változók & tisztességes tesztelés; a tudomány szívének tanítása kísérletek

változó tesztelés tanítása diákoknak

bár ez nem a legszórakoztatóbb tudományos cikk, amely lefedi a tudománytanítás egyik legfontosabb szempontját, amelyet meg kell oldani, ha biztosítani szeretné, hogy a az osztály pontosan megérti, hogyan működik a tudományos módszer. Függetlenül attól, hogy tudományt tanít az Általános gyerekeknek, a középiskolásoknak, az óvodásoknak vagy az egyetemi hallgatóknak, az a képesség, hogy közvetítse a változók meglehetősen tesztelésének fontosságát és készségét, kritikus fontosságú a tanulók számára, akik első lépéseket tesznek a tudományos világba. Több éve tanítjuk a tudományos módszert egy tudományos behatolásban az iskolákban, és ezen látogatások során gyakran tapasztaltuk, hogy az emberek egyszerű áttekintést kérnek arról, hogy a tanárok hogyan taníthatnak tudományos módszertant a saját osztálytermükben, függetlenül attól, hogy mi a forgatókönyv.

egyszerű nyelven a tudományos módszer nagy része egyszerűen arra vezethető vissza, hogy a kutatók képesek azonosítani a feltenni kívánt kérdést, ahol kontrollokkal módosíthatják az adott helyzet egyetlen aspektusát, hogy méréseket lehessen végezni, és érvényes következtetést lehessen levonni. Ez általában egy lépésről lépésre történő folyamatot foglal magában, ismét egyszerű nyelven:

1. határozza meg, hogy mi történik egy adott helyzetben (hőmérséklet, páratartalom, fényszint, növénymagasság stb.). Mostantól ezt a feltételt szabjuk.
2. határozza meg, hogy a fenti feltételek bármelyike megváltoztatható-e. Mostantól a változást ‘változásnak’hívjuk.
3. ha az egyik feltétel változtatható, pontosan meg tudja mérni ezt a feltételt(pl. hőmérséklet)?
4. határozza meg, hogy a többi feltétel szabályozható-e (pl. tegyen mindent üvegházba?). Ha igen, folytassa tovább. Ha nem, gondolod, hogy számít, vagy hogy más módon-lenne az eredmények nyitva áll valaki azt mondja, hogy a kísérlet történt rosszul volt valami más befolyásolja a kísérlet, hogy meg kellett volna figyelembe venni?
5. tudva, hogy pontosan módosíthatsz egy feltételt és megmérheted, miközben minden mást irányítasz, van-e valami abban a helyzetben, amiről szeretnél megtudni? Ez alatt azt értem, hogy létrehozhat-e egy kísérletet, ahol megváltoztathat egy mérhető feltételt, hogy lássa, van-e hatása a kísérlet másik mérhető állapotára (pl. befolyásolja-e a növény magasságát a hőmérséklet)?
6. előzetes ismeretei alapján készítsen előrejelzést arról, hogyan gondolja, hogy ennek a feltételnek a megváltoztatása befolyásolja a másik állapotot (pl. talán azt gondolhatja, hogy a növény magassága növekszik, ahogy növeli a hőmérsékletet).
7. futtassa a kísérletet, amelynek során egy helyzet feltételei egyáltalán nem változnak(pl. a növény ugyanazon a hőmérsékleten marad 2 hétig), és ugyanakkor futtasson egy másik helyzetet, amikor az egyik feltétel megváltozik ugyanabban az adott időkeretben, és megméri a hatásokat (pl. a növény magasságát rendszeresen mérik minden alkalommal, amikor egy kísérletben növeli a hőmérsékletet, és egy másik kísérletben nem teszi meg).
8. jegyezze fel pontosan az eredményeket minden alkalommal, amikor elvégzi a kísérletet. Remélhetőleg sokszorosítja a tanulmányt, hogy megszabaduljon az esetleges hibáktól.
9. az eredmények alapján vonjon le következtetést
10. írja fel a kísérletet, hogy valaki más reprodukálhassa azt, amit az utasításai segítségével tett, és nézze meg, hogy ugyanazt az eredményt produkálja-e.

Most miután elmagyarázta a fentieket a diákoknak, és hagyta, hogy megszokják az ötletet, elkezdheti bevezetni a tudományos nyelvet. Kezdetben változtassa meg a “feltétel” szót “változó” – re, és jelölje ki, hogy a változó szó a “változó” szóból származik, azaz változtatni. Ez nagyjából azt jelzi, hogy mit próbálunk csinálni sok szempontból! Tehát, ha a hallgató megérti, hogy van változója egy kísérletben, itt az ideje bevezetni a változók típusait anélkül, hogy megzavarná őket. Személy szerint könnyebb volt megkérdezni a következőket:

• mit változtattunk minden alkalommal a kísérlet során?
• mit mértünk abban a reményben, hogy a kísérlet megváltoztatása után más eredményt látunk?
• milyen más dolgokat irányítottunk a kísérletünkben?

a fenti példában a diákok gyorsan azonosítják, hogy minden alkalommal megváltoztatták a hőmérsékletet, és azt reméltük, hogy változást látunk a növény magasságában, minden más állandó marad az üvegházban. Itt az ideje, hogy felsoroljuk a fenti kérdések listáját a táblán, kivéve, ha ezúttal megadjuk nekik tudományos nevüket:

• a független változó az, amelyet a kísérlet során minden alkalommal változtattunk.
• a függő változó volt az, amelyet abban a reményben mértünk, hogy a független változó megváltoztatására válaszul eredményváltozást látunk.
• a kontrollált változók voltak a többi változó, amelyet a kísérlet során kontrolláltunk.

csak egy kis ismétlés, és most a diákok láthatják, honnan jössz. Már majdnem ott vagy! Kérje meg a tanulókat, hogy derítsék ki, elégedettek-e a kísérlet eredményével. Természetesen azt mondják, hogy igen/nem/talán / nem biztos, de újra megfogalmazhatja, ha közvetlenül megkérdezi: “a kísérlet tisztességes volt-e vagy sem?”. A gyerekeknek velejáró elképzelésük van arról, hogy mi igazságos vagy sem, csak meg kell nézni, ahogy a játszótéren vitatkoznak a felváltva! Mindössze annyit kell tennie, hogy értékelje a kísérletet, és dolgozzanak ki, hogy a kísérlet futtatásának módja lehetővé tette-e, hogy tisztességesen tesztelje az Ön által felvetett kérdést, azaz: befolyásolja-e a hőmérséklet a növények növekedését?’. Ebben lehet kérni őket a különböző kérdéseket:

• pontosan mértük a hőmérsékletet? Volt valami, ami itt hibához vezethet?
• pontosan mértük a növény magasságát? Volt valami, ami itt is hibához vezethet?
• pontosan ellenőriztük a többi változót? Volt valami, ami itt hibához vezethet?
• volt-e valami más a kísérlet ismétlésében, amely igazságtalannak tekinthető eredményt adott?

ez egy jó alkalom most, hogy megvitassák, miért volt a diákok futtatni a kísérletet többször. Miért? A kísérletek átlagos leolvasása a kísérleti hibák csökkentése érdekében. Ezen a ponton, már többé-kevésbé szögezték meg! Azáltal, hogy a diákok követik a változók azonosításának és ellenőrzésének sorrendjét, és pontosan mérik az eredményt, miközben kérdéseket tesznek fel arra vonatkozóan, hogy a kísérlet tisztességes-e vagy sem, hosszú utat fogsz megtenni ahhoz, hogy beállítsd azt a gondolkodásmódot, amely bármely kísérlet futtatásához szükséges bármely tudományágban. Amit valójában tanítasz, az a kísérleti tervezés, egy kritikus gondolkodási folyamat, amelyet soha nem szabad kihagyni, mielőtt egy kísérletet futtatna a Való Világban. Ez egy nagyszerű forgatókönyv a hallgatók számára a jó kísérleti tervezés értékeiről: képzelje el, ha 3 évet és több ezer dollárt költött egy adott tanulmányra, csak hogy a végén megtudja, hogy a kísérlete a kezdetektől hibás volt. Több lenne, mint ideges!

végül meg kell említeni, hogy a kísérlet megírásának lényege az, hogy valaki más megismételhesse a Futtatás módját, és ellenőrizze, hogy ugyanazokat az eredményeket kapja-e. Tudományos értelemben egy hamisítható és megismételhető kísérletet hoz létre. Más szavakkal, csak kitalál dolgokat, vagy valaki tesztelheti állításainak érvényességét? Ez egy nagyon híres idézetre emlékeztet!

“semmilyen kísérlet nem bizonyíthatja, hogy igazam van; egyetlen kísérlet is bizonyíthatja, hogy tévedtem.”Albert Einstein

természetesen itt az ideje, hogy megerősítsük a koncepciót egy teljesen új kísérlet bemutatásával és a változó típusok azonosításával, a tisztességes teszteléssel és végül az általuk végzett értékeléssel. Ha elégszer ismételjük meg ezt a gyakorlatot, a kutató gondolkodási folyamatai beépülnek a diákjainkba, és a tudósok munkájának egész folyamata kevésbé lesz rejtély. Ezután képesek lesznek gyorsan azonosítani a változókat az adott kísérletben, és olyan tesztelhető kérdést tesznek fel, amely érvényes eredményt eredményez, amelyet valaki más megismételhet. Mindenképpen érdemes beszélgetni a hallgatókkal arról, hogyan alkalmazhatják a tudományos folyamatot saját életükre;

• mi az összetevők legjobb aránya a csokoládétortában?
• melyik sampon adja a hajam legnagyobb erejét?
• melyik gyeptrágyát lehet a legjobban használni?
• melyik oktánszint biztosítja a legjobb üzemanyag-fogyasztást egy autóban?

a vizsgált helyzetek túlnyomó többségében gyakran van mód arra, hogy tudományosan ellenőrizzük, mi történik valójában. Lényegében a tudományos módszer azt mondja: ‘Ha X, Y, Z helyzetem van… mi történne Z-vel, ha megváltoztatnám X-et és irányítanám Y-t…és hogyan tudnám ezt tisztességesen tesztelni, hogy rögzítsek egy érvényes választ, amely reprodukálható és tesztelhető valaki más által?’

ha mindezt követed, és elkezded alkalmazni az osztályteremben, a gyerekek elméje csak növekedni fog. A tudományos módszer megjelenése volt az, amely valóban felgyorsította a civilizációt, hogy előállítsa jelenlegi életmódunkat. A tudósok munkájának megértése nagyon fontos feladat minden tanár számára, hogy ösztönözze hallgatóinkat, függetlenül attól, hogy akadémikusan tehetségesek-e vagy sem. Sajnos ennek elmulasztása azzal a kockázattal jár, hogy olyan generációt hoz létre, amely nem ismeri a tudományos folyamatokat, amelyek gyorsan bizalmatlanságot, sőt ellenségeskedést válthatnak ki azokkal az emberekkel szemben, akik keményen dolgoznak, hogy ellenőrizhető bizonyítékokat használjanak életünk javítására. Emellett, nem lenne csak jó, hogy a készségek, hogy dolgozzanak ki, miért a dolgok történnek minden alkalommal? Úgy hangzik, mint egy terv nekem!

Boldog tanítás,

Ben