由誤差引起的思考

黃小軍

【摘要】科學(xué)課堂在很多情況下忽略了對(duì)探究數(shù)據(jù)信息的整理和分析。一方面體現(xiàn)教師沒(méi)有充分意識(shí)到數(shù)據(jù)信息整理和分析的重要性，缺乏指導(dǎo)的有效策略;另一方面，學(xué)生不能通過(guò)對(duì)探究數(shù)據(jù)的整理和分析鍛煉思維能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。因此，對(duì)于科學(xué)課堂上一些探究數(shù)據(jù)，尤其是誤差的數(shù)據(jù)，教師應(yīng)明確什么是誤差，誤差造成的原因以及如何正確處理這些誤差。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究 誤差 分析

在一次區(qū)級(jí)教研活動(dòng)中，多位年輕教師同課異構(gòu)執(zhí)教蘇教版科學(xué)四年級(jí)下冊(cè)《摩擦力的秘密》。下圖是其中一位年輕教師執(zhí)教時(shí)拍攝的板書(shū)。作為一名年輕教師，教學(xué)設(shè)計(jì)清晰流暢，從用手緊貼桌面往前推進(jìn)的活動(dòng)入手，引起學(xué)生思考什么是摩擦力;接著學(xué)生小組討論影響摩擦力大小的因素有哪些？然后學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并探究影響摩擦力大小的因素，最后分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。整節(jié)課，從問(wèn)題的提出，到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，到探究的過(guò)程，到結(jié)論的獲得，學(xué)生占有明顯的主體地位。作為一名年輕教師，上出這樣的實(shí)驗(yàn)課，非常成功。但是，通過(guò)他的板書(shū)，尤其在探究接觸面積會(huì)不會(huì)影響摩擦力大小時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，面積相差一倍的物體摩擦力卻只在0.45N和0.5N之間。出于習(xí)慣，老師理所應(yīng)當(dāng)?shù)匕?.05N的差距視作誤差，并得出了接觸面積的大小不會(huì)對(duì)摩擦力產(chǎn)生影響的結(jié)論。

一切順理成章，結(jié)論也符合大多數(shù)老師的認(rèn)知?？墒?，這實(shí)際測(cè)量出來(lái)的0.05N就一定是誤差？0.05N會(huì)不會(huì)是省力？面對(duì)這樣的問(wèn)題，還可以這樣教學(xué)。

一、理性思考，認(rèn)真分析

0.05N的誤差從何而來(lái)？要解決這個(gè)問(wèn)題，我們要明確摩擦力的定義，尤其是本節(jié)課主要探究的是滑動(dòng)摩擦力。我們把一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，接觸面間產(chǎn)生阻礙它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦力稱(chēng)為滑動(dòng)摩擦力。滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度和壓力大小有關(guān)。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力就越大。筆者親自操作后，覺(jué)得可能產(chǎn)生在以下三個(gè)方面：

首先是實(shí)驗(yàn)材料。雖然是同一塊木頭的兩個(gè)表面，但是兩個(gè)表面的粗糙程度還是有區(qū)別的，這樣會(huì)產(chǎn)生因表面粗糙程度不同而導(dǎo)致的摩擦力差。這個(gè)差距會(huì)被視作接觸面大小不同而產(chǎn)生，從而影響了學(xué)生的判斷。

其次是實(shí)驗(yàn)的次數(shù)。在這節(jié)課上，老師讓學(xué)生每個(gè)實(shí)驗(yàn)做了3次算平均數(shù)。由于人為因素，操作過(guò)程和讀數(shù)過(guò)程都會(huì)因各種變化而導(dǎo)致產(chǎn)生誤差。三次實(shí)驗(yàn)的數(shù)量太少，可能連續(xù)三次取得的數(shù)據(jù)都有問(wèn)題，從而產(chǎn)生誤差。平均數(shù)的使用也并非合理，可能會(huì)受某次非有效數(shù)據(jù)的影響。

最后是操作的精細(xì)。雖然學(xué)生對(duì)操作過(guò)程很熟悉，彈簧測(cè)力計(jì)的使用也很規(guī)范，但是在拉動(dòng)過(guò)程中還是會(huì)歪，尤其是面積變小了以后。讀數(shù)時(shí)也會(huì)因?yàn)榭潭鹊奶鴦?dòng)，無(wú)法準(zhǔn)確讀數(shù)。

學(xué)生在有了疑問(wèn)以后，教師首先理性思考差距產(chǎn)生的原因，而后幫助學(xué)生認(rèn)真分析，誤差背后我們應(yīng)該注意的問(wèn)題。只有這樣，學(xué)生才能真正從探究中成長(zhǎng)。

二、正確引導(dǎo)，培養(yǎng)求真

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)。觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為探究實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的教學(xué)手段，能幫助學(xué)生對(duì)事物或發(fā)生的現(xiàn)象分析得更清楚更精確。同時(shí)，學(xué)生對(duì)這些數(shù)據(jù)的科學(xué)理解與運(yùn)用，有助于形成正確認(rèn)知，促進(jìn)思維發(fā)展，提高學(xué)習(xí)效率。因此，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的數(shù)據(jù)意識(shí)，對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的形成，有著非常積極的作用。由此，小小的0.05N真的沒(méi)那么重要嗎？是小題大做？顯然不是，這0.05N恰巧是培養(yǎng)學(xué)生求真品質(zhì)、獲得新發(fā)現(xiàn)的契機(jī)。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，重視誤差可以幫助我們反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程，規(guī)范學(xué)生的操作，從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力。同時(shí)，思考實(shí)驗(yàn)可以加深我們對(duì)摩擦力的影響因素的認(rèn)識(shí)，更能感受到壓力大小、粗糙程度對(duì)摩擦力的影響，并且重視誤差本身就是一種科學(xué)探究精神，這對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的影響更為深遠(yuǎn)。

三、樹(shù)立意識(shí)，提升素養(yǎng)

美國(guó)《國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)在科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識(shí)的重要性，而證據(jù)的許多方面需要數(shù)據(jù)的支撐。在科學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察，獲得大量數(shù)據(jù)。面對(duì)這些數(shù)據(jù)，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生：第一，正確觀察，準(zhǔn)確記錄;第二，學(xué)會(huì)分析，區(qū)別不同;第三，正確選擇，合理解釋。這樣，學(xué)生才能在面對(duì)多樣數(shù)據(jù)時(shí)，冷靜、科學(xué)地對(duì)待，并運(yùn)用數(shù)據(jù)合理解釋問(wèn)題或現(xiàn)象。但學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)和實(shí)證意識(shí)不是與生俱來(lái)的，必須在探究活動(dòng)中不斷地培養(yǎng)和發(fā)展。如這節(jié)課，出現(xiàn)這樣的誤差，教師有沒(méi)有及時(shí)地引導(dǎo)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是按原來(lái)的要求三次實(shí)驗(yàn)求平均值？還是反復(fù)多次的實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)真詳細(xì)地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從不斷獲得的數(shù)據(jù)中去分析、發(fā)現(xiàn)？課堂上教師不同的引導(dǎo)方式，可以使學(xué)生從數(shù)據(jù)的被動(dòng)記錄者變?yōu)橹鲃?dòng)發(fā)現(xiàn)者，從被動(dòng)的數(shù)據(jù)記錄到主動(dòng)運(yùn)用數(shù)據(jù)解決問(wèn)題。學(xué)生良好的數(shù)據(jù)意識(shí)，教師需要及時(shí)鼓勵(lì)，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)提出自己的見(jiàn)解或解釋?zhuān)膭?lì)學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)提供證據(jù)，鼓勵(lì)學(xué)生言而有理、言之有據(jù)。這樣，學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)和實(shí)證意識(shí)才能得到鍛煉，對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性才能得到增強(qiáng)，科學(xué)素養(yǎng)才能得到提升。

四、靈活處理，有效提升

預(yù)設(shè)與生成是對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系，盡管生成具有一定的隨意性和非預(yù)設(shè)性，但它并非與預(yù)設(shè)無(wú)緣。探究活動(dòng)隨著學(xué)生發(fā)現(xiàn)的深入千變?nèi)f化，再好的預(yù)設(shè)也無(wú)法預(yù)見(jiàn)課堂上可能出現(xiàn)的所有情況。所以，在探究過(guò)程中，學(xué)生的意外發(fā)現(xiàn)、奇思妙想、不解疑惑等舉動(dòng)，都可能是具有價(jià)值的、生成性的教學(xué)資源。教師要學(xué)會(huì)捕捉、放大，并根據(jù)教學(xué)的實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整，適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要，讓課堂充滿靈性，富有個(gè)性。如0.05N的出現(xiàn)，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)自己的知識(shí)儲(chǔ)備覺(jué)得應(yīng)該是一致的，或者差別不大，出現(xiàn)0.05N的誤差他覺(jué)得完全正常，完全按照自己的預(yù)設(shè)進(jìn)行。但這樣的課堂對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)真的有益嗎？有助于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升嗎？因此，科學(xué)教學(xué)中如果只有預(yù)設(shè)沒(méi)有生成，課堂將只有知識(shí)的灌入而無(wú)思維的迸發(fā)。在科學(xué)教學(xué)中，如果能及時(shí)捕捉并有效利用生成資源，那課堂將是活躍的，有生命活力的，有靈性的，原來(lái)的預(yù)設(shè)也將得到修正、完善，個(gè)體的創(chuàng)造力也將不斷提高。

對(duì)于科學(xué)數(shù)據(jù)，我們一方面既期待著能夠順順利利的，便于學(xué)生們能有所發(fā)現(xiàn)，研究有所收獲，體驗(yàn)?zāi)塬@得成功。但一些“誤差”雖說(shuō)會(huì)給我們獲得最后的結(jié)論增加難度，然而就是在這充滿崎嶇的路上行走，學(xué)生才有一種征服的成功與喜悅，師生去偽存真，去粗取精，細(xì)致分析，精密推斷，這樣不是更有利于學(xué)生理性思維與科學(xué)精神的培養(yǎng)嗎？