A kísérleti tervezés kulcsfontosságú módszer, amelyet olyan tárgyakban használnak, mint a biológia, kémia, fizika, pszichológia és társadalomtudományok. Segít kitalálni, hogy a különböző tényezők hogyan befolyásolják azt, amit tanulmányozunk, legyen szó növényekről, vegyszerekről, fizikai törvényekről, emberi viselkedésről vagy a társadalom működéséről. Alapvetően ez egy módja annak, hogy kísérleteket állítsunk össze, hogy tesztelhessük az ötleteket, megnézhessük, mi történik, és megértsük az eredményeinket. Ez rendkívül fontos azoknak a diákoknak és kutatóknak, akik a tudomány nagy kérdéseire szeretnének választ adni, és jobban megérteni a világot. A kísérleti tervezési készségek a problémamegoldástól az adatelemzésig terjedő helyzetekben alkalmazhatók; széles körűek, és gyakran az osztálytermen kívül is alkalmazhatók. Ezeknek a készségeknek az oktatása a természettudományos oktatás nagyon fontos része, de gyakran figyelmen kívül hagyják, ha a tartalom tanítására összpontosítanak. Természettudományi oktatókként mindannyian láttuk, hogy a gyakorlati munka milyen előnyökkel jár a tanulók elkötelezettsége és megértése szempontjából. A tantervre szabott időkorlátok miatt azonban csökkenhet az az idő, ami ahhoz szükséges, hogy a tanulók fejlesszék ezeket a nyomozási készségeket. Túl gyakran kapnak követendő „receptet”, ami nem teszi lehetővé számukra, hogy magukévá tegyék gyakorlati munkájukat. Már egészen kicsi koruktól kezdve elkezdenek gondolkodni az őket körülvevő világról. Kérdéseket tesznek fel, majd megfigyelések és bizonyítékok alapján válaszolnak rájuk. A diákoknak általában vannak intelligens, érdekes és tesztelhető kérdéseik, amelyeket szívesen tesznek fel. Pedagógusként azon kell dolgoznunk, hogy ösztönözzük ezeket a kérdéseket, és ezzel együtt tápláljuk ezt a természetes kíváncsiságot az őket körülvevő világban.
A kísérletek tervezésének megtanítása és a tanulók saját kérdéseik és hipotéziseik kidolgozása időt vesz igénybe. Ezeket az anyagokat a folyamat felépítésére és strukturálására hozták létre, hogy a tanárok a kísérleti tervezés kulcsfontosságú ötleteinek fejlesztésére összpontosíthassanak. Értékes tapasztalatot jelent számukra, ha lehetővé teszik a tanulók számára, hogy feltehessék saját kérdéseiket, saját hipotéziseiket írják le, valamint saját vizsgálataikat megtervezzék és elvégezzék. Ez azt eredményezi, hogy a hallgatók nagyobb felelősséget vállalnak munkájukért. Amikor a tanulók kísérleti módszert alkalmaznak saját kérdéseikre, elgondolkodnak azon, hogy a tudósok a történelem során hogyan értették meg az univerzum működését.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Tekintse meg az alábbi nyomtatóbarát oldalakat és munkalapsablonokat!
A tudományos felfedezés útjának megkezdése a kísérleti tervezés lépéseinek elsajátításával kezdődik. Ez az alapfolyamat elengedhetetlen olyan kísérletek megfogalmazásához, amelyek megbízható és éleslátó eredményeket hoznak, és a kutatókat és a hallgatókat egyaránt végigvezetik tanulmányaik részletes tervezésén és kivitelezésén. Egy kísérleti tervezési sablon felhasználásával a résztvevők biztosíthatják eredményeik integritását és érvényességét. Legyen szó akár tudományos kísérlet tervezéséről, akár kísérleti tervezési tevékenységekben való részvételről, a cél az alapok mélyreható megértésének elősegítése: Hogyan kell a kísérleteket megtervezni? Mi a kísérleti tervezés 7 lépése? Hogyan tervezheti meg saját kísérletét?
Ez a kísérleti módszer hét kulcsfontosságú lépésének, a kísérleti tervezési ötleteknek és a kísérletek tervezésének integrálásának módjainak feltárása. A tanulói projektek számára nagy hasznot húzhatnak a kiegészítő munkalapok, és olyan forrásokat is biztosítunk, mint például a kísérleti tervezés hatékony tanítását célzó munkalapok. Merüljünk el a kísérlet megtervezésének alapját képező alapvető szakaszokban, felvértezve a tanulókat tudományos kíváncsiságuk felfedezéséhez szükséges eszközökkel.
Ez a tudományos módszer és a kísérleti tervezési folyamat kulcsfontosságú része. A diákok szívesen tesznek fel kérdéseket. A kérdések megfogalmazása mélyreható és tartalmas tevékenység, amely a tanulóknak tulajdonjogot adhat munkájuk felett. A gondolattérkép-forgatókönyv használata nagyszerű módja annak, hogy a tanulók elgondolkodjanak azon, hogyan képzeljék el kérdéseiket.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Kérd meg a tanulókat, hogy gondoljanak olyan kérdésekre, amelyekre válaszolni szeretnének az univerzummal kapcsolatban, vagy kérd meg őket, hogy gondolkodjanak el egy adott témával kapcsolatos kérdéseikről. Minden kérdés jó kérdés, de néhányat könnyebb tesztelni, mint másokat.
A hipotézist megalapozott találgatásnak nevezik. A hipotézisnek tudományosan ellenőrizhető állításnak kell lennie. A kísérlet végén nézzen vissza, és nézze meg, hogy a következtetés alátámasztja-e a hipotézist vagy sem.
A jó hipotézisek felállítása kihívást jelenthet a tanulók számára. Fontos megjegyezni, hogy a hipotézis nem kérdés, hanem egy tesztelhető állítás . A hipotézis felállításának egyik módja a „ha... akkor...” állításként való megalkotása. Természetesen nem ez az egyetlen vagy a legjobb módja a hipotézis felállításának, de nagyon könnyen használható képlet lehet a tanulók számára az első induláskor.
A „ha... akkor...” utasítás megköveteli a tanulóktól, hogy először azonosítsák a változókat, és ez megváltoztathatja a sorrendet, ahogyan a vizuális szervező szakaszait teljesítik. A változók azonosítása után a hipotézis a következő formát ölti : [független változó változása], majd [függő változó változása].
Például, ha egy kísérlet a koffein reakcióidőre gyakorolt hatását keresi, a független változó a koffein mennyisége, a függő változó pedig a reakcióidő lenne. A „ha, akkor” hipotézis lehet: Ha növeli a bevitt koffein mennyiségét, akkor csökken a reakcióidő.
Mi vezetett ehhez a hipotézishez? Milyen tudományos háttér áll a hipotézise mögött? Életkoruktól és képességeiktől függően a tanulók előzetes ismereteikkel elmagyarázzák, miért választották hipotéziseiket, vagy könyvek vagy az internet segítségével kutatnak. Ez jó alkalom lehet arra is, hogy megbeszéljük a tanulókkal, mi a megbízható forrás.
Például a diákok hivatkozhatnak korábbi tanulmányokra, amelyek a koffein éberségi hatásait mutatták be, hogy megmagyarázzák, miért feltételezik, hogy a koffeinbevitel csökkenti a reakcióidőt.
Az előrejelzés némileg eltér a hipotézistől. A hipotézis egy tesztelhető állítás, míg az előrejelzés inkább a kísérletre vonatkozik. A DNS szerkezetének felfedezése során a hipotézis azt javasolta, hogy a DNS-nek spirális szerkezete van. A jóslat az volt, hogy a DNS röntgendiffrakciós mintázata X alakú lesz.
A tanulóknak olyan előrejelzést kell megfogalmazniuk, amely a hipotézisük alapján konkrét, mérhető eredmény. Ahelyett, hogy pusztán azt mondanák, hogy „a koffein csökkenti a reakcióidőt”, a tanulók megjósolhatják, hogy „2 doboz szóda (90 mg koffein) elfogyasztása 50 ezredmásodperccel csökkenti az átlagos reakcióidőt ahhoz képest, mintha nem iszik koffeint”.
Az alábbiakban bemutatunk egy példát a Discussion Storyboard-ra, amellyel a tanulók beszélhetnek a kísérleti tervezés változóiról.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A három változótípus, amelyeket meg kell beszélnie a hallgatóival , függő, független és szabályozott változó. Az egyszerűség érdekében hivatkozzon ezekre a következőkre: "mit fogsz mérni", "amin változtatni fogsz" és "amit meg fogsz tartani ugyanazon". A haladóbb tanulókat a megfelelő szókincs használatára kell ösztönöznie.
A függő változók azok, amelyeket a tudós mér vagy megfigyel. Ezeket a méréseket gyakran meg kell ismételni, mert az ismételt mérések megbízhatóbbá teszik az adatokat.
A független változó egy olyan változó, amelyet a tudósok úgy döntenek, hogy módosítanak, hogy megnézzék, milyen hatással van a függő változóra. Csak egyet választunk, mert nehéz lenne kitalálni, hogy melyik változó okozza a megfigyelt változást.
A szabályozott változók olyan mennyiségek vagy tényezők, amelyeket a tudósok a kísérlet során változatlanok akarnak tartani. Úgy szabályozzák, hogy állandóak maradjanak, hogy ne befolyásolják a függő változót. Ezek szabályozása lehetővé teszi a tudósok számára, hogy lássák, hogyan hat a független változó a függő változóra.
Használja ezt az alábbi példát a leckéken, vagy törölje a válaszokat, és állítsa be a tanulók számára Storyboard That en elvégzendő tevékenységként.
| Hogyan befolyásolja a hőmérséklet a vízben oldható cukor mennyiségét | |
|---|---|
| Független változó | Vízhőmérséklet
(5 különböző minta tartománya 10°C, 20°C, 30°C, 40°C és 50°C) |
| Függő változó | A vízben oldható cukor mennyisége teáskanálban mérve. |
| Kontrollált változók |
|
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Végül ezt egy felelős felnőttnek kell aláírnia, de fontos, hogy a tanulók elgondolkodjanak azon, hogyan tudják megvédeni magukat. Ebben a részben a tanulóknak azonosítaniuk kell a lehetséges kockázatokat, majd el kell magyarázniuk, hogyan fogják a kockázatot minimalizálni. Egy olyan tevékenység, amely segíti a tanulókat ezen készségek fejlesztésében, hogy rávegye őket a kockázatok azonosítására és kezelésére különböző helyzetekben. Az alábbi forgatókönyv segítségével kérje meg a tanulókat, hogy töltsék ki a T-diagram második oszlopát, mondván: "Mi a kockázat?", majd magyarázzák el, hogyan kezelhetik ezt a kockázatot. Ezt a forgatókönyvet egy osztálybeszélgetésre is kivetítheti.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Ebben a részben a tanulók felsorolják azokat az anyagokat, amelyekre szükségük van a kísérletekhez, beleértve azokat a biztonsági felszereléseket is, amelyekre a kockázatértékelési részben kiemeltek. Remek alkalom arra, hogy a tanulókkal beszélgessünk a munkához megfelelő eszközök kiválasztásáról. Más eszközzel fogsz mérni egy hajszál szélességét, mint egy futballpálya szélességét!
Fontos, hogy beszéljünk a tanulókkal a reprodukálhatóságról. Olyan eljárást kell írniuk, amely lehetővé teszi kísérleti módszerük egyszerű reprodukálását egy másik tudós számára. Ennek legegyszerűbb és legátfogóbb módja a tanulók számára az utasítások számozott listájának elkészítése. Hasznos tevékenység lehet, ha ráveszi a tanulókat, hogy elmagyarázzák, hogyan kell egy csésze teát vagy szendvicset készíteni. Végezze el a folyamatot, és mutassa meg az elmulasztott lépéseket.
Az angol nyelvet tanulók és az írott angol nyelvvel küszködő tanulók Storyboard That segítségével vizuálisan is leírhatják kísérletük lépéseit.
Nem minden kísérlethez lesz szükség diagramra, de egyes terveket nagymértékben javítani fog egy ilyen felvétel. A tanulók összpontosítsanak világos és könnyen érthető diagramok készítésére.
Például egy eljárás a napfény növénynövekedésre gyakorolt hatásának tesztelésére részletezheti:
Az eljárás jóváhagyása után a tanulóknak gondosan végre kell hajtaniuk tervezett kísérletüket, követve írásos utasításaikat. Az adatgyűjtés során a tanulóknak táblázatokba, grafikonokba, fényképekbe vagy rajzokba kell rendezniük a nyers eredményeket. Ez egyértelmű dokumentációt hoz létre a trendek elemzéséhez.
Néhány bevált gyakorlat az adatgyűjtéshez:
Például a növénynövekedési kísérletben a tanulók rögzíthetik:
| Csoport | Napfény | Napfény | Napfény | Árnyék | Árnyék |
|---|---|---|---|---|---|
| Növényazonosító | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Kezdő magasság | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Végmagasság | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Olyan megfigyeléseket is leírnak, mint például a levél színének változása vagy az irányhajlítás vizuálisan vagy írásban.
Kulcsfontosságú, hogy a tanulók biztonságos tudományos eljárásokat gyakoroljanak. A kísérletezéshez felnőtt felügyelete és megfelelő kockázatértékelés szükséges.
A jól dokumentált adatgyűjtés mélyebb elemzést tesz lehetővé a kísérlet befejezése után annak megállapítására, hogy a hipotézisek és előrejelzések alátámasztottak-e.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A vizuális szervezők használata hatékony módja annak, hogy tanulói tudósként dolgozzanak az osztályteremben.
Sokféleképpen használhatjuk ezeket a vizsgálattervezési eszközöket a hallgatók munkájának felépítésére és strukturálására, miközben tudósként dolgoznak. A tanulók befejezhetik a tervezési szakaszt Storyboard That a szövegdobozok és diagramok segítségével, vagy kinyomtathatják, és kézzel kitölthetik őket. Használatuk másik nagyszerű módja a tervlap kivetítése egy interaktív táblára, és a tervezési anyagok csoportos elkészítésének átdolgozása. Vetítsd ki egy képernyőre, és kérd meg a tanulókat, hogy írják fel a válaszaikat cetlikre, és helyezzék el ötleteiket a tervezési dokumentum megfelelő részébe.
A nagyon fiatal tanulók még elkezdhetnek tudósként gondolkodni! Rengeteg kérdésük van az őket körülvevő világgal kapcsolatban, és elkezdheti ezeket feljegyezni egy gondolattérképen. Néha akár játékon keresztül is elkezdheti „vizsgálni” ezeket a kérdéseket.
Az alapítványi forrás általános iskolásoknak vagy olyan diákoknak szól, akiknek több támogatásra van szükségük. Úgy tervezték, hogy pontosan ugyanazt a folyamatot kövesse, mint a magasabb erőforrások esetében, de kissé könnyebben. A legfontosabb különbség a két forrás között a részletekben rejlik, amelyeket a tanulóknak át kell gondolniuk, és a használt szakszókincsben. Például fontos, hogy a tanulók azonosítsák a változókat, amikor vizsgálataikat tervezik. A magasabb verzióban a tanulóknak nem csak a változókat kell azonosítaniuk, hanem egyéb megjegyzéseket is tenniük kell, például hogyan fogják mérni a függő változót. A két erőforrásszint közötti állványzati különbségek mellett érdemes lehet még jobban megkülönböztetni a tanulókat a teremben tartózkodó tanárok és asszisztensek támogatása alapján.
Arra is lehetne ösztönözni a hallgatókat, hogy grafikák segítségével tegyék könnyebben érthetőbbé kísérleti tervüket, és ezt az ELL-ek támogatására is fel lehetne használni.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
A tanulókat tudásuk értékelése mellett fel kell mérni a természettudományos vizsgálódási képességeik alapján is. Ez nem csak lehetővé teszi a tanulók számára, hogy készségeik fejlesztésére összpontosítsanak, hanem azt is lehetővé teszi számukra, hogy értékelési információikat olyan módon használják fel, amely segíti őket természettudományos készségeik fejlesztésében. A Quick Rubric segítségével gyors és egyszerű értékelési keretet hozhat létre, és megoszthatja azt a tanulókkal, hogy tudják, hogyan lehet minden szakaszban sikeres. A tanulást ösztönző fejlesztő értékelés mellett ez felhasználható a tanulók munkájának értékelésére is a vizsgálat végén, és célokat tűzhet ki arra vonatkozóan, amikor legközelebb megkísérlik saját vizsgálatukat megtervezni. A rubrikákat úgy írták meg, hogy a tanulók könnyen hozzáférhessenek hozzájuk. Így megoszthatók a diákokkal, miközben a tervezési folyamaton dolgoznak, így a tanulók tudják, hogyan néz ki egy jó kísérleti terv.
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
(Ez egy 2 hetes ingyenes próbaverziót indít - nincs szükség hitelkártyára)
Ha további projekteket szeretne hozzáadni, vagy folytatni szeretné a munkalapok testreszabását, tekintse meg az alábbi sablonoldalakat, amelyeket az Ön számára állítottunk össze. Minden munkalap másolható és testreszabható a projektjeihez vagy a tanulóihoz! A tanulókat arra is ösztönözhetjük, hogy készítsenek saját magukat, ha meg akarják próbálni az információkat könnyen érthető módon rendszerezni.
A hallgatók által használt általános kísérleti tervezési eszközök és technikák közé tartozik a véletlenszerű hozzárendelés, a kontrollcsoportok, a vakítás, a replikáció és a statisztikai elemzés. A hallgatók megfigyelési tanulmányokat, felméréseket és kísérleteket is használhatnak természetes vagy kvázi-kísérleti tervekkel. Adatvizualizációs eszközöket is használhatnak eredményeik elemzéséhez és bemutatásához.
A kísérleti tervezés segíti a tanulókat a kritikai gondolkodási készségek fejlesztésében azáltal, hogy arra ösztönzi őket, hogy szisztematikusan és logikusan gondolkodjanak a tudományos problémákról. Ez megköveteli a tanulóktól, hogy elemezzenek adatokat, azonosítsák a mintákat, és következtetéseket vonjanak le bizonyítékok alapján. Segíti a diákokat a problémamegoldó készségek fejlesztésében is azáltal, hogy lehetőséget biztosít a hipotézisek tesztelésére irányuló kísérletek tervezésére és lefolytatására.
A kísérleti tervezés használható valós problémák megoldására azáltal, hogy azonosítja azokat a változókat, amelyek hozzájárulnak egy adott problémához, és tesztelik a beavatkozásokat, hogy kiderüljön, hatékonyak-e a probléma kezelésében. Például a kísérleti tervezés felhasználható új orvosi kezelések hatékonyságának tesztelésére vagy a társadalmi beavatkozások szegénység csökkentésére vagy az oktatási eredmények javítására gyakorolt hatásának értékelésére.
A gyakori kísérleti tervezési buktatók, amelyeket a tanulóknak el kell kerülniük, többek között a változók ellenőrzésének elmulasztása, az elfogult minták használata, az anekdotikus bizonyítékokra támaszkodás és a függő változók pontos mérésének elmulasztása. A tanulóknak tisztában kell lenniük az etikai szempontokkal is a kísérletek elvégzése során, mint például a tájékozott beleegyezés megszerzése és a kutatási alanyok magánéletének védelme.