在小學(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)
——以蘇教版四年級(jí)《擺》為例

文 梁東紅

在小學(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)
——以蘇教版四年級(jí)《擺》為例

文 梁東紅

【案例一】

某教師在上《擺》一課時(shí)，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，進(jìn)行“擺線(xiàn)長(zhǎng)短與擺的快慢”的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在其他條件不變的情況下改變擺線(xiàn)長(zhǎng)短，測(cè)試擺的快慢，擺線(xiàn)長(zhǎng)短分別是10 cm，20 cm，30 cm。其中有一個(gè)小組在完成前面兩次實(shí)驗(yàn)后，由于時(shí)間關(guān)系，并沒(méi)有實(shí)際測(cè)量而是根據(jù)猜測(cè)把最后一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記了上去，并得出結(jié)論：擺的快慢與擺繩長(zhǎng)度有關(guān)，長(zhǎng)則慢，短則快。

【案例二】

同是上《擺》一課的教學(xué)中，某教師在課堂上組織學(xué)生進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，要求只改變擺線(xiàn)長(zhǎng)短，計(jì)算出10 s擺擺動(dòng)的次數(shù)，教師在引導(dǎo)學(xué)生匯報(bào)、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)有一組數(shù)據(jù)與其他組是完全相反的，但是教師卻有意忽視這組數(shù)據(jù)，順利得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

從以上案例及平時(shí)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們不難發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生由于教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄單不合適、小組實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；有的教師為了達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，有意無(wú)意忽略一些“異常數(shù)據(jù)”，甚至刻意掩蓋；有的學(xué)生缺少處理異常數(shù)據(jù)的能力……這些將直接影響學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的整理與分析及運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋預(yù)測(cè)的實(shí)效性。

“新課程標(biāo)準(zhǔn)”指出：科學(xué)探究要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。在我們對(duì)事物及現(xiàn)象進(jìn)行定性或定量分析時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)使我們思路更清晰，結(jié)果更精確。通過(guò)收集、整理、分析數(shù)據(jù)并運(yùn)用數(shù)據(jù)來(lái)解釋相關(guān)的問(wèn)題、現(xiàn)象，這將培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，提高科學(xué)探究效率。現(xiàn)具體結(jié)合《擺》的課例分析，談?wù)勑W(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生數(shù)據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)。

一、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的前期準(zhǔn)備工作

對(duì)比實(shí)驗(yàn)中學(xué)生需要收集更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)要求高，實(shí)驗(yàn)前，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)平等寬松的課堂氛圍，了解每一組收集數(shù)據(jù)的情況，特別是數(shù)據(jù)有異常的小組。除此之外，教師更要關(guān)注提供給學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的“有結(jié)構(gòu)材料”?！坝薪Y(jié)構(gòu)材料”是指根據(jù)一堂課的教學(xué)目標(biāo)，精心選擇、設(shè)計(jì)為學(xué)生探究活動(dòng)所提供教學(xué)材料的有機(jī)組合。例如《擺》一課中，要研究“擺長(zhǎng)、擺重、擺角”對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，一節(jié)課的時(shí)間學(xué)生不可能全部做完這些對(duì)比實(shí)驗(yàn)，只能有目的選擇材料完成其中一組條件對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，然后聽(tīng)取其他組的匯報(bào)，使得該課的對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究有一定局限性。因此，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改良，在原有方座支架上固定一根鐵棍，在鐵棍一端安裝好刻度盤(pán)，在合適位置鉆孔，穿線(xiàn)固定，在線(xiàn)上綁上磁石，制成便于且有效調(diào)節(jié)重量的擺重，這樣方便操作的“擺的研究實(shí)驗(yàn)器材”輕松地把“擺繩、擺重、擺角”三要素都考慮在內(nèi)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中條件控制更精確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將更準(zhǔn)確、有效。

在準(zhǔn)備有結(jié)構(gòu)材料過(guò)程中，教師要熟悉教材,只有吃透教材，才能更好地優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)。例如《擺》一課中，教師理清了教材中橫向和縱向聯(lián)系，選擇出具有結(jié)構(gòu)性的材料。教師還可以對(duì)每個(gè)單元的材料清單進(jìn)行刪減，剔除一些不便操作的材料，增加一些容易準(zhǔn)備且有典型性的材料。例如本課中我們利用增減磁石控制擺重，便于操作(如圖1所示)。

圖1

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取要真實(shí)有效

正確規(guī)范的操作，實(shí)驗(yàn)中細(xì)節(jié)的考量，將保證對(duì)比實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)收集的真實(shí)有效，在課堂上教師還要注意培養(yǎng)學(xué)生及時(shí)記錄數(shù)據(jù)的習(xí)慣，使學(xué)生逐漸學(xué)會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如，可以引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)記錄單記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等，把每次測(cè)得的數(shù)據(jù)填在相應(yīng)的表格或圖表中，使原本無(wú)序、雜亂的數(shù)據(jù)變得有序。由于對(duì)比實(shí)驗(yàn)只改變某個(gè)特定條件，從收集到的數(shù)據(jù)中找出某種事物或某個(gè)量在這個(gè)特定條件發(fā)生改變時(shí)的變化規(guī)律，因此優(yōu)化實(shí)驗(yàn)記錄單顯得尤為重要，它將便于學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，更養(yǎng)成學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的科學(xué)態(tài)度。如《擺》一課中，書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)記錄單如下：

這張記錄單要求學(xué)生詳細(xì)記錄對(duì)比實(shí)驗(yàn)中要改變的條件、不變的條件及各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等內(nèi)容，但是對(duì)于剛接觸對(duì)比實(shí)驗(yàn)的四年級(jí)學(xué)生而言，這樣的表格要求填寫(xiě)的內(nèi)容太多，不夠簡(jiǎn)潔，不易于學(xué)生的書(shū)寫(xiě)及數(shù)據(jù)的記錄?；趯W(xué)情分析，教師對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)記錄單進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)了更符合孩子探究水平、便于整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄單(見(jiàn)表1～3)。

表1 擺的快慢與擺角的大小的關(guān)系(15s內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的記錄)

表2 擺的快慢與擺重的重量的關(guān)系(15s內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的記錄)

表3 擺的快慢與擺繩的長(zhǎng)度的關(guān)系(15s內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)的記錄)

在引導(dǎo)學(xué)生充分討論并明確本課對(duì)比實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，3份實(shí)驗(yàn)記錄單清楚展現(xiàn)了學(xué)生進(jìn)行3個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，較之原來(lái)的實(shí)驗(yàn)記錄單更方便學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這3份研究擺擺動(dòng)快慢實(shí)驗(yàn)記錄表先是研究擺重、擺長(zhǎng)相同，擺角不同時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)擺擺動(dòng)次數(shù)是否相同；然后研究當(dāng)擺長(zhǎng)、擺角相同，擺重不同時(shí)，在相同的時(shí)間內(nèi)擺擺動(dòng)次數(shù)是否相同；最后只改變擺線(xiàn)長(zhǎng)短，研究擺擺動(dòng)快慢是否相同。從整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)看，實(shí)驗(yàn)安排的順序也有難易之分。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)記錄單時(shí)可以考慮對(duì)比實(shí)驗(yàn)中各個(gè)需要改變條件的變化順序，有利于學(xué)生展開(kāi)由易到難、由表及里的思維活動(dòng)，也更便于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)的收集整理。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析要客觀有效

1.用直觀化的形式處理數(shù)據(jù)

對(duì)比實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行整理、分析，才能發(fā)現(xiàn)其中的聯(lián)系及規(guī)律。《擺》一課以往是用表格收集各組數(shù)據(jù)，學(xué)生借助數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)單一變化規(guī)律，但沒(méi)有對(duì)別組的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較觀察，缺乏大數(shù)據(jù)的意識(shí)。某位教師執(zhí)教時(shí)借助展板展示各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如圖2所示)，通過(guò)“觀察這些數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？”的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注其他組數(shù)據(jù)，學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ群芸彀l(fā)現(xiàn)擺擺動(dòng)的快慢與擺重?zé)o關(guān)，教師再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理：“當(dāng)擺重相同時(shí)，觀察這些數(shù)據(jù)，你又有什么收獲呢？”學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，發(fā)現(xiàn)了影響擺擺動(dòng)快慢的因素。

圖2

2.用質(zhì)疑的態(tài)度處理“可疑”數(shù)據(jù)

探究改變擺長(zhǎng)影響擺擺快慢實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行改變擺重重量對(duì)擺快慢影響的實(shí)驗(yàn)操作，得到以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表4)。

表4 擺動(dòng)的時(shí)間記錄(單位：s)

表4(續(xù))

教師讓學(xué)生觀察哪些數(shù)據(jù)可以作為進(jìn)一步分析時(shí)使用，哪些數(shù)據(jù)“可疑”。為了便于發(fā)現(xiàn)，教師讓學(xué)生算出兩列數(shù)據(jù)的差。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)第七組數(shù)據(jù)有問(wèn)題，因?yàn)槠渌M的兩組數(shù)據(jù)差別在0.3 s之內(nèi)，而第七組相差1.14 s，第七小組把測(cè)量的3次數(shù)據(jù)拿出來(lái)，發(fā)現(xiàn)掛一個(gè)鉤碼3次測(cè)量時(shí)間分別是11.22 s，13.54 s，12.95 s，在同一條件下測(cè)量的數(shù)據(jù)差別較大，所以一致認(rèn)為第七組數(shù)據(jù)不可信，要剔除。學(xué)生對(duì)第八組數(shù)據(jù)也產(chǎn)生了疑問(wèn)，因?yàn)槠溆嗥呓M數(shù)據(jù)都是在11秒和12秒之間，但第八組數(shù)據(jù)是13 s和14 s之間。通過(guò)第八組和其他組實(shí)驗(yàn)裝置的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)第八組的擺長(zhǎng)比其他組的擺長(zhǎng)長(zhǎng)，所以擺動(dòng)時(shí)間也比其他組要多一些，這組數(shù)據(jù)是可以考慮的。

當(dāng)“可疑數(shù)據(jù)”出現(xiàn)時(shí)，能正確對(duì)待的教師比較少，往往教師更關(guān)注“正常”數(shù)據(jù)，從“正?！睌?shù)據(jù)中總結(jié)出本課結(jié)論，但如果數(shù)據(jù)本身有問(wèn)題，那依靠數(shù)據(jù)得出的結(jié)論也不正確。因此當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤或偏差時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑數(shù)據(jù)，排除可疑數(shù)據(jù)，指導(dǎo)和糾正錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)方法，甚至鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性，找到影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素。

四、結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)是小學(xué)科學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最重要的實(shí)證之一，是對(duì)比實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論、做出解釋最重要的依據(jù)。在對(duì)比實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生正確收集、整理數(shù)據(jù)，充分利用數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)，從而推進(jìn)學(xué)生的科學(xué)探究活動(dòng)，以建立正確的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

作者信息

梁東紅，本科，一級(jí)教師。福州市倉(cāng)山區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，350007