實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比下的科學(xué)研究

潘莉

“抵抗彎曲”是小學(xué)科學(xué)六年級(jí)上冊(cè)“形狀和結(jié)構(gòu)”單元的起始課。六年級(jí)的學(xué)生對(duì)身邊物體常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有一定的了解，所以教師在設(shè)計(jì)這節(jié)課時(shí)主要是讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究橫梁的抗彎曲能力，了解增加寬度、厚度都能夠增強(qiáng)橫梁的抗彎曲能力;在已有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，改進(jìn)探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，通過(guò)兩次實(shí)驗(yàn)不同數(shù)據(jù)的縱向、橫向?qū)Ρ?，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到在不增加材料的情況下，增加厚度比增加寬度更能夠增強(qiáng)橫梁的抗彎曲能力，從而推理在現(xiàn)實(shí)生活中建筑物橫梁立著安放的原理。

一、利用多媒體教學(xué)引出問(wèn)題

借用多媒體有著信息面廣量大的特點(diǎn)，在課堂伊始我出示了杭州灣跨海大橋圖片，向?qū)W生展示橋梁結(jié)構(gòu)。隨后展示多張橋梁和簡(jiǎn)易房屋圖片，確立“橫梁”和“柱子”的概念，進(jìn)而有效完成了“橫梁”和“柱子”兩個(gè)概念的教學(xué)。之后，課件出示一張被重物壓塌的橋梁圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考是什么原因引起了橋梁的坍塌、橋梁的抗彎曲能力與哪些因素有關(guān)，進(jìn)而引出橫梁的材料、寬度、厚度、長(zhǎng)度、柱間距等因素。這時(shí)利用課件展示不同類型的橋梁，這些橋梁的材料寬窄、厚薄、柱子數(shù)等因素之間存在的差異，載重量各不相同。最后確定本節(jié)課探究的內(nèi)容，選取寬度、厚度兩個(gè)因素，以紙梁代替橫梁，以木塊代替柱子，合作探究寬度、厚度兩個(gè)因素與抗彎曲能力有什么關(guān)系。

二、將學(xué)生的猜測(cè)加入課堂

鼓勵(lì)學(xué)生猜測(cè)，不僅能更好地了解學(xué)情，還能更加有效地讓學(xué)生的舊知識(shí)與新知識(shí)發(fā)生碰撞。尤其是將實(shí)驗(yàn)之前的猜測(cè)與實(shí)驗(yàn)之后的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，會(huì)發(fā)現(xiàn)存在很大的差異，以便于學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)的意義，懂得科學(xué)探究的重要性。

（一）猜測(cè)影響橋梁抗彎曲能力的因素

讓學(xué)生自己猜測(cè)影響抗彎曲能力的因素有哪些，并說(shuō)出猜測(cè)的理由。學(xué)生的猜測(cè)是多方面的，如：寬度、柱子的數(shù)量、厚度、材料等因素都會(huì)有所影響。最后，教師確定本節(jié)課研究寬度、厚度兩個(gè)因素。

（二）有依據(jù)地預(yù)測(cè)

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，教師出示一倍寬的紙梁，用木塊做橋墩，演示橫梁能承受的墊圈個(gè)數(shù)。當(dāng)?shù)诙€(gè)墊圈放上去的時(shí)候，橫梁接觸桌面，引導(dǎo)學(xué)生思考此時(shí)橫梁的抗彎曲能力應(yīng)該如何取數(shù)（放上去的墊圈數(shù)減去一個(gè)）。在這個(gè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上讓學(xué)生對(duì)二倍寬、四倍寬、兩倍厚、四倍厚的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。目的是讓學(xué)生有根據(jù)地猜測(cè)，保證之后的預(yù)測(cè)每人之間的差距不會(huì)相差太大。六年級(jí)的學(xué)生能預(yù)測(cè)橫梁承受墊圈的個(gè)數(shù)會(huì)隨著寬度、厚度的增加而增加，但是數(shù)據(jù)相差不大。也就是二倍寬和二倍厚的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)幾乎差不多。但實(shí)際上實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)顯示成幾倍增長(zhǎng)。這樣學(xué)生的印象會(huì)更深刻，思考也會(huì)更深入。

三、引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中規(guī)范操作

（一）統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)要求

小組合作完成一倍寬、二倍寬、四倍寬的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生在記錄紙上及時(shí)地記錄自己小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，組長(zhǎng)上臺(tái)在黑板上寫上小組的數(shù)據(jù)（如表1所示）：

引發(fā)學(xué)生思考：看了數(shù)據(jù)有什么發(fā)現(xiàn)。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)寬度越寬，抗彎曲能力越強(qiáng);還會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)組數(shù)據(jù)不一樣，相差很大。這時(shí)引發(fā)學(xué)生思考：教師給每組學(xué)生提供的材料都是一樣的，是什么原因?qū)е旅總€(gè)組之間的數(shù)據(jù)相差這么大。學(xué)生會(huì)猜測(cè)：每組兩個(gè)木塊（橋墩）之間的距離不一樣;放置墊圈的位置不一樣;木塊放置的方法也不一樣……想要驗(yàn)證猜測(cè)的是否準(zhǔn)確，最好的辦法就是再次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這次實(shí)驗(yàn)之前教師把學(xué)生所能猜想的問(wèn)題都進(jìn)行了統(tǒng)一，例如：木塊都立著放，木塊之間的差距都是12厘米，放墊圈放置在橫梁的中間位置且疊加……

再次實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（如表2所示）：再次比較數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)每組之間的數(shù)據(jù)都差不多，雖然還有差距，但明顯跟第一次試驗(yàn)相比沒(méi)有幾倍之差了。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生則要會(huì)辨析實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇見(jiàn)的問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法。讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)時(shí)統(tǒng)一要求規(guī)范實(shí)驗(yàn)的重要性，從而培養(yǎng)學(xué)生思維的緊密性。

（二）改進(jìn)厚度變量的控制

“抵抗彎曲”一課在變量厚度的控制時(shí)，一倍厚就是一張紙，兩倍厚變量則采用的是把兩張一倍厚的紙張用固體膠粘合起來(lái)，四倍厚的紙張亦然。細(xì)細(xì)思考：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法是對(duì)比實(shí)驗(yàn)，小學(xué)科學(xué)里的對(duì)比實(shí)驗(yàn)只能改變一個(gè)變量，而這樣改變厚度變量的方法不僅改變了厚度，質(zhì)量也隨之改變了，顯然這是不科學(xué)的。

在本次的教學(xué)時(shí)，我做了改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的紙張都是同種顏色的卡紙，第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)每組探究的就是不同寬度變量，在研究不同厚度的實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生就把兩倍寬的紙梁變成兩倍厚的紙梁，采用的方法就是對(duì)折，之后用固體膠水稍加黏合固定。四倍寬的紙梁折合成四倍厚的紙梁。

上面改變厚度變量的做法，材料的多少?zèng)]有變，變的僅僅是厚度。與之前的教學(xué)方式相比較，這樣的教學(xué)更科學(xué)，實(shí)驗(yàn)時(shí)僅是從寬度變成厚度。在之后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比上更加直觀，真正意義上的同一張紙?jiān)诟淖兞撕穸葧r(shí)，承受墊圈的個(gè)數(shù)成倍增長(zhǎng)。與現(xiàn)實(shí)結(jié)合更加緊密，學(xué)生能夠真正懂得在材料相等的情況下，增加厚度比增加寬度更能夠增強(qiáng)抗彎曲能力。

四、注重實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格是小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中非常重要的輔助教學(xué)工具。一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄表的巧妙設(shè)計(jì)，不僅更加方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)的及時(shí)記錄，而且能夠進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)地分析和整理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的所在。

（一）巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表

針對(duì)“抵抗彎曲”這一課的數(shù)據(jù)，教師通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄單做一個(gè)統(tǒng)計(jì)圖。分為學(xué)生的個(gè)人實(shí)驗(yàn)時(shí)的記錄單（如表3所示）和教師在黑板上的統(tǒng)計(jì)各組數(shù)據(jù)的記錄表（如表4所示）。

（二）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析意識(shí)

學(xué)生的數(shù)據(jù)分析意識(shí)和實(shí)證意識(shí)不是與生俱來(lái)的，要在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中不斷地培養(yǎng)和發(fā)展。分析數(shù)據(jù)時(shí)，學(xué)生不僅能對(duì)自己組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出自己的見(jiàn)解，而且要能夠提出相應(yīng)的證據(jù)來(lái)支持個(gè)人的結(jié)論，使其他組覺(jué)得言之有理?！暗挚箯澢边@一課的數(shù)據(jù)，學(xué)生在分析自己組的數(shù)據(jù)時(shí)，很明顯能夠得出隨著寬度的增加，抗彎曲能力增強(qiáng);橫梁的厚度增強(qiáng)，抗彎曲能力也是增強(qiáng)的。

（三）培養(yǎng)多方位分析數(shù)據(jù)的能力

數(shù)據(jù)的分析對(duì)順利開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)是非常重要的。只有數(shù)據(jù)分析透徹了，學(xué)生才能體會(huì)在每一次實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)作為結(jié)論依據(jù)的重要性。

“抵抗彎曲”一課分為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一是寬度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，二是厚度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在第一次寬度對(duì)比實(shí)驗(yàn)后，從自己小組的記錄單上能夠看出四倍寬的實(shí)驗(yàn)數(shù)值比二倍寬數(shù)值大，二倍寬的數(shù)值又比一倍寬數(shù)值大，所以學(xué)生能夠很快地得出結(jié)論：橫梁的抗彎曲能力與寬度有關(guān)，寬度越寬，抗彎曲能力越強(qiáng);厚度亦然，隨著厚度的增加，實(shí)驗(yàn)數(shù)值也隨之增大。

教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考“想要增強(qiáng)抗彎曲能力，是增加寬度好還是增加厚度好”，引導(dǎo)學(xué)生去比較、去分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而得出增加厚度效果更好。以第八小組為例：一倍寬承受墊圈個(gè)數(shù)0個(gè)，二倍寬是1個(gè)，四倍寬是2個(gè);一倍厚承受墊圈0個(gè)，兩倍厚是8個(gè)，四倍厚是30個(gè)墊圈。很明顯，增加厚度抗彎曲能力比增加寬度的效果更好。

學(xué)生基本上只能分析到這一步，這時(shí)教師再做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)：在剛剛的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們是怎么改變厚度的。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)二倍厚的紙張依舊是原來(lái)兩倍寬的這張紙，只是通過(guò)了折疊，變成了兩倍厚。材料沒(méi)有增加，但原本二倍寬的紙梁承受墊圈是1個(gè)，變成二倍厚是承受8個(gè)墊圈，足足增強(qiáng)了8倍。四倍寬的紙梁承受2個(gè)墊圈，變成四倍厚后承受墊圈是30個(gè)，足足增強(qiáng)了15倍。這樣的數(shù)據(jù)值對(duì)比更直觀，更讓學(xué)生印象深刻。所以，學(xué)生能進(jìn)一步推斷出厚度增加了，抗彎曲能力大大增加。

最后，提醒學(xué)生看教師板書上整個(gè)班級(jí)的數(shù)據(jù)，判斷是不是支持本組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而進(jìn)一步客觀、全面、多方位、準(zhǔn)確地肯定實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析技能，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（責(zé)任編輯：趙昆倫）