Ръководство за Експериментален Дизайн за Студенти и Преподаватели

Експериментален дизайн за студенти

Експерименталният дизайн е ключов метод, използван в предмети като биология, химия, физика, психология и социални науки. Той ни помага да разберем как различните фактори влияят на това, което изучаваме, независимо дали става въпрос за растения, химикали, физични закони, човешко поведение или как функционира обществото. По принцип това е начин за провеждане на експерименти, за да можем да тестваме идеи, да видим какво се случва и да осмислим резултатите си. Това е изключително важно за студенти и изследователи, които искат да отговорят на важни въпроси в науката и да разберат по-добре света. Уменията за експериментален дизайн могат да се прилагат в ситуации, вариращи от решаване на проблеми до анализ на данни; те са широкообхватни и често могат да се прилагат извън класната стая. Преподаването на тези умения е много важна част от научното образование, но често се пренебрегва, когато се фокусира върху преподаването на съдържанието. Като преподаватели по природни науки, всички ние сме виждали ползите от практическата работа за ангажираността и разбирането на учениците. Въпреки това, с времевите ограничения, поставени в учебната програма, времето, необходимо на учениците да развият тези умения за експериментален изследователски дизайн и разследване, може да бъде изчерпано. Твърде често те получават „рецепта“, която да следват, което не им позволява да поемат отговорност за практическата си работа. Още от много ранна възраст те започват да мислят за света около тях. Задават въпроси, след което използват наблюдения и доказателства, за да им отговорят. Учениците са склонни да имат интелигентни, интересни и проверими въпроси, които обичат да задават. Като преподаватели, ние трябва да работим за насърчаване на тези въпроси и от своя страна да подхранваме това естествено любопитство към света около тях.

Преподаването на дизайна на експерименти и позволяването на учениците да развиват свои собствени въпроси и хипотези отнема време. Тези материали са създадени, за да структурират процеса и да позволят на учителите да се съсредоточат върху подобряването на ключовите идеи в експерименталния дизайн. Даването на възможност на учениците да задават свои собствени въпроси, да пишат свои собствени хипотези и да планират и провеждат свои собствени изследвания е ценен опит за тях. Това ще доведе до по-голяма отговорност на учениците за работата им. Когато учениците прилагат експерименталния метод за своите собствени въпроси, те размишляват върху това как учените исторически са стигали до разбирането за функционирането на Вселената.

Повече опций

Копирайте Тази Разказка

Start Free Trial

Разгледайте шаблоните за страници и работни листове, подходящи за печат , по-долу!

Какви са стъпките на експерименталния дизайн?

Впускането в пътешествието на научните открития започва с овладяване на стъпките на експерименталния дизайн. Този фундаментален процес е от съществено значение за формулирането на експерименти, които дават надеждни и проницателни резултати, като насочва както изследователите, така и студентите през детайлното планиране, експерименталния дизайн на изследването и изпълнението на техните изследвания. Чрез използването на шаблон за експериментален дизайн, участниците могат да гарантират целостта и валидността на своите открития. Независимо дали става въпрос за проектиране на научен експеримент или за участие в дейности по експериментален дизайн, целта е да се насърчи задълбочено разбиране на основите: Как трябва да се проектират експериментите? Кои са 7-те стъпки на експерименталния дизайн? Как можете да проектирате свой собствен експеримент?

Това е изследване на седемте ключови стъпки на експерименталния метод, идеите за експериментален дизайн и начините за интегриране на дизайна на експерименти. Студентските проекти могат да се възползват значително от допълнителни работни листове, а също така ще предоставим ресурси, като например работни листове, насочени към ефективно преподаване на експериментален дизайн. Нека се потопим в основните етапи, които са в основата на процеса на проектиране на експеримент, като предоставим на учащите инструменти за изследване на тяхното научно любопитство.

1. Въпрос

Това е ключова част от научния метод и процеса на експериментален дизайн. Учениците се радват да измислят въпроси. Формулирането на въпроси е задълбочена и смислена дейност, която може да даде на учениците отговорност за работата им. Чудесен начин да накарат учениците да помислят как да визуализират изследователския си въпрос е използването на сценарий с ментална карта.

Копирайте Тази Разказка

Копирайте Тази Разказка

Копирайте Тази Разказка

Помолете учениците да помислят за въпроси, на които искат да отговорят относно Вселената, или ги накарайте да помислят за въпроси, които имат по определена тема. Всички въпроси са добри, но някои са по-лесни за проверка от други.

2. Хипотеза

Хипотезата е известна като обосновано предположение. Хипотезата трябва да бъде твърдение, което може да бъде научно проверено. В края на експеримента погледнете назад, за да видите дали заключението подкрепя хипотезата или не.

Формулирането на добри хипотези може да бъде трудно за разбиране от учениците. Важно е да се помни, че хипотезата не е изследователски въпрос, а проверимо твърдение . Един от начините за формиране на хипотеза е да се формулира като твърдение „ако... тогава...“. Това със сигурност не е единственият или най-добрият начин за формиране на хипотеза, но може да бъде много лесна формула, която учениците могат да използват, когато започват.

Изречение „ако... тогава...“ изисква от учениците първо да идентифицират променливите и това може да промени реда, в който изпълняват етапите на визуалния органайзер. След идентифициране на зависимите и независимите променливи, хипотезата приема вида ако [промяна в независимата променлива], тогава [промяна в зависимата променлива].

Например, ако един експеримент търси ефекта на кофеина върху времето за реакция, независимата променлива ще бъде количеството кофеин, а зависимата променлива - времето за реакция. Хипотезата „ако, тогава“ може да бъде: Ако увеличите количеството приет кофеин, времето за реакция ще намалее.

3. Обяснение на хипотезата

Какво ви доведе до тази хипотеза? Каква е научната основа зад вашата хипотеза? В зависимост от възрастта и способностите, учениците използват предварителните си знания, за да обяснят защо са избрали своите хипотези, или алтернативно, правят проучване, използвайки книги или интернет. Това може да е и подходящ момент да обсъдите с учениците какво е надежден източник.

Например, учениците могат да се позоват на предишни проучвания, показващи ефектите на кофеина върху бдителността, за да обяснят защо предполагат, че приемът на кофеин ще намали времето за реакция.

4. Прогноза

Предположението е малко по-различно от хипотезата. Хипотезата е проверимо твърдение, докато предположението е по-специфично за експеримента. При откриването на структурата на ДНК, хипотезата предполага, че ДНК има спирална структура. Предположението е, че рентгеновата дифракционна картина на ДНК ще бъде с форма на X.

Учениците трябва да формулират прогноза, която представлява специфичен, измерим резултат, базиран на тяхната хипотеза. Вместо просто да заявят „кофеинът ще намали времето за реакция“, учениците могат да предскажат, че „изпиването на 2 кутии газирана напитка (90 мг кофеин) ще намали средното време за реакция с 50 милисекунди в сравнение с пиенето на безкофеинова напитка“.

5. Идентифициране на променливи

По-долу е даден пример за дискусионен сценарий, който може да се използва, за да накарате учениците си да говорят за променливи в експерименталния дизайн.

Повече опций

Копирайте Тази Разказка

Повече опций

Копирайте Тази Разказка

6. Оценка на риска

В крайна сметка това трябва да бъде одобрено от отговорен възрастен, но е важно учениците да помислят как ще се предпазят. В тази част учениците трябва да идентифицират потенциалните рискове и след това да обяснят как ще ги сведат до минимум. Една дейност, която ще помогне на учениците да развият тези умения, е да ги накарате да идентифицират и управляват рисковете в различни ситуации. Използвайки сценария по-долу, накарайте учениците да попълнят втората колона на Т-диаграмата, като кажат „Какво е риск?“, след което обяснят как биха могли да управляват този риск. Този сценарий може да бъде проектиран и за дискусия в клас.

Повече опций

Копирайте Тази Разказка

7. Материали

В този раздел учениците ще изброят материалите, от които се нуждаят за експериментите, включително всички предпазни средства, които са посочили като необходими в раздела за оценка на риска. Това е чудесен момент да поговорите с учениците за избора на инструменти, подходящи за работата. Ще използвате различен инструмент за измерване на ширината на косъм, отколкото за измерване на ширината на футболно игрище!

8. Общ план и диаграма

Важно е да се говори с учениците за възпроизводимостта. Те трябва да напишат процедура, която би позволила техният експериментален метод да бъде лесно възпроизведен от друг учен. Най-лесният и най-кратък начин учениците да направят това е като направят номериран списък с инструкции. Полезна дейност тук може да бъде да накарате учениците да обяснят как да си направят чаша чай или сандвич. Разиграйте процеса, като посочите всички стъпки, които са пропуснали.

За изучаващите английски език и учениците, които имат затруднения с писмения английски, учениците могат да опишат стъпките в своя експеримент визуално, използвайки Storyboard That.

Не всеки експеримент ще се нуждае от диаграма, но някои планове ще бъдат значително подобрени с включването на такава. Накарайте учениците да се съсредоточат върху създаването на ясни и лесни за разбиране диаграми, които илюстрират експерименталната група.

Например, процедура за тестване на ефекта на слънчевата светлина върху растежа на растенията, използваща напълно рандомизиран дизайн, може да описва подробно:

1. Изберете 10 подобни разсада от една и съща възраст и сорт
2. Пригответе 2 еднакви тави със същата почвена смес
3. Поставете по 5 растения във всяка тава; обозначете едното с „слънчева светлина“ и другото с „сянка“.
4. Поставете тавата за слънчева светлина до прозорец с южно изложение и я засенчете в тъмен килер.
5. Поливайте и двете тави с 50 мл вода на всеки 2 дни
6. След 3 седмици отстранете растенията и измерете височината им в см.

9. Проведете експеримент

След като процедурата им бъде одобрена, учениците трябва внимателно да извършат планирания експеримент, следвайки писмените си инструкции. Докато данните се събират, учениците трябва да организират суровите резултати в таблици, графики, снимки или чертежи. Това създава ясна документация за анализ на тенденциите.

Някои най-добри практики за събиране на данни включват:

• Записвайте количествените данни числено с мерни единици
• Обърнете внимание на качествените наблюдения с подробни описания
• Заснемане на настройката чрез илюстрации или снимки
• Запишете наблюденията си за неочаквани събития
• Идентифицирайте отклоненията в данните и източниците на грешки

Например, в експеримента за растеж на растенията, учениците могат да запишат: