實驗數(shù)據(jù)的獲取、呈現(xiàn)與論證

王世力

【摘 要】實驗數(shù)據(jù)是學(xué)生在探究活動中觀察并記錄的第一手證據(jù)，能幫助學(xué)生建立自己的觀點，培養(yǎng)用事實說話、用證據(jù)解釋的科學(xué)實證精神。但在實際教學(xué)中多存在著實驗數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，缺乏對實驗數(shù)據(jù)的剖析，個別小組的特殊數(shù)據(jù)常常被教師忽略，最終以標(biāo)準(zhǔn)答案代替學(xué)生的實驗結(jié)果等情況。長此以往，對學(xué)生的科學(xué)思維的培養(yǎng)是不利的。這就要求教師在日常的教學(xué)中要有意識地改進器材排除干擾，借助圖表直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)深入剖析論證，幫助學(xué)生獲得有效的實驗數(shù)據(jù)，建立科學(xué)探究的精神。

【關(guān)鍵詞】實驗數(shù)據(jù) 獲取數(shù)據(jù) 呈現(xiàn)數(shù)據(jù) 推理論證

學(xué)生做實驗后的討論交流環(huán)節(jié)，是學(xué)生運用探究獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)進行分析解釋、推理與論證的過程，也是學(xué)生認知沖突與思維碰撞提升科學(xué)概念的過程。但實際教學(xué)中，好多教師卻只讓學(xué)生以小組為單位陳述或展示獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，并沒有對數(shù)據(jù)進行剖析，組與組之間沒有互動交流，沒有集體的相互論證，對個別小組的特殊數(shù)據(jù)亦以“可能你們小組測量的時候出了問題”等個人的經(jīng)驗感受來回避，最后以教師的小結(jié)作為結(jié)論而結(jié)束。其帶來的不良后果有三：一是學(xué)生對自己的觀察與實驗結(jié)果缺乏信心，久而久之容易產(chǎn)生為了順應(yīng)大流而篡改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象；二是缺乏分析與解釋，使學(xué)生對數(shù)據(jù)與結(jié)論之間難以建立關(guān)聯(lián)，難以使概念真正內(nèi)化于心；三是缺乏對學(xué)生科學(xué)邏輯思維能力的培養(yǎng)。本文以《熱起來了》一課為例，就數(shù)據(jù)的獲取、呈現(xiàn)與論證談?wù)務(wù)J識。

一、改進器材，科學(xué)獲取數(shù)據(jù)

基于數(shù)據(jù)論證的前提是學(xué)生獲取科學(xué)的數(shù)據(jù)。在學(xué)生的探究活動中，有許多因素會影響學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的獲得，如實驗儀器的不精確、實驗材料的不典型以及周圍環(huán)境的影響等，都會造成學(xué)生獲取的實驗數(shù)據(jù)的不合理。在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的解釋與論證就會偏離預(yù)定目標(biāo)，與構(gòu)建核心概念背道而馳。因此，教師首先要做的是對實驗器材的改進與優(yōu)化。

（一）改進儀器，避免估值影響數(shù)據(jù)

小學(xué)科學(xué)中有好多測量數(shù)據(jù)是需要學(xué)生進行估計的，如量筒測量液體的體積、玻棒式溫度計測量液體的溫度、彈簧測力計測量力的大小等，學(xué)生在利用這些儀器進行測量，記錄數(shù)據(jù)時會有估上估下的誤差值，單獨一個數(shù)據(jù)或兩個數(shù)據(jù)對比明顯的情況下，不會受影響。但如果是一組連續(xù)的數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)變化不大的情況下，估值的上與下就會對數(shù)據(jù)的分析與解釋造成直接的影響。

《熱起來了》一課教材安排的是采用玻棒式溫度計測量一本字典的溫度。玻棒式溫度計只能精確到1攝氏度，每一小格之間的0.1至0.9攝氏度的值是需要學(xué)生來進行估計的，這個值的大小有人為的主觀因素，甚至同一個學(xué)生在前后幾次的估值中都有差異，這就使得個別小組記錄的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了“裹了衣服后溫度升高了零點幾攝氏度”的情況，這為后面基于數(shù)據(jù)的解釋與推理帶來了麻煩，哪怕是增加了0.1攝氏度，學(xué)生也認為是衣服增加的熱量。

溫度能否不用估計就直接顯示出來呢？基于本課核心概念建構(gòu)的需要，我們對儀器進行了升級，用數(shù)字溫度計代替玻棒式溫度計，解決了學(xué)生人為估值影響數(shù)據(jù)的問題，也符合新科技產(chǎn)品走進科學(xué)課堂的理念。使用數(shù)字溫度計后顯示出了明顯的優(yōu)勢：一是靈敏度提高，節(jié)省了溫度變化的等待時間；二是誤差更小，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確；三是溫度不需要估算，消除了人為估值對數(shù)據(jù)的影響，更便于學(xué)生的記錄，為后續(xù)的論證環(huán)節(jié)做好了鋪墊。

（二）改進材料，防止他因干擾數(shù)據(jù)

受小學(xué)生年齡特點的影響，學(xué)生在探究活動中往往對探究材料特別感興趣，領(lǐng)到材料后，經(jīng)常會不自覺地把弄材料，如對材料進行“親密接觸”，而這些材料又對“接觸”比較敏感的話，就會對實驗數(shù)據(jù)進行干擾。

《熱起來了》一課中，部分小組學(xué)生在領(lǐng)到溫度計以后不是先記錄起始溫度，而是用手握住了溫度計的下端玻璃泡部分，致使溫度升高，這時再記錄起始溫度，顯然數(shù)據(jù)不科學(xué)。特別是在測量幾分鐘內(nèi)的溫度變化過程中，有些同學(xué)把溫度計取出來放進去反復(fù)操作，致使數(shù)據(jù)上下波動。另外，早上的科學(xué)課容易受室內(nèi)溫度逐漸上升的影響等。在如此多因素的干擾下，好多組的數(shù)據(jù)出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象。

要解決這一問題，除了在實驗前對學(xué)生的操作進行強調(diào)以外，可以對選用的材料進行改進。在本課中，可用一瓶接近人體溫度的溫水來模擬身體，代替教材中安排的字典。數(shù)字溫度計一開始就插入瓶中，學(xué)生領(lǐng)到材料后，主觀上不容易接觸到溫度計敏感的下部。另外，周圍的室溫遠低于溫水的溫度，根據(jù)熱量的傳遞特點，環(huán)境溫度變化自然也不會再干擾數(shù)據(jù)。由此，干擾數(shù)據(jù)的問題也就迎刃而解了。

二、借助圖表，直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

在學(xué)生獲取實驗數(shù)據(jù)之后，把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來以供解釋與論證所用尤為重要。常見的方式有三：一是學(xué)生根據(jù)記錄表讀、報數(shù)據(jù)；二是小組成員把記錄表在實物投影儀上邊展示邊宣讀；三是各組把數(shù)據(jù)填寫在教師準(zhǔn)備的匯總表中。顯然，第一種方式失去了數(shù)據(jù)的價值，第二種方式比較常見，但缺乏全班整體數(shù)據(jù)的橫向比較；第三種方式相對比較理想，但需要教師準(zhǔn)備一張大的匯總表，且不利于數(shù)據(jù)的直觀處理。在數(shù)字化時代，我們完全可以利用Excel等軟件以數(shù)據(jù)圖表的形式呈現(xiàn)，同時可以對數(shù)據(jù)進行直觀處理。

（一）借助柱形圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)整體

Excel中有個數(shù)據(jù)透視圖功能，經(jīng)過簡單的設(shè)置就可以將數(shù)據(jù)匯總并以我們需要的圖表形式直觀呈現(xiàn)?！稛崞饋砹恕芬徽n采用柱形圖的方式直觀形象地呈現(xiàn)全班所有小組的實驗數(shù)據(jù)，效果比較明顯。數(shù)據(jù)的輸入、呈現(xiàn)與學(xué)生的探究活動同步，在學(xué)生用數(shù)字溫度計測量溫度的過程中，每獲得一個數(shù)據(jù)，各組就可以指定一名同學(xué)到臺上電腦圖表中輸入數(shù)據(jù)，實時呈現(xiàn)在大屏幕上。有了全班學(xué)生的監(jiān)督，避免了個別學(xué)生對數(shù)據(jù)的任意篡改。同時，學(xué)生在測量溫度的間隙也不再無事可干，可通過大屏幕隨時觀察各組同學(xué)測得的實時數(shù)據(jù)，初步地進行分析與思考。等全班學(xué)生實驗完畢，數(shù)據(jù)也同時輸入完畢，一張全班各組數(shù)據(jù)的柱形圖便呈現(xiàn)在大家面前。如圖1，上半部是直觀圖，下半部是數(shù)據(jù)。

此柱形圖充分利用了Excel數(shù)據(jù)處理模塊，直觀形象地呈現(xiàn)了12組學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)，使學(xué)生面對全班大量的數(shù)據(jù)不再眼花繚亂，通過圖形與具體數(shù)據(jù)的結(jié)合，有助于學(xué)生對數(shù)據(jù)的觀察與分析、推理與論證，實際效果很好。

（二）借助折線圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢

有時候我們并非需要對所有數(shù)據(jù)進行呈現(xiàn)與對比分析，而是顯現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢，這時候，我們就可以借助折線圖來達成目的?！稛崞饋砹恕芬徽n中學(xué)生在對數(shù)據(jù)整體分析后發(fā)現(xiàn)，衣服不能給身體增加熱量，同時發(fā)現(xiàn)這樣一個問題：裹了衣服溫度還在降低，那衣服還有作用嗎？學(xué)生自然會產(chǎn)生這樣的問題，而對這個問題教師可以進行預(yù)設(shè)，在學(xué)生探究活動中事先在其中一個小組預(yù)增一個對比實驗，這時就可以把這個小組的對比數(shù)據(jù)以折線圖（見圖2）呈現(xiàn)，使學(xué)生對裹了衣服和沒裹衣服的溫度變化趨勢一目了然，也使學(xué)生對保溫的概念有一個新的認識：保溫并不是能一直保持溫度不降，而是減緩熱量的散失，使溫度降低的速度減慢。

三、利用數(shù)據(jù)，深入剖析論證

科學(xué)獲取數(shù)據(jù)并借助圖表直觀呈現(xiàn)，其目的是幫助學(xué)生建立自己的觀點，用事實說話，用證據(jù)解釋，培養(yǎng)實證精神。因此，在交流研討環(huán)節(jié)，教師要組織學(xué)生充分利用數(shù)據(jù)來說話、來解釋，使課堂交流成為學(xué)生對話的平臺，成為學(xué)生推理論證的契機，在個體到集體的論證中，得到思維的發(fā)展、概念的完善與提升。

（一）自我分析，個體論證

個體論證是本人或本組成員對自己或本組的實驗數(shù)據(jù)進行分析與解釋、交流與分享的過程，是學(xué)生基于自己的觀點尋求證據(jù)進而發(fā)展自己觀點的過程，有助于學(xué)生從證據(jù)上升到解釋，促進思維的發(fā)展。

《熱起來了》一課中，全班學(xué)生在探究活動前就已經(jīng)借助生活經(jīng)驗與感受建立了兩種不同的觀點：“衣服能給身體增加熱量”和“衣服不能給身體增加熱量”。但由于這兩個觀點都是建立在學(xué)生主觀感受基礎(chǔ)上，誰也說服不了誰。于是教師要引導(dǎo)學(xué)生用事實來說話，用證據(jù)來解釋?！笆聦崱焙汀白C據(jù)”就在學(xué)生實驗觀察到的數(shù)據(jù)里。因此，研討交流的首要任務(wù)就是組織學(xué)生開展個體論證，要讓學(xué)生觀察圖1柱形圖中自己小組的數(shù)據(jù)，從起始溫度、1分鐘后的溫度、2分鐘后的溫度、3分鐘后的溫度這幾個數(shù)據(jù)作縱向的觀察與分析，用數(shù)據(jù)來佐證自己的觀點。在觀察分析中，有些小組發(fā)現(xiàn)自己組數(shù)據(jù)中的四個溫度沒有一個上升，說明衣服不能給身體增加熱量，與自己當(dāng)初的觀點一致；而起初持不同觀點的有些小組也發(fā)現(xiàn)自己組四個數(shù)據(jù)的溫度也沒有上升，與自己當(dāng)初的觀點不一致，從而產(chǎn)生了認知沖突。在這里，是堅持自己原先的觀點，還是尊重事實，尊重數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了科學(xué)態(tài)度和精神的滲透與培養(yǎng)。

（二）全班互動，集體論證

在個體論證的基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生開展集體論證，讓全班同學(xué)對其他小組的數(shù)據(jù)進行比較分析、質(zhì)疑批駁或解釋評價，通過不同觀點的相互“交鋒”，產(chǎn)生思維碰撞，在實現(xiàn)從個體表征到集體建構(gòu)的飛躍過程中理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)。

《熱起來了》一課，教師一方面要求學(xué)生對自己小組數(shù)據(jù)進行分析論證，另一方面則要求學(xué)生對其他小組的實驗數(shù)據(jù)進行觀察。這時，有些學(xué)生就會對一些特殊的數(shù)據(jù)進行關(guān)注，并提出自己的分析、質(zhì)疑與推理。在此基礎(chǔ)上，教師還要引導(dǎo)學(xué)生從全班的角度觀察數(shù)據(jù)，從上升、下降或者是基本一致幾個方面進行數(shù)據(jù)分析。學(xué)生就會發(fā)現(xiàn)，圖1中沒有一個小組溫度上升，解釋說明了衣服不能增加熱量。同時還發(fā)現(xiàn)絕大部分小組數(shù)據(jù)有下降的現(xiàn)象，這是在學(xué)生的意料之外，更促使學(xué)生去進一步分析原因，去聯(lián)想生活實際來思考。在相互的交流論證中，知道了溫水在不斷地向外界散發(fā)熱量，而衣服只是起到了保溫的作用，使溫度下降的速度減慢。這里，對數(shù)據(jù)的分析與交流、推理與解釋，既驗證了衣服不能給身體增加熱量的問題，又產(chǎn)生了新的問題。這樣，學(xué)生的匯報交流就不再是數(shù)據(jù)的簡單呈現(xiàn)與結(jié)果的主觀臆斷，而是一個不斷對話、交互的理性過程，更注重概念建構(gòu)與思維發(fā)展的有效融合。

綜上所述，引導(dǎo)學(xué)生基于數(shù)據(jù)的分析與解釋，能有效解決匯報交流單純呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的問題，能幫助學(xué)生改變?yōu)橛涗浂涗洝閰R報而匯報的現(xiàn)狀，慢慢引領(lǐng)學(xué)生對數(shù)據(jù)的尊重，對數(shù)據(jù)的利用，以及運用數(shù)據(jù)來推理與論證的能力，更好地促進學(xué)生思維的發(fā)展。

（浙江省奉化市實驗小學(xué) 315500）