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Design Sperimentale

Insegnare Agli Studenti il ​​Design of Experiments

Per Oliver Smith

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Ottenere i vostri studenti a imparare come gli scienziati.


La scienza è una miscela di conoscenze e competenze storicamente accumulato. Queste competenze pratiche vanno dal problem solving per l'analisi dei dati; essi sono di ampia portata e può essere applicato molto al di fuori dell'insegnamento classroom.The di queste competenze è una parte molto importante di educazione scientifica, ma è spesso trascurato dagli insegnamenti del contenuto. Come educatori scientifici, abbiamo visto tutti i vantaggi di studenti che svolgono un lavoro pratico sul coinvolgimento e la comprensione. Tuttavia, con le pressioni di tempo immessi sul curriculum, il tempo necessario per gli studenti a sviluppare queste abilità investigative può ottenere spremuto fuori. Troppo spesso diamo agli studenti una 'ricetta' da seguire, che non permettono agli studenti di assumere la proprietà del loro lavoro pratico. Gli studenti provenienti da una giovanissima età inizio a pensare al mondo che li circonda. Fanno domande quindi utilizzare le osservazioni e le prove di rispondere. Gli studenti tendono ad avere domande intelligenti, interessanti e testabili che amano a chiedere. Noi come educatori dovrebbero lavorare ad incoraggiare queste domande e, a sua volta, alimentando questa curiosità naturale del mondo che li circonda.

L'insegnamento della progettazione di esperimenti e lasciare gli studenti a sviluppare le proprie domande e ipotesi richiede tempo. Questi materiali sono stati creati per ponteggi e strutturare il processo per permettere agli insegnanti di concentrarsi sul miglioramento delle idee chiave nel disegno sperimentale. Consentendo agli studenti di chiedere le proprie domande, scrivere le proprie ipotesi, pianificare e svolgere le proprie indagini è un'esperienza preziosa per gli studenti. Questo porterà a studenti che hanno più di proprietà del loro lavoro. Quando gli studenti effettuano il metodo sperimentale per le proprie domande, riflettere su come gli scienziati hanno storicamente arrivare a capire come funziona l'universo.

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Processo di progettazione sperimentale

1. domanda

Questa è una parte fondamentale del metodo scientifico e il disegno sperimentale. Gli studenti piace molto venire con domande. La formulazione di domande è un'attività profondo e significativo che può davvero dare agli studenti la proprietà sul loro lavoro. Un ottimo modo di ottenere gli studenti a pensare a visualizzare i loro domande sta usando una mappa mentale storyboard.

Domande Sperimentabile
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Chiedi agli studenti di pensare a tutte le domande che vogliono rispondere circa l'universo o farli pensare a domande che hanno su un argomento particolare. Tutte le domande sono buone domande, ma alcuni sono più facili da verificare che gli altri.


2. Ipotesi

Un'ipotesi può anche essere conosciuto come un'ipotesi. Un'ipotesi dovrebbe essere una dichiarazione che può essere testato scientificamente. Alla fine dell'esperimento, guardare indietro per vedere se la conclusione supporta l'ipotesi o meno. Formare buone ipotesi può essere difficile per gli studenti a cogliere. E 'importante ricordare che l'ipotesi non è una domanda, è una dichiarazione verificabile.

Un modo di formare un'ipotesi è quello di formare come un “se ... allora ...” dichiarazione. Questo certamente non è l'unico o il migliore modo per formare un'ipotesi, ma può essere una formula molto facile per gli studenti di utilizzare quando prima di partire. Un “se ... allora ...” dichiarazione richiede agli studenti di identificare le variabili prima, e che può modificare l'ordine in cui si completano le fasi del organizzatore visivo.

Dopo aver identificato le variabili, l'ipotesi assume la forma se [cambiamento di variabile indipendente], quindi [variazione variabile dipendente]. Ad esempio, se un esperimento erano alla ricerca per l'effetto della caffeina sul tempo di reazione, la variabile indipendente sarebbe quantità di caffeina e la variabile dipendente sarebbe stato il tempo di reazione. Il “se, allora” ipotesi potrebbe essere: Se si aumenta la quantità di caffeina preso, quindi il tempo di reazione diminuirà.


3. Spiegazione delle ipotesi

Cosa ti ha portato a questa ipotesi? Qual è la base scientifica dietro la tua ipotesi? A seconda dell'età e della capacità, gli studenti usano la loro conoscenza prima di spiegare il motivo per cui hanno scelto le loro ipotesi, o, in alternativa, la ricerca con libri o internet. Questo potrebbe anche essere un buon momento per discutere con gli studenti quello che una fonte affidabile è.


4. Previsione

La predizione è leggermente diverso per l'ipotesi. Un'ipotesi è una dichiarazione verificabile, mentre la previsione è più specifica per l'esperimento. Per fare l'esempio della scoperta della struttura del DNA, è stato ipotizzato che il DNA ha una struttura elicoidale. La previsione era che la diffrazione ai raggi X del DNA sarebbe una forma X.


5. Individuazione delle variabili

Di seguito è riportato un esempio di uno storyboard di discussione che può essere utilizzato per ottenere i vostri studenti a parlare di variabili nel disegno sperimentale.

Discussione Storyboard - Experimental Design
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I tre tipi di variabili che sarà necessario discutere con gli studenti sono variabili dipendenti, indipendenti e controllati. Per mantenere questo semplice si potrebbe fare riferimento a questi come "ciò che si sta andando a mantenere lo stesso", "che cosa avete intenzione di cambiare", e "ciò che si sta per misura". Con gli studenti più capaci si dovrebbe incoraggiarli ad usare il vocabolario corretto.

Le variabili dipendenti sono ciò che viene misurato o osservato dallo scienziato. Queste misure saranno spesso ripetuti come misurazioni più ripetute rende i dati più affidabili.

La variabile indipendente è una variabile che gli scienziati decidono di cambiare per vedere che effetto ha sulla variabile dipendente. Solo uno è stato scelto perché sarebbe difficile capire quale variabile sta causando ogni cambiamento si osserva.

Variabili controllate sono quantità o fattori che gli scienziati vogliono rimanere lo stesso per tutto l'esperimento. Essi sono controllati rimanere costante, in modo da non pregiudicare la variabile dipendente. Controllare questi permette agli scienziati di vedere come la variabile indipendente influenza la variabile dipendente.

Utilizzare questo esempio che segue le lezioni o eliminare le risposte e impostarlo come un'attività per gli studenti di completare lo Storyboard That.

Come temperatura influisce sulla quantità di zucchero in grado di essere sciolto in acqua
Variabile indipendente Temperatura dell'acqua
(Intervallo 5 campioni differenti a 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C e 50 ° C)
Variabile dipendente La quantità di zucchero che può essere sciolto in acqua, misurata in cucchiaini.
variabili controllate
  • Volume di acqua (500 mL - misurata utilizzando un cilindro graduato)
  • Tipo di acqua (ottenere l'acqua dallo stesso rubinetto)
  • Se l'acqua si agita o no
  • Tipo di zucchero
  • granulometria dello zucchero

Identificare le Variabili
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La valutazione del rischio 6.

In definitiva questo deve essere firmato fuori su da un adulto responsabile, ma è importante per ottenere gli studenti a pensare a come si tenersi al sicuro. In questa parte, gli studenti dovrebbero identificare i rischi potenziali e poi spiegare come stanno andando per ridurre al minimo il rischio. Un'attività per aiutare gli studenti a sviluppare queste abilità è quello di ottenere loro di identificare e gestire i rischi in situazioni diverse. Usando lo storyboard di seguito, si potrebbe ottenere agli studenti di completare la seconda colonna della T-chart dicendo: "Qual è il rischio?", Poi spiegando come potrebbero gestire questo rischio. Questo storyboard potrebbe anche essere proiettata per una discussione in classe.

Valutazione del Rischio
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7. Materiali

In questa sezione, gli studenti dovranno elencare i materiali di cui hanno bisogno per gli esperimenti, compresi eventuali dispositivi di sicurezza che hanno messo in evidenza come bisognose nella sezione di valutazione del rischio. Questa è una grande parte per parlare con gli studenti sulla scelta di strumenti che sono adatti per il lavoro. Avete intenzione di utilizzare uno strumento diverso per misurare la larghezza di un capello che per misurare la larghezza di un campo di calcio!


8. Piano Generale e Diagramma

E 'importante parlare con gli studenti circa la riproducibilità. Dovrebbero scrivere una procedura che permetta il loro metodo sperimentale per essere riprodotto facilmente da un altro scienziato. Il modo più semplice e conciso per gli studenti di farlo è facendo un elenco numerato di istruzioni. Un'attività utile qui potrebbe essere sempre agli studenti di spiegare come fare una tazza di tè o un panino. Recitare il processo, sottolineando tutte le misure che hanno perso.

Per studenti di inglese e gli studenti che lottano con l'inglese scritto di lingua, gli studenti possono descrivere i passi a loro esperimento visivo utilizzando Storyboard That.

Non ogni esperimento avrà bisogno di un diagramma, ma alcuni piani sarà notevolmente migliorato includendo uno. Chiedere agli studenti di concentrarsi sulla produzione di diagrammi chiari e facili da capire.


9. Carry Out Experiment

Gli studenti poi seguire il loro piano e condurre l'esperimento. E 'importante che gli studenti raccolgono i loro risultati in modo significativo e facile da capire. I dati vengono spesso registrati in una tabella, ma potrebbe anche essere fatto con fotografie, disegni di osservazioni, o una combinazione. Può essere utile avere studenti scrivere le eventuali difficoltà ei problemi che avevano nello svolgimento dell'esperimento. Questo potrebbe aiutare più tardi con la valutazione della loro metodo sperimentale.


E 'importante ricordare che qualsiasi disegno esperimenti gli studenti dovrebbero essere accuratamente al rischio valutato dal adulto responsabile prima di lasciare che tutti gli studenti svolgono il loro lavoro pratico.


Dopo aver completato la procedura di questo esperimento, gli studenti analizzano i dati, trarre conclusioni, e poi condividere i loro risultati. A seconda del livello degli studenti, questo potrebbe essere una relazione formale di laboratorio, grafici, discussione in classe, o altro.


Esempi completati





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Risorse ed esempi

Utilizzando organizzatori visivi è un modo efficace per ottenere i vostri studenti a lavorare come gli scienziati in classe.

Ci sono molti modi si può scegliere di utilizzare questi strumenti di pianificazione di indagine al lavoro impalcatura e la struttura degli studenti mentre stanno lavorando come gli scienziati. Gli studenti possono completare la progettazione su Storyboard That utilizzando le caselle di testo e gli schemi, o si potrebbe stamparli fuori e hanno gli studenti a completare a mano. Un altro ottimo modo per utilizzarli è quello di proiettare il foglio di pianificazione su una lavagna interattiva e il lavoro attraverso il modo di completare i materiali di pianificazione come un gruppo. Si potrebbe anche proiettarla su uno schermo e hanno studenti di scrivere le loro risposte sulle note appiccicose e mettere le loro idee nella sezione corretta del documento di pianificazione.

Con molto giovani studenti è ancora possibile iniziare a farli pensare come gli scienziati! Hanno un sacco di domande sul mondo che li circonda e si può iniziare a prendere nota di questi in una mappa mentale. A volte si può anche iniziare a 'indagare' a queste domande attraverso il gioco.

La risorsa fondazione è destinato a studenti elementari o studenti che hanno bisogno di maggiore sostegno. È stato progettato per seguire esattamente lo stesso processo le risorse superiori, ma ha reso un po 'più facile. La differenza fondamentale tra le due risorse sono i dettagli che gli studenti sono tenuti a pensare e il vocabolario tecnico usato. Ad esempio, è importante che gli studenti a identificare le variabili quando stanno progettando le loro indagini. Nella versione più alto, gli studenti non solo devono identificare le variabili, ma fanno altri commenti, come ad esempio il modo in cui stanno andando a misurare la variabile dipendente. Così come la differenza di impalcature tra i due livelli di risorse, si può decidere di differenziare ulteriormente dal modo in cui gli studenti sono supportati da insegnanti e assistenti in sala.

Gli studenti potrebbero anche essere incoraggiati a fare il loro piano sperimentale più facile da capire utilizzando la grafica, e questo potrebbe anche essere utilizzati per sostenere ELLs.





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Valutazione

Gli studenti devono essere valutati sulla loro abilità di indagine della scienza accanto alla valutazione della loro conoscenza. Non solo che permettere agli studenti di concentrarsi sullo sviluppo delle loro abilità, ma anche consentire loro di utilizzare le loro informazioni valutazione formatively per aiutarli a migliorare le loro competenze scientifiche. Utilizzando Quick Rubric , un quadro di valutazione semplice e veloce può essere creato e condiviso con gli studenti in modo che sappiano come riuscire in ogni fase. Oltre a fornire la valutazione formativa che guiderà l'apprendimento, questo può anche essere utilizzato per valutare il lavoro degli studenti al termine di un'indagine e fissare obiettivi per al successivo tentativo di pianificare le proprie indagini. Le rubriche sono stati scritti in modo da consentire agli studenti di accedere facilmente. In questo modo possono essere condivisi con gli studenti come si sta lavorando attraverso il processo di pianificazione così gli studenti sanno cosa sia un buon disegno sperimentale assomiglia.




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