Variables & fair testing; teaching the heart of science experiments

variables testing to students

hoewel dit niet het meest ‘leuke’ wetenschappelijke artikel is om te behandelen, behandelt het een van de belangrijkste aspecten van het wetenschapsonderwijs dat moet worden behandeld als u ervoor wilt zorgen dat uw klas precies begrijpt hoe de wetenschappelijke methode eigenlijk werkt. Of je nu wetenschap doceert aan primaire kinderen, middelbare studenten, kleuters of undergraduate studenten, je vermogen om het belang en de vaardigheid van eerlijk testen van variabelen over te brengen is van cruciaal belang voor leerlingen die hun eerste stappen zetten in de wetenschappelijke wereld. We onderwijzen De wetenschappelijke methode al enkele jaren in een science incursions op scholen, en tijdens deze bezoeken hebben we vaak ontdekt dat mensen een eenvoudig overzicht vragen van hoe leraren wetenschappelijke methodologie kunnen onderwijzen in hun eigen klaslokalen, ongeacht wat het scenario eigenlijk is.

in Gewone Taal komt het grootste deel van de wetenschappelijke methode gewoon neer op het vermogen van onderzoekers om een vraag te identificeren die ze willen stellen, waarbij ze controles kunnen gebruiken om slechts één aspect van een bepaalde situatie te wijzigen, zodat metingen kunnen worden uitgevoerd en een geldige conclusie kan worden getrokken. Dit gaat meestal om een stap voor stap proces, opnieuw in eenvoudige taal:

1. identificeer wat er in een bepaalde situatie gebeurt (temperatuur, vochtigheid, lichtniveau, planthoogte enz.). We noemen deze Voorwaarden vanaf nu.
2. bepaal of een van de bovenstaande voorwaarden kan worden gewijzigd. Vanaf nu noemen we veranderen ‘variëren’.
3. als een van de Voorwaarden kan worden gevarieerd, kunt u deze voorwaarde nauwkeurig meten (bijv. temperatuur)?
4. bepalen of de rest van de Voorwaarden kan worden gecontroleerd (bijv. alles in een kas zetten?). Zo ja, ga dan verder. Zo niet, denk je dat het er toe doet of om op een andere manier te zetten – zouden je resultaten open staan voor iemand die zegt dat je experiment slecht werd gedaan omdat er iets anders was dat je experiment beïnvloedde waar je rekening mee had moeten houden?
5. wetende dat u een voorwaarde nauwkeurig kunt wijzigen en meten terwijl u al het andere controleert, is er iets over de situatie waar u meer over wilt weten? Wat ik hiermee bedoel is, kun je een experiment maken waar je een meetbare voorwaarde kunt veranderen om te zien of het enig effect heeft op een andere meetbare voorwaarde van het experiment (bijv. wordt de planthoogte beïnvloed door de temperatuur)?
6. Maak een voorspelling op basis van uw voorkennis over hoe u denkt dat het variëren van deze aandoening de andere aandoening zal beïnvloeden (bijv. misschien zou je denken dat de plant hoogte toeneemt als je de temperatuur te verhogen).
7. voer het experiment uit, waarbij de omstandigheden van één situatie nooit veranderen (bijv. plant blijft 2 weken op dezelfde temperatuur) en tegelijkertijd een andere situatie uitvoeren waarbij één van de omstandigheden over hetzelfde gegeven tijdsbestek wordt veranderd en u de invloed meet (bijvoorbeeld, de planthoogte wordt regelmatig gemeten telkens wanneer u de temperatuur in een experiment verhoogt en dat niet doet in een ander experiment).
8. Registreer de resultaten nauwkeurig elke keer dat u het experiment uitvoert. Hopelijk repliceer je je studie veel keer om zich te ontdoen van eventuele fouten die je zou kunnen hebben gemaakt.
9. trek een conclusie op basis van uw resultaten
10. schrijf het experiment op zodat iemand anders kan reproduceren wat u deed met behulp van uw instructies en kijk of ze ook hetzelfde resultaat opleveren.

na het uitleggen van het bovenstaande aan uw studenten en hen te laten wennen aan het idee, kunt u beginnen met het introduceren van wetenschappelijke taal. Verander het woord “condition” in “variable” om te beginnen en markeer dat het woord variabele afkomstig is van het woord “vary” dat wil zeggen om te veranderen. Dit geeft aan wat we op veel manieren proberen te doen! Zodra de student begrijpt dat je variabelen hebt in een experiment, is het tijd om de soorten variabelen te introduceren zonder ze te verwarren. Persoonlijk vond ik het makkelijker om het volgende te vragen:

• wat veranderden we elke keer in het experiment?
• wat hebben we gemeten in de hoop een ander resultaat te zien na het variëren van het experiment?
• welke andere dingen controleerden we in ons experiment?

in het bovenstaande voorbeeld zullen de leerlingen snel vaststellen dat u de temperatuur elke keer aan het veranderen was en dat we hoopten een verandering in de planthoogte te zien, waarbij al het andere constant blijft in de kas. Nu is het tijd om een lijst op het bord van de bovenstaande vragen te zetten behalve deze keer geven we ze hun wetenschappelijke namen:

• de onafhankelijke variabele is degene die we elke keer in het experiment gevarieerd.
• de afhankelijke variabele was degene die we gemeten hebben in de hoop een resultaatverandering te zien als reactie op het veranderen van de onafhankelijke variabele.
• de gecontroleerde variabelen waren de andere variabelen die we tijdens het experiment controleerden.

slechts een kleine herhaling en nu kunnen de leerlingen zien waar je vandaan komt. Je bent er bijna! Vraag de studenten om uit te vinden of ze tevreden zijn met hoe het experiment ging. Ze zullen natuurlijk zeggen ja / nee / misschien / niet zeker, maar je kunt herformuleren door direct te vragen ” Was het experiment eerlijk of niet?”. Kinderen hebben een inherent idee van wat eerlijk is of niet, je hoeft alleen maar om te zien hoe ze ruzie maken in de speeltuin over beurten! Het enige wat je hoeft te doen is hen het experiment laten evalueren en uit te zoeken of de manier waarop je het experiment uitvoerde je in staat stelde om de vraag die je stelde eerlijk te testen, namelijk ‘beïnvloedt de temperatuur de plantengroei?’. Hierin kun je ze een verscheidenheid aan vragen stellen:

• hebben we de temperatuur nauwkeurig gemeten? Was er iets dat kan leiden tot een fout hier?
• hebben we de planthoogte nauwkeurig gemeten? Was er iets dat ook hier tot een fout kan leiden?
• hebben we de andere variabelen nauwkeurig gecontroleerd? Was er iets dat kan leiden tot een fout hier?
• was er nog iets anders in de replicaties van het experiment dat een resultaat opleverde dat als oneerlijk kon worden beschouwd?

dit is een goed moment om te bespreken waarom u de studenten het experiment meerdere malen liet uitvoeren. Waarom? Om een gemiddelde aflezing over de experimenten te krijgen om experimentele fouten te verminderen. Op dit punt heb je het min of meer goed gedaan! Door studenten de volgorde te laten volgen van het identificeren en controleren van variabelen en het nauwkeurig meten van het resultaat, terwijl ze vragen stellen over de vraag of het experiment eerlijk is of niet, ga je een lange weg naar het opzetten van de mindset die nodig is om elk experiment in elke discipline uit te voeren. Wat je eigenlijk leert is experimenteel ontwerp, een kritisch denkproces dat nooit mag worden overgeslagen voordat je een experiment in de echte wereld uitvoert. Een geweldig scenario om aan studenten te poseren over de waarden van goed experimenteel ontwerp is dit: stel je voor dat je 3 jaar en duizenden dollars besteed aan een bepaalde studie alleen om erachter te komen aan het einde dat je experiment was gebrekkig vanaf het begin. Je zou meer dan overstuur zijn!

tot slot moet u vermelden dat het doel van het schrijven van het experiment is, zodat iemand anders de manier waarop u het hebt uitgevoerd kan herhalen en kan controleren of ze dezelfde resultaten krijgen. In wetenschappelijk opzicht creëer je een falsifieerbaar en herhaalbaar experiment. Met andere woorden, verzin je gewoon dingen of kan iemand de geldigheid van je claims testen? Dit doet me denken aan een zeer beroemd citaat!

” geen enkele hoeveelheid experimenten kan ooit bewijzen dat ik gelijk heb; een enkel experiment kan bewijzen dat ik ongelijk heb.”Albert Einstein

natuurlijk is het nu tijd om het concept te versterken door een geheel nieuw experiment voor te stellen en hen te begeleiden door de variabele types te identificeren, eerlijk te testen en uiteindelijk te evalueren wat ze deden. Als je deze oefening vaak genoeg herhaalt, worden de denkprocessen van een onderzoeker ingeworteld in je studenten en zal het hele proces van hoe wetenschappers werken minder een mysterie zijn. Ze zullen dan in staat zijn om variabelen snel te identificeren in een bepaald experiment en stellen een testbare vraag die een geldig resultaat dat kan worden herhaald door iemand anders produceert. Het is zeker de moeite waard om met studenten te praten over hoe ze het wetenschappelijke proces op hun eigen leven kunnen toepassen;

• Wat is de beste verhouding van ingrediënten om te gebruiken in een chocoladetaart?
• welke shampoo geeft mijn haar de meeste kracht?
• welke meststof voor gazon is het beste te gebruiken?
• welk octaangehalte levert het beste brandstofverbruik in een auto?

voor de overgrote meerderheid van de situaties waar u naar kijkt, is er vaak een manier om wetenschappelijk te controleren wat er werkelijk aan de hand is. In wezen zegt De wetenschappelijke methode: ‘als ik een situatie van X, Y, Z heb … wat zou er met Z gebeuren als Ik x varieer en y controleer…en hoe kan ik dit eerlijk testen om een geldig antwoord vast te leggen dat reproduceerbaar en testbaar is door iemand anders?’

als u dit alles volgt en het in uw klaslokaal begint toe te passen, kunnen de gedachten van de kinderen alleen maar groeien als gevolg daarvan. Het was de opkomst van de wetenschappelijke methode die de beschaving echt versnelde om onze huidige manier van leven te produceren. Begrijpen hoe wetenschappers werken is een zeer belangrijke taak voor alle leraren om onze studenten bij te brengen, ongeacht of ze academisch begaafd zijn of niet. Als we dat helaas niet doen, loopt het risico een generatie te creëren met een gebrek aan begrip van wetenschappelijke processen die snel wantrouwen en zelfs vijandigheid bij het publiek kan veroorzaken tegen de mensen die hard werken gebruiken om verifieerbare bewijzen te gebruiken om ons leven te verbeteren. Trouwens, zou het niet geweldig zijn om de vaardigheden te hebben om uit te zoeken waarom dingen de hele tijd gebeuren? Klinkt als een plan voor mij!

Gelukkig onderwijs,

Ben