Veiledning til Eksperimentell Design for Studenter og Lærere

Eksperimentell design for studenter

Eksperimentell design er en nøkkelmetode som brukes i fag som biologi, kjemi, fysikk, psykologi og samfunnsvitenskap. Det hjelper oss å finne ut hvordan ulike faktorer påvirker det vi studerer, enten det er planter, kjemikalier, fysiske lover, menneskelig atferd eller hvordan samfunnet fungerer. I bunn og grunn er det en måte å sette opp eksperimenter på, slik at vi kan teste ideer, se hva som skjer og gi mening til resultatene våre. Det er superviktig for studenter og forskere som ønsker å svare på store spørsmål innen naturfag og forstå verden bedre. Ferdigheter innen eksperimentell design kan brukes i situasjoner som spenner fra problemløsning til dataanalyse. De er vidtrekkende og kan ofte brukes utenfor klasserommet. Undervisning i disse ferdighetene er en svært viktig del av naturfagundervisningen, men blir ofte oversett når man fokuserer på å undervise i innholdet. Som naturfagslærere har vi alle sett fordelene praktisk arbeid har for elevenes engasjement og forståelse. Men med tidsbegrensningene som er pålagt pensum, kan tiden studentene trenger for å utvikle disse eksperimentelle forskningsdesign- og undersøkende ferdighetene bli presset ut. Altfor ofte får de en «oppskrift» å følge, noe som ikke lar dem ta eierskap til sitt praktiske arbeid. Fra en veldig ung alder begynner de å tenke på verden rundt seg. De stiller spørsmål og bruker observasjoner og bevis for å svare på dem. Elever har en tendens til å ha intelligente, interessante og testbare spørsmål som de elsker å stille. Som lærere bør vi jobbe for å oppmuntre til disse spørsmålene og dermed pleie denne naturlige nysgjerrigheten på verden rundt dem.

Det tar tid å undervise i eksperimentdesign og la elevene utvikle sine egne spørsmål og hypoteser. Disse materialene er laget for å støtte og strukturere prosessen, slik at lærerne kan fokusere på å forbedre hovedideene i eksperimentdesign. Å la elevene stille sine egne spørsmål, skrive sine egne hypoteser og planlegge og gjennomføre sine egne undersøkelser er en verdifull erfaring for dem. Dette vil føre til at elevene får mer eierskap til arbeidet sitt. Når elevene bruker den eksperimentelle metoden for sine egne spørsmål, reflekterer de over hvordan forskere historisk sett har kommet til å forstå hvordan universet fungerer.

Flere valg

Kopier Dette Storyboardet

Start Free Trial

Ta en titt på de utskriftsvennlige sidene og arbeidsarkmalene nedenfor!

Hva er trinnene i eksperimentell design?

Å legge ut på en vitenskapelig oppdagelsesreise begynner med å mestre trinnene i eksperimentell design. Denne grunnleggende prosessen er viktig for å formulere eksperimenter som gir pålitelige og innsiktsfulle resultater, og veilede både forskere og studenter gjennom detaljert planlegging, eksperimentell forskningsdesign og gjennomføring av studiene. Ved å bruke en mal for eksperimentell design kan deltakerne sikre integriteten og gyldigheten til funnene sine. Enten det er gjennom å designe et vitenskapelig eksperiment eller delta i eksperimentelle designaktiviteter, er målet å fremme en dyp forståelse av det grunnleggende: Hvordan bør eksperimenter designes? Hva er de 7 trinnene i eksperimentell design? Hvordan kan du designe ditt eget eksperiment?

Dette er en utforskning av de syv viktigste trinnene i eksperimentell metode, ideer til eksperimentell design og måter å integrere design av eksperimenter på. Studentprosjekter kan ha stor nytte av supplerende arbeidsark, og vi vil også tilby ressurser som arbeidsark som tar sikte på å undervise i eksperimentell design effektivt. La oss dykke ned i de viktigste stadiene som ligger til grunn for prosessen med å designe et eksperiment, og utstyre elevene med verktøyene til å utforske sin vitenskapelige nysgjerrighet.

1. Spørsmål

Dette er en sentral del av den vitenskapelige metoden og den eksperimentelle designprosessen. Elevene liker å komme opp med spørsmål. Å formulere spørsmål er en dyp og meningsfull aktivitet som kan gi elevene eierskap til arbeidet sitt. En fin måte å få elevene til å tenke på hvordan de kan visualisere forskningsspørsmålet sitt på, er å bruke et tankekart-storyboard.

Kopier Dette Storyboardet

Kopier Dette Storyboardet

Kopier Dette Storyboardet

Be elevene tenke på spørsmål de ønsker å svare på om universet, eller få dem til å tenke på spørsmål de har om et bestemt emne. Alle spørsmål er gode spørsmål, men noen er lettere å teste enn andre.

2. Hypotese

En hypotese er kjent som en kvalifisert gjetning. En hypotese bør være en påstand som kan testes vitenskapelig. På slutten av eksperimentet, se tilbake for å se om konklusjonen støtter hypotesen eller ikke.

Det kan være utfordrende for elever å danne gode hypoteser. Det er viktig å huske at hypotesen ikke er et forskningsspørsmål, men en testbar påstand . En måte å danne en hypotese på er å formulere den som en «hvis... så...»-påstand. Dette er absolutt ikke den eneste eller beste måten å danne en hypotese på, men det kan være en veldig enkel formel for elever å bruke når de først er i gang.

En «hvis... så...»-setning krever at elevene identifiserer variablene først, og det kan endre rekkefølgen de fullfører stadiene i den visuelle organisatoren. Etter å ha identifisert de avhengige og uavhengige variablene, tar hypotesen formen hvis [endring i uavhengig variabel], så [endring i avhengig variabel].

Hvis for eksempel et eksperiment skulle undersøke effekten av koffein på reaksjonstid, ville den uavhengige variabelen være mengden koffein og den avhengige variabelen være reaksjonstid. «Hvis, så»-hypotesen kan være: Hvis du øker mengden koffein som tas, vil reaksjonstiden avta.

3. Forklaring av hypotesen

Hva ledet deg til denne hypotesen? Hva er den vitenskapelige bakgrunnen bak hypotesen din? Avhengig av alder og evner bruker elevene sin forkunnskap til å forklare hvorfor de har valgt hypotesene sine, eller alternativt gjør de research ved hjelp av bøker eller internett. Dette kan også være et godt tidspunkt å diskutere med elevene hva en pålitelig kilde er.

For eksempel kan studentene referere til tidligere studier som viser koffeins effekt på årvåkenhet for å forklare hvorfor de antar at koffeininntak vil redusere reaksjonstiden.

4. Forutsigelse

Prediksjonen er litt annerledes enn hypotesen. En hypotese er en testbar påstand, mens prediksjonen er mer spesifikk for eksperimentet. I oppdagelsen av DNA-strukturen foreslo hypotesen at DNA har en spiralformet struktur. Prediksjonen var at røntgendiffraksjonsmønsteret til DNA ville være en X-form.

Elevene bør formulere en prediksjon som er et spesifikt, målbart utfall basert på hypotesen deres. I stedet for bare å si at «koffein vil redusere reaksjonstiden», kan elevene forutsi at «å drikke 2 bokser med brus (90 mg koffein) vil redusere gjennomsnittlig reaksjonstid med 50 millisekunder sammenlignet med å ikke drikke koffein».

5. Identifisering av variabler

Nedenfor er et eksempel på et diskusjonsstoryboard som kan brukes til å få elevene dine til å snakke om variabler i eksperimentell design.

Flere valg

Kopier Dette Storyboardet

Flere valg

Kopier Dette Storyboardet

6. Risikovurdering

Til syvende og sist må dette godkjennes av en ansvarlig voksen, men det er viktig å få elevene til å tenke på hvordan de skal holde seg trygge. I denne delen skal elevene identifisere potensielle risikoer og deretter forklare hvordan de skal minimere risikoen. En aktivitet som kan hjelpe elevene med å utvikle disse ferdighetene, er å få dem til å identifisere og håndtere risikoer i ulike situasjoner. Bruk storyboardet nedenfor til å få elevene til å fullføre den andre kolonnen i T-diagrammet ved å si: «Hva er risiko?», og deretter forklare hvordan de kan håndtere den risikoen. Dette storyboardet kan også brukes til en klassediskusjon.

Flere valg

Kopier Dette Storyboardet

7. Materialer

I denne delen skal elevene liste opp materialene de trenger til eksperimentene, inkludert eventuelt sikkerhetsutstyr de har fremhevet som nødvendig i risikovurderingsdelen. Dette er et godt tidspunkt å snakke med elevene om å velge verktøy som passer til jobben. Dere skal bruke et annet verktøy til å måle bredden på et hårstrå enn til å måle bredden på en fotballbane!

8. Generell plan og diagram

Det er viktig å snakke med elevene om reproduserbarhet. De bør skrive en prosedyre som gjør at den eksperimentelle metoden deres enkelt kan reproduseres av en annen forsker. Den enkleste og mest konsise måten elevene kan gjøre dette på er ved å lage en nummerert liste med instruksjoner. En nyttig aktivitet her kan være å få elevene til å forklare hvordan de lager en kopp te eller en sandwich. Dramatikk prosessen, og pek på eventuelle trinn de har gått glipp av.

For engelskspråklige elever og studenter som sliter med skriftlig engelsk, kan elevene beskrive trinnene i eksperimentet visuelt ved hjelp av Storyboard That.

Ikke alle eksperimenter trenger et diagram, men noen planer vil bli betraktelig forbedret ved å inkludere et. La elevene fokusere på å lage klare og lettforståelige diagrammer som illustrerer forsøksgruppen.

For eksempel kan en prosedyre for å teste effekten av sollys på plantevekst ved bruk av fullstendig randomisert design detaljere:

1. Velg 10 lignende frøplanter av samme alder og variant
2. Forbered to identiske brett med samme jordblanding
3. Plasser 5 planter i hvert brett; merk ett sett med «sollys» og ett sett med «skygge».
4. Plasser sollysbrettet ved et sørvendt vindu, og skyggebrettet i et mørkt skap
5. Vann begge brettene med 50 ml vann annenhver dag
6. Etter 3 uker, fjern plantene og mål høyden i cm

9. Utfør eksperimentet

Når prosedyren er godkjent, skal elevene nøye utføre det planlagte eksperimentet, i henhold til de skriftlige instruksjonene. Etter hvert som data samles inn, skal elevene organisere rådataene i tabeller, grafer, bilder eller tegninger. Dette skaper tydelig dokumentasjon for å analysere trender.

Noen gode fremgangsmåter for datainnsamling inkluderer:

• Registrer kvantitative data numerisk med enheter
• Legg merke til kvalitative observasjoner med detaljerte beskrivelser
• Oppsett av opptak gjennom illustrasjoner eller bilder
• Skriv observasjoner av uventede hendelser
• Identifiser datautfall og feilkilder

For eksempel, i planteveksteksperimentet kan elevene registrere: