Eksperimentālā projektēšana ir galvenā metode, ko izmanto tādos priekšmetos kā bioloģija, ķīmija, fizika, psiholoģija un sociālās zinātnes. Tas palīdz mums noskaidrot, kā dažādi faktori ietekmē to, ko mēs pētām, neatkarīgi no tā, vai tie ir augi, ķīmiskās vielas, fiziskie likumi, cilvēku uzvedība vai sabiedrība. Būtībā tas ir veids, kā izveidot eksperimentus, lai mēs varētu pārbaudīt idejas, redzēt, kas notiek, un saprast mūsu rezultātus. Tas ir ļoti svarīgi studentiem un pētniekiem, kuri vēlas atbildēt uz lieliem zinātnes jautājumiem un labāk izprast pasauli. Eksperimentālās projektēšanas prasmes var pielietot dažādās situācijās, sākot no problēmu risināšanas līdz datu analīzei; tie ir plaši sasniedzami, un tos bieži var izmantot ārpus klases. Šo prasmju mācīšana ir ļoti svarīga dabaszinātņu izglītības daļa, taču tā bieži tiek ignorēta, koncentrējoties uz satura mācīšanu. Kā zinātņu pedagogi mēs visi esam redzējuši priekšrocības, ko praktiskais darbs sniedz studentu iesaistei un izpratnei. Tomēr, ņemot vērā mācību programmas laika ierobežojumus, laiks, kas nepieciešams, lai studenti attīstītu šīs izmeklēšanas prasmes, var tikt izspiesti. Pārāk bieži viņi saņem “recepti”, kas jāievēro, un tas neļauj viņiem uzņemties atbildību par savu praktisko darbu. Jau no mazotnes viņi sāk domāt par apkārtējo pasauli. Viņi uzdod jautājumus, pēc tam izmanto novērojumus un pierādījumus, lai uz tiem atbildētu. Studentiem mēdz būt inteliģenti, interesanti un pārbaudāmi jautājumi, kurus viņiem patīk uzdot. Mums kā pedagogiem būtu jāstrādā, lai veicinātu šos jautājumus un, savukārt, audzinātu apkārtējā pasaulē šo dabisko zinātkāri.
Eksperimentu dizaina mācīšana un ļaut studentiem izstrādāt savus jautājumus un hipotēzes prasa laiku. Šie materiāli ir izveidoti, lai izveidotu un strukturētu procesu, lai skolotāji varētu koncentrēties uz galveno ideju uzlabošanu eksperimentālajā dizainā. Ļaut studentiem uzdot pašiem savus jautājumus, rakstīt savas hipotēzes un plānot un veikt savus izmeklējumus viņiem ir vērtīga pieredze. Tas radīs studentiem lielāku atbildību par savu darbu. Kad studenti izmanto eksperimentālo metodi saviem jautājumiem, viņi pārdomā, kā zinātnieki vēsturiski ir sapratuši, kā darbojas Visums.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Apskatiet tālāk redzamās printeriem draudzīgās lapas un darblapu veidnes!
Uzsākt zinātnisko atklājumu ceļojumu sākas ar eksperimentālā dizaina soļu apgūšanu. Šis pamatprocess ir būtisks, lai formulētu eksperimentus, kas dod uzticamus un ieskatamus rezultātus, vadot gan pētniekus, gan studentus viņu pētījumu detalizētā plānošanā un izpildē. Izmantojot eksperimentāla dizaina veidni, dalībnieki var nodrošināt savu atklājumu integritāti un derīgumu. Neatkarīgi no tā, vai tas notiek, izstrādājot zinātnisku eksperimentu vai iesaistoties eksperimentālās projektēšanas darbībās, mērķis ir veicināt dziļu izpratni par pamatiem: kā būtu jāizstrādā eksperimenti? Kādi ir 7 eksperimentālā dizaina soļi? Kā jūs varat izveidot savu eksperimentu?
Šī ir septiņu galveno eksperimentālās metodes soļu, eksperimentālā dizaina ideju un eksperimentu dizaina integrēšanas veidu izpēte. Studentu projekti var gūt lielu labumu no papildu darblapām, un mēs nodrošināsim arī tādus resursus kā darblapas, kuru mērķis ir efektīvi mācīt eksperimentālo dizainu. Iedziļināsimies galvenajos posmos, kas ir eksperimenta izstrādes procesa pamatā, nodrošinot audzēkņus ar instrumentiem, lai izpētītu viņu zinātnisko zinātkāri.
Šī ir galvenā zinātniskās metodes un eksperimentālās izstrādes procesa daļa. Studentiem patīk uzdot jautājumus. Jautājumu formulēšana ir dziļa un jēgpilna darbība, kas var dot studentiem īpašumtiesības pār viņu darbu. Lielisks veids, kā likt studentiem domāt par to, kā vizualizēt savus jautājumus, ir izmantot domu kartes scenāriju.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Palūdziet studentiem padomāt par visiem jautājumiem, uz kuriem viņi vēlas atbildēt par Visumu, vai mudiniet viņus aizdomāties par jautājumiem, kas viņiem ir par konkrētu tēmu. Visi jautājumi ir labi jautājumi, taču dažus ir vieglāk pārbaudīt nekā citus.
Hipotēze ir pazīstama kā izglītots minējums. Hipotēzei ir jābūt apgalvojumam, ko var pārbaudīt zinātniski. Eksperimenta beigās atskatieties atpakaļ, lai redzētu, vai secinājums apstiprina hipotēzi vai nē.
Labu hipotēžu veidošana studentiem var būt sarežģīta. Ir svarīgi atcerēties, ka hipotēze nav jautājums, tas ir pārbaudāms apgalvojums . Viens no hipotēzes veidošanas veidiem ir formulēt to kā “ja... tad...” apgalvojumu. Tas noteikti nav vienīgais vai labākais veids, kā veidot hipotēzi, taču tā var būt ļoti vienkārša formula, ko studenti var izmantot, uzsākot darbu.
Paziņojums “ja... tad...” liek studentiem vispirms identificēt mainīgos, un tas var mainīt secību, kādā viņi pabeidz vizuālā organizatora posmus. Pēc mainīgo identifikācijas hipotēze iegūst formu, ja [neatkarīgā mainīgā izmaiņas], tad [atkarīgā mainīgā izmaiņas].
Piemēram, ja eksperimentā tika meklēta kofeīna ietekme uz reakcijas laiku, neatkarīgais mainīgais būtu kofeīna daudzums un atkarīgais mainīgais būtu reakcijas laiks. “Ja, tad” hipotēze varētu būt šāda: ja palielināsiet uzņemtā kofeīna daudzumu, reakcijas laiks samazināsies.
Kas jūs noveda pie šīs hipotēzes? Kāds ir jūsu hipotēzes zinātniskais pamatojums? Atkarībā no vecuma un spējām skolēni izmanto savas iepriekšējās zināšanas, lai izskaidrotu, kāpēc viņi ir izvēlējušies savas hipotēzes, vai arī veic pētījumus, izmantojot grāmatas vai internetu. Šis varētu būt arī labs laiks, lai apspriestu ar studentiem, kas ir uzticams avots.
Piemēram, studenti var atsaukties uz iepriekšējiem pētījumiem, kas parāda kofeīna modrības ietekmi, lai izskaidrotu, kāpēc viņi domā, ka kofeīna uzņemšana samazinās reakcijas laiku.
Prognoze nedaudz atšķiras no hipotēzes. Hipotēze ir pārbaudāms apgalvojums, turpretim prognoze ir specifiskāka eksperimentam. Atklājot DNS struktūru, hipotēze ierosināja, ka DNS ir spirālveida struktūra. Prognoze bija tāda, ka DNS rentgenstaru difrakcijas modelis būs X forma.
Studentiem ir jāformulē prognoze, kas ir konkrēts, izmērāms rezultāts, pamatojoties uz viņu hipotēzi. Tā vietā, lai tikai teiktu, ka "kofeīns samazinās reakcijas laiku", studenti varētu prognozēt, ka "izdzerot 2 kārbas sodas (90 mg kofeīna), vidējais reakcijas laiks samazināsies par 50 milisekundēm, salīdzinot ar to, ka nedzerot kofeīnu."
Tālāk ir sniegts Diskusijas stāstu paneļa piemērs, ko var izmantot, lai studenti runātu par mainīgajiem eksperimentālajā dizainā.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Trīs mainīgo veidu veidi, kas jums būs jāapspriež ar studentiem, ir atkarīgi, neatkarīgi un kontrolēti mainīgie. Lai tas būtu vienkārši, atsaucieties uz to, "ko jūs plānojat izmērīt", "ko jūs gatavojaties mainīt" un "ko jūs gatavojaties saglabāt nemainīgu". Ar pieredzējušākiem studentiem jāmudina lietot pareizo vārdu krājumu.
Atkarīgie mainīgie ir tas, ko mēra vai novēro zinātnieks. Šie mērījumi bieži tiks atkārtoti, jo atkārtoti mērījumi padara jūsu datus uzticamākus.
Neatkarīgais mainīgais ir mainīgais, ko zinātnieki nolemj mainīt, lai redzētu, kāda ir tā ietekme uz atkarīgo mainīgo. Tiek izvēlēts tikai viens, jo būtu grūti izdomāt, kurš mainīgais izraisa jūsu novērotās izmaiņas.
Kontrolētie mainīgie ir daudzumi vai faktori, kurus zinātnieki vēlas palikt nemainīgi visā eksperimenta laikā. Tie tiek kontrolēti, lai tie paliktu nemainīgi, lai neietekmētu atkarīgo mainīgo. To kontrole ļauj zinātniekiem redzēt, kā neatkarīgais mainīgais ietekmē atkarīgo mainīgo.
Izmantojiet šo piemēru savās nodarbībās vai izdzēsiet atbildes un iestatiet to kā aktivitāti, kas skolēniem jāveic Storyboard That.
| Kā temperatūra ietekmē ūdenī izšķīdināmā cukura daudzumu | |
|---|---|
| Neatkarīgais mainīgais | Ūdens temperatūra
(5 dažādi paraugi 10°C, 20°C, 30°C, 40°C un 50°C) |
| Atkarīgais mainīgais | Cukura daudzums, ko var izšķīdināt ūdenī, mērot tējkarotēs. |
| Kontrolētie mainīgie |
|
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Galu galā tas ir jāparaksta atbildīgam pieaugušajam, taču ir svarīgi likt skolēniem domāt par to, kā viņi pasargās sevi. Šajā daļā studentiem jāidentificē iespējamie riski un pēc tam jāpaskaidro, kā viņi gatavojas samazināt risku. Aktivitāte, kas palīdz skolēniem attīstīt šīs prasmes, ir likt viņiem identificēt un pārvaldīt riskus dažādās situācijās. Izmantojot tālāk redzamo scenāriju, lieciet studentiem aizpildīt T diagrammas otro kolonnu, sakot: "Kas ir risks?", pēc tam paskaidrojot, kā viņi varētu pārvaldīt šo risku. Šo stāstu shēmu var projicēt arī klases diskusijai.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Šajā sadaļā skolēni uzskaitīs materiālus, kas viņiem nepieciešami eksperimentiem, tostarp jebkuru drošības aprīkojumu, ko viņi riska novērtējuma sadaļā ir norādījuši kā nepieciešamu. Šis ir lielisks laiks, lai runātu ar skolēniem par darbam piemērotu instrumentu izvēli. Jūs gatavojaties izmantot citu rīku, lai izmērītu matu platumu, nevis futbola laukuma platumu!
Ir svarīgi runāt ar skolēniem par reproducējamību. Viņiem vajadzētu uzrakstīt procedūru, kas ļautu citam zinātniekam viegli reproducēt viņu eksperimentālo metodi. Vienkāršākais un kodolīgākais veids, kā studenti to var izdarīt, ir izveidot numurētu instrukciju sarakstu. Noderīga darbība šeit varētu būt, lai skolēni izskaidrotu, kā pagatavot tasi tējas vai sviestmaizi. Izpildiet procesu, norādot visas darbības, kuras viņi ir palaiduši garām.
Angļu valodas apguvējiem un studentiem, kuriem ir grūtības ar rakstisku angļu valodu, studenti var vizuāli aprakstīt sava eksperimenta darbības, izmantojot Storyboard That.
Ne katram eksperimentam būs nepieciešama diagramma, taču daži plāni tiks ievērojami uzlaboti, iekļaujot to. Lieciet skolēniem koncentrēties uz skaidru un viegli saprotamu diagrammu izveidi.
Piemēram, procedūrā, lai pārbaudītu saules gaismas ietekmi uz augu augšanu, varētu būt sīkāka informācija:
Kad viņu procedūra ir apstiprināta, studentiem rūpīgi jāveic plānotais eksperiments, ievērojot viņu rakstiskos norādījumus. Kad tiek vākti dati, studentiem neapstrādātie rezultāti jāsakārto tabulās, grafikos, fotoattēlos vai zīmējumos. Tādējādi tiek izveidota skaidra dokumentācija tendenču analīzei.
Dažas datu vākšanas labākās prakses ir šādas:
Piemēram, augu augšanas eksperimentā skolēni varētu ierakstīt:
| Grupa | Saules gaisma | Saules gaisma | Saules gaisma | Ēna | Ēna |
|---|---|---|---|---|---|
| Auga ID | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Sākuma augstums | 5 cm | 4 cm | 5 cm | 6 cm | 4 cm |
| Beigu augstums | 18 cm | 17 cm | 19 cm | 9 cm | 8 cm |
Viņi arī vizuāli vai rakstiski aprakstītu novērojumus, piemēram, lapu krāsas izmaiņas vai virziena lieces.
Ir ļoti svarīgi, lai studenti praktizētu drošas zinātnes procedūras. Eksperimentiem ir nepieciešama pieaugušo uzraudzība, kā arī pienācīgs riska novērtējums.
Labi dokumentēta datu vākšana ļauj veikt dziļāku analīzi pēc eksperimenta pabeigšanas, lai noteiktu, vai hipotēzes un prognozes tika atbalstītas.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Vizuālo organizatoru izmantošana ir efektīvs veids, kā likt skolēniem strādāt par zinātniekiem klasē.
Ir daudzi veidi, kā izmantot šos izmeklēšanas plānošanas rīkus, lai sastatņu un strukturētu studentu darbu, kamēr viņi strādā kā zinātnieki. Studenti var pabeigt plānošanas posmu Storyboard That izmantojot tekstlodziņus un diagrammas, vai arī jūs varat tos izdrukāt un likt studentiem tos aizpildīt ar roku. Vēl viens lielisks veids, kā tos izmantot, ir projektēt plānošanas lapu uz interaktīvās tāfeles un izstrādāt plānošanas materiālus kā grupu. Projicējiet to uz ekrāna un lieciet studentiem uzrakstīt savas atbildes uz līmlapiņām un ievietot savas idejas pareizajā plānošanas dokumenta sadaļā.
Ļoti mazi skolēni vēl var sākt domāt par zinātniekiem! Viņiem ir daudz jautājumu par apkārtējo pasauli, un jūs varat sākt tos atzīmēt domu kartē. Dažreiz jūs pat varat sākt "izmeklēt" šos jautājumus, spēlējot.
Fonda resurss ir paredzēts sākumskolas skolēniem vai skolēniem, kuriem nepieciešams lielāks atbalsts. Tas ir izstrādāts, lai ievērotu tieši tādu pašu procesu kā augstākie resursi, taču tas ir nedaudz vieglāks. Galvenā atšķirība starp abiem resursiem ir informācija, par ko studentiem ir jādomā, un izmantotā tehniskā vārdnīca. Piemēram, ir svarīgi, lai studenti, izstrādājot pētījumus, identificētu mainīgos. Augstākajā versijā studentiem ir ne tikai jāidentificē mainīgie, bet arī jāsniedz citi komentāri, piemēram, kā viņi gatavojas izmērīt atkarīgo mainīgo. Kā arī atšķirība starp sastatnēm starp diviem resursu līmeņiem, iespējams, vēlēsities vēl vairāk atšķirt, kā audzēkņus atbalsta skolotāji un palīgi telpā.
Studentus varētu arī mudināt padarīt savu eksperimentālo plānu vieglāk saprotamu, izmantojot grafiku, un to varētu izmantot arī ELL atbalstam.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Līdztekus zināšanu novērtējumam studenti ir jānovērtē arī par viņu zinātņu izpētes prasmēm. Tas ne tikai ļaus studentiem koncentrēties uz savu prasmju pilnveidošanu, bet arī ļaus viņiem izmantot savu novērtējuma informāciju tādā veidā, kas palīdzēs viņiem uzlabot savas zinātnes prasmes. Izmantojot Quick Rubric , varat izveidot ātru un vienkāršu novērtējuma sistēmu un kopīgot to ar skolēniem, lai viņi zinātu, kā gūt panākumus katrā posmā. Papildus veidojošai vērtēšanai, kas veicinās mācīšanos, to var izmantot arī, lai novērtētu studentu darbu izmeklēšanas beigās un noteiktu mērķus, kad viņi nākamreiz mēģinās plānot savu izmeklēšanu. Rubrikas ir rakstītas tā, lai studenti varētu tām viegli piekļūt. Tādā veidā tos var kopīgot ar studentiem, kad viņi strādā plānošanas procesā, lai studenti zinātu, kā izskatās labs eksperimentālais dizains.
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
(Tas sāks 2 nedēļu bezmaksas izmēģinājuma versiju - kredītkartes nav nepieciešamas)
Ja vēlaties pievienot papildu projektus vai turpināt pielāgot darblapas, tālāk apskatiet vairākas veidņu lapas, kuras esam jums apkopojuši. Katru darblapu var kopēt un pielāgot jūsu projektiem vai studentiem! Studentus var arī mudināt izveidot paši, ja viņi vēlas mēģināt sakārtot informāciju viegli saprotamā veidā.
Kopējie eksperimentālā dizaina rīki un metodes, ko var izmantot studenti, ietver nejaušu piešķiršanu, kontroles grupas, apžilbināšanu, replikāciju un statistisko analīzi. Studenti var izmantot arī novērošanas pētījumus, aptaujas un eksperimentus ar dabisku vai kvazieksperimentālu dizainu. Viņi var arī izmantot datu vizualizācijas rīkus, lai analizētu un prezentētu savus rezultātus.
Eksperimentālais dizains palīdz studentiem attīstīt kritiskās domāšanas prasmes, mudinot viņus sistemātiski un loģiski domāt par zinātniskām problēmām. Tas prasa studentiem analizēt datus, noteikt modeļus un izdarīt secinājumus, pamatojoties uz pierādījumiem. Tas arī palīdz studentiem attīstīt problēmu risināšanas prasmes, sniedzot iespējas izstrādāt un veikt eksperimentus, lai pārbaudītu hipotēzes.
Eksperimentālo dizainu var izmantot, lai risinātu reālas problēmas, identificējot mainīgos, kas veicina konkrētu problēmu, un pārbaudot iejaukšanās pasākumus, lai noskaidrotu, vai tie ir efektīvi problēmas risināšanā. Piemēram, eksperimentālo dizainu var izmantot, lai pārbaudītu jaunu ārstniecības metožu efektivitāti vai novērtētu sociālās iejaukšanās ietekmi uz nabadzības samazināšanu vai izglītības rezultātu uzlabošanu.
Izplatītas eksperimentālā dizaina nepilnības, no kurām studentiem vajadzētu izvairīties, ir mainīgo lielumu nekontrolēšana, neobjektīvu paraugu izmantošana, paļaušanās uz anekdotiskiem pierādījumiem un atkarīgo mainīgo precīza mērīšana. Studentiem, veicot eksperimentus, jāapzinās arī ētiski apsvērumi, piemēram, informētas piekrišanas iegūšana un pētāmo personu privātuma aizsardzība.