例談科學(xué)實驗數(shù)據(jù)的優(yōu)化策略

周偉軍

【摘 要】在科學(xué)探究活動中，獲得實驗數(shù)據(jù)并分析歸納出結(jié)論是非常重要的環(huán)節(jié)，而學(xué)生在獲取數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過程中會出現(xiàn)各種問題，教師要直面這些問題，并通過課前排摸特殊數(shù)據(jù)，做到有的放矢；關(guān)注缺失數(shù)據(jù)，啟迪學(xué)生多次驗證，獲得新知；扼制虛假數(shù)據(jù)，還原科學(xué)的本真；巧用另類數(shù)據(jù)，收獲意外的驚喜；理清大量數(shù)據(jù)，化繁為簡出真知。最終修正并解決問題。

【關(guān)鍵詞】實驗數(shù)據(jù) 優(yōu)化 策略

科學(xué)探究要培養(yǎng)學(xué)生的實證意識。數(shù)據(jù)作為探究實驗中常見的記錄手段，對事物、現(xiàn)象進行定性、定量分析時，它能使我們的條理更清楚，結(jié)果更精確，有著其他方法不能替代的作用。作為一線的科學(xué)教師，應(yīng)重視對學(xué)生數(shù)據(jù)意識的培養(yǎng)，關(guān)注學(xué)生實驗數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的問題，并能合理地引導(dǎo)、利用，使簡單枯燥的數(shù)字轉(zhuǎn)化為優(yōu)美動聽的音符，譜寫一首和諧的樂章。

一、排摸“特殊數(shù)據(jù)”

課前，教師一定要認真研讀教材、 了解學(xué)生、熟悉實驗器材， 做好下水實驗。預(yù)設(shè)學(xué)生在實驗中可能會出現(xiàn)哪些“特殊數(shù)據(jù)”， 并對造成這些“特殊數(shù)據(jù)”的原因進行初步分析，并據(jù)此規(guī)劃和設(shè)計教學(xué)過程。如2014年度省小學(xué)科學(xué)理事會活動中，筆者執(zhí)教了五年級下《擺的研究》一課。為了準(zhǔn)備實驗材料，筆者進行了多次“下水實驗”。第一輪是用“添加鉤碼”的方法探究“擺錘的重量與擺的快慢是否有關(guān)”。試了幾次，并將15秒內(nèi)擺動的次數(shù)統(tǒng)計如表一。

觀察這些數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)與科學(xué)理論完全不符，分析其原因是掛鉤碼存在著問題：一個接在另一個下面，掛成一長條，不是掛成一橫排，掛法不同導(dǎo)致了實際擺長發(fā)生了變化，當(dāng)然擺動次數(shù)就變化了。于是筆者再次實驗，把鉤碼掛成一排，得到的數(shù)據(jù)如表二。

第二輪的實驗結(jié)果較前次在準(zhǔn)確度上有很大提升。但不難發(fā)現(xiàn)，3倍重量的數(shù)據(jù)仍有誤差。在多次實驗后筆者發(fā)現(xiàn)，鉤碼掛在一起時，擺錘的體積變大，外形更加不規(guī)則，擺動時有些晃動，從而影響了擺的重力加速度。為了既不改變擺的長度，又不改變擺錘的大小，筆者改進了實驗材料，把鉤碼換成了兩個大小一樣但輕重不一樣的實心球。第三輪實驗，結(jié)果令人滿意。從整個下水實驗可以得出，要減少“特殊數(shù)據(jù)”的產(chǎn)生，教師要選擇合適的實驗儀器。

所謂工欲善其事，必先利其器。教師在“下水實驗”中排摸了“特殊數(shù)據(jù)”，找到了影響因素，并有效地進行了改進：從改變掛鉤碼的方式到改進實驗材料。合適的實驗材料為學(xué)生開展真正的科學(xué)探究提供了保障。

二、關(guān)注“缺失數(shù)據(jù)”

實驗數(shù)據(jù)是科學(xué)探究過程的見證，更是得出科學(xué)結(jié)論的依據(jù)。沒有了這些數(shù)據(jù)，或者說缺少了部分數(shù)據(jù)，會直接影響實驗的效果。然而，在科學(xué)探究活動中，學(xué)生得到的數(shù)據(jù)并不是“十全十美”的，存在著缺失現(xiàn)象，或遺漏，或不全，對此教師應(yīng)適時引導(dǎo)，關(guān)注這些數(shù)據(jù)，增強學(xué)生對數(shù)據(jù)的敏感性，使學(xué)生從被動記錄到主動分析數(shù)據(jù)，能自覺運用數(shù)據(jù)來解決問題，提高探究效率。

如教科版三下《磁鐵有磁性》一課，筆者讓學(xué)生通過實驗完成磁鐵能吸引哪些物體的實驗記錄：能被磁鐵吸引的物體請打“ √”，不能被磁鐵吸引的物體請打“ ×”。筆者巡視到其中一個小組時，發(fā)現(xiàn)了如下的實驗記錄：

筆者發(fā)現(xiàn)這個組有兩項沒有填，覺得很疑惑：“你們還沒有完成嗎？他們組都好了?！苯M長迫不及待地回答說：“老師，不是的。我們猜測紙片和泡沫是不會被磁鐵吸引的，但實驗了幾次后發(fā)現(xiàn)有些碎紙片和小塊的泡沫也會被吸引。所以我們不知道怎么填，就空在這里了。”此時，筆者引發(fā)學(xué)生思考：“為什么磁鐵只吸引這些碎紙片、小泡沫呢？”此時，教師邀請他們上講臺再次進行實驗驗證，通過實驗他們發(fā)現(xiàn)：“小紙片、泡沫原來不是真正被磁鐵吸住，是由于天氣干燥、磁鐵發(fā)熱等客觀原因造成靜電現(xiàn)象吸附在磁鐵上面，是一種假象?！睂W(xué)生恍然大悟，教師順勢讓學(xué)生遷移到以前學(xué)過的靜電現(xiàn)象。

對于此表格數(shù)據(jù)缺失的原因，主要還是學(xué)生對生活的觀察和體驗較少，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過其他渠道去觀察和體驗，因為只有通過比較直觀的視覺體驗印象才深刻。這就要求教師要能準(zhǔn)確把握學(xué)生的原有認知，不武斷地作出不合理的判斷，以免抹殺學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在充分了解情況的前提下，啟迪學(xué)生解決問題，發(fā)現(xiàn)真知。

三、扼制“虛假數(shù)據(jù)”

蹲下身來，深入學(xué)生，參與學(xué)生的探究過程，了解真實的數(shù)據(jù)，對于培養(yǎng)學(xué)生的實證意識至關(guān)重要。這個過程，不僅能拉近師生之間的關(guān)系，讓教師及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生中出現(xiàn)的問題，還能有效避免學(xué)生在實驗時敷衍了事、弄虛作假。筆者曾經(jīng)在執(zhí)教五年級上《蚯蚓的選擇》一課時，就遇到過學(xué)生“創(chuàng)造”虛假數(shù)據(jù)的情況。筆者讓學(xué)生同時探究土壤和光亮的條件。其中有5個組進行了“蚯蚓喜歡潮濕還是干燥的土壤觀察”的實驗。觀察實驗后，學(xué)生反饋數(shù)據(jù)記錄如下：

在參與各個小組的探究實驗的過程中，筆者有意識地了解了各組的實驗數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)的特征，選擇了3個組（第1組、第2組和第8組）進行匯報。其中第8組的數(shù)據(jù)比較特殊，待在中間的蚯蚓比較多?？墒钱?dāng)?shù)?組的代表上臺匯報時，筆者卻發(fā)現(xiàn)他們把數(shù)據(jù)改了，改得和第2組的一模一樣。以下就是第8組前后數(shù)據(jù)的比較（單位：條）：

筆者問他們?yōu)槭裁礇]有如實回答，一位學(xué)生說“其他組的結(jié)果都是兩邊的多，我們肯定是錯的！”其他組員則紅著臉不說話，典型的人云亦云，從眾心理。筆者再問“在實驗過程中，實驗的真實情況是怎樣的呢？”他們的頭更低了！他們的記錄是實驗的真實反饋，可他們卻沒有如實面對。對此，筆者沒有在課堂上繼續(xù)追究，而是選擇在課后與他們小組進行了再一次的實驗探究。

盲目的從眾心理會影響學(xué)生的判斷力，會抑制學(xué)生個性的發(fā)展，束縛思維，扼殺創(chuàng)造力，使人變得缺乏主見。而科學(xué)的探究活動追求的就是真實，發(fā)展的是學(xué)生的個性，這種因盲目的從眾心理而“復(fù)制”出來的“虛假數(shù)據(jù)”，必須加以扼制，抹去浮華，使學(xué)生的探究回歸科學(xué)的本質(zhì)。當(dāng)然這種扼制還應(yīng)該是有節(jié)制的、委婉的、機智的，不能適得其反。

四、巧用“另類數(shù)據(jù)”

科學(xué)探究過程中，由于實驗方法、實驗器材以及每個人的觀察力、操作能力等不同，實驗觀測值和標(biāo)準(zhǔn)值之間，總是存在著一定的差異，會出現(xiàn)一些另類的數(shù)據(jù)，有可能是錯誤結(jié)論，也有可能是另含玄機。這就需要教師善于捕捉這些信息，善于引導(dǎo)學(xué)生分析這些數(shù)據(jù)之后的科學(xué)知識。

例如六年級上《做框架》一課，要求學(xué)生設(shè)計制作一個可以支撐重物的正方體框架。各小組完成了設(shè)計圖之后便開始實驗承重能力。幾分鐘后，小組探究結(jié)束，教師將各組數(shù)據(jù)一一展現(xiàn)在課件中。

接著，教師讓學(xué)生仔細觀察這些數(shù)據(jù)，找出其中的規(guī)律。在靜靜地思考1分鐘之后，有學(xué)生發(fā)言：“斜杠越多，承載能力越大?！苯處熥穯枺骸澳闶歉鶕?jù)哪些數(shù)據(jù)找到這個規(guī)律的？”這位學(xué)生繼續(xù)以第3組、第5組和第8組的數(shù)據(jù)進行比較。此時，有學(xué)生進行了反駁：“我不同意你的說法，如第2組和第4組比較之后，斜杠少的反而承載能力更好?！贝藭r，教師巧妙利用這個生成點，讓第2組的學(xué)生現(xiàn)身說法，上臺展示作品，當(dāng)場實驗（斜桿架在正方體框架的對角線上）。實驗后的真實情況讓學(xué)生心服口服。接著教師再次追問：“第2組的作品為什么承重力就大了呢？你又有什么新的發(fā)現(xiàn)？”學(xué)生紛紛舉手，概括出了“三角形框架越多，承載能力越大”的結(jié)論。教師從“另類數(shù)據(jù)”激發(fā)了學(xué)生積極的思考，引發(fā)了沖突，繼而合理地利用了這個沖突，使學(xué)生的理解更加深刻。

特級教師章鼎兒曾指出：小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生犯“錯”是難免的事，從某種意義上說，越出“錯”反而越真實、越科學(xué)、越全面、越深刻。學(xué)生在探究過程中出現(xiàn)的各種另類數(shù)據(jù)，同樣是真實的、科學(xué)的，是現(xiàn)實狀態(tài)的反映。當(dāng)科學(xué)課堂中出現(xiàn)另類數(shù)據(jù)時，教師要勇于直面意外，引領(lǐng)學(xué)生去思考、去發(fā)現(xiàn)：重視事實根據(jù)，合理懷疑；傾聽和考慮他人的不同觀點或解釋；多次實驗，根據(jù)新的證據(jù)，懷疑、修改自己的意見。讓學(xué)生在質(zhì)疑、改進的過程中得到鍛煉與提升。

五、拾擷“繁雜數(shù)據(jù)”

數(shù)據(jù)收集的過程亦是學(xué)生實驗、實踐的過程，也是學(xué)生最喜歡的環(huán)節(jié)。學(xué)生在科學(xué)探究活動中，收集的數(shù)據(jù)有時會特別多，看上去會有些凌亂，它們就像一顆顆散落的珍珠，只有通過整理、分析——去粗取精，才能集成一串，成為項鏈，才能發(fā)揮數(shù)據(jù)應(yīng)有的作用。同時，當(dāng)學(xué)生面對大量數(shù)據(jù)時，往往會顯得手足無措。教師此時就應(yīng)該從學(xué)生角度出發(fā)，按照一定的方法厘清關(guān)系，尋找真知。例如在2015年浙江省小學(xué)科學(xué)特級教師網(wǎng)絡(luò)工作室的研討活動上，有教師執(zhí)教了三年級下《磁鐵的兩極》一課，教學(xué)過程中該教師采用了磁感應(yīng)傳感器，讓每個小組的學(xué)生進行充分的實驗，得出了大量的實驗數(shù)據(jù)，如下表。

（續(xù)表）

以上數(shù)據(jù)對于學(xué)生來說，煩瑣難懂。就連臺下聽課的教師也為這些學(xué)生擔(dān)心。課堂沉寂了一段時間之后，該執(zhí)教教師進行了恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)：“我們可以豎著觀察一列數(shù)據(jù)，也可以橫著比較一行數(shù)據(jù)。大家再觀察比較一下。”方向明確了，方法了解了，學(xué)生的思路就打開了。接下來的小組討論非常熱烈，匯報環(huán)節(jié)更是精彩紛呈。學(xué)生不僅明白了不同的磁鐵磁力大小不一樣，而且還發(fā)現(xiàn)了同一塊磁鐵中，兩端的磁力最大，中間的磁力最小。

面對數(shù)量眾多的數(shù)據(jù)時，學(xué)生往往會無從下手，這就需要教師點撥引導(dǎo)，把有關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)放在一起比較，使這些“零珠碎玉”發(fā)揮價值，讓學(xué)生在思考、討論中找出數(shù)據(jù)中隱含的規(guī)律、聯(lián)系，串成更有價值的珍珠項鏈。

在科學(xué)課堂教學(xué)中，“用數(shù)據(jù)說話，用數(shù)據(jù)驗證”這一觀點貫穿于整個科學(xué)課堂教學(xué)中。通過培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識，使學(xué)生通過探究尋求正確的數(shù)據(jù)來證明自己的觀點，并自覺運用數(shù)據(jù)解釋相關(guān)的問題和現(xiàn)象。用數(shù)據(jù)說話，有助于學(xué)生尋找規(guī)律；用數(shù)據(jù)驗證，有助于學(xué)生探究，從而得出正確、科學(xué)的結(jié)論，也能使探究活動變得更真實、更準(zhǔn)確、更有效。

參考文獻：

[1] 張紅霞.科學(xué)究竟是什么[M].教育科學(xué)出版社，2003.

[2] 吳利堅.不該被漠視的數(shù)據(jù)[J].科學(xué)課.2007（4）.

（浙江省龍游縣橋下小學(xué) 324400）