實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“問題”數(shù)據(jù)處理初探

何建明??

摘要：實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會出現(xiàn)“問題”數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)教學(xué)中教師常常認(rèn)為它會阻礙教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成，忽略了其蘊(yùn)含的科學(xué)教育內(nèi)涵，因而處理得不是很恰當(dāng)。有鑒于此，本文以課堂中的“問題”數(shù)據(jù)為例，通過問題呈現(xiàn)、原因分析來明確教師教學(xué)中存在的問題，了解學(xué)生內(nèi)在的思維狀態(tài)，從而調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)策略，化危機(jī)為轉(zhuǎn)機(jī)，高效完成實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：“問題”數(shù)據(jù)；科學(xué)素養(yǎng)；原因分析；優(yōu)化調(diào)整

數(shù)據(jù)是科學(xué)探究中重要的實(shí)證依據(jù)，實(shí)事求是地分析它，能使我們的思路更清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確。同時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展，不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。但實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會出現(xiàn)“問題”數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)教學(xué)中教師常常認(rèn)為它會阻礙教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成，忽略了其蘊(yùn)含的科學(xué)教育內(nèi)涵。其實(shí)，“問題”數(shù)據(jù)是探究活動科學(xué)本質(zhì)的一種體現(xiàn)，只要我們及時(shí)調(diào)整，合理的教學(xué)策略將會使課堂上的“問題”數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成教學(xué)中寶貴的課程資源。

一、 小學(xué)科學(xué)數(shù)據(jù)的“問題”種類

（一） 呈現(xiàn)不合理

數(shù)據(jù)的價(jià)值主要體現(xiàn)在為結(jié)論提供支持，換句話說，如果我們不能合理地呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，用以與別人交流，數(shù)據(jù)的價(jià)值則非常有限。觀察不同形狀的橡皮泥在水中排開的水量，將結(jié)果記錄在下表中：

學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，可以得到的結(jié)論是：能浮起來的橡皮泥的形狀肯定不是實(shí)心的，或者能說出沉的情況，橡皮泥排開的水量是一樣的。但橡皮泥能浮起來時(shí)排開的水量要比沉的時(shí)候多，極少同學(xué)能從這張表格中看到。

（二） 數(shù)據(jù)不真實(shí)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)講究的是實(shí)事求是。數(shù)據(jù)可以進(jìn)行處理和挑選，但不能隨意修改，否則會加入主觀因素，這樣得到的結(jié)果不科學(xué)也不準(zhǔn)確。磁力的大小與線圈圈數(shù)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，研究后統(tǒng)計(jì)如下：

此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是有問題的。因?yàn)樵趯W(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，我看到有兩小組數(shù)據(jù)出現(xiàn)了類似5和8小組的情況，但最后那兩個(gè)小組篡改了數(shù)據(jù)。

（三） 效果不明顯

上面的實(shí)驗(yàn)有些同學(xué)課前自己已經(jīng)嘗試過，在改變線圈圈數(shù)這個(gè)變量時(shí)，采用繞2圈，繞5圈，繞7圈的方法，但是幾次實(shí)驗(yàn)下來，電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量都沒有變化，所以一上課就提出了電磁鐵的磁力大小與線圈圈數(shù)無關(guān)這一想法。

（四） 誤差偏大

誤差存在于一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和測量過程中，在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、儀器本身的精度、環(huán)境條件及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中都可能存在誤差。但誤差過大會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，造成實(shí)驗(yàn)失敗，如上面的實(shí)驗(yàn)，5和8實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大。

（五） 不符合“正確結(jié)論”

在《杠桿的科學(xué)》這一課，教師引導(dǎo)學(xué)生研究杠桿的秘密時(shí)，明確告知學(xué)生在杠桿尺的左邊掛鉤碼相當(dāng)于重物，要使杠桿保持平衡，在右邊也掛上鉤碼，這就是需要使用的力。學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)要求以及注意事項(xiàng)后開展探索實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后統(tǒng)計(jì)如下：

其中加粗的數(shù)據(jù)不符合“正確結(jié)論”。

（六） 不全面

一位教師執(zhí)教《拱形的力量》一課時(shí)，全班共有10個(gè)小組，研究平橋和拱橋的承受能力，每個(gè)小組前后測量2次數(shù)據(jù)，老師選擇了5個(gè)小組進(jìn)行數(shù)據(jù)匯報(bào)：

二、 數(shù)據(jù)的“問題”成因分析

（一） 數(shù)據(jù)處理的方法、習(xí)慣

數(shù)據(jù)有簡單的，也有復(fù)雜的。數(shù)據(jù)簡單，分析起來輕松自如；數(shù)據(jù)復(fù)雜，呈現(xiàn)時(shí)又雜亂無章，不僅分析它會感到困難，還會降低解釋的說服力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)目較多，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式不夠優(yōu)化，導(dǎo)致學(xué)生得出的結(jié)論不夠全面。日常教學(xué)中，教師過于單一的使用表格這種呈現(xiàn)方式，或者教師給學(xué)生安排好了呈現(xiàn)方式，剝奪了學(xué)生自己選擇數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式的機(jī)會。學(xué)生對數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式運(yùn)用得不靈活，只會機(jī)械記錄數(shù)據(jù)。

（二） 學(xué)習(xí)者因素

1. 唯結(jié)論馬首是瞻

學(xué)生從小受“有錯(cuò)就改”的反復(fù)教育，因此形成了迎合結(jié)論的特點(diǎn)。在科學(xué)探究活動中，不少學(xué)生出現(xiàn)唯結(jié)論的盲從行為，缺乏探究精神。為了完成實(shí)驗(yàn)記錄表，隨手一抄、隨便一改，并不講求為什么是這樣，更缺少對自己錯(cuò)誤發(fā)生原因的探查與反思。

2. 基于思維分析的主動調(diào)適

還有一類修改是由學(xué)生認(rèn)知矛盾引發(fā)的主動“調(diào)適”。這類行為往往伴隨著豐富的思維分析。學(xué)生的對話告訴我們，在《電磁鐵的磁力（一） 》這課中學(xué)生修改數(shù)據(jù)的行為不是根據(jù)“假設(shè)”或“結(jié)論”做出的簡單臆想，而是建立在學(xué)習(xí)了“線圈圈數(shù)越多，磁力越大”的理論基礎(chǔ)上，修改過程中，學(xué)生們反思實(shí)驗(yàn)過程、探求差異原因、定位實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。與盲從相比，這類活動具有較高的教學(xué)價(jià)值。

（三） 未適度放大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

學(xué)生通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，已經(jīng)認(rèn)識了控制變量法，但是對如何確定改變量的大小才能達(dá)到需要的實(shí)驗(yàn)效果卻不是十分了解。學(xué)生片面地以為只要改變量有變化，實(shí)驗(yàn)就成功了。殊不知，變化過小，產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)效果就會很不明顯，影響我們的觀察，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論朝錯(cuò)誤的方向走。

（四） 實(shí)驗(yàn)器材的問題

電池在前兩次實(shí)驗(yàn)后有比較大的消耗，進(jìn)行第三次實(shí)驗(yàn)“100圈”時(shí)，電量明顯減少，所以造成較大誤差。準(zhǔn)備的大頭針個(gè)頭太大，較難被電磁鐵吸引，不易從吸起的大頭針數(shù)量上看出明顯差別。作為鐵芯的鐵釘不夠大，沒有足夠多地方吸引大頭針等問題。

（五） 不規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作

剛剛開始操作，有同學(xué)就出現(xiàn)問題，將杠桿尺放在不平整的書本或部分壓在實(shí)驗(yàn)記錄本上，看也不看開始的時(shí)候杠桿尺是否平衡就立刻加鉤碼了；有些同學(xué)放完鉤碼看是否平衡時(shí)，心情過于急切，直接用手在杠桿尺上按壓使其盡快保持平衡，在杠桿尺未完全平衡時(shí)就記錄數(shù)據(jù)；有些同學(xué)配合“默契”，一個(gè)直接用手指使杠桿尺平衡，另一個(gè)同學(xué)就讀數(shù)據(jù)了。

（六） 時(shí)間和人為因素

1. 課堂時(shí)間限制

由于課堂時(shí)間限制，為了完成教學(xué)任務(wù)，我們經(jīng)常能看到的現(xiàn)象是老師并不展示所有小組的數(shù)據(jù)讓學(xué)生進(jìn)行分析，取而代之是以偏概全。或者是有目的地選擇指向性明顯的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，忽略“有問題”的數(shù)據(jù)。

2. 教師活動前的指導(dǎo)沒有到位

教師對活動的要求不明確，作為對比實(shí)驗(yàn)，控制變量很重要，但教師卻沒有重點(diǎn)要求。導(dǎo)致的情況有：部分學(xué)生在做平橋的時(shí)候，將平橋兩端在書本上的地方用手拉住按住，不讓其變形；部分做拱橋的時(shí)候，將拱橋的拱足兩端放入書本中間。最終出現(xiàn)了讓老師很頭痛的“問題”數(shù)據(jù)，教師有意無意地忽略它，只呈現(xiàn)部分指向性明顯的數(shù)據(jù)。

三、 教學(xué)策略優(yōu)化調(diào)整

（一） 引導(dǎo)學(xué)生合理呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

引導(dǎo)學(xué)生整理數(shù)據(jù)時(shí)，用合適的方式呈現(xiàn)探究數(shù)據(jù)，如文字、畫圖、表格等。使原本無序、雜亂的數(shù)據(jù)，變得有序，便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。如將排開的水量處理成統(tǒng)計(jì)圖：

（二） 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證精神

日常教學(xué)中，教師要注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證精神，鼓勵(lì)學(xué)生記錄客觀存在的每一個(gè)數(shù)據(jù)，不可摻入自己的想法而隨意修改，也不可以經(jīng)驗(yàn)常理來篡改數(shù)據(jù)。如果遇到無法推理出“科學(xué)結(jié)論”的數(shù)據(jù)，教師一定給予充分的肯定，要“讓每一個(gè)站起來發(fā)言的學(xué)生都能體面的坐下?！敝饾u使學(xué)生建立“每一個(gè)數(shù)據(jù)都很重要”的認(rèn)識?？茖W(xué)結(jié)論以數(shù)據(jù)為支撐，忠實(shí)的記錄，是對客觀世界的公正對待，尊重了科學(xué)。正如喻伯軍老師曾經(jīng)說過：“數(shù)據(jù)沒有問題，而是對數(shù)據(jù)的態(tài)度，體現(xiàn)出教師對科學(xué)的理解問題?！?/p>

（三） 順著學(xué)生思路調(diào)整，產(chǎn)生思想激蕩

有些學(xué)生堅(jiān)持認(rèn)為自己的數(shù)據(jù)很準(zhǔn)確，那么，光說是沒有用的。不要否認(rèn)他們的數(shù)據(jù)，而是要求他們演示給同學(xué)們看，并讓他們把圈數(shù)改為20圈、60圈、100圈，由于自變量的調(diào)整，得出了明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生就產(chǎn)生了思想沖突。此時(shí)教師要告訴學(xué)生自變量的選擇是有一定原則的，過小的變化，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很不明顯，不便于我們觀察。

（四） 反思實(shí)驗(yàn)過程，改進(jìn)后再做

面對這種情況，要引導(dǎo)學(xué)生反思：“請你們分析一下，為什么這兩組會有不同的數(shù)據(jù)呢？”孩子們紛紛舉手，“可能沒有控制好實(shí)驗(yàn)中的不變的條件?！薄昂苡锌赡苁请姶盆F吸引大頭針的位置不相同?！薄半姵匾呀?jīng)被我們反復(fù)多次做了實(shí)驗(yàn)，而且都是短路，很可能電量已經(jīng)很少了，因此吸引大頭針的數(shù)量不增反而減了。”師生共同探討，交流改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，再次做實(shí)驗(yàn)。

（五） 修正實(shí)驗(yàn)過程，重復(fù)實(shí)驗(yàn)

當(dāng)違背“正確結(jié)論”的數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，要勇于引領(lǐng)學(xué)生去思考、去發(fā)現(xiàn)：重視事實(shí)根據(jù)，合理懷疑；傾聽和考慮他人的不同觀念或解釋；避免在證據(jù)不充分的情況下作出判斷；避免將某結(jié)論不恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行推廣；注意考察任一數(shù)據(jù)來源的可靠性及重現(xiàn)性；多次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)新的證據(jù)，懷疑、修改自己的意見。直到找到問題的癥結(jié)所在，再進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，看看實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否有變化。

（六） 給足時(shí)間，提高認(rèn)識

1. 提供足夠的探究時(shí)間

時(shí)間是保證科學(xué)探究有效性的一個(gè)重要指標(biāo)。給學(xué)生充足的時(shí)間進(jìn)行探究活動，全面分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重視“問題”數(shù)據(jù)的分析研究，使學(xué)生在反思中加深對實(shí)驗(yàn)的理解。

2. 提高數(shù)據(jù)重要性的認(rèn)識

從現(xiàn)象到分析比較、推導(dǎo)得出結(jié)論，是一個(gè)從具體到抽象的思維過程，在這個(gè)過程中，要提高對數(shù)據(jù)重要性的認(rèn)識：（1） 不在觀察測量數(shù)據(jù)中挑選符合自己想法的內(nèi)容，不隨意丟失資料；（2） 明確數(shù)據(jù)越充分、樣本越大，越令人信服。

我們不僅要在正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找出我們所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，更要在“問題”數(shù)據(jù)中找出我們實(shí)驗(yàn)中的不足之處，這樣我們的科學(xué)才有進(jìn)步的可能。讓我們一起關(guān)注“問題”數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的教育價(jià)值，及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)策略，讓“問題”數(shù)據(jù)成為發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的良好契機(jī)，讓科學(xué)課堂收獲一個(gè)個(gè)不期而獲的美麗！

參考文獻(xiàn)：

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