Esplorare L'arte Della Progettazione Sperimentale: una Guida Passo Passo per Studenti ed Educatori

Progettazione sperimentale per gli studenti

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Passaggi di progettazione sperimentale

1. Domanda

Questa è una parte fondamentale del metodo scientifico e del processo di progettazione sperimentale. Agli studenti piace proporre domande. Formulare domande è un'attività profonda e significativa che può dare agli studenti la responsabilità del proprio lavoro. Un ottimo modo per convincere gli studenti a pensare a visualizzare le loro domande è utilizzare uno storyboard con mappa mentale.

Chiedi agli studenti di pensare a tutte le domande a cui vogliono rispondere sull'universo o di farli pensare alle domande che hanno su un argomento particolare. Tutte le domande sono buone domande, ma alcune sono più facili da testare rispetto ad altre.

2. Ipotesi

Un'ipotesi è nota come ipotesi plausibile. Un’ipotesi dovrebbe essere un’affermazione che può essere verificata scientificamente. Alla fine dell'esperimento, guarda indietro per vedere se la conclusione supporta l'ipotesi o meno. Formare buone ipotesi può essere difficile da comprendere per gli studenti. È importante ricordare che l’ ipotesi non è una domanda, è un’affermazione verificabile .

Un modo per formare un'ipotesi è formarla come un'affermazione "se... allora...". Questo certamente non è l'unico o il modo migliore per formulare un'ipotesi, ma può essere una formula molto semplice da utilizzare per gli studenti quando iniziano per la prima volta. Un'affermazione "se... allora..." richiede che gli studenti identifichino prima le variabili e ciò potrebbe modificare l'ordine in cui completano le fasi dell'organizzatore visivo.

Dopo aver individuato le variabili, l'ipotesi assume la forma se [cambiamento nella variabile indipendente], allora [cambiamento nella variabile dipendente]. Ad esempio, se un esperimento cercasse l'effetto della caffeina sul tempo di reazione, la variabile indipendente sarebbe la quantità di caffeina e la variabile dipendente sarebbe il tempo di reazione. L’ipotesi “se, allora” potrebbe essere: se aumenti la quantità di caffeina assunta, il tempo di reazione diminuirà.

3. Spiegazione dell'ipotesi

Cosa ti ha portato a questa ipotesi? Qual è il background scientifico dietro la tua ipotesi? A seconda dell'età e delle capacità, gli studenti utilizzano le loro conoscenze pregresse per spiegare perché hanno scelto le loro ipotesi o, in alternativa, effettuano ricerche utilizzando libri o Internet. Questo potrebbe anche essere un buon momento per discutere con gli studenti cosa sia una fonte affidabile.

4. Previsione

La previsione è leggermente diversa dall’ipotesi. Un'ipotesi è un'affermazione verificabile, mentre la previsione è più specifica per l'esperimento. Nella scoperta della struttura del DNA, l'ipotesi proposta è che il DNA abbia una struttura elicoidale. La previsione era che il modello di diffrazione dei raggi X del DNA avrebbe avuto una forma a X.

5. Identificazione delle variabili

Di seguito è riportato un esempio di Storyboard di discussione che può essere utilizzato per far parlare gli studenti sulle variabili nella progettazione sperimentale.

6. Valutazione del rischio

Alla fine, questo deve essere approvato da un adulto responsabile, ma è importante convincere gli studenti a pensare a come si manterranno al sicuro. In questa parte, gli studenti dovrebbero identificare i rischi potenziali e quindi spiegare come ridurli al minimo. Un'attività per aiutare gli studenti a sviluppare queste abilità è far sì che identifichino e gestiscano i rischi in diverse situazioni. Utilizzando lo storyboard seguente, chiedi agli studenti di completare la seconda colonna della tabella a T dicendo: "Cos'è il rischio?", quindi spiegando come potrebbero gestire tale rischio. Questo storyboard potrebbe anche essere progettato per una discussione in classe.

7. Materiali

In questa sezione, gli studenti elencheranno i materiali di cui hanno bisogno per gli esperimenti, comprese le eventuali attrezzature di sicurezza che hanno evidenziato come necessarie nella sezione di valutazione del rischio. Questo è un ottimo momento per parlare con gli studenti della scelta degli strumenti adatti al lavoro. Utilizzerai uno strumento diverso per misurare la larghezza di un capello rispetto a quello per misurare la larghezza di un campo di calcio!

8. Pianta generale e diagramma

È importante parlare agli studenti della riproducibilità. Dovrebbero scrivere una procedura che permetta al loro metodo sperimentale di essere riprodotto facilmente da un altro scienziato. Il modo più semplice e conciso per farlo è creare un elenco numerato di istruzioni. Un'attività utile in questo caso potrebbe essere quella di chiedere agli studenti di spiegare come preparare una tazza di tè o un panino. Mettete in scena il processo, sottolineando tutti i passaggi che hanno perso.

Per gli studenti di lingua inglese e gli studenti che hanno difficoltà con l'inglese scritto, gli studenti possono descrivere visivamente i passaggi del loro esperimento utilizzando Storyboard That.

Non tutti gli esperimenti avranno bisogno di un diagramma, ma alcuni piani saranno notevolmente migliorati includendone uno. Chiedi agli studenti di concentrarsi sulla produzione di diagrammi chiari e di facile comprensione.

9. Eseguire l'esperimento

Gli studenti quindi seguono il loro piano ed eseguono l'esperimento. È importante che gli studenti raccolgano i risultati in modo significativo e di facile comprensione. I dati vengono spesso registrati in una tabella, ma potrebbero anche essere registrati con fotografie, disegni di osservazioni o una combinazione di essi. Potrebbe essere utile chiedere agli studenti di annotare eventuali difficoltà e problemi incontrati durante lo svolgimento dell'esperimento. Ciò potrebbe aiutare in seguito nella valutazione del loro metodo sperimentale.

È importante ricordare che qualsiasi esperimento progettato dagli studenti dovrebbe essere attentamente valutato dai rischi da parte dell'adulto responsabile prima di consentire agli studenti di svolgere il proprio lavoro pratico.

Dopo aver completato la procedura dell'esperimento, gli studenti analizzano i dati, traggono conclusioni e quindi condividono i risultati. A seconda del livello dello studente, potrebbe trattarsi di una relazione di laboratorio formale, di grafici, di discussioni in classe o di un altro metodo.

Esempi completati

Risorse ed esempi di progettazione sperimentale

L'uso degli organizzatori visivi è un modo efficace per far sì che i tuoi studenti lavorino come scienziati in classe.

Esistono molti modi per utilizzare questi strumenti di pianificazione delle indagini per sostenere e strutturare il lavoro degli studenti mentre lavorano come scienziati. Gli studenti possono completare la fase di pianificazione su Storyboard That utilizzando le caselle di testo e i diagrammi, oppure è possibile stamparli e chiedere agli studenti di completarli a mano. Un altro ottimo modo per utilizzarli è proiettare il foglio di pianificazione su una lavagna interattiva e capire come completare i materiali di pianificazione in gruppo. Proiettalo su uno schermo e chiedi agli studenti di scrivere le loro risposte su foglietti adesivi e di inserire le loro idee nella sezione corretta del documento di pianificazione.

Gli studenti molto giovani possono ancora iniziare a pensare come scienziati! Hanno tantissime domande sul mondo che li circonda e puoi iniziare a prenderne nota in una mappa mentale. A volte puoi anche iniziare a "investigare" queste domande attraverso il gioco.

La risorsa della fondazione è destinata agli studenti delle elementari o agli studenti che necessitano di maggiore supporto. È progettato per seguire esattamente lo stesso processo delle risorse superiori, ma reso leggermente più semplice. La differenza fondamentale tra le due risorse sono i dettagli su cui gli studenti sono tenuti a riflettere e il vocabolario tecnico utilizzato. Ad esempio, è importante che gli studenti identifichino le variabili quando progettano le loro indagini. Nella versione superiore, gli studenti non devono solo identificare le variabili, ma fare altri commenti, ad esempio come misureranno la variabile dipendente. Oltre alla differenza nell'impalcatura tra i due livelli di risorse, potresti voler differenziare ulteriormente il modo in cui gli studenti sono supportati da insegnanti e assistenti nella stanza.

Gli studenti potrebbero anche essere incoraggiati a rendere il loro piano sperimentale più facile da comprendere utilizzando la grafica, e questo potrebbe essere utilizzato anche per supportare gli ELL.

Valutazione

Gli studenti devono essere valutati sulle loro capacità di indagine scientifica insieme alla valutazione delle loro conoscenze. Ciò non solo consentirà agli studenti di concentrarsi sullo sviluppo delle proprie competenze, ma consentirà loro anche di utilizzare le informazioni sulla valutazione in un modo che li aiuterà a migliorare le proprie competenze scientifiche. Utilizzando Quick Rubric , puoi creare un quadro di valutazione semplice e veloce e condividerlo con gli studenti in modo che sappiano come avere successo in ogni fase. Oltre a fornire una 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 il prossimo tentativo di pianificare la propria indagine. Le rubriche sono state scritte in modo da consentire agli studenti di accedervi facilmente. In questo modo possono essere condivisi con gli studenti mentre lavorano nel processo di pianificazione in modo che gli studenti sappiano come si presenta un buon progetto sperimentale.

Risorse stampabili

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Attività correlate

Fogli di lavoro aggiuntivi

Se stai cercando di aggiungere ulteriori progetti o continuare a personalizzare i fogli di lavoro, dai un'occhiata alle diverse pagine dei modelli che abbiamo compilato per te di seguito. Ogni foglio di lavoro può essere copiato e adattato ai tuoi progetti o studenti! Gli studenti possono anche essere incoraggiati a crearne di propri se vogliono provare a organizzare le informazioni in modo facile da comprendere.

• Fogli di lavoro di laboratorio
• Fogli di lavoro per la discussione
• Fogli di lavoro con lista di controllo

Risorse correlate

1. Passaggi del metodo scientifico
2. Storyboard di discussione scientifica
3. Sviluppo di capacità di pensiero critico

Domande frequenti sulla progettazione sperimentale per gli studenti

Quali sono alcuni strumenti e tecniche di progettazione sperimentale comuni che gli studenti possono utilizzare?

Gli strumenti e le tecniche di progettazione sperimentale comuni che gli studenti possono utilizzare includono l'assegnazione casuale, i gruppi di controllo, l'accecamento, la replica e l'analisi statistica. Gli studenti possono anche utilizzare studi osservativi, sondaggi ed esperimenti con disegni naturali o quasi sperimentali. Possono anche utilizzare strumenti di visualizzazione dei dati per analizzare e presentare i loro risultati.

In che modo il design sperimentale può aiutare gli studenti a sviluppare capacità di pensiero critico?

La progettazione sperimentale aiuta gli studenti a sviluppare capacità di pensiero critico incoraggiandoli a pensare in modo sistematico e logico ai problemi scientifici. Richiede agli studenti di analizzare i dati, identificare modelli e trarre conclusioni basate su prove. Aiuta anche gli studenti a sviluppare capacità di problem solving fornendo opportunità per progettare e condurre esperimenti per verificare ipotesi.

In che modo il design sperimentale può essere utilizzato per affrontare i problemi del mondo reale?

La progettazione sperimentale può essere utilizzata per affrontare i problemi del mondo reale identificando le variabili che contribuiscono a un particolare problema e testando gli interventi per vedere se sono efficaci nell'affrontare il problema. Ad esempio, il disegno sperimentale può essere utilizzato per testare l'efficacia di nuovi trattamenti medici o per valutare l'impatto degli interventi sociali sulla riduzione della povertà o sul miglioramento dei risultati scolastici.

Quali sono alcune insidie comuni della progettazione sperimentale che gli studenti dovrebbero evitare?

Le insidie comuni del progetto sperimentale che gli studenti dovrebbero evitare includono il mancato controllo delle variabili, l'utilizzo di campioni distorti, l'affidamento a prove aneddotiche e la mancata misurazione accurata delle variabili dipendenti. Gli studenti dovrebbero anche essere consapevoli delle considerazioni etiche quando conducono esperimenti, come ottenere il consenso informato e proteggere la privacy dei soggetti di ricerca.