Eksperimentinis dizainas yra pagrindinis metodas, naudojamas tokiuose dalykuose kaip biologija, chemija, fizika, psichologija ir socialiniai mokslai. Jis padeda mums išsiaiškinti, kaip skirtingi veiksniai veikia tai, ką studijuojame, nesvarbu, ar tai augalai, cheminės medžiagos, fizikos dėsniai, žmonių elgesys, ar tai, kaip veikia visuomenė. Iš esmės tai yra būdas suplanuoti eksperimentus, kad galėtume išbandyti idėjas, pamatyti, kas vyksta, ir suprasti savo rezultatus. Tai labai svarbu studentams ir tyrėjams, norintiems atsakyti į svarbius mokslo klausimus ir geriau suprasti pasaulį. Eksperimentinio dizaino įgūdžiai gali būti taikomi įvairiose situacijose – nuo problemų sprendimo iki duomenų analizės; jie yra plataus masto ir dažnai gali būti taikomi už klasės ribų. Šių įgūdžių mokymas yra labai svarbi mokslo ugdymo dalis, tačiau dažnai į jį nekreipiama dėmesio, kai dėmesys sutelkiamas į turinio mokymą. Kaip mokslo pedagogai, visi matėme praktinio darbo naudą mokinių įsitraukimui ir supratimui. Tačiau dėl laiko apribojimų mokymo programoje, laikas, reikalingas mokiniams lavinti šiuos eksperimentinio tyrimo dizaino ir tyrimo įgūdžius, gali būti išstumtas. Per dažnai jie gauna „receptą“, kurio reikia laikytis, o tai neleidžia jiems prisiimti atsakomybės už savo praktinį darbą. Nuo labai mažens jie pradeda galvoti apie juos supantį pasaulį. Jie užduoda klausimus, o tada, remdamiesi stebėjimais ir įrodymais, į juos atsako. Mokiniai paprastai turi protingų, įdomių ir patikrinamų klausimų, kuriuos jie mėgsta užduoti. Kaip pedagogai, turėtume stengtis skatinti šiuos klausimus ir savo ruožtu puoselėti šį natūralų smalsumą juos supančiam pasauliui.
Mokyti eksperimentų planavimo ir leisti mokiniams patiems kurti klausimus bei kelti hipotezes užima laiko. Ši medžiaga buvo sukurta tam, kad būtų galima paremti ir struktūrizuoti procesą, leidžiantį mokytojams sutelkti dėmesį į pagrindinių eksperimentinio planavimo idėjų tobulinimą. Leisti mokiniams užduoti savo klausimus, rašyti savo hipotezes ir planuoti bei atlikti savo tyrimus yra vertinga jų patirtis. Tai padės mokiniams labiau prisiimti atsakomybę už savo darbą. Kai mokiniai taiko eksperimentinį metodą savo klausimams, jie apmąsto, kaip mokslininkai istoriškai suprato, kaip veikia visata.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Peržiūrėkite toliau pateiktus spausdinimui pritaikytus puslapius ir darbalapių šablonus!
Mokslinio atradimo kelionė prasideda nuo eksperimentinio projektavimo etapų įvaldymo. Šis pamatinis procesas yra būtinas formuluojant eksperimentus, kurie duoda patikimus ir įžvalgius rezultatus, padedant tyrėjams ir studentams atlikti išsamų planavimą, eksperimentinio tyrimo projektavimą ir vykdymą. Naudodamiesi eksperimentinio projektavimo šablonu, dalyviai gali užtikrinti savo išvadų vientisumą ir pagrįstumą. Nesvarbu, ar tai būtų mokslinio eksperimento projektavimas, ar dalyvavimas eksperimentinio projektavimo veikloje, tikslas yra skatinti gilų pagrindinių principų supratimą: kaip turėtų būti planuojami eksperimentai? Kokie yra 7 eksperimentinio projektavimo etapai? Kaip galite suplanuoti savo eksperimentą?
Tai yra septynių pagrindinių eksperimentinio metodo žingsnių, eksperimentinio planavimo idėjų ir eksperimentų planavimo integravimo būdų tyrimas. Studentų projektams gali būti labai naudingi papildomi darbalapiai, be to, pateiksime išteklių, tokių kaip darbalapiai, skirti veiksmingam eksperimentinio planavimo mokymui. Pasinerkime į esminius etapus, kurie yra eksperimento planavimo proceso pagrindas, suteikiant besimokantiesiems įrankius savo moksliniam smalsumui tyrinėti.
Tai yra esminė mokslinio metodo ir eksperimentinio planavimo proceso dalis. Mokiniams patinka sugalvoti klausimus. Klausimų formulavimas yra gili ir prasminga veikla, galinti suteikti mokiniams atsakomybės už savo darbą jausmą. Puikus būdas paskatinti mokinius sugalvoti, kaip vizualizuoti savo tyrimo klausimą, yra naudoti minčių žemėlapio siužetinę liniją.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Paprašykite mokinių sugalvoti klausimų apie visatą, į kuriuos jie nori atsakyti, arba paprašykite jų pagalvoti apie klausimus, kuriuos jie turi tam tikra tema. Visi klausimai yra geri klausimai, tačiau kai kuriuos lengviau patikrinti nei kitus.
Hipotezė vadinama pagrįstu spėjimu. Hipotezė turėtų būti teiginys, kurį galima patikrinti moksliškai. Eksperimento pabaigoje peržiūrėkite, ar išvada patvirtina hipotezę, ar ne.
Mokiniams gali būti sunku suvokti geras hipotezes. Svarbu prisiminti, kad hipotezė nėra tyrimo klausimas, o patikrinamas teiginys . Vienas iš būdų suformuluoti hipotezę yra suformuluoti ją kaip teiginį „jei..., tai...“. Tai tikrai nėra vienintelis ar geriausias būdas suformuluoti hipotezę, tačiau tai gali būti labai paprasta formulė, kurią mokiniai gali naudoti pradėdami.
Teiginys „jei..., tai...“ reikalauja, kad studentai pirmiausia nustatytų kintamuosius, ir tai gali pakeisti vizualinio organizatoriaus etapų eiliškumą. Nustačius priklausomus ir nepriklausomus kintamuosius, hipotezė įgauna formą jei [nepriklausomo kintamojo pokytis], tai [priklausomo kintamojo pokytis].
Pavyzdžiui, jei eksperimente būtų ieškoma kofeino poveikio reakcijos laikui, nepriklausomas kintamasis būtų kofeino kiekis, o priklausomas kintamasis – reakcijos laikas. „Jei, tai“ hipotezė galėtų būti tokia: jei padidinsite suvartojamo kofeino kiekį, reakcijos laikas sutrumpės.
Kas jus paskatino iškelti šią hipotezę? Koks yra jūsų hipotezės mokslinis pagrindas? Priklausomai nuo amžiaus ir gebėjimų, mokiniai, remdamiesi savo ankstesnėmis žiniomis, paaiškina, kodėl pasirinko savo hipotezes, arba gali atlikti tyrimą naudodamiesi knygomis ar internetu. Tai taip pat galėtų būti tinkamas metas aptarti su mokiniais, kas yra patikimas šaltinis.
Pavyzdžiui, studentai gali remtis ankstesniais tyrimais, rodančiais kofeino poveikį budrumui, norėdami paaiškinti, kodėl, jų manymu, kofeino vartojimas sumažins reakcijos laiką.
Prognozė šiek tiek skiriasi nuo hipotezės. Hipotezė yra patikrinamas teiginys, o prognozė labiau susijusi su eksperimentu. Atrandant DNR struktūrą, hipotezė teigė, kad DNR turi spiralinę struktūrą. Buvo prognozuojama, kad DNR rentgeno spindulių difrakcijos diagrama bus X formos.
Remdamiesi savo hipoteze, mokiniai turėtų suformuluoti prognozę, kuri būtų konkretus, išmatuojamas rezultatas. Užuot tiesiog teigę, kad „kofeinas sulėtins reakcijos laiką“, mokiniai galėtų nuspėti, kad „išgėrus 2 skardines gazuoto gėrimo (90 mg kofeino), vidutinis reakcijos laikas sutrumpės 50 milisekundžių, palyginti su tuo, jei kofeinas nebūtų vartojamas“.
Žemiau pateiktas diskusijų siužetinės lentos pavyzdys, kurį galima naudoti norint paskatinti mokinius kalbėti apie kintamuosius eksperimentiniame dizaine.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Trys kintamųjų tipai, kuriuos turėsite aptarti su savo mokiniais, yra priklausomi, nepriklausomi ir kontroliuojami kintamieji. Kad būtų paprasčiau, vadinkite juos „ką matuosite“, „ką keisite“ ir „ką paliksite tą patį“. Pažangesnius mokinius turėtumėte paskatinti vartoti taisyklingą žodyną.
Priklausomi kintamieji yra tai, ką mokslininkas matuoja arba stebi. Šie matavimai dažnai bus kartojami, nes pakartotiniai matavimai padidina jūsų duomenų patikimumą.
Nepriklausomi kintamieji yra kintamieji, kuriuos mokslininkai nusprendžia pakeisti, norėdami pamatyti, kokį poveikį jie turi priklausomam kintamajam. Pasirenkamas tik vienas, nes būtų sunku išsiaiškinti, kuris kintamasis sukelia stebimą pokytį.
Kontroliuojami kintamieji yra dydžiai arba veiksniai, kuriuos mokslininkai nori išlaikyti tokius pačius viso eksperimento metu. Jie kontroliuojami taip, kad išliktų pastovūs, kad nepaveiktų priklausomo kintamojo. Jų valdymas leidžia mokslininkams matyti, kaip nepriklausomas kintamasis veikia priklausomą kintamąjį eksperimentinėje grupėje.
Naudokite šį pavyzdį savo pamokose arba ištrinkite atsakymus ir nustatykite jį kaip veiklą, kurią mokiniai turi atlikti Storyboard That.
| Kaip temperatūra veikia vandenyje ištirpusio cukraus kiekį | |
|---|---|
| Nepriklausomas kintamasis | Vandens temperatūra
(5 skirtingi mėginiai esant 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C ir 50 °C temperatūroms) |
| Priklausomas kintamasis | Cukraus kiekis, kurį galima ištirpinti vandenyje, matuojamas arbatiniais šaukšteliais. |
| Valdomi kintamieji |
|
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Galiausiai tai turi patvirtinti atsakingas suaugęs asmuo, tačiau svarbu, kad mokiniai pagalvotų, kaip jie užtikrins savo saugumą. Šioje dalyje mokiniai turėtų nustatyti galimas rizikas ir paaiškinti, kaip jos bus sumažintos. Veikla, padedanti mokiniams lavinti šiuos įgūdžius, yra padėti jiems atpažinti ir valdyti riziką įvairiose situacijose. Remdamiesi toliau pateikta siužetine lentele, paprašykite mokinių užpildyti antrąjį T diagramos stulpelį, klausiant: „Kas yra rizika?“, o tada paaiškinant, kaip jie galėtų valdyti tą riziką. Šią siužetinę lentą taip pat galima parodyti diskusijai klasėje.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Šiame skyriuje mokiniai išvardins eksperimentams reikalingas medžiagas, įskaitant bet kokią saugos įrangą, kurią jie pabrėžė kaip reikalingą rizikos vertinimo skyriuje. Tai puiki proga pasikalbėti su mokiniais apie tinkamų įrankių pasirinkimą darbui. Plauko pločiui matuoti naudosite kitokį įrankį nei futbolo aikštės pločiui matuoti!
Svarbu kalbėtis su mokiniais apie pakartojamumą. Jie turėtų parašyti procedūrą, kuri leistų kitam mokslininkui lengvai pakartoti jų eksperimentinį metodą. Lengviausias ir glaustiausias būdas mokiniams tai padaryti – sudaryti sunumeruotas instrukcijų sąrašą. Naudinga veikla čia galėtų būti paprašyti mokinių paaiškinti, kaip pasigaminti puodelį arbatos ar sumuštinį. Suvaidinkite procesą, atkreipdami dėmesį į visus praleistus veiksmus.
Anglų kalbos besimokantieji ir studentai, kuriems sunku su rašytine anglų kalba, gali vizualiai aprašyti savo eksperimento veiksmus naudodami Storyboard That.
Ne kiekvienam eksperimentui reikės diagramos, tačiau kai kuriuos planus ją įtraukus bus galima gerokai patobulinti. Paprašykite mokinių sutelkti dėmesį į aiškių ir lengvai suprantamų diagramų, iliustruojančių eksperimentinę grupę, kūrimą.
Pavyzdžiui, procedūra, skirta saulės šviesos poveikiui augalų augimui tirti naudojant visiškai atsitiktinės atrankos metodą, galėtų išsamiai aprašyti:
Kai jų procedūra patvirtinama, mokiniai turėtų atidžiai atlikti suplanuotą eksperimentą, vadovaudamiesi raštiškomis instrukcijomis. Surinkus duomenis, mokiniai turėtų susisteminti neapdorotus rezultatus lentelėse, grafikuose, nuotraukose ar piešiniuose. Taip sukuriama aiški dokumentacija tendencijų analizei.
Kai kurie geriausi duomenų rinkimo metodai:
Pavyzdžiui, augalų auginimo eksperimente mokiniai galėtų užfiksuoti:
| Grupė | Saulės šviesa | Saulės šviesa | Saulės šviesa | Šešėlis | Šešėlis |
|---|---|---|---|---|---|
| Augalo ID | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Pradinis aukštis | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Galinis aukštis | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Jie taip pat vizualiai arba raštu aprašytų tokius stebėjimus kaip lapų spalvos pasikeitimas ar kryptingas lenkimas.
Labai svarbu, kad mokiniai taikytų saugius mokslinius metodus. Eksperimentams reikalinga suaugusiųjų priežiūra ir tinkamas rizikos vertinimas.
Gerai dokumentuotas duomenų rinkimas leidžia atlikti gilesnę analizę po eksperimento pabaigos, siekiant nustatyti, ar hipotezės ir prognozės buvo pagrįstos.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Vizualinių organizatorių naudojimas yra veiksmingas būdas paskatinti mokinius dirbti kaip mokslininkus klasėje.
Yra daug būdų, kaip naudoti šias tyrimų planavimo priemones, siekiant paremti ir struktūrizuoti mokinių darbą, kol jie dirba kaip mokslininkai. Mokiniai gali užbaigti planavimo etapą Storyboard That platformoje naudodami teksto laukelius ir diagramas arba galite juos atsispausdinti ir leisti mokiniams užpildyti ranka. Kitas puikus būdas jas naudoti – projektuoti planavimo lapą ant interaktyvios lentos ir grupėje aptarti, kaip užpildyti planavimo medžiagą. Projektuokite jį ekrane ir paprašykite mokinių užrašyti savo atsakymus ant lipnių lapelių ir įdėti savo idėjas į atitinkamą planavimo dokumento skyrių.
Labai maži besimokantieji vis dar gali pradėti mąstyti kaip mokslininkai! Jie turi daugybę klausimų apie juos supantį pasaulį, ir jūs galite pradėti juos užsirašyti minčių žemėlapyje. Kartais galite netgi pradėti „tirinėti“ šiuos klausimus žaisdami.
Pagrindinis šaltinis skirtas pradinių klasių mokiniams arba mokiniams, kuriems reikia daugiau pagalbos. Jis sukurtas taip, kad atitiktų tą patį procesą kaip ir aukštesnio lygio ištekliai, tik yra šiek tiek lengvesnis. Pagrindinis skirtumas tarp šių dviejų išteklių yra detalės, apie kurias mokiniai turi pagalvoti, ir naudojama techninė terminologija. Pavyzdžiui, svarbu, kad mokiniai, planuodami savo tyrimus, nustatytų kintamuosius. Aukštesnio lygio versijoje mokiniai ne tik turi nustatyti kintamuosius, bet ir pateikti kitų komentarų, pavyzdžiui, kaip jie ketina išmatuoti priklausomą kintamąjį arba naudoti visiškai atsitiktinės atrankos metodą. Be skirtumų tarp dviejų išteklių lygių, galite dar labiau diferencijuoti pagal tai, kaip besimokantiems padeda mokytojai ir asistentai klasėje.
Mokiniai taip pat galėtų būti skatinami savo eksperimentinį planą padaryti lengviau suprantamą naudojant grafikus, ir tai taip pat galėtų būti naudojama anglų kalbos kaip antrosios kalbos mokymosi palaikymui.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Kartu su žinių vertinimu reikia vertinti ir mokinių mokslinio tyrimo įgūdžius. Tai ne tik leis mokiniams sutelkti dėmesį į savo įgūdžių ugdymą, bet ir leis jiems panaudoti vertinimo informaciją taip, kad pagerintų savo mokslinius įgūdžius. Naudodami Quick Rubric , galite sukurti greitą ir paprastą vertinimo sistemą ir ja pasidalyti su mokiniais, kad jie žinotų, kaip pasiekti sėkmės kiekviename etape. Be formuojamojo vertinimo, kuris skatins mokymąsi, tai taip pat gali būti naudojama mokinių darbui įvertinti tyrimo pabaigoje ir nustatyti tikslus, kada jie kitą kartą bandys planuoti savo tyrimą. Vertinimo kriterijai parašyti taip, kad mokiniai galėtų juos lengvai pasiekti. Tokiu būdu juos galima bendrinti su mokiniais, jiems vykdant planavimo procesą, kad mokiniai žinotų, kaip atrodo geras eksperimentinis planas.
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
(Prasidės 2 savaičių nemokama bandomoji versija - kreditinės kortelės nereikia)
Jei norite pridėti papildomų projektų arba toliau tinkinti darbalapius, peržiūrėkite kelis šablonų puslapius, kuriuos jums surinkome žemiau. Kiekvieną darbalapį galima nukopijuoti ir pritaikyti jūsų projektams ar mokiniams! Mokinius taip pat galima paskatinti susikurti savo, jei jie nori pabandyti susisteminti informaciją lengvai suprantamu būdu.
Įprasti eksperimentinio projektavimo įrankiai ir metodai, kuriuos gali naudoti studentai, yra atsitiktinis priskyrimas, kontrolinės grupės, apakimas, replikacija ir statistinė analizė. Studentai taip pat gali naudoti stebėjimo tyrimus, apklausas ir eksperimentus su natūraliais ar beveik eksperimentiniais projektais. Jie taip pat gali naudoti duomenų vizualizavimo įrankius savo rezultatams analizuoti ir pateikti.
Eksperimentinis dizainas padeda studentams ugdyti kritinio mąstymo įgūdžius, skatinant juos sistemingai ir logiškai mąstyti apie mokslines problemas. Ji reikalauja, kad studentai analizuotų duomenis, nustatytų modelius ir, remdamiesi įrodymais, padarytų išvadas. Tai taip pat padeda studentams ugdyti problemų sprendimo įgūdžius, suteikiant galimybę kurti ir atlikti eksperimentus hipotezėms patikrinti.
Eksperimentinis dizainas gali būti naudojamas sprendžiant realias problemas, nustatant kintamuosius, kurie prisideda prie konkrečios problemos, ir išbandant intervencijas, siekiant išsiaiškinti, ar jos yra veiksmingos sprendžiant problemą. Pavyzdžiui, eksperimentinis dizainas gali būti naudojamas naujų medicininių gydymo būdų veiksmingumui patikrinti arba socialinių intervencijų poveikiui mažinti skurdą arba švietimo rezultatams gerinti įvertinti.
Įprastos eksperimentinio planavimo spąstai, kurių studentai turėtų vengti, yra nesugebėjimas kontroliuoti kintamųjų, naudoti šališkus pavyzdžius, pasikliauti anekdotiniais įrodymais ir nesugebėjimas tiksliai išmatuoti priklausomų kintamųjų. Atlikdami eksperimentus studentai taip pat turėtų žinoti apie etinius aspektus, pavyzdžiui, gauti informuoto sutikimo ir apsaugoti tiriamųjų privatumą.