnu ploču i raditi na tome kako dovršiti materijale za planiranje kao grupa. Projicirajte ga na ekran i neka učenici zapišu svoje odgovore na ljepljive ceduljice i stave svoje ideje u ispravan odjeljak planskog dokumenta.
Vrlo mladi učenici još mogu početi razmišljati kao znanstvenici! Imaju hrpu pitanja o svijetu oko sebe i možete ih početi bilježiti u mentalnu mapu. Ponekad čak možete početi 'istraživati' ta pitanja kroz igru.
Zakladni resurs namijenjen je osnovnoškolcima ili studentima kojima je potrebna dodatna podrška. Osmišljen je tako da slijedi potpuno isti proces kao i viši resursi, ali malo lakši. Ključna razlika između ta dva izvora su detalji o kojima studenti moraju razmišljati i tehnički vokabular koji se koristi. Na primjer, važno je da studenti identificiraju varijable kada planiraju svoja istraživanja. U višoj verziji, studenti ne samo da moraju identificirati varijable, već daju i druge komentare, poput načina na koji će mjeriti zavisnu varijablu ili koristeći potpuno nasumični dizajn. Osim razlike u skelama između dviju razina resursa, možda ćete htjeti dodatno razlikovati prema tome kako učenicima pomažu učitelji i pomoćnici u učionici.
Studente bi se također moglo potaknuti da svoj eksperimentalni plan učine lakšim za razumijevanje korištenjem grafike, a to bi se također moglo koristiti kao podrška ELLs.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
Učenici moraju biti ocijenjeni na temelju svojih znanstvenih vještina istraživanja uz procjenu njihovog znanja. Ne samo da će to omogućiti učenicima da se usredotoče na razvoj svojih vještina, već će im omogućiti i korištenje informacija o ocjenjivanju na način koji će im pomoći da poboljšaju svoje znanstvene vještine. Pomoću Quick Rubric možete stvoriti brz i jednostavan okvir za ocjenjivanje i podijeliti ga s učenicima kako bi znali kako uspjeti u svakoj fazi. Osim što pruža formativno ocjenjivanje koje će potaknuti učenje, ovo se također može koristiti za ocjenjivanje rada učenika na kraju istraživanja i postavljanje ciljeva kada sljedeći put pokušaju planirati vlastito istraživanje. Rubrike su napisane tako da studentima omogućuju lak pristup. Na taj se način mogu podijeliti sa studentima dok rade kroz proces planiranja kako bi studenti znali kako izgleda dobar eksperimentalni dizajn.
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
(To će započeti s 2 tjedna besplatnog probnog razdoblja - nije potrebna kreditna kartica)
Ako želite dodati dodatne projekte ili nastaviti prilagođavati radne listove, pogledajte nekoliko stranica s predlošcima koje smo za vas sastavili u nastavku. Svaki radni list se može kopirati i prilagoditi vašim projektima ili studentima! Studente se također može potaknuti da kreiraju vlastite ako žele pokušati organizirati informacije na lako 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.