Nauka jest mieszanką historycznie zgromadzonej wiedzy i umiejętności. Te umiejętności praktyczne obejmują rozwiązywanie problemów i analizę danych; mają szeroki zasięg i często można je stosować poza klasą. Nauczanie tych umiejętności jest bardzo ważną częścią edukacji naukowej, ale często jest pomijane, gdy koncentruje się na nauczaniu treści. Jako nauczyciele naukowi wszyscy widzieliśmy korzyści płynące z praktycznej pracy uczniów w zakresie zaangażowania i zrozumienia uczniów. Jednak z powodu ograniczeń czasowych nałożonych na program nauczania, czas potrzebny uczniom na rozwinięcie tych umiejętności dochodzeniowych może zostać skrócony. Zbyt często dajemy uczniom „przepis” do naśladowania, który nie pozwala uczniom przejąć na własność ich praktycznej pracy. Od najmłodszych lat uczniowie zaczynają myśleć o otaczającym ich świecie. Zadają pytania, a następnie wykorzystują obserwacje i dowody, aby na nie odpowiedzieć. Uczniowie mają zwykle inteligentne, interesujące i sprawdzalne pytania, które lubią zadawać. Jako wychowawcy powinniśmy starać się zachęcać do tych pytań, a tym samym pielęgnować naturalną ciekawość otaczającego ich świata.
Nauczenie projektowania eksperymentów i umożliwienie uczniom opracowania własnych pytań i hipotez wymaga czasu. Materiały te zostały stworzone do rusztowania i strukturyzacji procesu, aby umożliwić nauczycielom skupienie się na ulepszaniu kluczowych pomysłów w projektowaniu eksperymentalnym. Umożliwienie uczniom zadawania własnych pytań, pisania własnych hipotez oraz planowania i przeprowadzania własnych badań jest dla nich cennym doświadczeniem. Spowoduje to, że uczniowie będą mieli większą odpowiedzialność za swoją pracę. Kiedy uczniowie przeprowadzają eksperymentalną metodę na własne pytania, zastanawiają się, w jaki sposób naukowcy historycznie zrozumieli, jak działa wszechświat.
Spójrz na tych druku stron i szablony arkusza poniżej!
Jest to kluczowa część metody naukowej i eksperymentalnego procesu projektowania. Studenci lubią wymyślać pytania. Formułowanie pytań jest głębokim i znaczącym działaniem, które może dać studentom poczucie odpowiedzialności za ich pracę. Świetnym sposobem zmotywowania uczniów do wizualizacji swoich pytań jest użycie scenariusza z mapą myśli.
Poproś uczniów, aby pomyśleli o wszelkich pytaniach, na które chcą odpowiedzieć na temat wszechświata, lub poproś, aby zastanowili się nad pytaniami, jakie mają na dany temat. Wszystkie pytania są dobrymi pytaniami, ale niektóre z nich są łatwiejsze do przetestowania niż inne.
Hipoteza znana jest jako wykształcone przypuszczenie. Hipoteza powinna być stwierdzeniem, które można przetestować naukowo. Pod koniec eksperymentu spójrz wstecz, czy wniosek potwierdza hipotezę, czy nie. Formułowanie dobrych hipotez może być trudne dla uczniów do zrozumienia. Należy pamiętać, że hipoteza nie jest pytaniem, jest stwierdzeniem, które można sprawdzić .
Jednym ze sposobów sformułowania hipotezy jest sformułowanie jej jako stwierdzenia „jeśli ... to ...”. Z pewnością nie jest to jedyny lub najlepszy sposób na sformułowanie hipotezy, ale może być bardzo łatwą formułą dla uczniów przy pierwszym rozpoczynaniu nauki. Oświadczenie „jeśli ... to ...” wymaga od uczniów najpierw zidentyfikowania zmiennych, co może zmienić kolejność, w jakiej kończą etapy wizualnego organizera.
Po zidentyfikowaniu zmienne hipoteza następnie przybiera postać jeżeli [zmianie zmiennej niezależnej], a następnie [zmianie zmiennej zależnej]. Na przykład, jeśli eksperyment szukał wpływu kofeiny na czas reakcji, zmienną niezależną byłaby ilość kofeiny, a zmienną zależną byłby czas reakcji. Hipotezą „jeśli, to” może być: Jeśli zwiększysz ilość spożywanej kofeiny, czas reakcji skróci się.
Co doprowadziło cię do tej hipotezy? Jakie są podstawy naukowe twojej hipotezy? W zależności od wieku i umiejętności uczniowie wykorzystują swoją wcześniejszą wiedzę, aby wyjaśnić, dlaczego wybrali swoje hipotezy lub, alternatywnie, badać za pomocą książek lub Internetu. To może być również dobry moment na omówienie ze studentami, czym jest wiarygodne źródło.
Przewidywanie różni się nieco od hipotezy. Hipoteza jest stwierdzeniem, które można przetestować, podczas gdy przewidywanie jest bardziej szczegółowe dla eksperymentu. W odkryciu struktury DNA hipoteza sugeruje, że DNA ma strukturę helikalną. Przewidywano, że dyfraktogram rentgenowski DNA będzie miał kształt X.
Poniżej znajduje się przykład Storyboardu dyskusyjnego, którego można użyć, aby zachęcić uczniów do dyskusji na temat zmiennych w projekcie eksperymentalnym.
Trzy typy zmiennych, które musisz omówić ze swoimi uczniami, są zmiennymi zależnymi, niezależnymi i kontrolowanymi . Aby to uprościć, określ je jako „co zamierzasz zmierzyć”, „co zamierzasz zmienić” i „co zamierzasz zachować bez zmian”. Bardziej zaawansowani uczniowie powinni zachęcać ich do używania właściwego słownictwa.
Zmienne zależne są tym, co naukowiec mierzy lub obserwuje. Pomiary te często się powtarzają, ponieważ powtarzane pomiary zwiększają wiarygodność danych.
Zmienna niezależna jest zmienną, którą naukowcy decydują się zmienić, aby zobaczyć, jaki wpływ ma ona na zmienną zależną. Wybrano tylko jedną, ponieważ trudno byłoby zorientować się, która zmienna powoduje obserwowaną zmianę.
Kontrolowane zmienne to wielkości lub czynniki, które naukowcy chcą pozostać bez zmian przez cały eksperyment. Są kontrolowane, aby pozostały stałe, aby nie wpływały na zmienną zależną. Kontrolowanie ich pozwala naukowcom zobaczyć, w jaki sposób zmienna niezależna wpływa na zmienną zależną.
Skorzystaj z tego przykładu poniżej na lekcjach lub usuń odpowiedzi i ustaw je jako aktywność, którą uczniowie mają wykonać w Storyboard That.
| Jak temperatura wpływa na ilość cukru rozpuszczalnego w wodzie | |
|---|---|
| Niezależna zmienna | Temperatura wody
(Zakres 5 różnych próbek w 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C i 50 ° C) |
| Zmienna zależna | Ilość cukru, którą można rozpuścić w wodzie, mierzona w łyżeczkach do herbaty. |
| Kontrolowane zmienne |
|
Ostatecznie musi to być podpisane przez odpowiedzialną osobę dorosłą, ale ważne jest, aby uczniowie zastanowili się, w jaki sposób zapewnią sobie bezpieczeństwo. W tej części uczniowie powinni zidentyfikować potencjalne ryzyko, a następnie wyjaśnić, w jaki sposób zamierzają zminimalizować ryzyko. Aktywność, która ma pomóc uczniom w rozwijaniu tych umiejętności, polega na nakłonieniu ich do identyfikowania ryzyka i zarządzania nim w różnych sytuacjach. Korzystając z poniższej scenariusza, poproś uczniów, aby wypełnili drugą kolumnę wykresu T, mówiąc „Co to jest ryzyko?”, A następnie wyjaśniając, w jaki sposób mogliby zarządzać tym ryzykiem. Ten scenariusz można również zaprojektować do dyskusji klasowej.
W tej sekcji uczniowie będą wymieniać materiały potrzebne do eksperymentów, w tym wszelkie wyposażenie bezpieczeństwa, które zaznaczyli jako potrzebne w sekcji oceny ryzyka. To świetny czas, aby porozmawiać z uczniami na temat wyboru narzędzi odpowiednich do pracy. Użyjesz innego narzędzia do pomiaru szerokości włosów niż do pomiaru szerokości boiska do piłki nożnej!
Ważne jest, aby porozmawiać ze studentami na temat odtwarzalności. Powinni napisać procedurę, która pozwoliłaby na łatwe odtworzenie ich metody eksperymentalnej przez innego naukowca. Najłatwiejszym i najbardziej zwięzłym sposobem na zrobienie tego jest zrobienie ponumerowanej listy instrukcji. Przydatnym zajęciem może być zachęcenie uczniów do wyjaśnienia, jak zrobić filiżankę herbaty lub kanapkę. Przeprowadź proces, wskazując wszystkie pominięte kroki.
Dla osób uczących się języka angielskiego i uczniów, którzy zmagają się z pisanym językiem angielskim, uczniowie mogą opisać etapy eksperymentu wizualnie za pomocą Storyboard That.
Nie każdy eksperyment będzie wymagał schematu, ale niektóre plany zostaną znacznie ulepszone poprzez dodanie jednego. Niech uczniowie skupią się na tworzeniu jasnych i łatwych do zrozumienia diagramów.
Następnie uczniowie postępują zgodnie z planem i przeprowadzają eksperyment. Ważne jest, aby uczniowie zbierali swoje wyniki w znaczący i łatwy do zrozumienia sposób. Dane są często zapisywane w tabeli, ale można je również wykonać za pomocą zdjęć, rysunków obserwacji lub kombinacji. Pomocne może być, aby uczniowie zapisali wszelkie trudności i problemy, jakie mieli podczas przeprowadzania eksperymentu. Może to pomóc później w ocenie ich metody eksperymentalnej.
Ważne jest, aby wspomnieć, że wszelkie eksperymenty zaprojektowane przez studentów powinny być dokładnie ocenione pod względem ryzyka przez odpowiedzialną osobę dorosłą przed umożliwieniem studentom wykonywania pracy praktycznej.
Po zakończeniu procedury eksperymentu uczniowie analizują dane, wyciągają wnioski, a następnie dzielą się wynikami. W zależności od poziomu ucznia może to być formalny raport laboratoryjny, wykresy, dyskusja na zajęciach lub inna metoda.
Korzystanie z organizerów wizualnych to skuteczny sposób na zachęcenie uczniów do pracy w klasie jako naukowców.
Istnieje wiele sposobów wykorzystania tych narzędzi planowania dochodzeń do rusztowania i uporządkowania pracy uczniów podczas pracy naukowców. Uczniowie mogą ukończyć etap planowania na Storyboard That korzystając z pól tekstowych i diagramów, lub możesz je wydrukować i poprosić uczniów o wypełnienie ich ręcznie. Innym doskonałym sposobem na ich użycie jest rzutowanie arkusza planowania na interaktywną tablicę i omówienie sposobu wypełniania materiałów planowania w grupie. Wyświetl go na ekranie i poproś uczniów, aby napisali odpowiedzi na karteczkach i umieścili swoje pomysły we właściwej części dokumentu planistycznego.
Bardzo młodzi uczniowie mogą nadal myśleć jako naukowcy! Mają mnóstwo pytań na temat otaczającego ich świata i możesz je zanotować na mapie myśli. Czasami możesz nawet zacząć „badać” te pytania poprzez zabawę.
Zasoby fundacji są przeznaczone dla uczniów szkół podstawowych lub studentów, którzy potrzebują większego wsparcia. Został zaprojektowany tak, aby postępować dokładnie tak samo jak w przypadku wyższych zasobów, ale stał się nieco łatwiejszy. Kluczową różnicą między tymi dwoma zasobami są szczegóły, o których studenci muszą się zastanowić, oraz użyte techniczne słownictwo. Na przykład ważne jest, aby uczniowie identyfikowali zmienne podczas projektowania swoich badań. W wyższej wersji uczniowie muszą nie tylko zidentyfikować zmienne, ale również przedstawić inne uwagi, na przykład dotyczące sposobu zmierzenia zmiennej zależnej. Oprócz różnicy w rusztowaniach między dwoma poziomami zasobów, możesz chcieć dodatkowo rozróżnić, w jaki sposób uczniowie są wspierani przez nauczycieli i asystentów w pokoju.
Studentów można również zachęcić do ułatwienia zrozumienia planu eksperymentu za pomocą grafiki, a to może być również wykorzystane do obsługi ELL.
Studenci muszą być oceniani pod kątem umiejętności prowadzenia badań naukowych wraz z oceną ich wiedzy. Pozwoli to nie tylko uczniom skoncentrować się na rozwijaniu umiejętności, ale również pozwoli im na wykorzystanie informacji związanych z oceną w sposób, który pomoże im poprawić swoje umiejętności naukowe. Korzystając z Quick Rubric , możesz stworzyć szybką i łatwą strukturę oceny i udostępnić ją uczniom, aby wiedzieli, jak odnieść sukces na każdym etapie. Oprócz zapewnienia formatywnej oceny, która będzie stymulować uczenie się, może być również wykorzystany do oceny pracy uczniów na końcu dochodzenia i ustalenia celów, kiedy będą próbowali zaplanować własne dochodzenie.
Jeśli chcesz dodać dodatkowe projekty lub nadal dostosowywać arkusze, zapoznaj się z kilkoma stronami szablonów, które przygotowaliśmy dla Ciebie poniżej. Każdy arkusz można skopiować i dostosować do swoich projektów lub studentów! Studentów można również zachęcać do tworzenia własnych, jeśli chcą spróbować uporządkować informacje w łatwy do zrozumienia sposób.
Wspieraj kulturę dociekań, zachęcając uczniów do zadawania pytań na temat otaczającego ich świata.
Naucz uczniów, jak opracowywać hipotezy, które można przetestować naukowo. Pomóż im zrozumieć różnicę między hipotezą a pytaniem.
Pomóż uczniom zrozumieć naukowe zasady i koncepcje związane z ich hipotezami. Zachęć ich, aby korzystali z wcześniejszej wiedzy lub przeprowadzali badania na poparcie swoich hipotez.
Naucz uczniów o trzech typach zmiennych (zależnych, niezależnych i kontrolowanych) oraz o tym, jak odnoszą się one do projektu eksperymentalnego. Podkreśl znaczenie kontrolowania zmiennych i dokładnego mierzenia zmiennej zależnej.
Poprowadź uczniów w opracowaniu jasnej i powtarzalnej procedury eksperymentalnej. Zachęć ich do stworzenia planu krok po kroku lub użyj diagramów wizualnych do zilustrowania procesu.
Wspieraj uczniów w przeprowadzaniu eksperymentu zgodnie z ich planem. Poprowadź ich w gromadzeniu danych w zrozumiały i zorganizowany sposób. Pomóż im w analizie danych i wyciąganiu wniosków na podstawie ich ustaleń.
Typowe narzędzia i techniki projektowania eksperymentów, z których mogą korzystać uczniowie, obejmują losowe przydzielanie, grupy kontrolne, zaślepianie, replikację i analizę statystyczną. Studenci mogą również korzystać z badań obserwacyjnych, ankiet i eksperymentów z projektami naturalnymi lub quasi-eksperymentalnymi. Mogą również korzystać z narzędzi do wizualizacji danych w celu analizy i prezentacji wyników.
Projekt eksperymentalny pomaga uczniom rozwijać umiejętności krytycznego myślenia, zachęcając ich do systematycznego i logicznego myślenia o problemach naukowych. Wymaga od uczniów analizy danych, identyfikowania wzorców i wyciągania wniosków na podstawie dowodów. Pomaga również uczniom rozwijać umiejętności rozwiązywania problemów, zapewniając możliwości projektowania i przeprowadzania eksperymentów w celu sprawdzenia hipotez.
Projekt eksperymentalny może być wykorzystany do rozwiązywania rzeczywistych problemów poprzez identyfikację zmiennych, które przyczyniają się do konkretnego problemu i testowanie interwencji, aby sprawdzić, czy są one skuteczne w rozwiązywaniu problemu. Na przykład projekt eksperymentalny może być wykorzystany do testowania skuteczności nowych metod leczenia lub do oceny wpływu interwencji społecznych na zmniejszenie ubóstwa lub poprawę wyników edukacyjnych.
Typowe pułapki podczas projektowania eksperymentów, których studenci powinni unikać, obejmują brak kontroli zmiennych, stosowanie stronniczych próbek, poleganie na anegdotycznych dowodach i brak dokładnego pomiaru zmiennych zależnych. Studenci powinni również być świadomi kwestii etycznych podczas przeprowadzania eksperymentów, takich jak uzyskiwanie świadomej zgody i ochrona prywatności uczestników badań.
