Variables & fair testing; teaching the heart of science experiments

teaching variable testing to students

While this is not the most ‘fun’ science article to cover, it cover one of the important aspects of science teaching that needs to be purpose if you ‘ re going to ensure that your class ymmärtää tarkalleen, miten tieteellinen menetelmä toimii. Opetatpa tiedettä alakoululaisille, keskiasteen opiskelijoille, esikoululaisille tai perusopiskelijoille, kykysi välittää muuttujien oikeudenmukaisen testauksen tärkeys ja taito on kriittinen oppijoille, jotka ottavat ensimmäiset askeleensa tieteelliseen maailmaan. Olemme opettaneet tieteellistä menetelmää tieteishyökkäyksessä useiden vuosien ajan kouluissa, ja näiden vierailujen aikana olemme usein havainneet, että ihmiset pyytävät yksinkertaista yleiskuvaa siitä, miten opettajat voivat opettaa tieteellisiä menetelmiä omissa luokkahuoneissaan riippumatta siitä, mikä skenaario todellisuudessa on.

selkokielellä suurin osa tieteellisestä menetelmästä tarkoittaa yksinkertaisesti tutkijoiden kykyä tunnistaa kysymys, jonka he haluavat esittää, jolloin he voivat kontrollien avulla muokata vain yhtä tiettyä tilannetta niin, että mittaukset voidaan tehdä ja pätevä johtopäätös voidaan tehdä. Tämä edellyttää tyypillisesti askel askeleelta prosessi, jälleen selkokielellä:

1. tunnista, mitä tapahtuu tietyssä tilanteessa (lämpötila, kosteus, valotaso, kasvin korkeus jne.). Me kutsumme näitä ehtoja tästä lähtien.
2. Määritä, voiko jokin edellä mainituista ehdoista ylipäätään muuttua. Tästä lähtien, kutsumme muutosta ‘vaihtelevaksi’.
3. jos jokin ehto voi vaihdella, pystytkö mittaamaan tämän tilan tarkasti (esim. lämpötila)?
4. Määritä, voidaanko muita olosuhteita hallita (esim. laittaa kaiken kasvihuoneeseen?). Jos näin on, jatka eteenpäin. Jos ei, luuletko, että sillä on väliä tai laittaa toisella tavalla – olisiko tuloksia olisi avoin joku sanomalla, että kokeilu tehtiin huonosti, koska siellä oli jotain muuta vaikuttaa kokeiluun, että sinun olisi pitänyt ottaa huomioon?
5. tietäen, että voit tarkasti muokata tilaa ja mitata sen samalla kun hallitset kaikkea muuta, onko tilanteessa mitään, mistä haluaisit ottaa selvää? Mitä tarkoitan tällä on, voit luoda kokeen, jossa voit muuttaa mitattavissa kunnossa nähdä, jos se on mitään vaikutusta toiseen mitattavissa kunnossa kokeen (esim. vaikuttaako kasvin korkeus lämpötilaan)?
6. tee ennakkotietoihisi perustuva ennuste siitä, miten luulet tämän tilan vaihtelun vaikuttavan toiseen tilaan (esim. ehkä voisi ajatella, että kasvin korkeus kasvaa, kun nostat lämpötilaa).
7. Suorita koe, jolloin yhden tilanteen olosuhteet eivät muutu lainkaan (esim. kasvi pysyy samassa lämpötilassa 2 viikkoa) ja samalla ajaa toinen tilanne, jossa yksi olosuhteista on muuttunut samalla aikavälillä ja mittaat vaikuttaa (esim.kasvin korkeus mitataan säännöllisesti joka kerta, kun lisäät lämpötilaa yhdessä kokeessa ja älä tee niin toisessa kokeessa).
8. kirjaa tulokset tarkasti joka kerta, kun teet kokeen. Toivottavasti kopioit tutkimuksen monta kertaa päästä eroon mahdollisista virheistä olet tehnyt.
9. tee johtopäätös tuloksesi perusteella
10. Kirjoita koe ylös niin, että joku muu voi toistaa tekemäsi ohjeiden mukaan ja katsoa, tuottavatko nekin saman tuloksen.

nyt kun olet selittänyt edellä mainitut asiat oppilaillesi ja antanut heidän tottua ajatukseen, voit alkaa ottaa käyttöön tieteellisen kielen. Vaihda sana “ehto” alkuun “muuttuja” ja korosta, että sana muuttuja tulee sanasta “vaihdella” eli muuttaa. Tämä osoittaa, mitä yritämme tehdä monin tavoin! Joten, kun opiskelija ymmärtää, että sinulla on muuttujia kokeessa, on aika esitellä muuttujien tyypit sekoittamatta niitä. Henkilökohtaisesti olen huomannut, että on helpompi kysyä seuraavaa:

• mitä vaihdoimme joka kerta kokeessa?
• mitä mittasimme siinä toivossa, että kokeessa nähtäisiin toisenlainen tulos vaihtelun jälkeen?
• mitä muita asioita kontrolloimme kokeessamme?

edellä mainitussa esimerkissä oppilaat tunnistavat nopeasti, että olit muuttamassa lämpötilaa joka kerta ja että toivoimme kasvien korkeuden muuttuvan niin, että kaikki muu pysyy vakiona kasvihuoneessa. Nyt on aika laittaa lista taululle edellä mainituista kysymyksistä, paitsi tällä kertaa annamme heille heidän tieteelliset nimensä.:

• riippumaton muuttuja on se, jota vaihdoimme joka kerta kokeessa.
• riippuva muuttuja oli se, jonka mittasimme siinä toivossa, että tulos muuttuisi vastauksena itsenäisen muuttujan muuttumiseen.
• kontrolloidut muuttujat olivat muita muuttujia, joita kontrolloimme kokeen aikana.

vain pieni toisto ja nyt oppilaat näkevät, mistä tulet. Olet melkein perillä! Pyydä oppilaita selvittämään, ovatko he tyytyväisiä siihen, miten kokeilu sujui. He tietenkin sanovat kyllä / ei / ehkä / ei ole varma, mutta voit uudelleen lausua kysymällä suoraan “oliko koe oikeudenmukainen vai ei?”. Lapsilla on luontainen käsitys siitä, mikä on reilua tai ei, sinun täytyy vain katsella niitä väittävät leikkikentällä yli vuorotellen! Kaikki mitä sinun tarvitsee tehdä, on saada heidät arvioimaan kokeen ja selvittää, onko tapa suoritit kokeen avulla voit oikeudenmukaisesti testata kysymyksen nostit, So ‘onko lämpötila vaikuttaa kasvien kasvuun?’. Tässä voit kysyä heiltä erilaisia kysymyksiä:

• mittasimmeko lämpötilan tarkasti? Oliko mitään, mikä voisi johtaa virheeseen?
• Mitattiinko kasvin korkeus tarkasti? Oliko mitään, mikä voisi johtaa virheeseen tässäkin asiassa?
• kontrolloimmeko tarkasti muita muuttujia? Oliko mitään, mikä voisi johtaa virheeseen?
• oliko koereplikaatioissa mitään muuta, mikä antoi tuloksen, jota voisi pitää epäreiluna?

nyt on hyvä hetki keskustella siitä, miksi annoit oppilaiden suorittaa kokeen useita kertoja. Miksi? Saada keskimääräinen lukema koko kokeiden vähentää kokeellinen virhe. Tässä vaiheessa, olet enemmän tai vähemmän naulan kantaan! Ottamalla opiskelijat seuraavat sekvenssi tunnistaa ja valvoa muuttujia ja tarkasti mittaamalla tulos, kaikki samalla esittää kysymyksiä siitä, onko kokeilu on oikeudenmukainen vai ei sinun mennä pitkälle perustaa ajattelutapa tarvitaan ajaa mitään kokeilua tahansa kurinalaisuutta. Mitä todella opetat on kokeellinen suunnittelu, kriittinen ajattelu prosessi, jota ei pitäisi koskaan ohittaa ennen käynnissä kokeen todellisessa maailmassa. Hyvä skenaario poseerata opiskelijoille hyvän kokeellisen suunnittelun arvoista on tämä: Kuvittele, jos olet viettänyt 3 vuotta ja tuhansia dollareita tiettyyn tutkimukseen vain selvittää lopussa, että kokeilu oli virheellinen alusta. Olisit enemmän kuin poissa tolaltasi!

lopuksi on mainittava, että kokeen kirjoittamisen tarkoitus on, että joku toinen voi toistaa suoritustapasi ja tarkistaa, saavatko he samat tulokset. Tieteellisessä mielessä luot väärennetyn ja toistettavan kokeen. Toisin sanoen, Oletko vain keksinyt asioita vai voiko joku testata väitteidesi paikkansapitävyyttä? Tämä muistuttaa minua hyvin kuuluisa sitaatti!

” mikään kokeiden määrä ei voi koskaan todistaa minua oikeaksi; yksittäinen koe voi todistaa minut vääräksi.”Albert Einstein

tietenkin nyt on aika vahvistaa käsitettä tekemällä täysin uusi koe ja opastamalla heitä tunnistamaan muuttuvia tyyppejä, oikeudenmukaista testausta ja lopulta arvioimaan, mitä he tekivät. Jos toistat tätä harjoitusta tarpeeksi monta kertaa, tutkijan ajatusprosessit juurtuvat opiskelijoihisi ja koko prosessi siitä, miten tutkijat toimivat, on vähemmän mysteeri. He voivat sitten tunnistaa muuttujat nopeasti missä tahansa kokeessa ja aiheuttaa testattavan kysymyksen, joka tuottaa kelvollisen tuloksen, jonka joku muu voi toistaa. Opiskelijoiden kanssa kannattaa ehdottomasti jutella siitä, miten he voisivat soveltaa tieteellistä prosessia omaan elämäänsä;

• mikä on paras ainesosien suhde suklaakakussa käytettäväksi?
• mikä sampoo antaa hiuksilleni eniten voimaa?
• mikä nurmilannoite on paras käyttää?
• mikä oktaanitaso tuottaa auton parhaan polttoainetalouden?

valtaosassa tarkasteltavista tilanteista on usein olemassa tapa tieteellisesti tarkistaa, mitä todella tapahtuu. Pohjimmiltaan, tieteellinen menetelmä on sanonta ” Jos minulla on tilanne X, Y, Z … mitä tapahtuisi Z Jos minä vaihdella X ja ohjaus Y … ja miten voin oikeudenmukaisesti testata tämän tallentaa pätevä vastaus, joka on toistettavissa ja testattavissa joku muu?”

jos noudatat kaikkea tätä ja alat soveltaa sitä luokkahuoneessasi, lasten mieli voi vain kasvaa tuloksena. Juuri tieteellisen menetelmän tulo kiihdytti sivilisaatiota tuottamaan nykyisen elämäntapamme. Ymmärtäminen miten tutkijat toimivat on erittäin tärkeä tehtävä kaikille opettajille juurruttaa meidän opiskelijoiden riippumatta siitä, ovatko he akateemisesti lahjakkaita vai ei. Valitettavasti näin toimimatta jättäminen uhkaa luoda sukupolven, jolla ei ole ymmärrystä tieteellisistä prosesseista ja joka voi nopeasti aiheuttaa yleistä epäluottamusta ja jopa vihamielisyyttä niitä ihmisiä kohtaan, jotka käyttävät kovaa työtä todennettavien todisteiden käyttämiseksi elämämme parantamiseksi. Sitä paitsi, eikö olisi hienoa saada taitoja selvittää, miksi asioita tapahtuu koko ajan? Kuulostaa suunnitelmalta.

onnellinen opetus,

Ben