Wetenschap is een mengeling van historisch opgebouwde kennis en vaardigheden. Deze praktische vaardigheden variëren van probleemoplossing tot data-analyse; ze zijn groot en kunnen vaak buiten het klaslokaal worden toegepast. Het onderwijzen van deze vaardigheden is een zeer belangrijk onderdeel van het wetenschappelijk onderwijs, maar wordt vaak over het hoofd gezien als het gericht is op het onderwijzen van de inhoud. Als wetenschappelijk opvoeders hebben we allemaal de voordelen gezien die praktisch werk heeft voor de betrokkenheid en het begrip van studenten. Met de tijdsbeperkingen die op het curriculum worden gesteld, kan de tijd die studenten nodig hebben om deze onderzoeksvaardigheden te ontwikkelen, echter worden uitgeperst. Te vaak geven we studenten een 'recept' om te volgen, waardoor studenten geen verantwoordelijkheid nemen voor hun praktische werk. Vanaf zeer jonge leeftijd beginnen studenten na te denken over de wereld om hen heen. Ze stellen vragen en gebruiken vervolgens observaties en bewijs om deze te beantwoorden. Studenten hebben de neiging om intelligente, interessante en testbare vragen te stellen die ze graag stellen. Als opvoeders moeten we werken aan het aanmoedigen van deze vragen en op zijn beurt deze natuurlijke nieuwsgierigheid in de wereld om hen heen koesteren.
Het onderwijzen van het ontwerp van experimenten en studenten hun eigen vragen en hypothesen laten ontwikkelen kost tijd. Deze materialen zijn gemaakt om het proces te ondersteunen en te structureren, zodat leraren zich kunnen concentreren op het verbeteren van de belangrijkste ideeën in experimenteel ontwerp. Studenten toestaan om hun eigen vragen te stellen, hun eigen hypothesen te schrijven en hun eigen onderzoeken te plannen en uit te voeren, is een waardevolle ervaring voor hen. Dit zal ertoe leiden dat studenten meer eigenaar worden van hun werk. Wanneer studenten de experimentele methode voor hun eigen vragen uitvoeren, reflecteren ze op hoe wetenschappers historisch zijn gaan begrijpen hoe het universum werkt.
Bekijk de printervriendelijke pagina's en werkbladsjablonen hieronder!
Dit is een belangrijk onderdeel van de wetenschappelijke methode en het experimentele ontwerpproces. Studenten vinden het leuk om vragen te bedenken. Vragen formuleren is een diepgaande en zinvolle activiteit die studenten eigendom over hun werk kan geven. Een geweldige manier om studenten te laten nadenken over het visualiseren van hun vragen, is met behulp van een mindmap-storyboard.
Laat de cursisten nadenken over vragen die ze willen beantwoorden over het universum of laat ze nadenken over vragen die ze over een bepaald onderwerp hebben. Alle vragen zijn goede vragen, maar sommige zijn gemakkelijker te testen dan andere.
Een hypothese staat bekend als een onderbouwde gok. Een hypothese moet een bewering zijn die wetenschappelijk kan worden getest. Kijk aan het einde van het experiment terug om te zien of de conclusie de hypothese ondersteunt of niet. Het vormen van goede hypothesen kan een uitdaging zijn voor studenten om te begrijpen. Het is belangrijk om te onthouden dat de hypothese geen vraag is, maar een toetsbare verklaring .
Een manier om een hypothese te vormen is om het te formuleren als een "als ... dan ..." -verklaring. Dit is zeker niet de enige of beste manier om een hypothese te vormen, maar kan een zeer eenvoudige formule zijn voor studenten om te gebruiken wanneer ze voor het eerst beginnen. Een "if ... then ..." -instructie vereist dat studenten eerst de variabelen identificeren, en dat kan de volgorde veranderen waarin ze de fasen van de visuele organizer voltooien.
Na het identificeren van de variabelen neemt de hypothese de vorm aan als [verandering in onafhankelijke variabele], vervolgens [verandering in afhankelijke variabele]. Als een experiment bijvoorbeeld op zoek was naar het effect van cafeïne op de reactietijd, zou de onafhankelijke variabele de hoeveelheid cafeïne zijn en de afhankelijke variabele de reactietijd. De "if, then" -hypothese zou kunnen zijn: als u de hoeveelheid ingenomen cafeïne verhoogt, neemt de reactietijd af.
Wat heeft u tot deze hypothese geleid? Wat is de wetenschappelijke achtergrond achter uw hypothese? Afhankelijk van leeftijd en bekwaamheid gebruiken studenten hun voorkennis om uit te leggen waarom ze hun hypothesen hebben gekozen, of als alternatief onderzoek met boeken of internet. Dit kan ook een goed moment zijn om met studenten te bespreken wat een betrouwbare bron is.
De voorspelling wijkt enigszins af van de hypothese. Een hypothese is een toetsbare uitspraak, terwijl de voorspelling specifieker is voor het experiment. Bij de ontdekking van de structuur van DNA stelde de hypothese voor dat DNA een spiraalvormige structuur heeft. De voorspelling was dat het röntgendiffractiepatroon van DNA een X-vorm zou hebben.
Hieronder is een voorbeeld van een Discussie-storyboard dat kan worden gebruikt om uw studenten te laten praten over variabelen in experimenteel ontwerp.
De drie soorten variabelen die u met uw studenten moet bespreken, zijn afhankelijke, onafhankelijke en gecontroleerde variabelen. Om dit simpel te houden, verwijs ernaar als "wat je gaat meten", "wat je gaat veranderen" en "wat je hetzelfde gaat houden". Bij meer gevorderde studenten moet je hen aanmoedigen om de juiste woordenschat te gebruiken.
Afhankelijke variabelen zijn wat wordt gemeten of waargenomen door de wetenschapper. Deze metingen worden vaak herhaald omdat herhaalde metingen uw gegevens betrouwbaarder maken.
De onafhankelijke variabele is een variabele die wetenschappers besluiten te wijzigen om te zien welk effect deze heeft op de afhankelijke variabele. Er is er maar één gekozen omdat het moeilijk zou zijn om erachter te komen welke variabele de verandering veroorzaakt die je waarneemt.
Gecontroleerde variabelen zijn hoeveelheden of factoren die wetenschappers gedurende het hele experiment willen behouden. Ze worden geregeld om constant te blijven, om de afhankelijke variabele niet te beïnvloeden. Door deze te beheersen, kunnen wetenschappers zien hoe de onafhankelijke variabele de afhankelijke variabele beïnvloedt.
Gebruik dit voorbeeld hieronder in uw lessen, of verwijder de antwoorden en stel het in als een activiteit die studenten moeten voltooien op Storyboard That.
| Hoe temperatuur de hoeveelheid suiker beïnvloedt die in water kan worden opgelost | |
|---|---|
| Onafhankelijke variabele | Water temperatuur
(Bereik 5 verschillende monsters bij 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C en 50 ° C) |
| Afhankelijke variabele | De hoeveelheid suiker die kan worden opgelost in het water, gemeten in theelepels. |
| Gecontroleerde variabelen |
|
Uiteindelijk moet dit worden ondertekend door een verantwoordelijke volwassene, maar het is belangrijk om studenten aan het denken te zetten over hoe ze zichzelf kunnen beschermen. In dit deel moeten studenten potentiële risico's identificeren en vervolgens uitleggen hoe ze risico's gaan minimaliseren. Een activiteit om studenten te helpen deze vaardigheden te ontwikkelen, is om ze in verschillende situaties risico's te laten identificeren en beheren. Laat de cursisten met behulp van het onderstaande storyboard de tweede kolom van de T-kaart invullen door te zeggen: "Wat is risico?" En vervolgens uit te leggen hoe ze dat risico kunnen beheren. Dit storyboard kan ook worden geprojecteerd voor een klasdiscussie.
In deze sectie zullen studenten de materialen vermelden die ze nodig hebben voor de experimenten, inclusief eventuele veiligheidsuitrusting die ze hebben gemarkeerd als nodig in de sectie risicobeoordeling. Dit is een goed moment om met studenten te praten over het kiezen van hulpmiddelen die geschikt zijn voor de taak. Je gaat een ander hulpmiddel gebruiken om de breedte van een haar te meten dan om de breedte van een voetbalveld te meten!
Het is belangrijk om met studenten over reproduceerbaarheid te praten. Ze moeten een procedure schrijven waarmee hun experimentele methode gemakkelijk door een andere wetenschapper kan worden gereproduceerd. De eenvoudigste en meest beknopte manier voor studenten om dit te doen, is door een genummerde lijst met instructies te maken. Een nuttige activiteit hier zou kunnen zijn om studenten uit te leggen hoe ze een kopje thee of een broodje moeten maken. Voer het proces uit en wijs alle stappen aan die ze hebben gemist.
Voor studenten die Engels leren en studenten die moeite hebben met geschreven Engels, kunnen studenten de stappen in hun experiment visueel beschrijven met behulp van Storyboard That.
Niet elk experiment heeft een diagram nodig, maar sommige plannen zullen aanzienlijk worden verbeterd door er een op te nemen. Laat de leerlingen zich concentreren op het produceren van duidelijke en gemakkelijk te begrijpen diagrammen.
Studenten volgen vervolgens hun plan en voeren het experiment uit. Het is belangrijk dat studenten hun resultaten op een zinvolle en gemakkelijk te begrijpen manier verzamelen. Gegevens worden vaak vastgelegd in een tabel, maar kunnen ook worden gedaan met foto's, tekeningen van waarnemingen of een combinatie. Het kan nuttig zijn om studenten eventuele moeilijkheden en problemen op te laten schrijven die ze hadden bij het uitvoeren van het experiment. Dit kan later helpen bij het evalueren van hun experimentele methode.
Het is belangrijk om te vermelden dat alle experimenten die studenten ontwerpen grondig moeten worden geëvalueerd door de verantwoordelijke volwassene voordat studenten hun praktische werk kunnen laten uitvoeren.
Nadat de procedure van het experiment is voltooid, analyseren de studenten de gegevens, trekken ze conclusies en delen ze hun resultaten. Afhankelijk van het studentniveau kan dit een formeel laboratoriumrapport, grafieken, klasdiscussie of andere methode zijn.
Het gebruik van visuele organisatoren is een effectieve manier om uw studenten als wetenschappers in de klas aan het werk te krijgen.
Er zijn veel manieren om deze onderzoekplanningstools te gebruiken om het werk van studenten te ondersteunen en te structureren terwijl ze als wetenschappers werken. Studenten kunnen de planningsfase op Storyboard That voltooien met behulp van de tekstvakken en diagrammen, of u kunt ze afdrukken en ze door studenten met de hand laten invullen. Een andere geweldige manier om ze te gebruiken is om het planningsblad op een interactief whiteboard te projecteren en door te werken hoe het planningsmateriaal als groep kan worden voltooid. Projecteer het op een scherm en laat de studenten hun antwoorden op plaknotities schrijven en hun ideeën in het juiste gedeelte van het planningsdocument plaatsen.
Zeer jonge leerlingen kunnen nog steeds beginnen te denken als wetenschappers! Ze hebben veel vragen over de wereld om hen heen en je kunt beginnen deze te noteren in een mindmap. Soms kun je zelfs beginnen deze vragen te 'onderzoeken' door te spelen.
De basisresource is bedoeld voor elementaire studenten of studenten die meer ondersteuning nodig hebben. Het is ontworpen om exact hetzelfde proces te volgen als de hogere bronnen, maar is iets eenvoudiger gemaakt. Het belangrijkste verschil tussen de twee bronnen zijn de details waarover studenten moeten nadenken en de gebruikte technische vocabulaire. Het is bijvoorbeeld belangrijk dat studenten variabelen identificeren wanneer ze hun onderzoeken ontwerpen. In de hogere versie moeten studenten niet alleen de variabelen identificeren, maar ook andere opmerkingen maken, zoals hoe ze de afhankelijke variabele gaan meten. Naast het verschil in steiger tussen de twee niveaus van bronnen, wilt u misschien verder differentiëren door hoe de leerlingen worden ondersteund door leraren en assistenten in de ruimte.
Studenten kunnen ook worden aangemoedigd om hun experimenteel plan begrijpelijker te maken door middel van grafische afbeeldingen, en dit kan ook worden gebruikt om ELL's te ondersteunen.
Studenten moeten worden beoordeeld op hun wetenschappelijke onderzoeksvaardigheden naast de beoordeling van hun kennis. Hierdoor kunnen studenten zich niet alleen concentreren op het ontwikkelen van hun vaardigheden, maar kunnen ze hun beoordelingsinformatie ook gebruiken op een manier die hen helpt hun wetenschappelijke vaardigheden te verbeteren. Met Quick Rubric kunt u een snel en eenvoudig beoordelingskader maken en dit met studenten delen, zodat zij in elke fase weten hoe ze moeten slagen. Naast formatieve beoordelingen die het leren bevorderen, kan dit ook worden gebruikt om het werk van studenten aan het einde van een onderzoek te beoordelen en doelen te stellen voor de volgende poging om hun eigen onderzoek te plannen.
Als u extra projecten wilt toevoegen of werkbladen wilt blijven aanpassen, bekijk dan enkele sjabloonpagina's die we hieronder voor u hebben samengesteld. Elk werkblad kan worden gekopieerd en aangepast aan uw projecten of studenten! Studenten kunnen ook worden aangemoedigd er zelf een te maken als ze willen proberen informatie op een eenvoudig te begrijpen manier te organiseren.
Stimuleer een onderzoekende cultuur door leerlingen aan te moedigen vragen te stellen over de wereld om hen heen.
Leer studenten hoe ze hypothesen kunnen ontwikkelen die wetenschappelijk kunnen worden getest. Help ze het verschil te begrijpen tussen een hypothese en een vraag.
Help leerlingen de wetenschappelijke principes en concepten te begrijpen die relevant zijn voor hun hypothesen. Moedig hen aan om gebruik te maken van voorkennis of om onderzoek te doen om hun hypothesen te ondersteunen.
Leer leerlingen over de drie soorten variabelen (afhankelijk, onafhankelijk en gecontroleerd) en hoe deze zich verhouden tot experimenteel ontwerp. Benadruk het belang van het beheersen van variabelen en het nauwkeurig meten van de afhankelijke variabele.
Studenten begeleiden bij het ontwikkelen van een duidelijke en reproduceerbare experimentele procedure. Stimuleer ze om een stappenplan te maken of gebruik visuele diagrammen om het proces te illustreren.
Ondersteun leerlingen bij het uitvoeren van het experiment volgens hun plan. Begeleid hen bij het verzamelen van gegevens op een zinvolle en georganiseerde manier. Help hen bij het analyseren van de gegevens en het trekken van conclusies op basis van hun bevindingen.
Gebruikelijke experimentele ontwerptools en -technieken die studenten kunnen gebruiken, zijn onder meer willekeurige toewijzing, controlegroepen, blindering, replicatie en statistische analyse. Studenten kunnen ook observatiestudies, enquêtes en experimenten met natuurlijke of quasi-experimentele ontwerpen gebruiken. Ze kunnen ook datavisualisatietools gebruiken om hun resultaten te analyseren en te presenteren.
Experimenteel ontwerp helpt studenten kritische denkvaardigheden te ontwikkelen door hen aan te moedigen systematisch en logisch na te denken over wetenschappelijke problemen. Het vereist dat studenten gegevens analyseren, patronen identificeren en conclusies trekken op basis van bewijsmateriaal. Het helpt studenten ook om probleemoplossende vaardigheden te ontwikkelen door mogelijkheden te bieden om experimenten te ontwerpen en uit te voeren om hypothesen te testen.
Experimenteel ontwerp kan worden gebruikt om echte problemen aan te pakken door variabelen te identificeren die bijdragen aan een bepaald probleem en interventies te testen om te zien of ze effectief zijn in het aanpakken van het probleem. Experimenteel ontwerp kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de effectiviteit van nieuwe medische behandelingen te testen of om de impact van sociale interventies op het terugdringen van armoede of het verbeteren van onderwijsresultaten te evalueren.
Veelvoorkomende valkuilen bij experimenteel ontwerp die studenten moeten vermijden, zijn onder meer het niet beheersen van variabelen, het gebruik van bevooroordeelde steekproeven, het vertrouwen op anekdotisch bewijs en het niet nauwkeurig meten van afhankelijke variabelen. Studenten moeten zich ook bewust zijn van ethische overwegingen bij het uitvoeren van experimenten, zoals het verkrijgen van geïnformeerde toestemming en het beschermen van de privacy van proefpersonen.
