Variables y pruebas justas; enseñando el corazón de los experimentos de ciencia

Enseñar pruebas variables a estudiantes

Aunque este no es el artículo de ciencia más “divertido” para cubrir, cubre uno de los aspectos más importantes de la enseñanza de ciencias que debe abordarse si va a asegurarse de que su clase entiende exactamente cómo funciona el método científico en realidad. Ya sea que esté enseñando ciencias a niños de primaria, secundaria, preescolar o de pregrado, su capacidad para transmitir la importancia y la habilidad de evaluar las variables de manera justa es fundamental para que los estudiantes den sus primeros pasos en el mundo científico. Hemos estado enseñando el método científico en incursiones científicas durante varios años en las escuelas, y durante estas visitas a menudo hemos encontrado que la gente solicita una visión general simple de cómo los maestros pueden enseñar metodología científica en sus propias aulas, independientemente de cuál sea el escenario en realidad.

En un lenguaje sencillo, la mayor parte del método científico simplemente se reduce a la capacidad de los investigadores para identificar una pregunta que desean hacer, donde pueden usar controles para modificar solo un aspecto de una situación dada para que se puedan tomar mediciones y se pueda extraer una conclusión válida. Por lo general, esto implica un proceso paso a paso, de nuevo en un lenguaje sencillo:

1. Identifique cuáles son las cosas que están sucediendo en una situación dada (temperatura, humedad, niveles de luz, altura de la planta, etc.). Vamos a llamar a estas condiciones de ahora en adelante.
2. Determine si alguna de las condiciones anteriores se puede cambiar en absoluto. A partir de ahora, llamaremos cambiar ‘variar’.
3. Si una de las condiciones se puede variar, puede medir con precisión esta condición (por ejemplo. temperatura)?
4. Determinar si el resto de las condiciones se pueden controlar (por ejemplo. poner todo en un invernadero?). Si es así, continúe. Si no, ¿cree que importa o para ponerlo de otra manera? ¿Sus resultados estarían abiertos a que alguien dijera que su experimento se hizo mal, ya que había algo más que afectaba a su experimento que debería haber tenido en cuenta?
5. Sabiendo que puede modificar con precisión una condición y medirla mientras controla todo lo demás, ¿hay algo sobre la situación que le gustaría averiguar? Lo que quiero decir con esto es, se puede crear un experimento en el que se puede cambiar una condición medible para ver si tiene algún efecto en otra condición medible del experimento (por ejemplo. la altura de la planta se ve afectada por la temperatura)?
6. Haga una predicción basada en su conocimiento previo sobre cómo cree que la variación de esta condición afectará a la otra condición(p. ej. tal vez usted podría pensar que la altura de la planta aumenta a medida que aumenta la temperatura).
7. Ejecute el experimento, en el que las condiciones de una situación nunca cambian en absoluto (p. ej. la planta permanece a la misma temperatura durante 2 semanas) y, al mismo tiempo, ejecute otra situación en la que una de las condiciones cambie en el mismo período de tiempo dado y mida los efectos (por ejemplo, la altura de la planta se mide de manera regular cada vez que aumenta la temperatura en un experimento y no lo hace en otro experimento).
8. Registre los resultados con precisión cada vez que realice el experimento. Con suerte, replicarás tu estudio muchas veces para deshacerte de cualquier error que hayas cometido.
9. Saca una conclusión basada en tus resultados
10. Escribe el experimento para que otra persona pueda reproducir lo que hiciste usando tus instrucciones y ver si también produce el mismo resultado.

Ahora, después de explicar lo anterior a sus estudiantes y dejar que se acostumbren a la idea, puede comenzar a introducir el lenguaje científico. Cambie la palabra “condición” a “variable” para empezar y resalte que la palabra variable proviene de la palabra “variar”, es decir, cambiar. ¡Esto indica lo que estamos tratando de hacer de muchas maneras! Por lo tanto, una vez que el estudiante se da cuenta de que tiene variables en un experimento, es hora de introducir los tipos de variables sin confundirlas. Personalmente, me ha resultado más fácil preguntar lo siguiente:

• ¿qué variamos cada vez en el experimento?
• ¿qué medimos con la esperanza de ver un resultado diferente después de variar el experimento?
• ¿qué otras cosas controlamos en nuestro experimento?

En el ejemplo anterior, los estudiantes identificarán rápidamente que usted estaba cambiando la temperatura cada vez y que esperábamos ver un cambio en la altura de la planta, con todo lo demás permaneciendo constante en el invernadero. Ahora es el momento de poner una lista en el tablero de las preguntas anteriores, excepto que esta vez les damos sus nombres científicos:

• La variable independiente es la que variamos cada vez en el experimento.
• La variable dependiente fue la que medimos con la esperanza de ver un cambio de resultado en respuesta al cambio de la variable independiente.
• Las variables controladas fueron las otras variables que controlamos durante el experimento.

Solo una ligera repetición y ahora los estudiantes pueden ver de dónde vienes. ¡Ya casi estás! Pida a los estudiantes que averigüen si están contentos con el resultado del experimento. Por supuesto, dirán sí / no / tal vez / no estoy seguro, pero puedes cambiar la frase preguntando directamente “¿Fue justo o no el experimento?”. Los niños tienen una idea inherente de lo que es justo o no, ¡solo tienes que verlos discutir en el patio de recreo tomando turnos! Todo lo que tiene que hacer es que evalúen el experimento y averigüen si la forma en que lo ejecutó le permitió probar de manera justa la pregunta que planteó, es decir, ” ¿Afecta la temperatura el crecimiento de las plantas?’. En esto puede hacerles una variedad de preguntas:

• ¿Medimos con precisión la temperatura? ¿Había algo que pudiera llevar a un error aquí?
• ¿Medimos con precisión la altura de la planta? ¿Había algo que pudiera llevar a un error aquí también?
• ¿Controlamos con precisión las otras variables? ¿Había algo que pudiera llevar a un error aquí?
• ¿Había algo más en las réplicas del experimento que diera un resultado que pudiera considerarse injusto?

Este es un buen momento para discutir por qué hizo que los estudiantes ejecutaran el experimento varias veces. ¿Por qué? Obtener una lectura promedio de los experimentos para reducir los errores experimentales. En este punto, ¡lo has clavado más o menos! Al hacer que los estudiantes sigan la secuencia de identificar y controlar las variables y medir con precisión el resultado, todo mientras plantean preguntas sobre si el experimento es justo o no, recorrerá un largo camino para establecer la mentalidad necesaria para ejecutar cualquier experimento en cualquier disciplina. Lo que en realidad estás enseñando es diseño experimental, un proceso de pensamiento crítico que nunca debe omitirse antes de ejecutar un experimento en el mundo real. Un gran escenario para plantear a los estudiantes sobre los valores de un buen diseño experimental es este: imagínese si gastara 3 años y miles de dólares en un estudio en particular solo para descubrir al final que su experimento fue defectuoso desde el principio. ¡Estarías más que molesto!

Finalmente, debes mencionar que el objetivo de escribir el experimento es que alguien más pueda repetir la forma en que lo ejecutaste y verificar si obtienen los mismos resultados. En términos científicos, estás creando un experimento falsificable y repetible. En otras palabras, ¿estás inventando cosas o alguien puede probar la validez de tus afirmaciones? ¡Esto me recuerda a una cita muy famosa!

” Ninguna cantidad de experimentación puede probar que tengo razón; un solo experimento puede probar que estoy equivocado.”Albert Einstein

Por supuesto, ahora es el momento de reforzar el concepto planteando un experimento completamente nuevo y guiándolos a través de la identificación de los tipos de variables, las pruebas justas y finalmente la evaluación de lo que hicieron. Si repite este ejercicio suficientes veces, los procesos de pensamiento de un investigador se arraigarán en sus estudiantes y todo el proceso de cómo trabajan los científicos será menos misterioso. A continuación, podrán identificar variables rápidamente en cualquier experimento dado y plantear una pregunta comprobable que produzca un resultado válido que pueda ser repetido por otra persona. Definitivamente vale la pena conversar con los estudiantes sobre cómo podrían aplicar el proceso científico a sus propias vidas;

• ¿Cuál es la mejor proporción de ingredientes para usar en un pastel de chocolate?
• ¿Qué champú le da más fuerza a mi cabello?
• ¿Qué fertilizante para césped es el mejor para usar?
• ¿Qué nivel de octanaje produce la mejor economía de combustible en un automóvil?

Para la gran mayoría de situaciones que está viendo, a menudo hay una forma de verificar científicamente lo que realmente está sucediendo. Esencialmente, el método científico está diciendo ‘ si tengo una situación de X, Y, Z what ¿qué le pasaría a Z si varío X y controlo Y?y cómo puedo probar esto de manera justa para registrar una respuesta válida que sea reproducible y comprobable por otra persona?’

Si sigue todo esto y comienza a aplicarlo en su aula, la mente de los niños solo puede crecer como resultado. Fue el mismo advenimiento del método científico lo que realmente aceleró la civilización para producir nuestra forma de vida actual. Comprender cómo trabajan los científicos es una tarea muy importante que todos los maestros deben inculcar a nuestros estudiantes, independientemente de que tengan o no talento académico. Desafortunadamente, no hacerlo corre el riesgo de crear una generación con una falta de comprensión de los procesos científicos que puede provocar rápidamente desconfianza pública e incluso animosidad contra las mismas personas que trabajan arduamente para usar evidencia verificable para mejorar nuestras vidas. Además, ¿no sería genial tener las habilidades para averiguar por qué suceden las cosas todo el tiempo? Suena como un plan para mí!

Enseñanza feliz,

Ben