Наука представляет собой смесь исторически накопленных знаний и навыков. Эти практические навыки варьируются от решения проблем до анализа данных; они широко распространены и могут часто применяться вне классной комнаты. Обучение этим навыкам является очень важной частью научного образования, но часто упускается из виду, когда сосредоточено на обучении содержанию. Как преподаватели естественных наук, мы все видели преимущества практической работы для вовлечения и понимания студентов. Однако из-за временных ограничений, налагаемых на учебную программу, время, необходимое учащимся для развития этих исследовательских навыков, может быть сокращено. Слишком часто мы даем студентам «рецепт» для подражания, который не позволяет студентам взять на себя ответственность за их практическую работу. С самого раннего возраста ученики начинают задумываться об окружающем их мире. Они задают вопросы, а затем используют наблюдения и доказательства, чтобы ответить на них. У студентов, как правило, есть умные, интересные и проверяемые вопросы, которые они любят задавать. Как педагоги, мы должны работать над тем, чтобы поощрять эти вопросы и, в свою очередь, воспитывать это естественное любопытство в окружающем их мире.
Обучение планированию экспериментов и предоставление студентам возможности разрабатывать свои собственные вопросы и гипотезы требует времени. Эти материалы были созданы, чтобы создать основу и структурировать процесс, чтобы учителя могли сосредоточиться на улучшении ключевых идей в экспериментальном дизайне. Позволить студентам задавать свои собственные вопросы, писать свои собственные гипотезы, а также планировать и проводить собственные исследования - это ценный опыт для них. Это приведет к тому, что студенты будут больше владеть своей работой. Когда студенты применяют экспериментальный метод для своих собственных вопросов, они размышляют над тем, как исторически ученые пришли к пониманию того, как работает Вселенная.
Посмотрите на страницы для печати и шаблоны листов ниже!
Это ключевая часть научного метода и процесса экспериментального проектирования. Студентам нравится задавать вопросы. Формулировка вопросов - это глубокое и значимое занятие, которое может дать студентам право собственности на свою работу. Отличным способом заставить студентов задуматься над визуализацией своих вопросов является использование раскадровки с картой ума.
Попросите студентов подумать о любых вопросах, которые они хотят ответить о вселенной, или попросите их подумать о вопросах, которые у них есть по определенной теме. Все вопросы - хорошие вопросы, но некоторые легче проверить, чем другие.
Гипотеза известна как обоснованное предположение. Гипотеза должна быть утверждением, которое может быть проверено с научной точки зрения. В конце эксперимента оглянуться назад, чтобы увидеть, поддерживает ли заключение гипотезу или нет. Формирование хороших гипотез может быть сложной задачей для учащихся. Важно помнить, что гипотеза - это не вопрос, это проверяемое утверждение .
Один из способов формирования гипотезы состоит в том, чтобы сформировать ее как утверждение «если ... тогда ...». Это, конечно, не единственный или лучший способ сформировать гипотезу, но он может быть очень простой формулой, которую студенты могут использовать при первом запуске. Утверждение «если ... потом ...» требует, чтобы ученики сначала идентифицировали переменные, и это может изменить порядок, в котором они проходят этапы визуального организатора.
После определения переменных гипотеза принимает вид: если [изменение в независимой переменной], то [изменение в зависимой переменной]. Например, если в эксперименте выясняется влияние кофеина на время реакции, независимой переменной будет количество кофеина, а зависимой переменной будет время реакции. Гипотеза «если, то» может быть следующей: если вы увеличите количество принимаемого кофеина, тогда время реакции уменьшится.
Что привело вас к этой гипотезе? Какова научная основа вашей гипотезы? В зависимости от возраста и способностей учащиеся используют свои предыдущие знания, чтобы объяснить, почему они выбрали свои гипотезы, или, в качестве альтернативы, проводят исследования с использованием книг или Интернета. Это также подходящее время для обсуждения со студентами надежного источника.
Прогноз немного отличается от гипотезы. Гипотеза - это проверяемое утверждение, в то время как прогноз более специфичен для эксперимента. При открытии структуры ДНК гипотеза предполагала, что ДНК имеет спиральную структуру. Прогноз состоял в том, что рентгенограмма ДНК будет иметь форму X.
Ниже приведен пример раскадровки для обсуждения, который можно использовать, чтобы ваши ученики говорили о переменных в экспериментальном дизайне.
Три типа переменных, которые вам нужно будет обсудить с учащимися, это зависимые, независимые и контролируемые переменные. Для простоты обозначьте их как «что вы собираетесь измерить», «что вы собираетесь изменить» и «что вы собираетесь оставить прежним». С более продвинутыми студентами вы должны поощрять их использовать правильный словарный запас.
Зависимые переменные - это то, что измеряется или наблюдается ученым. Эти измерения часто повторяются, потому что повторные измерения делают ваши данные более надежными.
Независимая переменная - это переменная, которую ученые решили изменить, чтобы увидеть, как она влияет на зависимую переменную. Выбран только один, потому что было бы трудно определить, какая переменная вызывает какие-либо изменения, которые вы наблюдаете.
Контролируемые переменные - это величины или факторы, которые ученые хотят оставить неизменными на протяжении всего эксперимента. Они контролируются так, чтобы оставаться постоянными, чтобы не влиять на зависимую переменную. Управление ими позволяет ученым увидеть, как независимая переменная влияет на зависимую переменную.
Используйте приведенный ниже пример в своих уроках или удалите ответы и задайте его как задание, которое учащиеся должны выполнить на Storyboard That.
| Как температура влияет на количество сахара, которое можно растворить в воде | |
|---|---|
| Независимая переменная | Температура воды
(Диапазон 5 различных образцов при 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C и 50 ° C) |
| Зависимая переменная | Количество сахара, которое можно растворить в воде, измеряется в чайных ложках. |
| Контролируемые переменные |
|
В конечном счете, это должно быть подписано ответственным взрослым, но важно, чтобы студенты думали о том, как они будут себя чувствовать в безопасности. В этой части студенты должны определить потенциальные риски, а затем объяснить, как они собираются минимизировать риск. Деятельность, направленная на то, чтобы помочь студентам развить эти навыки, заключается в том, чтобы они могли выявлять и управлять рисками в различных ситуациях. Используя раскадровку ниже, попросите учащихся заполнить второй столбец T-диаграммы, сказав «Что такое риск?», А затем объяснив, как они могут управлять этим риском. Эта раскадровка также может быть спроектирована для обсуждения в классе.
В этом разделе студенты перечислят материалы, которые им необходимы для экспериментов, включая любое защитное оборудование, которое они выделили как необходимое в разделе оценки риска. Это прекрасное время, чтобы поговорить со студентами о выборе инструментов, которые подходят для работы. Вы будете использовать другой инструмент для измерения ширины волос, чем для измерения ширины футбольного поля!
Важно поговорить со студентами о воспроизводимости. Они должны написать процедуру, которая позволила бы другим ученым легко воспроизвести их экспериментальный метод. Самый простой и краткий способ сделать это - составить нумерованный список инструкций. Полезным занятием здесь могло бы стать объяснение студентам, как приготовить чашку чая или бутерброд. Разыграйте процесс, указав, какие шаги они пропустили.
Учащиеся, изучающие английский язык, и студенты, которые испытывают трудности с письменным английским языком, могут визуально описать этапы эксперимента с помощью Storyboard That.
Не каждый эксперимент будет нуждаться в диаграмме, но некоторые планы будут значительно улучшены путем включения одного. Попросите студентов сосредоточиться на создании четких и простых для понимания диаграмм.
Затем ученики следуют своему плану и проводят эксперимент. Важно, чтобы студенты собирали свои результаты значимым и простым для понимания способом. Данные часто записываются в таблицу, но также могут быть сделаны с фотографиями, рисунками наблюдений или их комбинацией. Может быть полезно, чтобы студенты записали любые трудности и проблемы, которые у них были при проведении эксперимента. Это могло бы помочь позже с оценкой их экспериментального метода.
Важно отметить, что любой экспериментальный проект должен тщательно оцениваться ответственным взрослым, прежде чем позволить любому студенту выполнять свою практическую работу.
После завершения процедуры эксперимента студенты анализируют данные, делают выводы, а затем делятся своими результатами. В зависимости от уровня учащегося, это может быть формальный лабораторный отчет, графики, обсуждение в классе или другой метод.
Использование визуальных органайзеров - эффективный способ заставить ваших учеников работать учеными в классе.
Есть много способов использовать эти инструменты планирования расследований, чтобы подготовить и структурировать работу студентов, пока они работают в качестве ученых. Учащиеся могут завершить этап планирования на Storyboard That используя текстовые поля и диаграммы, или вы можете распечатать их и попросить учащихся заполнить их вручную. Еще один отличный способ их использования - проецировать лист планирования на интерактивную доску и проработать, как завершить планирование материалов как группы. Спроецируйте его на экран, и пусть студенты напишут свои ответы на заметках и разместят свои идеи в правильном разделе документа планирования.
Очень молодые ученики еще могут начать думать как ученые! У них множество вопросов об окружающем их мире, и вы можете начать записывать их на карту ума. Иногда вы можете даже начать «исследовать» эти вопросы с помощью игры.
Основополагающий ресурс предназначен для учащихся начальной школы или студентов, которым требуется дополнительная поддержка. Он разработан для того же процесса, что и более высокие ресурсы, но немного упрощен. Ключевое различие между этими двумя ресурсами заключается в деталях, о которых студенты должны подумать, и используемом техническом словаре. Например, важно, чтобы студенты определяли переменные при разработке своих исследований. В более высокой версии студенты должны не только идентифицировать переменные, но и делать другие комментарии, например, как они будут измерять зависимую переменную. Помимо различий в строительных лесах между двумя уровнями ресурсов, вы, возможно, захотите еще больше отличать от того, как ученики поддерживаются учителями и помощниками в комнате.
Студентов также можно было бы призвать облегчить понимание их экспериментального плана с помощью графики, и это также можно использовать для поддержки ELL.
Студенты должны быть оценены по их научным навыкам наряду с оценкой их знаний. Это не только позволит учащимся сосредоточиться на развитии своих навыков, но также позволит им использовать информацию об оценке таким образом, чтобы помочь им улучшить свои научные навыки. Используя Quick Rubric , вы можете создать быструю и простую систему оценки и поделиться ею со студентами, чтобы они знали, как добиться успеха на каждом этапе. Наряду с предоставлением формирующей оценки, которая будет стимулировать обучение, это также может быть использовано для оценки студенческой работы в конце расследования и определения целей для следующей попытки планирования собственного исследования.
Если вы хотите добавить дополнительные проекты или продолжить настраивать рабочие листы, взгляните на несколько страниц с шаблонами, которые мы скомпилировали для вас ниже. Каждый рабочий лист можно скопировать и адаптировать к вашим проектам или студентам! Студентов также можно поощрять создавать свои собственные, если они хотят попытаться упорядочить информацию в доступной для понимания форме.
Воспитывайте культуру исследования, побуждая учащихся задавать вопросы об окружающем мире.
Научите учащихся выдвигать гипотезы, которые можно научно проверить. Помогите им понять разницу между гипотезой и вопросом.
Помогите учащимся понять научные принципы и концепции, относящиеся к их гипотезам. Поощряйте их опираться на предшествующие знания или проводить исследования для подтверждения своих гипотез.
Расскажите учащимся о трех типах переменных (зависимые, независимые и контролируемые) и о том, как они связаны с планом эксперимента. Подчеркните важность контроля переменных и точного измерения зависимой переменной.
Помогите учащимся разработать четкую и воспроизводимую экспериментальную процедуру. Предложите им составить пошаговый план или использовать наглядные диаграммы для иллюстрации процесса.
Поддерживайте студентов, когда они проводят эксперимент в соответствии со своим планом. Направляйте их к сбору данных осмысленным и организованным образом. Помогите им проанализировать данные и сделать выводы на основе полученных результатов.
Общие инструменты и методы планирования экспериментов, которые могут использовать учащиеся, включают случайное назначение, контрольные группы, ослепление, повторение и статистический анализ. Студенты также могут использовать наблюдательные исследования, опросы и эксперименты с естественным или квазиэкспериментальным дизайном. Они также могут использовать инструменты визуализации данных для анализа и представления результатов.
Экспериментальный дизайн помогает учащимся развивать навыки критического мышления, побуждая их систематически и логически мыслить о научных проблемах. Он требует, чтобы студенты анализировали данные, выявляли закономерности и делали выводы на основе доказательств. Это также помогает учащимся развивать навыки решения проблем, предоставляя возможность разрабатывать и проводить эксперименты для проверки гипотез.
Экспериментальный дизайн может использоваться для решения реальных проблем путем определения переменных, которые способствуют возникновению конкретной проблемы, и тестирования вмешательств, чтобы увидеть, эффективны ли они для решения проблемы. Например, план эксперимента можно использовать для проверки эффективности новых методов лечения или для оценки воздействия социальных вмешательств на сокращение бедности или улучшение результатов обучения.
Общие ошибки при планировании эксперимента, которых следует избегать учащимся, включают неспособность контролировать переменные, использование необъективных выборок, опора на неофициальные данные и неспособность точно измерить зависимые переменные. Студенты также должны знать об этических соображениях при проведении экспериментов, таких как получение информированного согласия и защита конфиденциальности субъектов исследования.
