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Design Experimental

Ensine aos Alunos o Desenho das Experiências

Por Oliver Smith

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Design experimental para estudantes


A ciência é uma mistura de conhecimento e habilidades historicamente acumulados. Essas habilidades práticas vão desde a solução de problemas até a análise de dados; eles são de grande alcance e podem ser aplicados frequentemente fora da sala de aula. O ensino dessas habilidades é uma parte muito importante do ensino de ciências, mas muitas vezes é negligenciado quando se concentra em ensinar o conteúdo. Como educadores de ciências, todos nós já vimos os benefícios que o trabalho prático tem para o envolvimento e a compreensão do aluno. No entanto, com as limitações de tempo colocadas no currículo, o tempo necessário para que os alunos desenvolvam essas habilidades investigativas pode ser espremido. Muitas vezes, damos aos alunos uma "receita" a seguir, que não permite que os alunos se apropriem de seu trabalho prático. Desde a mais tenra idade, os alunos começam a pensar no mundo à sua volta. Eles fazem perguntas e usam observações e evidências para respondê-las. Os alunos tendem a ter perguntas inteligentes, interessantes e testáveis que adoram perguntar. Como educadores, devemos trabalhar no sentido de incentivar essas questões e, por sua vez, nutrir essa curiosidade natural no mundo ao seu redor.

Ensinar o planejamento de experimentos e permitir que os alunos desenvolvam suas próprias questões e hipóteses leva tempo. Estes materiais foram criados para estruturar e estruturar o processo para permitir que os professores se concentrem em melhorar as ideias-chave no design experimental. Permitir que os alunos façam suas próprias perguntas, escrevam suas próprias hipóteses, planejem e realizem suas próprias investigações é uma experiência valiosa para eles. Isso levará os alunos a terem mais propriedade de seu trabalho. Quando os alunos realizam o método experimental para suas próprias questões, eles refletem sobre como os cientistas historicamente passaram a entender como o universo funciona.



Design an Experiment  

Dê uma olhada nas páginas de impressão e modelos de planilha abaixo!

Etapas do projeto experimental

1. Pergunta

Esta é uma parte fundamental do método científico e do processo de design experimental. Os alunos gostam de fazer perguntas. Formular perguntas é uma atividade profunda e significativa que pode dar aos alunos a propriedade de seu trabalho. Uma ótima maneira de fazer com que os alunos pensem em visualizar suas perguntas é usar um storyboard do mapa mental.




Design an Experiment  

Peça aos alunos que pensem em qualquer pergunta que desejem responder sobre o universo ou peça-lhes que pensem sobre as perguntas que têm sobre um determinado tópico. Todas as perguntas são boas, mas algumas são mais fáceis de testar do que outras.


2. Hipótese

Uma hipótese é conhecida como um palpite. Uma hipótese deve ser uma afirmação que possa ser testada cientificamente. No final do experimento, olhe para trás para ver se a conclusão apóia a hipótese ou não. Formar boas hipóteses pode ser um desafio para os alunos entenderem. É importante lembrar que a hipótese não é uma questão, é uma afirmação testável .

Uma maneira de formar uma hipótese é formar uma declaração “se ... então ...”. Esta certamente não é a única ou melhor maneira de formar uma hipótese, mas pode ser uma fórmula muito fácil para os alunos usarem quando começarem. Uma declaração "se ... então ..." exige que os alunos identifiquem as variáveis primeiro, e isso pode mudar a ordem em que elas completam as etapas do organizador visual.

Depois de identificar as variáveis, a hipótese de, em seguida, toma a forma se [mudança na variável independente], em seguida, [mudança de variável dependente]. Por exemplo, se um experimento estava procurando o efeito da cafeína no tempo de reação, a variável independente seria a quantidade de cafeína e a variável dependente seria o tempo de reação. A hipótese “se, então” poderia ser: se você aumentar a quantidade de cafeína ingerida, o tempo de reação diminuirá.


3. Explicação da Hipótese

O que te levou a essa hipótese? Qual é o histórico científico por trás de sua hipótese? Dependendo da idade e da capacidade, os alunos usam seu conhecimento prévio para explicar por que escolheram suas hipóteses ou, alternativamente, pesquisam usando livros ou a internet. Esse também pode ser um bom momento para discutir com os alunos o que é uma fonte confiável.


4. Previsão

A previsão é ligeiramente diferente da hipótese. Uma hipótese é uma afirmação testável, enquanto a previsão é mais específica para o experimento. Na descoberta da estrutura do DNA, a hipótese propôs que o DNA possui uma estrutura helicoidal. A previsão era de que o padrão de difração de raios X do DNA seria uma forma de X.


5. Identificação de Variáveis

Abaixo está um exemplo de um storyboard de discussão que pode ser usado para fazer com que seus alunos falem sobre variáveis no design experimental.



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Os três tipos de variáveis que você precisará discutir com seus alunos são variáveis dependentes, independentes e controladas . Para manter isso simples, consulte-os como "o que você vai medir", "o que você vai mudar" e "o que você vai manter o mesmo". Com alunos mais avançados, você deve incentivá-los a usar o vocabulário correto.

Variáveis dependentes são o que é medido ou observado pelo cientista. Essas medições muitas vezes serão repetidas porque medições repetidas tornam seus dados mais confiáveis.

A variável independente é uma variável que os cientistas decidem mudar para ver que efeito ela tem na variável dependente. Apenas um é escolhido porque seria difícil descobrir qual variável está causando qualquer alteração observada.

Variáveis controladas são quantidades ou fatores que os cientistas desejam permanecer os mesmos durante todo o experimento. Eles são controlados para permanecerem constantes, de modo a não afetar a variável dependente. O controle permite que os cientistas vejam como a variável independente afeta a variável dependente.

Use este exemplo abaixo em suas aulas ou exclua as respostas e defina-as como uma atividade para os alunos concluírem no Storyboard That.

Como a temperatura afeta a quantidade de açúcar que pode ser dissolvida na água
Variável independente Temperatura da água
(Intervalo de 5 amostras diferentes a 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C e 50 ° C)
Variável dependente A quantidade de açúcar que pode ser dissolvida na água, medida em colheres de chá.
Variáveis Controladas
  • Volume de água (500 mL - medido usando um cilindro graduado)
  • Tipo de água (pegue a água da mesma torneira)
  • Se a água é agitada ou não
  • Tipo de açúcar
  • Tamanho do grão do açúcar



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6. Avaliação de Risco

Em última análise, isso deve ser assinado por um adulto responsável, mas é importante levar os alunos a pensar em como eles se manterão seguros. Nesta parte, os alunos devem identificar os riscos potenciais e, em seguida, explicar como vão minimizar os riscos. Uma atividade para ajudar os alunos a desenvolver essas habilidades é levá-los a identificar e gerenciar riscos em diferentes situações. Usando o storyboard abaixo, peça aos alunos que completem a segunda coluna do T-chart, dizendo "O que é risco?", Explicando como eles poderiam administrar esse risco. Este storyboard também pode ser projetado para uma discussão em classe.



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7. Materiais

Nesta seção, os alunos listarão os materiais necessários para os experimentos, incluindo qualquer equipamento de segurança que tenham destacado como necessário na seção de avaliação de riscos. Este é um ótimo momento para conversar com os alunos sobre a escolha de ferramentas adequadas para o trabalho. Você vai usar uma ferramenta diferente para medir a largura de um cabelo do que medir a largura de um campo de futebol!


8. Plano Geral e Diagrama

É importante conversar com os alunos sobre a reprodutibilidade. Eles devem escrever um procedimento que permita que seu método experimental seja facilmente reproduzido por outro cientista. A maneira mais fácil e concisa para os alunos fazerem isso é criar uma lista numerada de instruções. Uma atividade útil aqui poderia levar os alunos a explicar como fazer uma xícara de chá ou um sanduíche. Aja o processo, apontando todos os passos que eles perderam.

Para alunos de inglês e alunos que lutam com o inglês escrito, os alunos podem descrever visualmente as etapas do experimento usando o Storyboard That.

Nem todo experimento precisará de um diagrama, mas alguns planos serão muito melhorados com a inclusão de um. Peça aos alunos que se concentrem em produzir diagramas claros e fáceis de entender.


9. Realizar experimento

Os alunos seguem seu plano e realizam o experimento. É importante que os alunos colecionem seus resultados de maneira significativa e fácil de entender. Os dados geralmente são gravados em uma tabela, mas também podem ser feitos com fotografias, desenhos de observações ou uma combinação. Pode ser útil pedir aos alunos que anotem as dificuldades e os problemas que tiveram ao realizar o experimento. Isso pode ajudar mais tarde na avaliação do método experimental.

É importante mencionar que qualquer experimento que os alunos planejem deve ser cuidadosamente avaliado pelo adulto responsável antes de permitir que os alunos realizem seu trabalho prático.


Depois de concluir o procedimento do experimento, os alunos analisam os dados, tiram conclusões e compartilham seus resultados. Dependendo do nível do aluno, isso pode ser um relatório de laboratório formal, gráficos, discussão em sala de aula ou outro método.


Exemplos concluídos




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Recursos e Exemplos de Design Experimental

Usar organizadores visuais é uma maneira eficaz de fazer seus alunos trabalharem como cientistas na sala de aula.

Há muitas maneiras de usar essas ferramentas de planejamento de pesquisa para estruturar e estruturar o trabalho dos alunos enquanto eles trabalham como cientistas. Os alunos podem concluir o estágio de planejamento no Storyboard That usando as caixas de texto e os diagramas, ou você pode imprimi-los e fazer com que os alunos os preencham manualmente. Outra ótima maneira de usá-los é projetar a folha de planejamento em uma lousa interativa e descobrir como preencher os materiais de planejamento como um grupo. Projete-o em uma tela e peça aos alunos que escrevam suas respostas em notas adesivas e coloquem suas ideias na seção correta do documento de planejamento.

Alunos muito jovens ainda podem começar a pensar como cientistas! Eles têm um monte de perguntas sobre o mundo ao seu redor e você pode começar a anotar isso em um mapa mental. Às vezes você pode até mesmo começar a investigar essas questões através do jogo.

O recurso de fundação é destinado a alunos do ensino fundamental ou estudantes que precisam de mais apoio. Ele é projetado para seguir exatamente o mesmo processo que os recursos mais altos, mas é um pouco mais fácil. A principal diferença entre os dois recursos são os detalhes que os alunos precisam pensar e o vocabulário técnico usado. Por exemplo, é importante que os alunos identifiquem variáveis quando estão planejando suas investigações. Na versão superior, os alunos não precisam apenas identificar as variáveis, mas fazer outros comentários, por exemplo, como vão medir a variável dependente. Além da diferença de andaimes entre os dois níveis de recursos, você pode querer diferenciar ainda mais a forma como os alunos são apoiados por professores e assistentes na sala.

Os alunos também poderiam ser encorajados a tornar seu plano experimental mais fácil de entender usando gráficos, e isso também poderia ser usado para dar suporte a ELLs.




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Avaliação

Os estudantes precisam ser avaliados em suas habilidades de investigação científica juntamente com a avaliação de seus conhecimentos. Isso não apenas permitirá que os alunos se concentrem no desenvolvimento de suas habilidades, mas também permitirá que eles usem suas informações de avaliação de forma a ajudá-los a melhorar suas habilidades científicas. Usando a Quick Rubric , você pode criar uma estrutura de avaliação rápida e fácil e compartilhá-la com os alunos para que eles saibam como ter sucesso em todas as etapas. Além de fornecer avaliação formativa que impulsionará o aprendizado, isso também pode ser usado para avaliar o trabalho dos alunos no final de uma investigação e definir metas para quando eles tentarem planejar sua própria investigação. As rubricas foram escritas de forma a permitir que os alunos as acessem facilmente. Dessa forma, eles podem ser compartilhados com os alunos enquanto eles estão trabalhando no processo de planejamento, para que os alunos saibam como é um bom design experimental.




Recursos imprimíveis

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Planilhas Adicionais

Se você deseja adicionar outros projetos ou continuar personalizando planilhas, dê uma olhada em várias páginas de modelo que compilamos abaixo. Cada planilha pode ser copiada e adaptada para seus projetos ou alunos! Os alunos também podem ser incentivados a criar os seus próprios, se quiserem tentar organizar as informações de maneira fácil de entender.



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