O projeto experimental é um método chave usado em disciplinas como biologia, química, física, psicologia e ciências sociais. Ajuda-nos a descobrir como diferentes fatores afetam o que estamos estudando, sejam plantas, produtos químicos, leis físicas, comportamento humano ou como a sociedade funciona. Basicamente, é uma forma de configurar experimentos para que possamos testar ideias, ver o que acontece e dar sentido aos nossos resultados. É superimportante para estudantes e pesquisadores que desejam responder a grandes questões da ciência e compreender melhor o mundo. As habilidades de design experimental podem ser aplicadas em situações que vão desde a resolução de problemas até a análise de dados; eles são de amplo alcance e podem frequentemente ser aplicados fora da sala de aula. O ensino dessas habilidades é uma parte muito importante do ensino de ciências, mas muitas vezes é esquecido quando focado no ensino do conteúdo. Como educadores científicos, todos nós vimos os benefícios que o trabalho prático traz para o envolvimento e a compreensão dos alunos. No entanto, com as restrições de tempo impostas ao currículo, o tempo necessário para os alunos desenvolverem estas competências de investigação pode ser reduzido. Muitas vezes recebem uma “receita” para seguir, o que não lhes permite assumir a responsabilidade pelo seu trabalho prático. Desde muito jovens começam a pensar no mundo que os rodeia. Eles fazem perguntas e depois usam observações e evidências para respondê-las. Os alunos tendem a ter perguntas inteligentes, interessantes e testáveis que adoram fazer. Como educadores, deveríamos trabalhar no sentido de encorajar estas questões e, por sua vez, nutrir esta curiosidade natural pelo mundo que os rodeia.
Ensinar o planejamento de experimentos e permitir que os alunos desenvolvam suas próprias questões e hipóteses leva tempo. Esses materiais foram criados para estruturar e estruturar o processo, permitindo que os professores se concentrem na melhoria das ideias-chave do projeto experimental. Permitir que os alunos façam as suas próprias perguntas, escrevam as suas próprias hipóteses e planeiem e realizem as suas próprias investigações é uma experiência valiosa para eles. Isso fará com que os alunos tenham mais propriedade sobre seu trabalho. Quando os alunos realizam o método experimental para as suas próprias questões, eles refletem sobre como os cientistas historicamente compreenderam como o universo funciona.
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Dê uma olhada nas páginas para impressão e nos modelos de planilha abaixo!
Embarcar na jornada da descoberta científica começa com o domínio das etapas do projeto experimental. Este processo fundamental é essencial para a formulação de experimentos que produzam resultados confiáveis e esclarecedores, orientando pesquisadores e estudantes através do planejamento detalhado e execução de seus estudos. Ao aproveitar um modelo de design experimental, os participantes podem garantir a integridade e a validade das suas descobertas. Quer seja através da concepção de uma experiência científica ou do envolvimento em actividades de concepção experimental, o objectivo é promover uma compreensão profunda dos fundamentos: Como devem ser concebidas as experiências? Quais são as 7 etapas do projeto experimental? Como você pode projetar seu próprio experimento?
Esta é uma exploração das sete etapas principais do método experimental, ideias de projeto experimental e maneiras de integrar o projeto de experimentos. Os projetos dos alunos podem se beneficiar muito com planilhas complementares e também forneceremos recursos como planilhas destinadas a ensinar o design experimental de forma eficaz. Vamos mergulhar nas etapas essenciais que sustentam o processo de concepção de um experimento, equipando os alunos com as ferramentas para explorar sua curiosidade científica.
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 o domínio sobre seu trabalho. Uma ótima maneira de fazer os alunos pensarem em como visualizar suas perguntas é usar um storyboard de mapa mental.
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Peça aos alunos que pensem em quaisquer perguntas que queiram responder sobre o universo ou faça-os pensar nas perguntas que têm sobre um determinado tópico. Todas as perguntas são boas, mas algumas são mais fáceis de testar do que outras.
Uma hipótese é conhecida como suposição fundamentada. Uma hipótese deve ser uma afirmação que possa ser testada cientificamente. No final do experimento, olhe para trás para ver se a conclusão apoia a hipótese ou não.
Formar boas hipóteses pode ser um desafio para os alunos compreenderem. É importante lembrar que a hipótese não é uma pergunta, é uma afirmação testável . Uma maneira de formar uma hipótese é formá-la como uma afirmação “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 primeiro as variáveis, e isso pode alterar a ordem em que completam as etapas do organizador visual. Após a identificação das variáveis, a hipótese assume então a forma se [mudança na variável independente], então [mudança na variável dependente].
Por exemplo, se um experimento procurasse 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.
O que o levou a esta hipótese? Qual é a base científica por trás de sua hipótese? Dependendo da idade e da habilidade, os alunos usam seus conhecimentos prévios para explicar por que escolheram suas hipóteses ou, alternativamente, pesquisam em livros ou na internet. Este também pode ser um bom momento para discutir com os alunos o que é uma fonte confiável.
Por exemplo, os alunos podem consultar estudos anteriores que mostram os efeitos da cafeína no estado de alerta para explicar por que eles supõem que a ingestão de cafeína reduzirá o tempo de reação.
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, surgiu a hipótese de que o DNA possui uma estrutura helicoidal. A previsão era que o padrão de difração de raios X do DNA teria a forma de um X.
Os alunos devem formular uma previsão que seja um resultado específico e mensurável com base em suas hipóteses. Em vez de apenas afirmar que “a cafeína diminuirá o tempo de reação”, os alunos poderiam prever que “beber 2 latas de refrigerante (90 mg de cafeína) reduzirá o tempo médio de reação em 50 milissegundos em comparação com não beber cafeína”.
Abaixo está um exemplo de um Storyboard de Discussão que pode ser usado para fazer seus alunos falarem sobre variáveis no projeto experimental.
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Os três tipos de variáveis que você precisará discutir com seus alunos são variáveis dependentes, independentes e controladas . Para simplificar, refira-se a eles como "o que você vai medir", "o que você vai mudar" e "o que você vai manter igual". 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 serão frequentemente repetidas porque medições repetidas tornam seus dados mais confiáveis.
A variável independente é uma variável que os cientistas decidem alterar para ver que efeito ela tem sobre a variável dependente. Apenas uma é escolhida porque seria difícil descobrir qual variável está causando qualquer alteração observada.
Variáveis controladas são quantidades ou fatores que os cientistas desejam que permaneçam iguais durante todo o experimento. Eles são controlados para permanecerem constantes, de modo a não afetar a variável dependente. Controlá-los permite aos cientistas ver como a variável independente afeta a variável dependente.
Use o exemplo abaixo em suas aulas ou exclua as respostas e defina-as como uma atividade para os alunos realizarem no Storyboard That.
| Como a temperatura afeta a quantidade de açúcar que pode ser dissolvida na água | |
|---|---|
| Variável independente | Temperatura da água
(Gama 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 |
|
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Em última análise, isto deve ser assinado por um adulto responsável, mas é importante que os alunos pensem sobre como se manterão seguros. Nesta parte, os alunos devem identificar os riscos potenciais e depois explicar como irão minimizá-los. 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 gráfico T dizendo: “O que é risco?”, explicando depois como poderiam gerir esse risco. Este storyboard também pode ser projetado para uma discussão em classe.
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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 risco. Este é um ótimo momento para conversar com os alunos sobre a escolha de ferramentas adequadas para o trabalho. Você usará uma ferramenta diferente para medir a largura de um fio de cabelo e para medir a largura de um campo de futebol!
É importante conversar com os alunos sobre reprodutibilidade. Eles deveriam escrever um procedimento que permitisse que seu método experimental fosse facilmente reproduzido por outro cientista. A maneira mais fácil e concisa para os alunos fazerem isso é fazendo uma lista numerada de instruções. Uma atividade útil aqui poderia ser fazer com que os alunos explicassem como fazer uma xícara de chá ou um sanduíche. Representar o processo, apontando quaisquer passos que tenham perdido.
Para alunos que estão aprendendo a língua inglesa e que têm dificuldades com o inglês escrito, os alunos podem descrever visualmente as etapas de seu experimento usando Storyboard That.
Nem todo experimento precisará de um diagrama, mas alguns planos serão bastante melhorados com a inclusão de um. Peça aos alunos que se concentrem na produção de diagramas claros e fáceis de entender.
Por exemplo, um procedimento para testar o efeito da luz solar no crescimento das plantas poderia detalhar:
Uma vez aprovado o procedimento, os alunos devem realizar cuidadosamente o experimento planejado, seguindo as instruções escritas. À medida que os dados são coletados, os alunos devem organizar os resultados brutos em tabelas, gráficos, fotos ou desenhos. Isso cria uma documentação clara para analisar tendências.
Algumas práticas recomendadas para coleta de dados incluem:
Por exemplo, na experiência de crescimento de plantas, os alunos poderiam registar:
| Grupo | Luz solar | Luz solar | Luz solar | Sombra | Sombra |
|---|---|---|---|---|---|
| ID da planta | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Altura inicial | 5 centímetros | 4 centímetros | 5 centímetros | 6 centímetros | 4 centímetros |
| Altura final | 18 cm | 17 centímetros | 19 cm | 9 centímetros | 8 cm |
Eles também descreveriam observações como mudança na cor das folhas ou curvatura direcional visualmente ou por escrito.
É crucial que os alunos pratiquem procedimentos científicos seguros. A supervisão de um adulto é necessária para a experimentação, juntamente com uma avaliação de risco adequada.
A coleta de dados bem documentada permite uma análise mais profunda após a conclusão do experimento para determinar se as hipóteses e previsões foram apoiadas.
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Usar organizadores visuais é uma forma eficaz de fazer com que seus alunos trabalhem como cientistas na sala de aula.
Há muitas maneiras de usar essas ferramentas de planejamento de investigação 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 diagramas, ou você pode imprimi-los e pedir aos alunos que os concluam manualmente. Outra ótima maneira de usá-los é projetar a planilha de planejamento em um quadro interativo e descobrir como preencher os materiais de planejamento em grupo. Projete-o em uma tela e peça aos alunos que escrevam suas respostas em post-its e coloquem suas ideias na seção correta do documento de planejamento.
Alunos muito jovens ainda podem começar a pensar como cientistas! Eles têm muitas perguntas sobre o mundo ao seu redor e você pode começar a anotá-las em um mapa mental. Às vezes você pode até começar a “investigar” essas questões brincando.
O recurso básico é destinado a alunos do ensino fundamental ou que precisam de mais suporte. Ele foi projetado para seguir exatamente o mesmo processo dos recursos superiores, mas um pouco mais fácil. A principal diferença entre os dois recursos são os detalhes sobre os quais os alunos devem pensar e o vocabulário técnico utilizado. Por exemplo, é importante que os alunos identifiquem variáveis quando estão a conceber as suas investigações. Na versão superior, os alunos não só precisam identificar as variáveis, mas também fazer outros comentários, como por exemplo, como vão medir a variável dependente. Além da diferença na estrutura entre os dois níveis de recursos, você pode querer diferenciar ainda mais a forma como os alunos são apoiados pelos professores e assistentes na sala.
Os alunos também poderiam ser incentivados a tornar seu plano experimental mais fácil de entender usando gráficos, e isso também poderia ser usado para apoiar ELLs.
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Os alunos precisam ser avaliados em suas habilidades de investigação científica juntamente com a avaliação de seus conhecimentos. Isso não só permitirá que os alunos se concentrem no desenvolvimento das suas competências, mas também lhes permitirá utilizar a informação da avaliação de uma forma que os ajudará a melhorar as suas competências científicas. Usando 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 uma avaliação formativa que impulsionará a aprendizagem, isto também pode ser usado para avaliar o trabalho do aluno no final de uma investigação e definir metas para a próxima tentativa de planear a 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 trabalham no processo de planejamento, para que os alunos saibam como é um bom projeto experimental.
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Se você deseja adicionar projetos adicionais ou continuar a personalizar planilhas, dê uma olhada nas várias páginas de modelo que compilamos para você abaixo. Cada planilha pode ser copiada e adaptada aos seus projetos ou alunos! Os alunos também podem ser incentivados a criar os seus próprios se quiserem tentar organizar as informações de uma forma fácil de entender.
As ferramentas e técnicas comuns de design experimental que os alunos podem usar incluem atribuição aleatória, grupos de controle, cegueira, replicação e análise estatística. Os alunos também podem usar estudos observacionais, pesquisas e experimentos com projetos naturais ou quase-experimentais. Eles também podem usar ferramentas de visualização de dados para analisar e apresentar seus resultados.
O design experimental ajuda os alunos a desenvolver habilidades de pensamento crítico, incentivando-os a pensar sistemática e logicamente sobre problemas científicos. Exige que os alunos analisem dados, identifiquem padrões e tirem conclusões com base em evidências. Também ajuda os alunos a desenvolver habilidades de resolução de problemas, oferecendo oportunidades para projetar e conduzir experimentos para testar hipóteses.
O design experimental pode ser usado para abordar problemas do mundo real, identificando variáveis que contribuem para um determinado problema e testando intervenções para ver se são eficazes na resolução do problema. Por exemplo, o desenho experimental pode ser usado para testar a eficácia de novos tratamentos médicos ou para avaliar o impacto de intervenções sociais na redução da pobreza ou na melhoria dos resultados educacionais.
As armadilhas comuns de design experimental que os alunos devem evitar incluem não controlar variáveis, usar amostras tendenciosas, confiar em evidências anedóticas e não medir variáveis dependentes com precisão. Os alunos também devem estar cientes das considerações éticas ao conduzir experimentos, como obter consentimento informado e proteger a privacidade dos sujeitos da pesquisa.