proměnné a spravedlivé testování; výuka srdce vědeckých experimentů

výuka variabilního testování studentům

i když to není nejvíce “zábavný” vědecký článek, který je třeba pokrýt, pokrývá jeden z nejdůležitějších aspektů výuky vědy, který je třeba řešit, pokud se chystáte zajistit, aby vaše třída přesně pochopila, jak vědecká metoda skutečně funguje. Ať už učíte vědu základním dětem, středoškolákům, předškolákům nebo vysokoškolským studentům, vaše schopnost vyjádřit důležitost a dovednost spravedlivého testování proměnných je rozhodující pro studenty, kteří podniknou první kroky do vědeckého světa. Vědeckou metodu učíme již několik let ve školách a během těchto návštěv jsme často zjistili, že lidé požadují jednoduchý přehled o tom, jak mohou učitelé učit vědeckou metodiku ve vlastních třídách bez ohledu na to, jaký scénář ve skutečnosti je.

v jednoduchém jazyce se většina vědecké metody jednoduše scvrkává na schopnost výzkumníků identifikovat otázku, kterou chtějí položit, kde mohou pomocí ovládacích prvků upravit pouze jeden aspekt dané situace, aby bylo možné provést měření a vyvodit platný závěr. To obvykle zahrnuje postup krok za krokem, opět v prostém jazyce:

1. zjistěte, co se děje v dané situaci (teplota ,vlhkost, úroveň světla, výška rostliny atd.). Odteď budeme volat tyto podmínky.
2. Určete, zda lze některou z výše uvedených podmínek vůbec změnit. Od nynějška budeme říkat změna “změna”.
3. pokud se některá z podmínek může měnit, můžete tuto podmínku přesně změřit (např. teplota)?
4. Určete, zda lze ostatní podmínky kontrolovat (např. dát všechno do skleníku?). Pokud ano, pokračujte dále. Pokud ne, myslíte si, že na tom záleží – nebo na jiném způsobu-byly by vaše výsledky otevřené někomu, kdo by řekl, že váš experiment byl proveden špatně, protože váš experiment ovlivňoval něco jiného, co byste měli vzít v úvahu?
5. s vědomím, že můžete přesně upravit podmínku a měřit ji, zatímco ovládáte vše ostatní, existuje něco o situaci, o které byste se chtěli dozvědět? Tím myslím, že můžete vytvořit experiment, kde můžete změnit měřitelnou podmínku, abyste zjistili, zda má nějaký vliv na jinou měřitelnou podmínku experimentu (např. ovlivňuje výšku rostlin teplota)?
6. proveďte předpověď na základě vašich předchozích znalostí o tom, jak si myslíte, že změna této podmínky ovlivní druhou podmínku (např. možná si myslíte, že výška rostliny se zvyšuje, jak zvyšujete teplotu).
7. spusťte experiment, kdy se podmínky jedné situace vůbec nezmění (např. při stejné teplotě po dobu 2 týdnů) a současně spustit další situaci, kdy se jedna z podmínek změní ve stejném daném časovém rámci a změříte vlivy (např. výška rostliny se pravidelně měří pokaždé, když zvýšíte teplotu v jednom experimentu a neděláte tak v jiném experimentu).
8. zaznamenejte výsledky přesně pokaždé, když provedete experiment. Doufejme, že zopakujete svou studii mnohokrát, abyste se zbavili všech chyb, které jste mohli udělat.
9. nakreslete závěr na základě vašich výsledků
10. napište experiment tak, aby někdo jiný mohl reprodukovat to, co jste udělali, pomocí vašich pokynů a zjistit, zda také produkují stejný výsledek.

Nyní poté, co vysvětlíte výše uvedené studentům a necháte je zvyknout si na tuto myšlenku, můžete začít zavádět vědecký jazyk. Změňte slovo “podmínka” na “proměnná” pro začátek a zvýrazněte, že proměnná slova pochází ze slova “měnit”, tj. změnit. To do značné míry naznačuje, co se snažíme dělat mnoha způsoby! Takže jakmile student přijde na to, že máte proměnné v experimentu, je čas představit typy proměnných, aniž byste je zaměňovali. Osobně jsem zjistil, že je snazší se zeptat na následující:

• co jsme se v experimentu pokaždé lišili?
• co jsme měřili v naději, že po změně experimentu uvidíme jiný výsledek?
• jaké další věci jsme v našem experimentu kontrolovali?

ve výše uvedeném příkladu studenti rychle zjistí, že jste pokaždé měnili teplotu a že jsme doufali, že uvidíme změnu výšky rostliny, přičemž vše ostatní zůstane ve skleníku konstantní. Nyní je čas dát na tabuli seznam výše uvedených otázek, kromě tentokrát jim dáme jejich vědecká jména:

• nezávislá proměnná je ta, kterou jsme v experimentu pokaždé měnili.
• závislá proměnná byla ta, kterou jsme měřili v naději, že uvidíme změnu výsledku v reakci na změnu nezávislé proměnné.
• kontrolované proměnné byly další proměnné, které jsme kontrolovali během experimentu.

jen mírné opakování a nyní studenti mohou vidět, odkud pocházíte. Už tam skoro jsi! Požádejte studenty, aby zjistili, zda jsou spokojeni s tím, jak experiment probíhal. Samozřejmě řeknou ano / ne / možná / nejste si jisti, ale můžete znovu vyjádřit tím, že se přímo zeptáte: “byl experiment spravedlivý nebo ne?”. Děti mají vlastní představu o tom, co je spravedlivé nebo ne, stačí se dívat, jak se hádají na hřišti, jak se střídají! Jediné, co musíte udělat, je nechat je vyhodnotit experiment a zjistit, zda způsob, jakým jste experiment provedli, vám umožnil spravedlivě otestovat otázku, kterou jste vznesli, tj.’. V tom jim můžete položit různé otázky:

• měřili jsme přesně teplotu? Bylo něco, co by mohlo vést k chybě?
• měřili jsme přesně výšku rostliny? Bylo něco, co by mohlo vést k chybě i zde?
• řídili jsme přesně ostatní proměnné? Bylo něco, co by mohlo vést k chybě?
• bylo v replikacích experimentu něco jiného, co dalo výsledek, který by mohl být považován za nespravedlivý?

nyní je vhodný čas diskutovat o tom, proč jste nechali studenty několikrát provést experiment. Proč? Chcete-li získat průměrné čtení napříč experimenty ke snížení experimentální chyby. V tuto chvíli jste to víceméně přibili! Tím, že studenti sledují posloupnost identifikace a kontroly proměnných a přesné měření výsledku, to vše při kladení otázek, zda je experiment spravedlivý nebo ne, půjdete dlouhou cestu k nastavení myšlení potřebného ke spuštění jakéhokoli experimentu v jakékoli disciplíně. To, co vlastně učíte, je experimentální design, proces kritického myšlení, který by nikdy neměl být přeskočen před spuštěním experimentu v reálném světě. Skvělý scénář, který studentům představuje hodnoty dobrého experimentálního designu, je tento: představte si, že jste strávili 3 roky a tisíce dolarů na konkrétní studii, abyste na konci zjistili, že váš experiment byl od začátku chybný. Byl bys víc než naštvaný!

nakonec je třeba zmínit, že smyslem psaní experimentu je, aby někdo jiný mohl opakovat způsob, jakým jste jej spustili, a zkontrolovat, zda získají stejné výsledky. Ve vědecké řeči vytváříte falsifikovatelný a opakovatelný experiment. Jinými slovy, Jen si vymýšlíte věci, nebo může někdo otestovat platnost vašich nároků? To mi připomíná velmi slavný citát!

” žádné množství experimentů mi nikdy nemůže dokázat pravdu;jediný experiment mi může dokázat, že se mýlím.”Albert Einstein

nyní je samozřejmě čas posílit koncept tím, že představí zcela nový experiment a povede je identifikací proměnných typů, spravedlivým testováním a konečně vyhodnocením toho, co udělali. Pokud toto cvičení opakujete dostkrát, myšlenkové procesy výzkumného pracovníka budou zakořeněny ve vašich studentech a celý proces práce vědců bude méně záhadou. Poté budou schopni rychle identifikovat proměnné v daném experimentu a položit testovatelnou otázku, která vytvoří platný výsledek, který může opakovat někdo jiný. Rozhodně stojí za to chatovat se studenty o tom, jak by mohli aplikovat vědecký proces na svůj vlastní život;

• jaký je nejlepší poměr složek k použití v čokoládovém dortu?
• který šampon dává mým vlasům největší sílu?
• které trávníkové hnojivo je nejlepší použít?
• která oktanová hladina produkuje nejlepší spotřebu paliva v autě?

pro drtivou většinu situací, na které se díváte, existuje často způsob, jak vědecky zkontrolovat, co se ve skutečnosti děje. Vědecká metoda v podstatě říká: “Pokud mám situaci X, Y, Z … co by se stalo se Z, kdybych měnil X a ovládal Y…a jak to mohu spravedlivě otestovat, abych zaznamenal platnou odpověď, která je reprodukovatelná a testovatelná někým jiným?’

pokud se budete řídit tímto a začnete jej používat ve své třídě, mysl dětí může růst pouze jako výsledek. Byl to právě nástup vědecké metody, která skutečně urychlila civilizaci, aby vytvořila náš současný způsob života. Pochopení toho, jak vědci pracují, je velmi důležitým úkolem pro všechny učitele, aby vštípili našim studentům bez ohledu na to, zda jsou akademicky nadaní nebo ne. Bohužel, pokud tak neučiníte, riskuje vytvoření generace s nedostatečným porozuměním vědeckým procesům, které mohou rychle vyvolat nedůvěru veřejnosti a dokonce nepřátelství vůči samotným lidem, kteří tvrdě pracují na použití ověřitelných důkazů ke zlepšení našeho života. Kromě toho, nebylo by prostě skvělé mít schopnosti přijít na to, proč se věci dějí pořád? To mi zní jako plán!

Happy teaching,

Ben