Экспериментальный дизайн для студентов
Экспериментальное проектирование — это ключевой метод, используемый в таких предметах, как биология, химия, физика, психология и общественные науки. Он помогает нам понять, как различные факторы влияют на то, что мы изучаем, будь то растения, химикаты, физические законы, поведение человека или как работает общество. По сути, это способ поставить эксперимент, чтобы мы могли проверить идеи, увидеть, что происходит, и осмыслить наши результаты. Это очень важно для студентов и исследователей, которые хотят ответить на важные вопросы в науке и лучше понять мир. Навыки экспериментального проектирования могут применяться в различных ситуациях: от решения проблем до анализа данных; они широко распространены и часто могут применяться за пределами классной комнаты. Обучение этим навыкам является очень важной частью научного образования, но часто упускается из виду, когда фокусируется на преподавании содержания. Как преподаватели естественных наук, мы все видели преимущества практической работы для вовлеченности и понимания студентов. Однако из-за ограничений по времени, наложенных на учебную программу, время, необходимое студентам для развития этих навыков экспериментального исследования и расследования, может быть сжато. Слишком часто они получают «рецепт», которому нужно следовать, что не позволяет им взять на себя ответственность за свою практическую работу. С самого раннего возраста они начинают думать об окружающем мире. Они задают вопросы, а затем используют наблюдения и доказательства, чтобы ответить на них. Учащиеся, как правило, задают умные, интересные и проверяемые вопросы, которые они любят задавать. Как педагоги, мы должны работать над тем, чтобы поощрять эти вопросы и, в свою очередь, развивать это естественное любопытство к окружающему миру.
Обучение планированию экспериментов и предоставление студентам возможности разрабатывать собственные вопросы и гипотезы требует времени. Эти материалы были созданы для того, чтобы обосновать и структурировать процесс, чтобы позволить учителям сосредоточиться на улучшении ключевых идей в экспериментальном планировании. Позволить студентам задавать собственные вопросы, писать собственные гипотезы, а также планировать и проводить собственные исследования — это ценный опыт для них. Это приведет к тому, что студенты будут больше владеть своей работой. Когда студенты применяют экспериментальный метод для своих собственных вопросов, они размышляют о том, как ученые исторически пришли к пониманию того, как работает вселенная.
Ознакомьтесь с шаблонами страниц и рабочих листов , которые можно распечатать, ниже!
Каковы этапы экспериментального проектирования?
Начало пути научного открытия начинается с освоения этапов экспериментального проектирования. Этот основополагающий процесс необходим для формулирования экспериментов, которые дают надежные и содержательные результаты, направляя исследователей и студентов в ходе детального планирования, экспериментального проектирования исследований и выполнения их исследований. Используя шаблон экспериментального проектирования, участники могут гарантировать целостность и обоснованность своих результатов. Будь то посредством проектирования научного эксперимента или участия в экспериментально-дизайнерской деятельности, цель состоит в том, чтобы способствовать глубокому пониманию основ: как следует проектировать эксперименты? Каковы 7 этапов экспериментального проектирования? Как вы можете разработать свой собственный эксперимент?
Это исследование семи ключевых этапов экспериментального метода, идей экспериментального дизайна и способов интеграции дизайна экспериментов. Студенческие проекты могут извлечь большую пользу из дополнительных рабочих листов, и мы также предоставим ресурсы, такие как рабочие листы, направленные на эффективное обучение экспериментальному дизайну. Давайте погрузимся в основные этапы, которые лежат в основе процесса проектирования эксперимента, снабжая учащихся инструментами для исследования их научного любопытства.
1. Вопрос
Это ключевая часть научного метода и процесса экспериментального проектирования. Студентам нравится придумывать вопросы. Формулирование вопросов — это глубокая и значимая деятельность, которая может дать студентам право собственности на свою работу. Отличным способом заставить студентов думать о том, как визуализировать вопрос своего исследования, является использование раскадровки ментальной карты.
Попросите учеников подумать о любых вопросах, на которые они хотят ответить о вселенной, или заставьте их подумать о вопросах, которые у них есть по определенной теме. Все вопросы хороши, но некоторые из них легче проверить, чем другие.
2. Гипотеза
Гипотеза известна как обоснованное предположение. Гипотеза должна быть утверждением, которое можно проверить научно. В конце эксперимента оглянитесь назад, чтобы увидеть, подтверждает ли вывод гипотезу или нет.
Формирование хороших гипотез может быть сложным для понимания студентами. Важно помнить, что гипотеза — это не вопрос исследования, а проверяемое утверждение . Один из способов формирования гипотезы — это ее формирование в виде утверждения «если... то...». Это, конечно, не единственный и не лучший способ формирования гипотезы, но может быть очень простой формулой для студентов, которые могут использовать ее в начале.
Утверждение «если... то...» требует от студентов сначала определить переменные, и это может изменить порядок, в котором они завершают этапы визуального органайзера. После определения зависимых и независимых переменных гипотеза принимает форму если [изменение независимой переменной], то [изменение зависимой переменной].
Например, если бы эксперимент искал влияние кофеина на время реакции, независимой переменной было бы количество кофеина, а зависимой переменной — время реакции. Гипотеза «если, то» могла бы быть такой: если увеличить количество принимаемого кофеина, то время реакции уменьшится.
3. Объяснение гипотезы
Что привело вас к этой гипотезе? Какова научная основа вашей гипотезы? В зависимости от возраста и способностей, студенты используют свои предыдущие знания, чтобы объяснить, почему они выбрали свои гипотезы, или, в качестве альтернативы, проводят исследования с использованием книг или Интернета. Это также может быть хорошим временем, чтобы обсудить со студентами, что такое надежный источник.
Например, учащиеся могут ссылаться на предыдущие исследования, показывающие влияние кофеина на концентрацию внимания, чтобы объяснить, почему они предполагают, что потребление кофеина сокращает время реакции.
4. Прогнозирование
Предсказание немного отличается от гипотезы. Гипотеза — это проверяемое утверждение, тогда как предсказание более специфично для эксперимента. При открытии структуры ДНК гипотеза предполагала, что ДНК имеет спиральную структуру. Предсказание состояло в том, что картина дифракции рентгеновских лучей ДНК будет иметь форму буквы X.
Студенты должны сформулировать прогноз, который является конкретным, измеримым результатом на основе их гипотезы. Вместо того, чтобы просто утверждать «кофеин уменьшит время реакции», студенты могут предсказать, что «употребление 2 банок газировки (90 мг кофеина) уменьшит среднее время реакции на 50 миллисекунд по сравнению с употреблением без кофеина».
5. Идентификация переменных
Ниже приведен пример раскадровки для обсуждения, которую можно использовать, чтобы побудить учащихся обсудить переменные в экспериментальном дизайне.
Три типа переменных, которые вам нужно будет обсудить со своими учениками, — это зависимые, независимые и контролируемые переменные. Чтобы упростить это, называйте их «то, что вы собираетесь измерить», «то, что вы собираетесь изменить» и «то, что вы собираетесь оставить прежним». С более продвинутыми учениками вам следует поощрять их использовать правильный словарь.
Зависимые переменные — это то, что измеряет или наблюдает ученый. Эти измерения часто будут повторяться, поскольку повторные измерения делают ваши данные более надежными.
Независимые переменные — это переменные, которые ученые решают изменить, чтобы увидеть, какой эффект это окажет на зависимую переменную. Выбирается только одна, поскольку было бы сложно определить, какая переменная вызывает наблюдаемые вами изменения.
Контролируемые переменные — это величины или факторы, которые ученые хотят сохранить неизменными на протяжении всего эксперимента. Они контролируются, чтобы оставаться постоянными, чтобы не влиять на зависимую переменную. Контроль над ними позволяет ученым увидеть, как независимая переменная влияет на зависимую переменную в экспериментальной группе.
Используйте этот пример ниже на своих уроках или удалите ответы и установите его в качестве задания для выполнения учащимися на Storyboard That.
| Как температура влияет на количество сахара, растворяемого в воде | |
|---|---|
| Независимая переменная | Температура воды
(5 различных образцов при 10°C, 20°C, 30°C, 40°C и 50°C) |
| Зависимая переменная | Количество сахара, которое можно растворить в воде, измеряется в чайных ложках. |
| Управляемые переменные |
|
6. Оценка риска
В конечном итоге это должно быть одобрено ответственным взрослым, но важно, чтобы ученики думали о том, как они будут обеспечивать свою безопасность. В этой части ученики должны определить потенциальные риски, а затем объяснить, как они собираются минимизировать риск. Занятие, которое поможет ученикам развить эти навыки, заключается в том, чтобы научить их определять и управлять рисками в различных ситуациях. Используя раскадровку ниже, попросите учеников заполнить вторую колонку T-диаграммы, сказав: «Что такое риск?», а затем объяснив, как они могут управлять этим риском. Эту раскадровку также можно спроецировать для обсуждения в классе.
7. Материалы
В этом разделе студенты перечислят материалы, которые им понадобятся для экспериментов, включая любое защитное оборудование, которое они выделили как необходимое в разделе оценки риска. Это прекрасное время, чтобы поговорить со студентами о выборе инструментов, подходящих для работы. Вы будете использовать другой инструмент для измерения ширины волоса, чем для измерения ширины футбольного поля!
8. Генеральный план и схема
Важно поговорить со студентами о воспроизводимости. Они должны написать процедуру, которая позволит другому ученому легко воспроизвести их экспериментальный метод. Самый простой и лаконичный способ для студентов сделать это — составить пронумерованный список инструкций. Полезным занятием здесь может стать объяснение студентами того, как приготовить чашку чая или сэндвич. Разыграйте процесс, указав на любые пропущенные ими шаги.
Для изучающих английский язык и учащихся, испытывающих трудности с письменным английским, учащиеся могут визуально описать этапы своего эксперимента с помощью Storyboard That.
Не для каждого эксперимента нужна диаграмма, но некоторые планы будут значительно улучшены, если включить ее. Пусть учащиеся сосредоточатся на создании четких и простых для понимания диаграмм, иллюстрирующих экспериментальную группу.
Например, процедура проверки влияния солнечного света на рост растений с использованием полностью рандомизированного дизайна может включать:
- Выберите 10 одинаковых саженцев одного возраста и сорта.
- Подготовьте 2 одинаковых лотка с одинаковой почвенной смесью.
- Поместите 5 растений в каждый поддон; обозначьте один комплект как «солнечный свет», а другой — как «тень».
- Расположите поддон для солнечного света у окна, выходящего на юг, а поддон для тени — в темном шкафу.
- Поливайте оба поддона 50 мл воды каждые 2 дня.
- Через 3 недели удалите растения и измерьте высоту в см.
9. Проведите эксперимент
После одобрения процедуры студенты должны тщательно провести запланированный эксперимент, следуя письменным инструкциям. По мере сбора данных студенты должны организовать необработанные результаты в таблицы, графики, фотографии или рисунки. Это создает четкую документацию для анализа тенденций.
Вот некоторые передовые практики сбора данных:
- Запишите количественные данные в числовом виде с единицами измерения
- Отметьте качественные наблюдения с подробными описаниями.
- Запечатлейте обстановку с помощью иллюстраций или фотографий
- Запишите наблюдения неожиданных событий.
- Определите выбросы данных и источники ошибок
Например, в эксперименте по росту растений учащиеся могут записать:
| Группа | Солнечный свет | Солнечный свет | Солнечный свет | Оттенок | Оттенок |
|---|---|---|---|---|---|
| Идентификатор завода | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
| Начальная высота | 5 см | 4 см | 5 см | 6 см | 4 см |
| Конечная высота | 18 см | 17 см | 19 см | 9 см | 8 см |
Они также могли визуально или письменно описывать такие наблюдения, как изменение цвета листьев или направленное изгибание.
Крайне важно, чтобы студенты практиковали безопасные научные процедуры. Для экспериментов требуется наблюдение взрослых, а также правильная оценка рисков.
Хорошо документированный сбор данных позволяет проводить более глубокий анализ после завершения эксперимента, чтобы определить, подтвердились ли гипотезы и прогнозы.
Завершенные примеры
Примеры ресурсов и экспериментального дизайна
Использование визуальных органайзеров — эффективный способ побудить учащихся работать в классе как ученые.
Существует множество способов использования этих инструментов планирования исследований для поддержки и структурирования работы студентов, пока они работают в качестве ученых. Студенты могут завершить этап планирования на Storyboard That используя текстовые поля и диаграммы, или вы можете распечатать их и попросить студентов заполнить их вручную. Еще один отличный способ их использования — спроецировать лист планирования на интерактивную доску и проработать, как заполнить материалы планирования в группе. Спроецируйте его на экран и попросите студентов записать свои ответы на стикерах и разместить свои идеи в правильном разделе документа планирования.
Даже очень юные ученики могут начать думать как ученые! У них есть множество вопросов об окружающем мире, и вы можете начать записывать их в ментальную карту. Иногда вы даже можете начать «исследовать» эти вопросы через игру.
Базовый ресурс предназначен для учащихся начальной школы или учащихся, которым нужна дополнительная поддержка. Он разработан так, чтобы следовать точно такому же процессу, как и более высокие ресурсы, но немного упрощен. Ключевое различие между двумя ресурсами заключается в деталях, о которых ученики должны думать, и используемой технической терминологии. Например, важно, чтобы ученики определяли переменные, когда они разрабатывают свои исследования. В более высокой версии ученики не только определяют переменные, но и делают другие комментарии, например, как они собираются измерять зависимую переменную или использовать полностью рандомизированный дизайн. Помимо разницы в подмостках между двумя уровнями ресурсов, вы можете захотеть дополнительно дифференцировать то, как учащиеся поддерживаются учителями и помощниками в классе.
Учащихся также можно поощрять к тому, чтобы они делали свой экспериментальный план более понятным, используя графики, и это также можно использовать для поддержки изучающих английский язык.
Эффективные стратегии оценки для экспериментального проектирования в образовании
Студентов необходимо оценивать по их навыкам научного исследования наряду с оценкой их знаний. Это не только позволит студентам сосредоточиться на развитии своих навыков, но и позволит им использовать свою оценочную информацию таким образом, чтобы улучшить свои научные навыки. Используя Quick Rubric , вы можете создать быструю и простую структуру оценки и поделиться ею со студентами, чтобы они знали, как добиться успеха на каждом этапе. Помимо предоставления формирующей оценки, которая будет стимулировать обучение, ее также можно использовать для оценки работы студентов в конце исследования и установления целей для следующей попытки спланировать собственное исследование. Рубрики были написаны таким образом, чтобы студенты могли легко получить к ним доступ. Таким образом, ими можно поделиться со студентами, пока они работают над процессом планирования, чтобы студенты знали, как выглядит хороший экспериментальный дизайн.
Печатные ресурсы
Связанные действия
Дополнительные рабочие листы
Если вы хотите добавить дополнительные проекты или продолжить настраивать рабочие листы, взгляните на несколько страниц шаблонов, которые мы составили для вас ниже. Каждый рабочий лист можно скопировать и адаптировать к вашим проектам или студентам! Студентов также можно поощрять создавать свои собственные, если они хотят попробовать организовать информацию в понятной форме.
Как Научить Студентов Планированию Экспериментов
Поощряйте вопросы и любопытство
Воспитывайте культуру исследования, побуждая учащихся задавать вопросы об окружающем мире.
Формулировать проверяемые гипотезы
Научите учащихся выдвигать гипотезы, которые можно научно проверить. Помогите им понять разницу между гипотезой и вопросом.
Предоставить научную базу
Помогите учащимся понять научные принципы и концепции, относящиеся к их гипотезам. Поощряйте их опираться на предшествующие знания или проводить исследования для подтверждения своих гипотез.
Определите переменные
Расскажите учащимся о трех типах переменных (зависимые, независимые и контролируемые) и о том, как они связаны с планом эксперимента. Подчеркните важность контроля переменных и точного измерения зависимой переменной.
План и схема эксперимента
Помогите учащимся разработать четкую и воспроизводимую экспериментальную процедуру. Предложите им составить пошаговый план или использовать наглядные диаграммы для иллюстрации процесса.
Проведите эксперимент и проанализируйте данные
Поддерживайте студентов, когда они проводят эксперимент в соответствии со своим планом. Направляйте их к сбору данных осмысленным и организованным образом. Помогите им проанализировать данные и сделать выводы на основе полученных результатов.
Часто задаваемые вопросы об экспериментальном дизайне для студентов
Какие общие инструменты и методы экспериментального проектирования могут использовать учащиеся?
Общие инструменты и методы планирования экспериментов, которые могут использовать учащиеся, включают случайное назначение, контрольные группы, ослепление, повторение и статистический анализ. Студенты также могут использовать наблюдательные исследования, опросы и эксперименты с естественным или квазиэкспериментальным дизайном. Они также могут использовать инструменты визуализации данных для анализа и представления результатов.
Как экспериментальный дизайн может помочь учащимся развить навыки критического мышления?
Экспериментальный дизайн помогает учащимся развивать навыки критического мышления, побуждая их систематически и логически мыслить о научных проблемах. Он требует, чтобы студенты анализировали данные, выявляли закономерности и делали выводы на основе доказательств. Это также помогает учащимся развивать навыки решения проблем, предоставляя возможность разрабатывать и проводить эксперименты для проверки гипотез.
Как можно использовать экспериментальный дизайн для решения реальных проблем?
Экспериментальный дизайн может использоваться для решения реальных проблем путем определения переменных, которые способствуют возникновению конкретной проблемы, и тестирования вмешательств, чтобы увидеть, эффективны ли они для решения проблемы. Например, план эксперимента можно использовать для проверки эффективности новых методов лечения или для оценки воздействия социальных вмешательств на сокращение бедности или улучшение результатов обучения.
Каких распространенных ошибок при проектировании экспериментов следует избегать учащимся?
Общие ошибки при планировании эксперимента, которых следует избегать учащимся, включают неспособность контролировать переменные, использование необъективных выборок, опора на неофициальные данные и неспособность точно измерить зависимые переменные. Студенты также должны знать об этических соображениях при проведении экспериментов, таких как получение информированного согласия и защита конфиденциальности субъектов исследования.
- 353/365 ~ Second Fall #running #injury • Ray Bouknight • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Always Writing • mrsdkrebs • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Batteries • Razor512 • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Bleed for It • zerojay • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Bulbs • Roo Reynolds • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Change • dominiccampbell • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Children • Quang Minh (YILKA) • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Danger • KatJaTo • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- draw • Asja. • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Epic Fireworks Safety Goggles • EpicFireworks • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- GERMAN BUNSEN • jasonwoodhead23 • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Heart Dissection • tjmwatson • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- ISST 2014 Munich • romanboed • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Lightbulb! • Matthew Wynn • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Mini magnifying glass • SkintDad.co.uk • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Plants • henna lion • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Plants • Graham S Dean Photography • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Pré Treino.... São Carlos está foda com essa queimada toda #asma #athsma #ashmatt #asthma • .v1ctor Casale. • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- puzzle • olgaberrios • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Puzzled • Brad Montgomery • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Question Mark • ryanmilani • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Radiator • Conal Gallagher • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Red Tool Box • marinetank0 • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Remote Control • Sean MacEntee • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- stopwatch • Search Engine People Blog • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Thinking • Caramdir • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Thumb Update: The hot-glue induced burn now has a purple blister. Purple is my favorite color. (September 26, 2012 at 04:16PM) • elisharene • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- Washing my Hands 2 • AlishaV • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Windows • Stanley Zimny (Thank You for 18 Million views) • Лицензия Attribution, Non Commercial (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/)
- wire • Dyroc • Лицензия Attribution (http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
Вводное Школьное Предложение
ВСЕГО 500 $
- 1 Школа
- 5 учителей на один год
- 1 час виртуального ПД
30-дневная гарантия возврата денег • Только для новых клиентов • Полная цена после ознакомительного предложения • Доступ на 1 календарный год
© 2025 - Clever Prototypes, LLC - Все права защищены.
StoryboardThat является товарным знаком Clever Prototypes , LLC и зарегистрирован в Бюро по патентам и товарным знакам США.
