Kísérleti Tervezési Útmutató Diákoknak és Oktatóknak

Kísérleti tervezés diákoknak

A kísérlettervezés kulcsfontosságú módszer olyan tantárgyakban, mint a biológia, a kémia, a fizika, a pszichológia és a társadalomtudományok. Segít kitalálni, hogy a különböző tényezők hogyan befolyásolják azt, amit tanulunk, legyen szó növényekről, vegyi anyagokról, fizikai törvényekről, emberi viselkedésről vagy a társadalom működéséről. Alapvetően ez egy módja annak, hogy kísérleteket állítsunk be, hogy tesztelhessük az ötleteket, lássuk, mi történik, és értelmezzük az eredményeinket. Rendkívül fontos a diákok és kutatók számára, akik a tudomány nagy kérdéseire szeretnének választ adni, és jobban megérteni a világot. A kísérlettervezési készségek a problémamegoldástól az adatelemzésig terjedő helyzetekben alkalmazhatók; széleskörűek, és gyakran alkalmazhatók az osztálytermen kívül is. Ezen készségek tanítása a természettudományos oktatás nagyon fontos része, de gyakran figyelmen kívül hagyják, amikor a tartalom tanítására összpontosítunk. Természettudományos oktatóként mindannyian láttuk a gyakorlati munka előnyeit a diákok elkötelezettsége és megértése szempontjából. A tantervre vonatkozó időbeli korlátok miatt azonban a diákok számára a kísérleti kutatási tervezési és vizsgálati készségek fejlesztésére fordított idő kiszorulhat. Túl gyakran kapnak egy „receptet”, amit követniük kell, ami nem teszi lehetővé számukra, hogy felelősséget vállaljanak a gyakorlati munkájukért. Már egészen fiatal kortól kezdve gondolkodni kezdenek a körülöttük lévő világról. Kérdéseket tesznek fel, majd megfigyelések és bizonyítékok alapján válaszolnak rájuk. A diákok általában intelligens, érdekes és tesztelhető kérdéseket tesznek fel, amelyeket szeretnek feltenni. Oktatóként arra kell törekednünk, hogy ösztönözzük ezeket a kérdéseket, és ezáltal ápoljuk a körülöttük lévő világ iránti természetes kíváncsiságot.

A kísérletek tervezésének megtanítása és a diákok saját kérdéseinek és hipotéziseinek kidolgozása időbe telik. Ezeket az anyagokat azért hozták létre, hogy segítsék a folyamatot, és lehetővé tegyék a tanárok számára, hogy a kísérleti tervezés kulcsgondolatainak fejlesztésére összpontosíthassanak. Értékes tapasztalatot nyújt a diákoknak, ha lehetőséget adnak arra, hogy saját kérdéseket tegyenek fel, saját hipotéziseket írjanak le, valamint megtervezzék és elvégezzék saját vizsgálataikat. Ez ahhoz vezet, hogy a diákok nagyobb felelősséget vállalnak a munkájukért. Amikor a diákok a kísérleti módszert saját kérdéseikre alkalmazzák, elgondolkodnak azon, hogy a tudósok hogyan értették meg a világegyetem működését a történelem során.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Start Free Trial

Tekintse meg az alábbi nyomtatóbarát oldalakat és munkalap-sablonokat!

Melyek a kísérleti tervezés lépései?

A tudományos felfedezés útjára lépés a kísérlettervezés lépéseinek elsajátításával kezdődik. Ez az alapvető folyamat elengedhetetlen a megbízható és hasznos eredményeket hozó kísérletek megfogalmazásához, végigvezetve a kutatókat és a diákokat egyaránt a részletes tervezésen, a kísérleti kutatás megtervezésén és a tanulmányaik végrehajtásán. Egy kísérlettervezési sablon felhasználásával a résztvevők biztosíthatják eredményeik integritását és érvényességét. Akár egy tudományos kísérlet megtervezéséről, akár kísérlettervezési tevékenységekben való részvételről van szó, a cél az alapok mély megértésének elősegítése: Hogyan kell megtervezni a kísérleteket? Melyek a 7 kísérlettervezési lépés? Hogyan tervezheted meg a saját kísérletedet?

Ez a könyv a hét kulcsfontosságú kísérleti módszertani lépést, a kísérlettervezési ötleteket és a kísérlettervezés integrálásának módjait vizsgálja. A diákprojektek nagy hasznát vehetik a kiegészítő munkalapoknak, és olyan forrásokat is biztosítunk, mint például a kísérlettervezés hatékony tanítását célzó munkalapok. Merüljünk el a kísérlettervezés folyamatát alátámasztó lényeges szakaszokban, felvértezve a tanulókat a tudományos kíváncsiságuk felfedezéséhez szükséges eszközökkel.

1. Kérdés

Ez a tudományos módszer és a kísérleti tervezési folyamat kulcsfontosságú része. A diákok élvezik a kérdések kitalálását. A kérdések megfogalmazása egy mélyreható és értelmes tevékenység, amely felruházhatja a diákokat a munkájukkal. A gondolattérkép storyboard használata nagyszerű módja annak, hogy a diákok átgondolják, hogyan vizualizálják kutatási kérdéseiket.

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Kérd meg a tanulókat, hogy gondoljanak olyan kérdésekre, amelyekre választ szeretnének adni a világegyetemmel kapcsolatban, vagy kérd meg őket, hogy gondolják át az adott témával kapcsolatos kérdéseiket. Minden kérdés jó kérdés, de némelyiket könnyebb tesztelni, mint a többit.

2. Hipotézis

A hipotézist megalapozott találgatásnak nevezzük. A hipotézisnek olyan állításnak kell lennie, amely tudományosan ellenőrizhető. A kísérlet végén nézzük vissza, hogy a következtetés alátámasztja-e a hipotézist vagy sem.

A jó hipotézisek felállítása nehézkes lehet a diákok számára. Fontos megjegyezni, hogy a hipotézis nem kutatási kérdés, hanem egy tesztelhető állítás . A hipotézis felállításának egyik módja az, hogy „ha... akkor...” állításként fogalmazzuk meg. Ez természetesen nem az egyetlen vagy legjobb módja a hipotézis felállításának, de egy nagyon egyszerű formula lehet a diákok számára a kezdetekben.

Egy „ha... akkor...” állítás megköveteli a tanulóktól, hogy először a változókat azonosítsák, és ez megváltoztathatja a vizuális szervező lépéseinek sorrendjét. A függő és független változók azonosítása után a hipotézis a következő formát ölti: ha [független változó változása], akkor [függő változó változása].

Például, ha egy kísérlet a koffein reakcióidőre gyakorolt ​​hatását vizsgálná, a független változó a koffein mennyisége, a függő változó pedig a reakcióidő lenne. A „ha, akkor” hipotézis a következő lehetne: Ha növeljük a bevitt koffein mennyiségét, akkor a reakcióidő csökkenni fog.

3. A hipotézis magyarázata

Mi vezetett ehhez a hipotézishez? Mi a hipotézised mögött álló tudományos háttér? Kortól és képességektől függően a tanulók a korábbi tudásukat felhasználva magyarázzák el, hogy miért választották a hipotézisüket, vagy könyvekben vagy az interneten keresztül kutathatnak. Ez jó alkalom lehet arra is, hogy megbeszéljük a diákokkal, mi számít megbízható forrásnak.

Például a diákok hivatkozhatnak korábbi, a koffein éberségre gyakorolt ​​hatásait bemutató tanulmányokra, hogy megmagyarázzák, miért feltételezik, hogy a koffeinbevitel csökkenti a reakcióidőt.

4. Jóslat

A jóslat némileg eltér a hipotézistől. A hipotézis egy tesztelhető állítás, míg a jóslat inkább a kísérletre vonatkozik. A DNS szerkezetének felfedezésekor a hipotézis azt javasolta, hogy a DNS helikális szerkezetű. A jóslat az volt, hogy a DNS röntgendiffrakciós mintázata X alakú lesz.

A diákoknak egy konkrét, mérhető eredményre vonatkozó jóslatot kell megfogalmazniuk a hipotézisük alapján. Ahelyett, hogy egyszerűen azt állítanák, hogy „a koffein csökkenti a reakcióidőt”, a diákok megjósolhatják, hogy „2 doboz üdítő (90 mg koffein) elfogyasztása 50 milliszekundummal csökkenti az átlagos reakcióidőt a koffeinmentes fogyasztáshoz képest”.

5. Változók azonosítása

Az alábbiakban egy példa látható egy vitaindító forgatókönyvre, amely segítségével a diákok a kísérleti tervezés változóiról beszélgethetnek.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

6. Kockázatértékelés

Végső soron ezt egy felelős felnőttnek kell jóváhagynia, de fontos, hogy a tanulók elgondolkodjanak azon, hogyan fogják magukat biztonságban tudni. Ebben a részben a tanulóknak azonosítaniuk kell a lehetséges kockázatokat, majd el kell magyarázniuk, hogyan fogják minimalizálni a kockázatot. A tanulók ezen készségek fejlesztését segítő tevékenység az, ha megtanulják felismerni és kezelni a kockázatokat különböző helyzetekben. Az alábbi storyboard segítségével kérje meg a tanulókat, hogy töltsék ki a T-diagram második oszlopát a következő kérdéssel: „Mi a kockázat?”, majd magyarázzák el, hogyan kezelhetnék ezt a kockázatot. Ez a storyboard kivetíthető egy osztálytermi megbeszéléshez is.

Több lehetőség

Másolja ezt a Forgatókönyvet

7. Anyagok

Ebben a részben a diákok felsorolják a kísérletekhez szükséges anyagokat, beleértve azokat a biztonsági felszereléseket is, amelyeket a kockázatértékelési részben szükségesként kiemeltek. Ez egy nagyszerű alkalom arra, hogy megbeszéljük a diákokkal a munkához megfelelő eszközök kiválasztását. Más eszközt fogsz használni egy hajszál szélességének mérésére, mint egy futballpálya szélességének mérésére!

8. Általános terv és ábra

Fontos, hogy a diákokkal beszéljünk az ismételhetőségről. Írjanak le egy eljárást, amely lehetővé teszi, hogy a kísérleti módszerüket egy másik tudós könnyen reprodukálja. A diákok ezt a legegyszerűbb és legtömörebb módon számozott utasítások listájának összeállításával tehetik meg. Hasznos tevékenység lehet, ha megkérjük a diákokat, hogy magyarázzák el, hogyan kell elkészíteni egy csésze teát vagy egy szendvicset. Játsszák el a folyamatot, rámutatva azokra a lépésekre, amelyeket kihagytak.

Az angol nyelvet tanulók és az írott angollal küzdő diákok számára Storyboard That segítségével vizuálisan is leírhatják a kísérletük lépéseit.

Nem minden kísérlethez kell diagram, de egyes tervek jelentősen javíthatók egy ilyen diagram beépítésével. Kérje meg a tanulókat, hogy világos és könnyen érthető diagramokat készítsenek, amelyek illusztrálják a kísérleti csoportot.

Például egy teljesen randomizált tervezésű eljárás, amely a napfény növénynövekedésre gyakorolt ​​hatását vizsgálja, részletezheti a következőket:

1. Válasszon ki 10 azonos korú és fajtájú palántát
2. Készítsen elő 2 azonos tálcát ugyanazzal a talajkeverékkel
3. Helyezz 5 növényt minden tálcába; az egyik csoportot jelöld meg „napfényes”, a másikat pedig „árnyékos” felirattal.
4. A napfénytálcát déli fekvésű ablak mellé, az árnyékolótálcát pedig egy sötét szekrénybe helyezd.
5. Mindkét tálcát kétnaponta 50 ml vízzel öntözzük.
6. 3 hét elteltével távolítsa el a növényeket, és mérje meg a magasságukat cm-ben.

9. Kísérlet végrehajtása

Miután az eljárásukat jóváhagyták, a diákoknak gondosan kell végrehajtaniuk a tervezett kísérletet, az írásos utasításokat követve. Az adatgyűjtés során a tanulóknak táblázatokba, grafikonokba, fényképekre vagy rajzokba kell rendszerezniük a nyers eredményeket. Ez egyértelmű dokumentációt hoz létre a trendek elemzéséhez.

Az adatgyűjtés néhány bevált gyakorlata a következő:

• Mennyiségi adatok numerikus rögzítése egységekkel
• Jegyezze fel a kvalitatív megfigyeléseket részletes leírásokkal
• Rögzítés beállítása illusztrációk vagy fotók segítségével
• Írj megfigyeléseket a váratlan eseményekről
• Azonosítsa az adatok kiugró értékeit és a hibaforrásokat

Például a növénynövekedési kísérletben a diákok feljegyezhetik: