Variablen & faire Tests; Lehre das Herz der wissenschaftlichen Experimente

Lehre variable Tests für Studenten

Obwohl dies nicht der lustigste wissenschaftliche Artikel ist, deckt er einen der wichtigsten Aspekte des naturwissenschaftlichen Unterrichts ab, der angegangen werden muss, wenn Sie sicherstellen möchten, dass Ihre Klasse versteht genau, wie die wissenschaftliche Methode tatsächlich funktioniert. Unabhängig davon, ob Sie Grundschulkindern, Sekundarschülern, Vorschulkindern oder Studenten Naturwissenschaften beibringen, ist Ihre Fähigkeit, die Bedeutung und die Fähigkeit zu vermitteln, Variablen fair zu testen, für Lernende, die ihre ersten Schritte in die wissenschaftliche Welt unternehmen, von entscheidender Bedeutung. Wir unterrichten die wissenschaftliche Methode in einem Science Incursions seit mehreren Jahren in Schulen, und während dieser Besuche haben wir oft festgestellt, dass die Leute einen einfachen Überblick darüber verlangen, wie Lehrer wissenschaftliche Methodik in ihren eigenen Klassenzimmern unterrichten können, unabhängig davon, was das Szenario tatsächlich ist.

Im Klartext läuft der größte Teil der wissenschaftlichen Methode einfach auf die Fähigkeit eines Forschers hinaus, eine Frage zu identifizieren, die er stellen möchte, wobei er Steuerelemente verwenden kann, um nur einen Aspekt einer bestimmten Situation zu ändern, so dass Messungen durchgeführt und eine gültige Schlussfolgerung gezogen werden kann. Dies beinhaltet in der Regel einen schrittweisen Prozess, wieder im Klartext:

1. Identifizieren Sie, was in einer bestimmten Situation vor sich geht (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lichtverhältnisse, Pflanzenhöhe usw.). Wir werden diese Bedingungen von nun an nennen.
2. Bestimmen Sie, ob eine der oben genannten Bedingungen überhaupt geändert werden kann. Von nun an nennen wir das Ändern ‘variieren’.
3. Wenn eine der Bedingungen variiert werden kann, können Sie genau diesen Zustand messen (zB. temperatur)?
4. Bestimmen Sie, ob der Rest der Bedingungen gesteuert werden kann (z. alles in ein Gewächshaus stellen?). Wenn ja, fahren Sie fort. Wenn nicht, denkst du, dass es wichtig ist oder einen anderen Weg einzuschlagen – wären deine Ergebnisse offen für jemanden, der sagt, dass dein Experiment schlecht gemacht wurde, da es etwas anderes gab, das dein Experiment beeinflusst, das du hätten berücksichtigen sollen?
5. Wenn Sie wissen, dass Sie einen Zustand genau ändern und messen können, während Sie alles andere kontrollieren, gibt es etwas an der Situation, über das Sie etwas herausfinden möchten? Was ich damit meine ist, können Sie ein Experiment erstellen, bei dem Sie eine messbare Bedingung ändern können, um festzustellen, ob sie Auswirkungen auf eine andere messbare Bedingung des Experiments hat (z. wird die Pflanzenhöhe durch die Temperatur beeinflusst)?
6. Machen Sie eine Vorhersage basierend auf Ihrem Vorwissen darüber, wie sich die Veränderung dieser Bedingung Ihrer Meinung nach auf die andere Bedingung auswirkt (z. vielleicht denken Sie, dass die Pflanzenhöhe zunimmt, wenn Sie die Temperatur erhöhen).
7. Führen Sie das Experiment durch, wobei sich die Bedingungen einer Situation überhaupt nicht ändern (z. 2 Wochen auf der gleichen Temperatur bleibt) und gleichzeitig eine andere Situation ausführen, in der eine der Bedingungen über denselben vorgegebenen Zeitrahmen geändert wird und Sie die Auswirkungen messen (z. B. wird die Pflanzenhöhe regelmäßig gemessen Jedes Mal, wenn Sie die Temperatur in einem Experiment erhöhen und dies in einem anderen Experiment nicht tun).
8. Notieren Sie die Ergebnisse jedes Mal genau, wenn Sie das Experiment durchführen. Hoffentlich wiederholen Sie Ihre Studie viele Male, um Fehler zu beseitigen, die Sie möglicherweise gemacht haben.
9. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung basierend auf Ihren Ergebnissen
10. Schreiben Sie das Experiment auf, damit jemand anderes das, was Sie getan haben, anhand Ihrer Anweisungen reproduzieren kann, und prüfen Sie, ob er auch das gleiche Ergebnis erzielt.

Nachdem Sie Ihren Schülern das oben Gesagte erklärt und sie sich an die Idee gewöhnen lassen, können Sie mit der Einführung der wissenschaftlichen Sprache beginnen. Ändern Sie zunächst das Wort “Bedingung” in “Variable” und markieren Sie, dass das Wort Variable vom Wort “variieren” stammt, dh sich ändern. Dies zeigt ziemlich genau, was wir auf viele Arten zu tun versuchen! Also, sobald die Schüler in den Griff kommen, dass Sie Variablen in einem Experiment haben, ist es Zeit, die Arten von Variablen einzuführen, ohne sie zu verwirren. Persönlich fand ich es einfacher, Folgendes zu fragen:

• was haben wir jedes Mal im Experiment variiert?
• Was haben wir gemessen, in der Hoffnung, nach Variation des Experiments ein anderes Ergebnis zu sehen?
• Welche anderen Dinge haben wir in unserem Experiment kontrolliert?

Im obigen Beispiel werden die Schüler schnell feststellen, dass Sie die Temperatur jedes Mal geändert haben und dass wir gehofft haben, eine Änderung der Pflanzenhöhe zu sehen, während alles andere im Gewächshaus konstant bleibt. Jetzt ist es an der Zeit, eine Liste der oben genannten Fragen an die Tafel zu stellen, außer diesmal geben wir ihnen ihre wissenschaftlichen Namen:

• Die unabhängige Variable ist diejenige, die wir jedes Mal im Experiment variiert haben.
• Die abhängige Variable war diejenige, die wir in der Hoffnung auf eine Ergebnisänderung als Reaktion auf die Änderung der unabhängigen Variablen gemessen haben.
• Die kontrollierten Variablen waren die anderen Variablen, die wir während des Experiments kontrollierten.

Nur eine kleine Wiederholung und jetzt können die Schüler sehen, woher Sie kommen. Du bist fast da! Bitten Sie die Schüler, herauszufinden, ob sie mit dem Verlauf des Experiments zufrieden sind. Sie werden natürlich ja / Nein / vielleicht / nicht sicher sagen, aber Sie können es neu formulieren, indem Sie direkt fragen: “War das Experiment fair oder nicht?”. Kinder haben eine inhärente Vorstellung davon, was fair ist oder nicht, man muss nur zusehen, wie sie sich auf dem Spielplatz abwechseln! Alles, was Sie tun müssen, ist, dass sie das Experiment auswerten und herausfinden, ob die Art und Weise, wie Sie das Experiment durchgeführt haben, es Ihnen ermöglicht hat, die von Ihnen aufgeworfene Frage fair zu testen, dh ‘Beeinflusst die Temperatur das Pflanzenwachstum?’. In diesem können Sie ihnen eine Vielzahl von Fragen stellen:

• Haben wir die Temperatur genau gemessen? Gab es hier etwas, das zu einem Fehler führen könnte?
• Haben wir die Pflanzenhöhe genau gemessen? Gab es auch hier etwas, das zu einem Fehler führen könnte?
• Haben wir die anderen Variablen genau kontrolliert? Gab es hier etwas, das zu einem Fehler führen könnte?
• Gab es noch etwas in den Versuchsreplikationen, das zu einem Ergebnis führte, das als unfair angesehen werden konnte?

Dies ist jetzt ein guter Zeitpunkt, um zu diskutieren, warum Sie die Schüler das Experiment mehrmals durchführen ließen. Warum? Um einen durchschnittlichen Messwert über die Experimente zu erhalten, um experimentelle Fehler zu reduzieren. An diesem Punkt haben Sie es mehr oder weniger genagelt! Indem die Schüler der Reihenfolge der Identifizierung und Steuerung von Variablen folgen und das Ergebnis genau messen, während Sie Fragen stellen, ob das Experiment fair ist oder nicht, werden Sie einen langen Weg zurücklegen, um die Denkweise zu entwickeln, die für die Durchführung eines Experiments in einer Disziplin erforderlich ist. Was Sie tatsächlich unterrichten, ist experimentelles Design, ein kritischer Denkprozess, der niemals übersprungen werden sollte, bevor ein Experiment in der realen Welt durchgeführt wird. Ein großartiges Szenario, um Studenten über die Werte eines guten experimentellen Designs zu informieren, ist dies: stellen Sie sich vor, Sie hätten 3 Jahre und Tausende von Dollar für eine bestimmte Studie ausgegeben, nur um am Ende herauszufinden, dass Ihr Experiment von Anfang an fehlerhaft war. Du wärst mehr als verärgert!

Schließlich müssen Sie erwähnen, dass der Sinn des Aufschreibens des Experiments darin besteht, dass jemand anderes die Art und Weise wiederholen kann, wie Sie es ausgeführt haben, und überprüfen kann, ob er die gleichen Ergebnisse erzielt. In wissenschaftlicher Hinsicht erstellen Sie ein falsifizierbares und wiederholbares Experiment. Mit anderen Worten, erfinden Sie nur Sachen oder kann jemand die Gültigkeit Ihrer Ansprüche testen? Das erinnert mich an ein sehr berühmtes Zitat!

“Kein Experiment kann mir jemals Recht geben; ein einziges Experiment kann mir das Gegenteil beweisen.” Albert Einstein

Natürlich ist es jetzt an der Zeit, das Konzept zu verstärken, indem wir ein völlig neues Experiment aufstellen und sie durch die Identifizierung der Variablentypen, faire Tests und schließlich die Bewertung ihrer Arbeit führen. Wenn Sie diese Übung oft genug wiederholen, werden die Denkprozesse eines Forschers in Ihren Schülern verwurzelt sein und der gesamte Prozess, wie Wissenschaftler arbeiten, wird weniger ein Rätsel sein. Sie sind dann in der Lage, Variablen in einem bestimmten Experiment schnell zu identifizieren und eine testbare Frage zu stellen, die ein gültiges Ergebnis liefert, das von jemand anderem wiederholt werden kann. Es lohnt sich auf jeden Fall, mit den Schülern darüber zu sprechen, wie sie den wissenschaftlichen Prozess auf ihr eigenes Leben anwenden können;

• Was ist das beste Verhältnis der Zutaten für einen Schokoladenkuchen?
• Welches Shampoo gibt meinem Haar die meiste Kraft?
• Welcher Rasendünger ist der beste?
• Welche Oktanzahl erzeugt den besten Kraftstoffverbrauch in einem Auto?

Für die überwiegende Mehrheit der Situationen, die Sie betrachten, gibt es oft eine Möglichkeit, wissenschaftlich zu überprüfen, was tatsächlich vor sich geht. Im Wesentlichen lautet die wissenschaftliche Methode: ‘Wenn ich eine Situation von X, Y, Z habe … was würde mit Z passieren, wenn ich X variiere und Y kontrolliere … und wie kann ich dies fair testen, um eine gültige Antwort aufzuzeichnen, die reproduzierbar und testbar ist von jemand anderem?

Wenn Sie all dies befolgen und beginnen, es in Ihrem Klassenzimmer anzuwenden, können die Gedanken der Kinder nur als Ergebnis wachsen. Es war das Aufkommen der wissenschaftlichen Methode, die die Zivilisation wirklich beschleunigte, um unsere gegenwärtige Lebensweise zu produzieren. Zu verstehen, wie Wissenschaftler arbeiten, ist eine sehr wichtige Aufgabe für alle Lehrer, um unseren Schülern zu vermitteln, unabhängig davon, ob sie akademisch begabt sind oder nicht. Wenn Sie dies nicht tun, besteht leider die Gefahr, dass eine Generation mit einem Mangel an Verständnis für wissenschaftliche Prozesse entsteht, die schnell zu Misstrauen und sogar Feindseligkeit gegenüber den Menschen führen kann, die hart daran arbeiten, überprüfbare Beweise zu verwenden, um unser Leben zu verbessern. Außerdem wäre es nicht großartig, die Fähigkeiten zu haben, um herauszufinden, warum Dinge die ganze Zeit passieren? Klingt nach einem Plan für mich!

Glückliche Lehre,

Ben