實驗教學(xué)中的數(shù)據(jù)處理

王寅

摘 要：本文通過測量長度和氣泡速度教學(xué)中的內(nèi)容，以實驗數(shù)據(jù)的記錄和處理，表格的設(shè)計及圖像的繪制等為例進行基本科學(xué)素養(yǎng)的初步滲透.

關(guān)鍵詞：表格設(shè)計;圖像;科學(xué)素養(yǎng)

物理教學(xué)不僅僅承載著傳遞知識的任務(wù)，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，養(yǎng)成良好的研究習(xí)慣及思維方式.現(xiàn)就教科版八年級上前兩章教學(xué)內(nèi)容談?wù)勗鯓永貌煌n題滲透科學(xué)素養(yǎng).

1 長度測量中表格設(shè)計的滲透

設(shè)計表格，并將實驗數(shù)據(jù)記錄到表格中是物理學(xué)研究的基本方式之一，也是最重要的處理數(shù)據(jù)的方法.通過表格可以完成對數(shù)據(jù)的輸入、統(tǒng)計、分析等多項工作，它的基本職能是對數(shù)據(jù)進行記錄、分類、計算與分析，能夠直觀的、清晰地、有條理的呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)，便于找出數(shù)據(jù)間的關(guān)系，找到事物之間的聯(lián)系與規(guī)律.學(xué)會設(shè)計表格，并利用表格來對數(shù)據(jù)進行處理、分析是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生研究具體問題的能力的重要途徑.如何在學(xué)生剛開始學(xué)習(xí)物理時就對表格設(shè)計及應(yīng)用有所認(rèn)識并初步學(xué)會應(yīng)用表格研究問題呢？現(xiàn)在就以長度測量為例來說明關(guān)于表格的教學(xué).

在長度測量的作業(yè)中有意識地讓學(xué)生測量自己的早晨及晚上的身高、臂展、腳長、及心率.上課時收集了3名男生和3名女生的數(shù)據(jù)，并隨機的記錄在黑板上.由于學(xué)生測量自己的數(shù)據(jù)時的順序不同，因此黑板上呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)如下：

由此記錄的數(shù)據(jù)問學(xué)生能得出什么結(jié)論？學(xué)生回答這些數(shù)據(jù)的記錄太亂了，不容易找出規(guī)律.這時適時的問學(xué)生該怎么辦？學(xué)生很自然的提出應(yīng)該將數(shù)據(jù)記錄到表格中.要的就是這句話！借次契機引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計記錄這些數(shù)據(jù)的表格，并找學(xué)生到黑板上畫出自己設(shè)計的表格.通過學(xué)生間的評價不斷完善表格.并分析表格中的數(shù)據(jù)，得出結(jié)論.具體過程如下.

學(xué)生甲先設(shè)計了如下表格：

筆者讓學(xué)生評價她的表格，同學(xué)們提出應(yīng)該把單位填在表格最上面的物理量名稱里，這樣就不用在下面的數(shù)據(jù)里都填單位了.于是把表格改進如下：

下一步引導(dǎo)學(xué)生：“從表格中你能得出什么結(jié)論？”經(jīng)討論學(xué)生得出如下結(jié)論：

（1）同一位同學(xué)的早上的身高大于晚上的身高.

（2）同一位同學(xué)的臂展約等于身高.

（3）同一位同學(xué)的身高大約是腳長的7倍.

（4）前三位同學(xué)的心率比后三位同學(xué)的心率快.

對于前三條結(jié)論學(xué)生沒有異議，而對于最后一條學(xué)生們想知道原因.于是叫前三位同學(xué)起立，發(fā)現(xiàn)是三位女同學(xué)，叫后三位同學(xué)起立，發(fā)現(xiàn)是三位男同學(xué)，于是同學(xué)們對第四條結(jié)論進行了修正：女同學(xué)的心率比男同學(xué)快.在此基礎(chǔ)上同學(xué)們又對身高提出了異議：有同學(xué)認(rèn)為女同學(xué)身高應(yīng)該小于男同學(xué)身高，但為什么表格中體現(xiàn)的是女同學(xué)身高高呢？經(jīng)討論同學(xué)們認(rèn)為我所選取的數(shù)據(jù)還不夠充分，若要研究男女同學(xué)的身高、心率等問題還應(yīng)該再選取大量的數(shù)據(jù)進行比對.在此基礎(chǔ)上我問學(xué)生應(yīng)該怎樣對表格中的數(shù)據(jù)進行分析比較？學(xué)生討論后得出應(yīng)該從橫向、縱向兩個維度對數(shù)據(jù)進行比對.同時還應(yīng)該對表格中的數(shù)據(jù)進行歸類，還有同學(xué)對數(shù)據(jù)記錄的結(jié)果提出了異議：這幾位同學(xué)所用刻度尺的最小分度值是多少？在確定分度值為1cm后對數(shù)據(jù)做出了更正.并將剛才的表格進一步完善如下：

至此學(xué)生對表格的設(shè)計及數(shù)據(jù)的記錄、處理、比較、分析都有了一個基本的認(rèn)識.回顧整個上課的過程如下：

結(jié)論：

（1）同一位同學(xué)的早上的身高大于晚上的身高.

（2）同一位同學(xué)的臂展約等于身高.

（3）同一位同學(xué)的身高大約是腳長的7倍.

（4）女同學(xué)的心率比男同學(xué)的心率快.

利用長度測量為依托串聯(lián)表格問題的教學(xué)，可以讓學(xué)生比較順利的掌握數(shù)據(jù)的輸入、統(tǒng)計、分析等多項工作，對今后的教學(xué)及學(xué)生的能力培養(yǎng)打下一個良好的基礎(chǔ)，取得了較好的教學(xué)效果.

2 實驗探究氣泡的速度體驗完整的實驗過程

實驗探究是物理學(xué)研究問題的基本方法，讓學(xué)生掌握實驗的完整過程，學(xué)會通過實驗研究具體問題，學(xué)會填寫實驗報告，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

首先讓我們明確實驗的各個環(huán)節(jié)及注意事項：

一、實驗名稱：點明實驗題目

二、實驗?zāi)康模赫f明實驗要研究的問題及方向或預(yù)期得到的結(jié)論.

三、實驗儀器和器材：標(biāo)明各儀器的規(guī)格型號及數(shù)量

四、實驗原理：簡明扼要地闡述實驗的理論依據(jù)、計算公式、畫出電路圖光路圖或裝置圖

五、實驗步驟：要求步驟或內(nèi)容簡單明了，想全影響元素，注意控制變量.注意操作順序，做好實驗前器材的組裝與實驗后器材的整理.

六、數(shù)據(jù)記錄：實驗中測得的原始數(shù)據(jù)和一些簡單的結(jié)果盡可能用表格形式列出，并要求正確表示有效數(shù)字和單位.要進行多次實驗，數(shù)據(jù)要足夠充分：探究實驗要避免偶然性及特殊性，測值實驗要能減小誤差.

七、數(shù)據(jù)處理：根據(jù)實驗?zāi)康膶y量結(jié)果進行計算、作圖、比較等處理，并對測量結(jié)果進行評定.

八、實驗結(jié)論：扼要地寫出實驗結(jié)論，探究實驗往往是某一規(guī)律，注意控制變量.測值實驗為數(shù)值.注意結(jié)論的適用條件.

九、誤差分析：當(dāng)實驗數(shù)據(jù)的誤差達(dá)到一定程度后，要求對誤差進行分析，找出產(chǎn)生誤差的原因.

十、問題討論：討論實驗中觀察到的異?，F(xiàn)象及可疑數(shù)據(jù)，并作出相應(yīng)的解釋，分析實驗誤差的主要來源，對實驗儀器的選擇和實驗方法的改進提出建議，簡述自己做實驗的心得體會.

實驗探究氣泡的速度中體驗完整的實驗過程，完成如下實驗報告.

物理實驗報告

一、實驗名稱：氣泡的速度

二、實驗?zāi)康模簻y量氣泡的速度，分析氣泡的運動規(guī)律

三、實驗原理：v=s/t

四、實驗儀器和器材：取長約57 cm、內(nèi)徑6 mm的均勻玻璃管，管內(nèi)注滿水，留一個小氣泡，兩端密封.刻度尺，停表，記號筆

五、實驗步驟或內(nèi)容：

和你的同學(xué)合作，倒轉(zhuǎn)玻璃管，保持豎直，觀察氣泡在管內(nèi)的運動，從某位置開始用停表計時，每2 s在玻璃管上用記號筆記錄小氣泡的位置，最后用米尺測量，將實驗數(shù)據(jù)填入以下表格中.計算氣泡在每段時間內(nèi)運動的速度，填入上表，看看有什么規(guī)律.

六、數(shù)據(jù)記錄：

七、數(shù)據(jù)處理：

八、實驗結(jié)論：氣泡近似做勻速直線運動，速度約為1cm/s

九、誤差分析：測量時間及在記錄氣泡位置時有誤差，開始階段操作不熟練

十、討論交流：進行實驗時可以先做些練習(xí)以通過熟練程度，選取后幾組數(shù)據(jù).考慮到人的反應(yīng)時間，計時時可提前對記錄位置的同學(xué)下達(dá)指令.記錄氣泡位置時，要選取氣泡的同一位置.

在課堂上以實驗報告為載體，指導(dǎo)學(xué)生完成實驗各個環(huán)節(jié)，讓他們體會實驗探究的完整過程，并組織學(xué)生討論交流，使學(xué)生真正學(xué)會了怎樣做實驗，怎樣通過實驗完成探究目的.

誠然，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)不是一朝一夕之功，以上所舉實例為八年級上前兩章內(nèi)容，旨在使學(xué)生在剛接觸物理學(xué)時就對本學(xué)科有個正確的認(rèn)識，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)及研究問題的習(xí)慣，學(xué)會基本方法，研究問題有一定的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性，為今后的教學(xué)打下良好的基礎(chǔ).

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

（收稿日期：2019-11-10）