zmienne i sprawiedliwe testowanie; nauczanie serca eksperymentów naukowych

Nauczanie zmiennych testowanie uczniom

chociaż nie jest to najbardziej “zabawny” artykuł naukowy, który należy omówić, obejmuje on jeden z najważniejszych aspektów nauczania przedmiotów ścisłych, którym należy się zająć, jeśli masz zamiar zapewnić, że twoja klasa rozumie dokładnie, jak działa metoda naukowa. Niezależnie od tego, czy uczysz nauki ścisłe dzieci, uczniów szkół średnich, przedszkolaków czy studentów studiów licencjackich, twoja zdolność do przekazywania znaczenia i umiejętności sprawiedliwego testowania zmiennych jest kluczowa dla uczniów stawiających pierwsze kroki w świecie nauki. Od kilku lat w szkołach uczymy metodologii naukowej. podczas tych wizyt często dowiadujemy się, że ludzie proszą o prosty przegląd tego, jak nauczyciele mogą uczyć metodologii naukowej w swoich klasach, niezależnie od tego, jaki jest scenariusz.

w prostym języku większość metody naukowej sprowadza się po prostu do zdolności naukowców do zidentyfikowania pytania, które chcą zadać, gdzie mogą użyć kontrolek do modyfikacji tylko jednego aspektu danej sytuacji, aby można było wykonać pomiary i wyciągnąć prawidłowy wniosek. Zazwyczaj wiąże się to z procesem krok po kroku, ponownie w prostym języku:

1. określ, co dzieje się w danej sytuacji (temperatura, wilgotność, poziom światła, wysokość rośliny itp.). Od teraz określamy te warunki.
2. Określ, czy którykolwiek z powyższych warunków można w ogóle zmienić. Od teraz zmieniamy się “różnie”.
3. jeśli jeden z warunków może być zmieniany, czy można dokładnie zmierzyć ten warunek (np. temperatura)?
4. Określ, czy reszta warunków może być kontrolowana (np. umieścić wszystko w szklarni?). Jeśli tak, przejdź dalej. Jeśli nie, Czy uważasz, że ma to znaczenie lub postawić na inny sposób – Czy Twoje wyniki będą otwarte dla kogoś, kto mówi, że Twój eksperyment został źle wykonany, ponieważ było coś innego wpływającego na Twój eksperyment, który powinieneś wziąć pod uwagę?
5. wiedząc, że możesz dokładnie zmodyfikować warunek i zmierzyć go, kontrolując Wszystko inne, czy jest coś o sytuacji, o której chciałbyś się dowiedzieć? Co mam na myśli przez to jest, można utworzyć eksperyment, w którym można zmienić wymierny warunek, aby zobaczyć, czy ma jakikolwiek wpływ na inny wymierny warunek eksperymentu (np. czy na wysokość rośliny wpływa temperatura)?
6. dokonaj prognozy na podstawie wcześniejszej wiedzy na temat tego, jak uważasz, że zmiana tego stanu wpłynie na inny stan (np. być może można by pomyśleć, że wysokość roślin wzrasta wraz ze wzrostem temperatury).
7. Uruchom eksperyment, w którym Warunki jednej sytuacji nigdy się nie zmieniają (np. roślina pozostaje w tej samej temperaturze przez 2 tygodnie) i jednocześnie uruchamia inną sytuację, w której jeden z warunków zmienia się w tym samym przedziale czasowym i mierzysz wpływ (np. wysokość rośliny jest mierzona regularnie za każdym razem, gdy zwiększasz temperaturę w jednym eksperymencie, a nie robisz tego w innym eksperymencie).
8. Zapisz wyniki dokładnie za każdym razem, gdy wykonujesz eksperyment. Mam nadzieję, że powtórzysz swoje badania wiele razy, aby pozbyć się wszelkich błędów, które mogłeś popełnić.
9. wyciągnij wniosek na podstawie wyników
10. napisz eksperyment, aby ktoś inny mógł odtworzyć to, co zrobiłeś, korzystając z twoich instrukcji i sprawdzić, czy również dają ten sam wynik.

teraz po wyjaśnieniu tego uczniom i pozwoleniu im przyzwyczaić się do tego pomysłu, możesz zacząć wprowadzać język naukowy. Zmień słowo “warunek ” na” zmienna “na początek i zaznacz, że słowo zmienna pochodzi od słowa” vary”, tzn. zmienić. To praktycznie wskazuje na to, co staramy się robić na wiele sposobów! Tak więc, gdy uczeń zrozumie, że masz zmienne w eksperymencie, nadszedł czas, aby wprowadzić typy zmiennych bez ich mylenia. Osobiście łatwiej było mi zadać następujące pytania:

• co zmienialiśmy za każdym razem w eksperymencie?
• co mierzyliśmy w nadziei, że zobaczymy inny wynik po zmianie eksperymentu?
• jakie inne rzeczy kontrolowaliśmy w naszym eksperymencie?

w powyższym przykładzie uczniowie szybko zidentyfikują, że za każdym razem zmieniałeś temperaturę i że mieliśmy nadzieję zobaczyć zmianę wysokości rośliny, a Wszystko inne pozostaje stałe w szklarni. Teraz nadszedł czas, aby umieścić listę na tablicy powyższych pytań, z wyjątkiem tego, że tym razem dajemy im ich nazwy naukowe:

• zmienna niezależna jest tą, którą zmienialiśmy za każdym razem w eksperymencie.
• zmienna zależna była tą, którą mierzyliśmy w nadziei na zmianę wyniku w odpowiedzi na zmianę zmiennej niezależnej.
• kontrolowane zmienne były innymi zmiennymi, które kontrolowaliśmy podczas eksperymentu.

wystarczy małe powtórzenie i teraz uczniowie zobaczą, skąd pochodzisz. Już prawie! Poproś uczniów, aby dowiedzieli się, czy są zadowoleni z przebiegu eksperymentu. Będą oczywiście powiedzieć tak / nie / może / nie wiem, ale można ponownie zdanie pytając bezpośrednio ” czy eksperyment był sprawiedliwy, czy nie?”. Dzieci mają wrodzone pojęcie o tym, co jest sprawiedliwe, czy nie, wystarczy patrzeć, jak kłócą się na placu zabaw na zmianę! Wszystko, co musisz zrobić, to mieć je ocenić eksperyment i dowiedzieć się, czy sposób, w jaki prowadził eksperyment pozwolił rzetelnie przetestować pytanie podniesione, czyli ‘ czy temperatura wpływa na wzrost roślin?’. W tym można zadać im różne pytania:

• czy dokładnie zmierzyliśmy temperaturę? Czy było coś, co mogło prowadzić do błędu?
• czy dokładnie zmierzyliśmy wysokość rośliny? Czy było coś, co mogło prowadzić do błędu również tutaj?
• czy dokładnie kontrolowaliśmy inne zmienne? Czy było coś, co mogło prowadzić do błędu?
• czy w replikacjach eksperymentu było coś jeszcze, co dało wynik, który można uznać za niesprawiedliwy?

to jest dobry czas, aby omówić, dlaczego uczniowie przeprowadzili eksperyment kilka razy. Dlaczego? Aby uzyskać średni odczyt w eksperymentach w celu zmniejszenia błędu eksperymentalnego. W tym momencie, masz mniej więcej przybity to! Mając uczniów po sekwencji identyfikacji i kontrolowania zmiennych i dokładnego pomiaru wyniku, Wszystkie podczas stawiania pytań, czy eksperyment jest sprawiedliwy, czy nie, przejdziesz długą drogę do ustalenia sposobu myślenia potrzebnego do przeprowadzenia eksperymentu w dowolnej dyscyplinie. Tak naprawdę uczysz projektowania eksperymentalnego, krytycznego procesu myślenia, który nigdy nie powinien być pomijany przed przeprowadzeniem eksperymentu w prawdziwym świecie. Świetny scenariusz, aby pozować uczniom o wartościach dobrego projektu eksperymentalnego jest to: wyobraź sobie, że spędziłeś 3 lata i tysiące dolarów na konkretnym badaniu tylko po to, aby dowiedzieć się na końcu, że Twój eksperyment był wadliwy od samego początku. Byłabyś bardziej niż zdenerwowana!

na koniec musisz wspomnieć, że celem napisania eksperymentu jest, aby ktoś inny mógł powtórzyć sposób, w jaki go uruchomiłeś i sprawdzić, czy uzyskają takie same wyniki. W naukowej przemowie tworzysz fałszywy i powtarzalny eksperyment. Innymi słowy, czy po prostu zmyślasz, czy ktoś może sprawdzić ważność Twoich roszczeń? Przypomina mi to bardzo znany cytat!

” żadna ilość eksperymentów nigdy nie udowodni mi racji; pojedynczy eksperyment może udowodnić, że się mylę.”Albert Einstein

oczywiście nadszedł czas, aby wzmocnić tę koncepcję, tworząc zupełnie nowy eksperyment i prowadząc je przez identyfikację typów zmiennych, uczciwe Testowanie i wreszcie ocenę tego, co zrobili. Jeśli powtórzysz to ćwiczenie wystarczająco dużo razy, procesy myślowe badacza zostaną zakorzenione w Twoich studentach, a cały proces pracy naukowców będzie mniej tajemniczy. Będą wtedy w stanie szybko zidentyfikować zmienne w danym eksperymencie i stanowić testowalne pytanie, które daje prawidłowy wynik, który może być powtórzony przez kogoś innego. Zdecydowanie warto porozmawiać ze studentami o tym, jak mogą zastosować proces naukowy do własnego życia;

• jaki jest najlepszy stosunek składników do użycia w cieście czekoladowym?
• który szampon daje moim włosom największą siłę?
• jaki nawóz do trawników najlepiej stosować?
• który poziom oktanowy zapewnia najlepszą oszczędność paliwa w samochodzie?

w zdecydowanej większości sytuacji, na które patrzysz, często istnieje sposób na naukowe sprawdzenie, co tak naprawdę się dzieje. Zasadniczo, Metoda naukowa mówi: “Jeśli mam sytuację X, Y, Z … co stanie się Z Z, jeśli zmienię X i kontroluję Y … i jak mogę uczciwie przetestować to, aby nagrać prawidłową odpowiedź, która jest powtarzalna i testowalna przez kogoś innego?”

jeśli prześledzisz to wszystko i zaczniesz stosować to w swojej klasie, umysły dzieci mogą rosnąć tylko w wyniku. To właśnie pojawienie się metody naukowej naprawdę przyspieszyło cywilizację do wytworzenia naszego obecnego stylu życia. Zrozumienie sposobu pracy naukowców jest bardzo ważnym zadaniem dla wszystkich nauczycieli, aby zaszczepić naszym uczniom, niezależnie od tego, czy są utalentowani akademicko, czy nie. Niestety nie zrobienie tego grozi stworzeniem pokolenia z brakiem zrozumienia procesów naukowych, które mogą szybko wywołać publiczną nieufność, a nawet wrogość wobec ludzi, którzy ciężko pracują, aby użyć sprawdzalnych dowodów, aby poprawić nasze życie. Poza tym, nie byłoby wspaniale mieć umiejętności, aby dowiedzieć się, dlaczego rzeczy zdarzają się cały czas? Brzmi jak plan!

Happy teaching,

Ben