Průvodce Experimentálním Designem pro Studenty a Pedagogy

Experimentální design pro studenty

Experimentální design je klíčová metoda používaná v předmětech, jako je biologie, chemie, fyzika, psychologie a společenské vědy. Pomáhá nám zjistit, jak různé faktory ovlivňují to, co studujeme, ať už jde o rostliny, chemikálie, fyzikální zákony, lidské chování nebo fungování společnosti. V podstatě je to způsob, jak nastavit experimenty, abychom mohli testovat nápady, sledovat, co se stane, a pochopit naše výsledky. Je to nesmírně důležité pro studenty a výzkumníky, kteří chtějí odpovědět na důležité otázky ve vědě a lépe porozumět světu. Dovednosti experimentálního designu lze uplatnit v situacích od řešení problémů až po analýzu dat; mají široký dosah a lze je často aplikovat i mimo učebnu. Výuka těchto dovedností je velmi důležitou součástí vědeckého vzdělávání, ale při zaměření na výuku obsahu se často přehlíží. Jako pedagogové vědy jsme všichni viděli výhody, které má praktická práce pro zapojení a porozumění studentů. S časovými omezeními kladenými na učební plán však může být čas potřebný k rozvoji těchto dovedností v oblasti experimentálního výzkumu a vyšetřování vyčerpán. Příliš často dostávají „recept“, který musí dodržovat, což jim neumožňuje převzít odpovědnost za svou praktickou práci. Od útlého věku začínají přemýšlet o světě kolem sebe. Kladou si otázky a pak na ně používají pozorování a důkazy, aby na ně odpověděli. Studenti mívají inteligentní, zajímavé a ověřitelné otázky, které rádi kladou. Jako pedagogové bychom se měli snažit tyto otázky podporovat a tím i rozvíjet jejich přirozenou zvědavost o svět kolem sebe.

Výuka návrhu experimentů a umožnění studentům rozvíjet vlastní otázky a hypotézy vyžaduje čas. Tyto materiály byly vytvořeny tak, aby podpořily a strukturovaly proces a umožnily učitelům soustředit se na zdokonalování klíčových myšlenek v návrhu experimentů. Umožnit studentům klást si vlastní otázky, psát si vlastní hypotézy a plánovat a provádět vlastní výzkumy je pro ně cennou zkušeností. To povede k tomu, že si studenti budou více pamatovat svou práci. Když studenti používají experimentální metodu pro své vlastní otázky, přemýšlejí o tom, jak vědci historicky chápali fungování vesmíru.

Více možností

Zkopírujte Tento Scénář

Start Free Trial

Podívejte se na níže uvedené stránky a šablony pracovních listů vhodné pro tisk!

Jaké jsou kroky experimentálního návrhu?

Vydání se na cestu vědeckého objevování začíná zvládnutím kroků návrhu experimentu. Tento základní proces je nezbytný pro formulování experimentů, které přinášejí spolehlivé a užitečné výsledky, a vede výzkumníky i studenty podrobným plánováním, návrhem experimentálního výzkumu a prováděním jejich studií. Využitím šablony návrhu experimentu si účastníci mohou zajistit integritu a platnost svých zjištění. Ať už jde o návrh vědeckého experimentu nebo zapojení se do aktivit návrhu experimentu, cílem je podpořit hluboké pochopení základů: Jak by měly být experimenty navrženy? Jakých je 7 kroků návrhu experimentu? Jak si můžete navrhnout vlastní experiment?

Toto je zkoumání sedmi klíčových kroků experimentální metody, nápadů na návrh experimentů a způsobů, jak integrovat návrh experimentů. Studentské projekty mohou výrazně prospět z doplňkových pracovních listů a poskytneme také zdroje, jako jsou pracovní listy zaměřené na efektivní výuku návrhu experimentů. Pojďme se ponořit do základních fází, které jsou základem procesu návrhu experimentu, a vybavit studenty nástroji k prozkoumání jejich vědecké zvědavosti.

1. Otázka

Toto je klíčová součást vědecké metody a procesu návrhu experimentu. Studenti si užívají vymýšlení otázek. Formulování otázek je hluboká a smysluplná činnost, která studentům může dát odpovědnost za jejich práci. Skvělým způsobem, jak přimět studenty k přemýšlení o tom, jak si vizualizovat svou výzkumnou otázku, je použití myšlenkové mapy ve storyboardu.

Zkopírujte Tento Scénář

Zkopírujte Tento Scénář

Zkopírujte Tento Scénář

Požádejte studenty, aby přemýšleli o jakýchkoli otázkách týkajících se vesmíru, na které chtějí odpovědět, nebo je nechte přemýšlet o otázkách, které mají k určitému tématu. Všechny otázky jsou dobré, ale některé se snáze ověřují než jiné.

2. Hypotéza

Hypotéza je známá jako podložený odhad. Hypotéza by měla být tvrzení, které lze vědecky ověřovat. Na konci experimentu se podívejte zpět, zda závěr hypotézu podporuje, či nikoli.

Formulace dobrých hypotéz může být pro studenty náročná na pochopení. Je důležité si uvědomit, že hypotéza není výzkumná otázka, ale testovatelné tvrzení . Jedním ze způsobů, jak formulovat hypotézu, je formulovat ji jako tvrzení „pokud... pak...“. To jistě není jediný ani nejlepší způsob, jak formulovat hypotézu, ale může to být velmi snadný vzorec, který studenti mohou použít na začátku.

Příkaz „pokud... pak...“ vyžaduje, aby studenti nejprve identifikovali proměnné, což může změnit pořadí, ve kterém dokončují fáze vizuálního organizéru. Po identifikaci závislých a nezávislých proměnných má hypotéza tvar pokud [změna nezávislé proměnné], pak [změna závislé proměnné].

Například pokud by experiment zkoumal vliv kofeinu na reakční dobu, nezávislou proměnnou by bylo množství kofeinu a závislou proměnnou by byla reakční doba. Hypotéza „pokud, pak“ by mohla znít: Pokud zvýšíte množství přijatého kofeinu, reakční doba se zkrátí.

3. Vysvětlení hypotézy

Co vás k této hypotéze vedlo? Jaké je vědecké pozadí vaší hypotézy? V závislosti na věku a schopnostech studenti používají své předchozí znalosti k vysvětlení, proč si zvolili své hypotézy, nebo alternativně provedou výzkum v knihách či na internetu. To by také mohla být vhodná příležitost k diskusi se studenty o tom, co je spolehlivý zdroj.

Studenti se například mohou odvolat na předchozí studie prokazující účinky kofeinu na bdělost, aby vysvětlili, proč se domnívají, že příjem kofeinu zkrátí reakční dobu.

4. Předpověď

Predikce se mírně liší od hypotézy. Hypotéza je testovatelné tvrzení, zatímco predikce je specifičtější pro experiment. Při objevu struktury DNA hypotéza předpokládala, že DNA má spirálovou strukturu. Predikce byla, že rentgenový difrakční obrazec DNA bude mít tvar X.

Studenti by měli formulovat predikci, která bude konkrétním, měřitelným výsledkem založeným na jejich hypotéze. Místo pouhého tvrzení „kofein zkrátí reakční dobu“ by studenti mohli předpovědět, že „vypití 2 plechovek limonády (90 mg kofeinu) zkrátí průměrnou reakční dobu o 50 milisekund ve srovnání s pitím bez kofeinu“.

5. Identifikace proměnných

Níže je uveden příklad diskusního scénáře, který lze použít k tomu, aby se vaši studenti zabývali proměnnými v experimentálním designu.

Více možností

Zkopírujte Tento Scénář

Více možností

Zkopírujte Tento Scénář

6. Posouzení rizik

Nakonec to musí schválit zodpovědná dospělá osoba, ale je důležité, aby studenti přemýšleli o tom, jak se budou chránit. V této části by studenti měli identifikovat potenciální rizika a poté vysvětlit, jak je budou minimalizovat. Aktivitou, která studentům pomůže rozvíjet tyto dovednosti, je naučit je identifikovat a řídit rizika v různých situacích. Pomocí níže uvedeného scénáře nechte studenty vyplnit druhý sloupec T-grafu tak, že se zeptají: „Co je to riziko?“ a poté vysvětlí, jak by toto riziko mohli řídit. Tento scénář by mohl být také promítnut do diskuse ve třídě.

Více možností

Zkopírujte Tento Scénář

7. Materiály

V této části studenti vypíší materiály, které pro experimenty potřebují, včetně veškerého bezpečnostního vybavení, které v části o posouzení rizik označili jako potřebné. To je skvělá příležitost promluvit si se studenty o výběru nástrojů vhodných pro danou práci. Na měření šířky vlasu použijete jiný nástroj než na měření šířky fotbalového hřiště!

8. Obecný plán a schéma

Je důležité se studenty hovořit o reprodukovatelnosti. Měli by napsat postup, který by umožnil snadnou reprodukci jejich experimentální metody jiným vědcem. Nejjednodušší a nejstručnější způsob, jak to studenti udělat, je vytvořit očíslovaný seznam pokynů. Užitečnou aktivitou by v tomto případě mohlo být vysvětlení, jak si připravit šálek čaje nebo sendvič. Postup sehrajte a poukazujte na všechny kroky, které přehlédli.

Pro studenty angličtiny a studenty, kteří mají potíže s psanou angličtinou, mohou studenti vizuálně popsat kroky svého experimentu pomocí Storyboard That.

Ne každý experiment bude vyžadovat diagram, ale některé plány se výrazně vylepší jeho zahrnutím. Nechte studenty, aby se zaměřili na vytváření jasných a snadno srozumitelných diagramů, které ilustrují experimentální skupinu.

Například postup pro testování vlivu slunečního záření na růst rostlin s využitím zcela randomizovaného designu by mohl podrobně popisovat:

1. Vyberte 10 podobných sazenic stejného stáří a odrůdy
2. Připravte si 2 identické misky se stejnou směsí zeminy.
3. Do každého tácku umístěte 5 rostlin; jednu označte jako „sluneční světlo“ a druhou jako „stín“.
4. Umístěte závěsnou misku k oknu orientovanému na jih a zastíňte ji v tmavé skříni.
5. Zalévejte oba misky 50 ml vody každé 2 dny.
6. Po 3 týdnech rostliny vyjměte a změřte jejich výšku v cm.

9. Proveďte experiment

Jakmile je jejich postup schválen, měli by studenti pečlivě provést plánovaný experiment a řídit se jejich písemnými pokyny. Během shromažďování dat by měli studenti uspořádat nezpracované výsledky do tabulek, grafů, fotografií nebo kreseb. Tím se vytvoří přehledná dokumentace pro analýzu trendů.

Mezi osvědčené postupy pro sběr dat patří:

• Zaznamenávejte kvantitativní data numericky pomocí jednotek
• Zaznamenejte kvalitativní pozorování s podrobnými popisy
• Zachyťte nastavení pomocí ilustrací nebo fotografií
• Zapište si pozorování neočekávaných událostí
• Identifikujte odlehlé hodnoty dat a zdroje chyb

Například v experimentu s růstem rostlin by studenti mohli zaznamenat: