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Diseño Experimental

Enseñe a los Estudiantes el Diseño de Experimentos

Por Oliver Smith

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Diseño experimental para estudiantes


La ciencia es una mezcla de conocimientos y habilidades históricamente acumulados. Estas habilidades prácticas van desde la resolución de problemas hasta el análisis de datos; son de gran alcance y con frecuencia se pueden aplicar fuera del aula. La enseñanza de estas habilidades es una parte muy importante de la educación científica, pero a menudo se pasa por alto cuando se enfoca en enseñar el contenido. Como educadores en ciencias, todos hemos visto los beneficios que el trabajo práctico tiene para la participación y comprensión de los estudiantes. Sin embargo, con las limitaciones de tiempo establecidas en el plan de estudios, el tiempo necesario para que los estudiantes desarrollen estas habilidades de investigación puede exprimirse. Con demasiada frecuencia les damos a los estudiantes una 'receta' para seguir, lo que no les permite a los estudiantes tomar posesión de su trabajo práctico. Desde una edad muy temprana, los estudiantes comienzan a pensar en el mundo que los rodea. Hacen preguntas y luego usan observaciones y evidencia para responderlas. Los estudiantes tienden a tener preguntas inteligentes, interesantes y comprobables que les encanta hacer. Como educadores, deberíamos trabajar para alentar estas preguntas y, a su vez, fomentar esta curiosidad natural en el mundo que los rodea.

Enseñar el diseño de experimentos y dejar que los estudiantes desarrollen sus propias preguntas e hipótesis lleva tiempo. Estos materiales han sido creados para estructurar y estructurar el proceso para permitir que los maestros se concentren en mejorar las ideas clave en el diseño experimental. Permitir que los estudiantes hagan sus propias preguntas, escriban sus propias hipótesis y planifiquen y lleven a cabo sus propias investigaciones es una experiencia valiosa para ellos. Esto llevará a que los estudiantes tengan más propiedad de su trabajo. Cuando los estudiantes llevan a cabo el método experimental para sus propias preguntas, reflexionan sobre cómo los científicos han llegado a comprender históricamente cómo funciona el universo.



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¡Eche un vistazo a las páginas para imprimir y las plantillas de hojas de trabajo a continuación!

Pasos de diseño experimental

1 pregunta

Esta es una parte clave del método científico y del proceso de diseño experimental. Los estudiantes disfrutan haciendo preguntas. La formulación de preguntas es una actividad profunda y significativa que puede dar a los estudiantes la propiedad sobre su trabajo. Una excelente manera de hacer que los estudiantes piensen en visualizar sus preguntas es usar un storyboard de mapa mental.




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Pida a los alumnos que piensen en cualquier pregunta que quieran responder sobre el universo o pídales que piensen en las preguntas que tengan sobre un tema en particular. Todas las preguntas son buenas, pero algunas son más fáciles de evaluar que otras.


2. Hipótesis

Una hipótesis se conoce como una suposición educada. Una hipótesis debe ser una declaración que pueda ser probada científicamente. Al final del experimento, mire hacia atrás para ver si la conclusión respalda la hipótesis o no. Formar buenas hipótesis puede ser un desafío para los estudiantes. Es importante recordar que la hipótesis no es una pregunta, es una afirmación comprobable .

Una forma de formar una hipótesis es formarla como una declaración "si ... entonces ...". Ciertamente, esta no es la única o la mejor manera de formular una hipótesis, pero puede ser una fórmula muy fácil de usar para los estudiantes cuando comienzan. Una declaración "si ... entonces ..." requiere que los estudiantes identifiquen primero las variables, y eso puede cambiar el orden en el que completan las etapas del organizador visual.

Después de identificar las variables, la hipótesis toma la forma si [cambio en variable independiente], luego [cambio en variable dependiente]. Por ejemplo, si un experimento buscara el efecto de la cafeína en el tiempo de reacción, la variable independiente sería la cantidad de cafeína y la variable dependiente sería el tiempo de reacción. La hipótesis "si, entonces" podría ser: si aumenta la cantidad de cafeína tomada, entonces el tiempo de reacción disminuirá.


3. Explicación de la hipótesis

¿Qué te llevó a esta hipótesis? ¿Cuál es el trasfondo científico detrás de su hipótesis? Dependiendo de la edad y la capacidad, los estudiantes usan sus conocimientos previos para explicar por qué han elegido sus hipótesis o, alternativamente, investigar utilizando libros o Internet. Este también podría ser un buen momento para discutir con los estudiantes cuál es una fuente confiable.


4. Predicción

La predicción es ligeramente diferente a la hipótesis. Una hipótesis es una declaración comprobable, mientras que la predicción es más específica para el experimento. En el descubrimiento de la estructura del ADN, la hipótesis propone que el ADN tiene una estructura helicoidal. La predicción era que el patrón de difracción de rayos X del ADN sería una forma de X.


5. Identificación de variables

A continuación se muestra un ejemplo de un Storyboard de discusión que se puede utilizar para que sus alumnos hablen sobre las variables en el diseño experimental.



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Los tres tipos de variables que necesitará discutir con sus alumnos son variables dependientes, independientes y controladas . Para mantener esto simple, refiérase a estos como "lo que va a medir", "lo que va a cambiar" y "lo que va a mantener igual". Con estudiantes más avanzados, debe alentarlos a usar el vocabulario correcto.

Las variables dependientes son lo que mide u observa el científico. Estas mediciones a menudo se repetirán porque las mediciones repetidas hacen que sus datos sean más confiables.

La variable independiente es una variable que los científicos deciden cambiar para ver qué efecto tiene sobre la variable dependiente. Solo se elige uno porque sería difícil determinar qué variable está causando cualquier cambio que observe.

Las variables controladas son cantidades o factores que los científicos quieren que permanezcan iguales durante todo el experimento. Se controlan para permanecer constantes, a fin de no afectar la variable dependiente. El control de estos permite a los científicos ver cómo la variable independiente afecta a la variable dependiente.

Use este ejemplo a continuación en sus lecciones, o elimine las respuestas y configúrelo como una actividad para que los estudiantes completen en Storyboard That.

Cómo la temperatura afecta la cantidad de azúcar que se puede disolver en agua
Variable independiente Temperatura de agua
(Rango 5 muestras diferentes a 10 ° C, 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C y 50 ° C)
Variable dependiente La cantidad de azúcar que se puede disolver en el agua, medida en cucharaditas.
Variables controladas
  • Volumen de agua (500 ml - medido con un cilindro graduado)
  • Tipo de agua (obtenga el agua del mismo grifo)
  • Si el agua se agita o no
  • Tipo de azucar
  • Tamaño de grano del azúcar



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6. Evaluación de riesgos

En última instancia, esto debe ser aprobado por un adulto responsable, pero es importante hacer que los estudiantes piensen en cómo se mantendrán a salvo. En esta parte, los estudiantes deben identificar los riesgos potenciales y luego explicar cómo van a minimizar el riesgo. Una actividad para ayudar a los estudiantes a desarrollar estas habilidades es lograr que identifiquen y gestionen los riesgos en diferentes situaciones. Usando el guión gráfico a continuación, haga que los estudiantes completen la segunda columna del T-chart diciendo: "¿Qué es el riesgo?", Y luego explicando cómo podrían manejar ese riesgo. Este guión gráfico también podría proyectarse para una discusión en clase.



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7. Materiales

En esta sección, los estudiantes enumerarán los materiales que necesitan para los experimentos, incluido cualquier equipo de seguridad que hayan destacado como necesario en la sección de evaluación de riesgos. Este es un buen momento para hablar con los estudiantes sobre la elección de herramientas adecuadas para el trabajo. ¡Usarás una herramienta diferente para medir el ancho de un cabello que para medir el ancho de un campo de fútbol!


8. Plan general y diagrama

Es importante hablar con los estudiantes sobre la reproducibilidad. Deben escribir un procedimiento que permita que su método experimental sea reproducido fácilmente por otro científico. La manera más fácil y concisa para que los estudiantes hagan esto es haciendo una lista numerada de instrucciones. Una actividad útil aquí podría ser hacer que los estudiantes expliquen cómo preparar una taza de té o un sándwich. Representar el proceso, señalando los pasos que se han perdido.

Para los estudiantes del idioma inglés y los estudiantes que luchan con el inglés escrito, los estudiantes pueden describir los pasos en su experimento visualmente usando Storyboard That.

No todos los experimentos necesitarán un diagrama, pero algunos planes mejorarán enormemente al incluir uno. Haga que los estudiantes se concentren en producir diagramas claros y fáciles de entender.


9. Realizar experimento

Luego, los estudiantes siguen su plan y llevan a cabo el experimento. Es importante que los estudiantes recopilen sus resultados de una manera significativa y fácil de entender. Los datos a menudo se registran en una tabla, pero también se pueden hacer con fotografías, dibujos de observaciones o una combinación. Puede ser útil que los estudiantes escriban cualquier dificultad y problema que hayan tenido al realizar el experimento. Esto podría ayudar más tarde con la evaluación de su método experimental.

Es importante mencionar que cualquier experimento que los estudiantes diseñen debe ser evaluado a fondo por el adulto responsable antes de permitir que los estudiantes realicen su trabajo práctico.


Después de completar el procedimiento del experimento, los estudiantes analizan los datos, sacan conclusiones y luego comparten sus resultados. Dependiendo del nivel del estudiante, este podría ser un informe formal de laboratorio, gráficos, discusión en clase u otro método.


Ejemplos completos




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Recursos y ejemplos de diseño experimental

El uso de organizadores visuales es una forma efectiva de hacer que sus estudiantes trabajen como científicos en el aula.

Hay muchas maneras de usar estas herramientas de planificación de investigación para andamiaje y estructurar el trabajo de los estudiantes mientras trabajan como científicos. Los estudiantes pueden completar la etapa de planificación en Storyboard That usando los cuadros de texto y diagramas, o puede imprimirlos y hacer que los estudiantes los completen a mano. Otra excelente manera de usarlos es proyectar la hoja de planificación en una pizarra interactiva y trabajar en cómo completar los materiales de planificación en grupo. Proyecte en una pantalla y haga que los estudiantes escriban sus respuestas en notas adhesivas y que pongan sus ideas en la sección correcta del documento de planificación.

¡Los alumnos muy jóvenes aún pueden comenzar a pensar como científicos! Tienen muchas preguntas sobre el mundo que los rodea y puede comenzar a tomar nota de ellas en un mapa mental. A veces incluso puedes comenzar a 'investigar' estas preguntas a través del juego.

El recurso básico está destinado a estudiantes de primaria o estudiantes que necesitan más apoyo. Está diseñado para seguir exactamente el mismo proceso que los recursos más altos, pero es un poco más fácil. La diferencia clave entre los dos recursos son los detalles sobre los que los estudiantes deben pensar y el vocabulario técnico utilizado. Por ejemplo, es importante que los estudiantes identifiquen variables cuando diseñan sus investigaciones. En la versión superior, los estudiantes no solo tienen que identificar las variables, sino también hacer otros comentarios, como cómo van a medir la variable dependiente. Además de la diferencia en el andamiaje entre los dos niveles de recursos, es posible que desee diferenciar aún más la forma en que los alumnos reciben el apoyo de maestros y asistentes en la sala.

También se podría alentar a los estudiantes a hacer que su plan experimental sea más fácil de entender mediante el uso de gráficos, y esto también podría usarse para apoyar a los estudiantes ELL.




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Evaluación

Los estudiantes deben ser evaluados en sus habilidades de investigación científica junto con la evaluación de sus conocimientos. Eso no solo permitirá que los estudiantes se concentren en desarrollar sus habilidades, sino que también les permitirá usar su información de evaluación de una manera que los ayude a mejorar sus habilidades científicas. Con Quick Rubric , puede crear un marco de evaluación rápido y fácil y compartirlo con los estudiantes para que sepan cómo tener éxito en cada etapa. Además de proporcionar una evaluación formativa que impulsará el aprendizaje, esto también se puede utilizar para evaluar el trabajo de los estudiantes al final de una investigación y establecer objetivos para la próxima vez que intenten planificar su propia investigación. Las rúbricas se han escrito de manera que los estudiantes puedan acceder a ellas fácilmente. De esta manera, se pueden compartir con los estudiantes mientras trabajan en el proceso de planificación para que los estudiantes sepan cómo es un buen diseño experimental.




Recursos imprimibles

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Hojas de trabajo adicionales

Si desea agregar proyectos adicionales o continuar personalizando hojas de trabajo, eche un vistazo a varias páginas de plantillas que hemos compilado para usted a continuación. ¡Cada hoja de trabajo se puede copiar y adaptar a sus proyectos o estudiantes! También se puede animar a los estudiantes a crear los suyos si quieren intentar organizar la información de una manera fácil de entender.



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