Ghid de Proiectare Experimentală Pentru Studenți și Educatori

Design experimental pentru studenți

Proiectarea experimentală este o metodă cheie utilizată în materii precum biologie, chimie, fizică, psihologie și științe sociale. Ne ajută să înțelegem cum diferiți factori afectează ceea ce studiem, fie că este vorba de plante, substanțe chimice, legi fizice, comportament uman sau cum funcționează societatea. Practic, este o modalitate de a configura experimente, astfel încât să putem testa idei, să vedem ce se întâmplă și să înțelegem rezultatele noastre. Este extrem de important pentru studenții și cercetătorii care doresc să răspundă la întrebări importante din știință și să înțeleagă mai bine lumea. Abilitățile de proiectare experimentală pot fi aplicate în situații variind de la rezolvarea problemelor la analiza datelor; acestea au o acoperire largă și pot fi frecvent aplicate în afara sălii de clasă. Predarea acestor abilități este o parte foarte importantă a educației științifice, dar este adesea trecută cu vederea atunci când se concentrează pe predarea conținutului. Ca educatori în științe, am văzut cu toții beneficiile pe care le are munca practică pentru implicarea și înțelegerea elevilor. Cu toate acestea, din cauza constrângerilor de timp impuse curriculumului, timpul necesar elevilor pentru a dezvolta aceste abilități de proiectare a cercetării experimentale și de investigare poate fi redus. Prea des, aceștia primesc o „rețetă” de urmat, ceea ce nu le permite să își asume responsabilitatea pentru munca lor practică. Încă de la o vârstă fragedă, ei încep să se gândească la lumea din jurul lor. Pun întrebări, apoi folosesc observații și dovezi pentru a le răspunde. Elevii tind să aibă întrebări inteligente, interesante și verificabile pe care le place să le pună. Ca educatori, ar trebui să lucrăm pentru a încuraja aceste întrebări și, la rândul nostru, pentru a cultiva această curiozitate naturală față de lumea din jurul lor.

Predarea designului experimentelor și permiterea elevilor să își dezvolte propriile întrebări și ipoteze necesită timp. Aceste materiale au fost create pentru a structura procesul și a permite profesorilor să se concentreze pe îmbunătățirea ideilor cheie în designul experimental. Permiterea elevilor să își pună propriile întrebări, să își formuleze propriile ipoteze și să își planifice și să își desfășoare propriile investigații este o experiență valoroasă pentru ei. Acest lucru va duce la o mai mare responsabilitate din partea elevilor pentru munca lor. Atunci când elevii aplică metoda experimentală pentru propriile întrebări, ei reflectă asupra modului în care oamenii de știință au ajuns din punct de vedere istoric să înțeleagă cum funcționează universul.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

Start Free Trial

Aruncați o privire la paginile și șabloanele de fișe de lucru imprimabile de mai jos!

Care sunt etapele designului experimental?

Pornirea în călătoria descoperirii științifice începe cu stăpânirea etapelor de proiectare experimentală. Acest proces fundamental este esențial pentru formularea experimentelor care produc rezultate fiabile și perspicace, ghidând cercetătorii și studenții deopotrivă prin planificarea detaliată, proiectarea cercetării experimentale și executarea studiilor lor. Prin utilizarea unui șablon de proiectare experimentală, participanții pot asigura integritatea și validitatea descoperirilor lor. Fie că este vorba de proiectarea unui experiment științific, fie de implicarea în activități de proiectare experimentală, scopul este de a promova o înțelegere profundă a elementelor fundamentale: Cum ar trebui proiectate experimentele? Care sunt cele 7 etape de proiectare experimentală? Cum vă puteți proiecta propriul experiment?

Aceasta este o explorare a celor șapte etape cheie ale metodei experimentale, a ideilor de design experimental și a modalităților de integrare a designului experimentelor. Proiectele elevilor pot beneficia foarte mult de pe urma unor fișe suplimentare și vom oferi, de asemenea, resurse precum fișe de lucru menite să predea eficient designul experimental. Să analizăm etapele esențiale care stau la baza procesului de proiectare a unui experiment, dotându-i pe elevi cu instrumentele necesare pentru a-și explora curiozitatea științifică.

1. Întrebare

Aceasta este o parte esențială a metodei științifice și a procesului de proiectare experimentală. Elevilor le place să vină cu întrebări. Formularea întrebărilor este o activitate profundă și semnificativă, care le poate oferi elevilor responsabilitatea pentru munca lor. O modalitate excelentă de a-i determina pe elevi să se gândească la cum să-și vizualizeze întrebarea de cercetare este utilizarea unui storyboard cu hartă mentală.

Copiați Acest Storyboard

Copiați Acest Storyboard

Copiați Acest Storyboard

Rugați elevii să se gândească la orice întrebări la care doresc să răspundă despre univers sau rugați-i să se gândească la întrebările pe care le au despre un anumit subiect. Toate întrebările sunt bune, dar unele sunt mai ușor de testat decât altele.

2. Ipoteză

O ipoteză este cunoscută sub numele de presupunere informată. O ipoteză ar trebui să fie o afirmație care poate fi testată științific. La sfârșitul experimentului, analizați în urmă pentru a vedea dacă concluzia susține ipoteza sau nu.

Formularea unor ipoteze bune poate fi dificilă pentru elevi. Este important să ne amintim că ipoteza nu este o întrebare de cercetare, ci o afirmație testabilă . O modalitate de a formula o ipoteză este de a o formula ca o afirmație de tipul „dacă... atunci...”. Aceasta cu siguranță nu este singura sau cea mai bună modalitate de a formula o ipoteză, dar poate fi o formulă foarte ușor de utilizat pentru elevi la început.

O afirmație de tipul „dacă... atunci...” le cere elevilor să identifice mai întâi variabilele, iar acest lucru poate schimba ordinea în care parcurg etapele organizatorului vizual. După identificarea variabilelor dependente și independente, ipoteza ia forma dacă [modificarea variabilei independente], atunci [modificarea variabilei dependente].

De exemplu, dacă un experiment ar căuta efectul cofeinei asupra timpului de reacție, variabila independentă ar fi cantitatea de cofeină, iar variabila dependentă ar fi timpul de reacție. Ipoteza „dacă, atunci” ar putea fi: Dacă creșteți cantitatea de cofeină consumată, atunci timpul de reacție va scădea.

3. Explicația ipotezei

Ce te-a condus la această ipoteză? Care este contextul științific din spatele ipotezei tale? În funcție de vârstă și abilități, elevii își folosesc cunoștințele anterioare pentru a explica de ce au ales ipotezele respective sau, alternativ, pot face cercetări în cărți sau pe internet. Acesta ar putea fi, de asemenea, un moment bun pentru a discuta cu elevii ce este o sursă de încredere.

De exemplu, elevii pot face referire la studii anterioare care au arătat efectele cofeinei asupra alertei pentru a explica de ce ipoteza lor este că aportul de cofeină va reduce timpul de reacție.

4. Predicție

Predicția este ușor diferită de ipoteză. O ipoteză este o afirmație testabilă, în timp ce predicția este mai specifică experimentului. În descoperirea structurii ADN-ului, ipoteza a propus că ADN-ul are o structură elicoidală. Predicția a fost că modelul de difracție cu raze X al ADN-ului va avea forma unui X.

Elevii ar trebui să formuleze o predicție care să reprezinte un rezultat specific și măsurabil, bazat pe ipoteza lor. În loc să afirme pur și simplu „cofeina va reduce timpul de reacție”, elevii ar putea prezice că „consumul a 2 doze de suc (90 mg cofeină) va reduce timpul mediu de reacție cu 50 de milisecunde, comparativ cu consumul fără cofeină”.

5. Identificarea variabilelor

Mai jos este un exemplu de storyboard pentru discuții care poate fi folosit pentru a-i face pe elevi să vorbească despre variabilele din designul experimental.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

6. Evaluarea riscurilor

În cele din urmă, acest lucru trebuie aprobat de un adult responsabil, dar este important ca elevii să se gândească la cum se vor proteja. În această parte, elevii ar trebui să identifice riscurile potențiale și apoi să explice cum vor minimiza riscurile. O activitate care să-i ajute pe elevi să dezvolte aceste abilități este de a-i face să identifice și să gestioneze riscurile în diferite situații. Folosind storyboard-ul de mai jos, rugați elevii să completeze a doua coloană a diagramei T spunând „Ce este riscul?”, apoi explicând cum ar putea gestiona acel risc. Acest storyboard ar putea fi, de asemenea, proiectat pentru o discuție în clasă.

Mai multe opțiuni

Copiați Acest Storyboard

7. Materiale

În această secțiune, elevii vor enumera materialele de care au nevoie pentru experimente, inclusiv orice echipament de siguranță pe care l-au evidențiat ca fiind necesar în secțiunea de evaluare a riscurilor. Acesta este un moment excelent pentru a discuta cu elevii despre alegerea instrumentelor potrivite pentru această sarcină. Veți folosi un instrument diferit pentru a măsura lățimea unui fir de păr față de cel pentru a măsura lățimea unui teren de fotbal!

8. Plan general și diagramă

Este important să discutați cu elevii despre reproductibilitate. Aceștia ar trebui să scrie o procedură care să permită reproducerea ușoară a metodei lor experimentale de către un alt om de știință. Cea mai ușoară și mai concisă modalitate pentru elevi de a face acest lucru este prin întocmirea unei liste numerotate de instrucțiuni. O activitate utilă aici ar putea fi să-i rugați pe elevi să explice cum se prepară o ceașcă de ceai sau un sandviș. Puneți în scenă procesul, subliniind orice etape pe care le-au omis.

Pentru elevii care învață limba engleză și cei care au dificultăți cu limba engleză scrisă, aceștia pot descrie vizual pașii experimentului lor folosind Storyboard That.

Nu fiecare experiment va necesita o diagramă, dar unele planuri vor fi mult îmbunătățite prin includerea uneia. Rugați elevii să se concentreze pe producerea de diagrame clare și ușor de înțeles care ilustrează grupul experimental.

De exemplu, o procedură de testare a efectului luminii solare asupra creșterii plantelor utilizând un design complet randomizat ar putea detalia:

1. Selectați 10 răsaduri similare de aceeași vârstă și varietate
2. Pregătiți două tăvi identice cu același amestec de pământ.
3. Așezați 5 plante în fiecare tavă; etichetați un set „lumină solară” și un set „umbră”.
4. Poziționați tava de lumină solară lângă o fereastră orientată spre sud și tava de umbră într-un dulap întunecat.
5. Udați ambele tăvi cu 50 ml de apă la fiecare 2 zile
6. După 3 săptămâni, scoateți plantele și măsurați înălțimile în cm.

9. Efectuați experimentul

Odată ce procedura lor este aprobată, studenții ar trebui să efectueze cu atenție experimentul planificat, urmând instrucțiunile scrise. Pe măsură ce datele sunt colectate, studenții ar trebui să organizeze rezultatele brute în tabele, grafice, fotografii sau desene. Acest lucru creează o documentație clară pentru analiza tendințelor.

Câteva dintre cele mai bune practici pentru colectarea datelor includ:

• Înregistrați datele cantitative numeric cu unități
• Notați observațiile calitative cu descrieri detaliate
• Capturare configurată prin ilustrații sau fotografii
• Scrieți observații despre evenimente neașteptate
• Identificați valorile aberante ale datelor și sursele de eroare

De exemplu, în experimentul de creștere a plantelor, elevii ar putea înregistra: