科學(xué)課數(shù)據(jù)的“讀通”與“讀懂”

王天鋒

摘 要??科學(xué)課數(shù)據(jù)從原始的數(shù)字轉(zhuǎn)化為具有實證功能的證據(jù)，需要學(xué)生具有對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和加工能力。在培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)的過程中，教師要把握數(shù)據(jù)獲得良好的方向感，賦予數(shù)據(jù)加工豐富的空間感，使得教學(xué)朝著把握數(shù)據(jù)、形成證據(jù)、理解科學(xué)本質(zhì)的視角不斷邁進。

關(guān)鍵詞 科學(xué)課 數(shù)據(jù) 證據(jù) 加工策略

小學(xué)科學(xué)課的數(shù)據(jù)很少整齊規(guī)則地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，它們很多時候只是一堆數(shù)字，具有不同的面孔。缺乏精確性和直觀性，加之學(xué)生掌握的數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(xué)知識極少，他們很難觀察到數(shù)據(jù)的規(guī)律性，特別是一些潛存在數(shù)據(jù)背后、須要轉(zhuǎn)換的規(guī)律，而且有些規(guī)律本身也不在學(xué)生的認識范圍內(nèi)。如何引導(dǎo)學(xué)生讀懂數(shù)據(jù)、理解數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為科學(xué)學(xué)習(xí)的證據(jù)，需要教師做出精心引導(dǎo)。

一、數(shù)據(jù)獲取中的不足

數(shù)據(jù)收集和處理過程是科學(xué)課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，在相對復(fù)雜的實驗環(huán)境中，學(xué)生獲取數(shù)據(jù)時會面對諸多問題。對下列問題的忽視往往會造成收集數(shù)據(jù)的失敗。

1.對數(shù)據(jù)的搜集要求——方向不明晰

在一些課堂上，教師對數(shù)據(jù)的認識不足，對數(shù)據(jù)本身的要求強調(diào)不夠，只是對活動的流程和活動的操作提出要求，導(dǎo)致實驗活動成為“半成品”。如在“測量小車的拉力”的教學(xué)過程中，教師試圖通過實驗裝置來滿足學(xué)生對拉力變化對小車運動變化影響的認識。實驗?zāi)繕耸撬俣葴y量，但是教師忽視了對數(shù)據(jù)搜集環(huán)境的要求，結(jié)果學(xué)生在實驗測試時出現(xiàn)了數(shù)據(jù)混亂。主要是因為學(xué)生對鉤碼數(shù)量變化模式弄不清楚，所以收集什么情況下的數(shù)據(jù)也搞不明白，收集到的數(shù)據(jù)自然也張冠李戴。對情境的剝離不夠到位，成為數(shù)據(jù)搜集失去方向的主要原因。

2. 對數(shù)據(jù)的操作影響——預(yù)設(shè)不合理

在“給100ml的冷水加熱5分鐘”的研究實驗中，實驗流程并沒有多大難度，但用250ml的燒杯裝100ml的冷水放在鐵架臺上加熱，這個活動還是有一定難度的，因為100ml的冷水量在250ml的燒杯中高度很低，要將溫度計懸掛在恰當位置，對不常使用溫度計測量的學(xué)生來說還是有一定難度的，學(xué)生往往會顧此失彼，讀出的數(shù)據(jù)自然差別很大。這說明實驗活動的難易程度影響著數(shù)據(jù)收集的成敗，教師要做好“下水實驗”，以自己的切身體驗感受數(shù)據(jù)收集過程中的難易程度，避免因為實驗本身的操作難度造成數(shù)據(jù)搜集活動的失敗。

3.對數(shù)據(jù)的測量失真——化解不及時

原始數(shù)據(jù)須要抽象，以符號化或者標志化形式代替具體的數(shù)據(jù)，故而原始數(shù)據(jù)的收集是基礎(chǔ)性工作?？墒怯捎趯W(xué)生的操作不夠熟練或者合作不夠成功，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真的現(xiàn)象在科學(xué)課堂上經(jīng)常見到，甚至有學(xué)生捏造數(shù)據(jù)應(yīng)對老師。如在“給冷水加熱研究”的實驗中（見表1），第2小組的數(shù)據(jù)遠遠比其他組的數(shù)據(jù)高，有兩個環(huán)節(jié)存在問題，第一環(huán)節(jié)是從2分鐘開始這組的數(shù)據(jù)一直偏高，第二環(huán)節(jié)是第8分鐘到第10分鐘上升了9℃，而其他小組只是上升了5-6℃，明顯存在問題。后來發(fā)現(xiàn)這組學(xué)生測量時溫度計碰到了燒杯的底部，為了爭面子將8—10分鐘讀數(shù)高了3℃。遺憾的是面對這些操作失誤或者生造數(shù)據(jù)的行為，學(xué)生并沒有意識到其中的不當，教師也未能予以質(zhì)疑和糾錯，喪失了進行科學(xué)精神教育的機會。

二、數(shù)據(jù)加工策略的改進

數(shù)據(jù)最終要成為證據(jù)，需要對原始數(shù)據(jù)進行抽象和篩選，獲得加工后的數(shù)據(jù)，成為論證的證據(jù)。源于學(xué)生認知特點，小學(xué)階段數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化還存在一定難度的，需要教師的精心引導(dǎo)和扶持。

首先，數(shù)據(jù)是數(shù)字，而數(shù)字卻不是數(shù)據(jù)。數(shù)字須要剝離和轉(zhuǎn)換才能成為學(xué)生認識的數(shù)據(jù)。此中有兩個層面的困難：一是學(xué)生無法將數(shù)據(jù)集中起來整體認識，缺少抽象的能力;二是學(xué)生無法建立起數(shù)據(jù)和結(jié)論之間的聯(lián)系，缺少關(guān)聯(lián)能力。其次，學(xué)生關(guān)注了數(shù)據(jù)，但不明白數(shù)據(jù)如何運用，不知道挖掘數(shù)據(jù)背后的意義。數(shù)據(jù)應(yīng)成為論證的支撐，與論證的觀點匹配，說服性要強。數(shù)據(jù)的認識和運用，既是探究活動技能的培養(yǎng)需要，又是科學(xué)本質(zhì)認識的需要?；谏鲜稣J識，我們認為小學(xué)科學(xué)課堂上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為證據(jù)要經(jīng)歷三個過程。

1.“一組”和“一個”數(shù)據(jù)——觀察比較的基礎(chǔ)

學(xué)生實驗活動結(jié)束，看到的第一眼會是一堆數(shù)據(jù)，在這一堆數(shù)據(jù)中間需要整理出一個數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)一般是在三個或多個數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個數(shù)據(jù)，學(xué)生往往無法取舍。以“測量定滑輪是否省力實驗”為例（見表2）。

這3組數(shù)據(jù)具有典型代表性，第一組的3個數(shù)據(jù)各不相同，第二組的3個數(shù)據(jù)有2個相同，第三組的數(shù)據(jù)完全相同。這些數(shù)據(jù)是實驗中獲得的原始數(shù)據(jù)，而學(xué)生只需要一個數(shù)據(jù)，用這個數(shù)據(jù)來比較豎直提起2.5N的重物，觀察定滑輪是否省力。取哪個不取哪個，需要教師指導(dǎo)學(xué)生獲得取舍數(shù)據(jù)的模式和標準。這樣，學(xué)生才能深入理解實驗，深入發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)。

2.“表格”和“圖形”數(shù)據(jù)——分層認識的過程

很多數(shù)據(jù)不是簡單的3個數(shù)據(jù)中取得1個數(shù)據(jù)就可以獲得結(jié)果了，需要學(xué)生對數(shù)據(jù)進行深度的整理和分析，而這樣的整理和分析過程是獲得科學(xué)素養(yǎng)最重要的載體。學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析和認知是有層次的，很多時候需要借助線性統(tǒng)計圖、柱狀圖、曲線圖來凸顯數(shù)據(jù)的特征。

學(xué)生對數(shù)據(jù)和統(tǒng)計圖這兩個相關(guān)量的認識會存在四種可能：讀不懂數(shù)據(jù)，讀不懂統(tǒng)計圖;讀不懂數(shù)據(jù)，讀得懂統(tǒng)計圖;讀懂數(shù)據(jù)，讀不懂統(tǒng)計圖;讀懂數(shù)據(jù)，讀懂統(tǒng)計圖。教師要圍繞具體的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計圖給予學(xué)生認知的腳手架，例如在認識“熱水降溫變化規(guī)律”數(shù)據(jù)中，學(xué)生的統(tǒng)計如表3。

實驗數(shù)據(jù)得到了，可是學(xué)生還是難以得出水溫變化和時間之間的關(guān)系，教師提出問題：這個統(tǒng)計圖就像一個滑滑梯，哪個坡度的滑滑梯坡度大？坡度大的意味著降溫速度怎樣？坡度小的呢？分析之后，我們可以得出結(jié)論：熱水降溫速度先下降得快，后下降得慢，教師用后繼的30分鐘觀察數(shù)據(jù)充分體現(xiàn)了這一特征。

3.“常態(tài)”和“異態(tài)”數(shù)據(jù)——矛盾協(xié)調(diào)的焦點

小學(xué)科學(xué)中的對比實驗須要將變量改變前后的數(shù)據(jù)進行對比，很多時候?qū)W生會挑選對表述自己觀點有利的數(shù)據(jù)，對那些“不利”數(shù)據(jù)往往視而不見，這樣對待數(shù)據(jù)的態(tài)度是不科學(xué)的。我們應(yīng)該科學(xué)對待數(shù)據(jù)，關(guān)注它們的聯(lián)系，以獲得更多真實的信息。如在研究不同形狀的紙筒承受力大小的過程中，學(xué)生匯報的數(shù)據(jù)整理后如表4。

上述數(shù)據(jù)中三角形形狀的紙筒承受重量大于正方形和正六邊形，在理論上是不可能的，這時應(yīng)該還原數(shù)據(jù)的由來，解決數(shù)據(jù)的矛盾。在教師追問下學(xué)生再次演示，發(fā)現(xiàn)三角形研究小組將A4紙折疊成三層，然后再折成三角形紙筒，實際上是改變了紙張的厚度，從而改變了兩個變量。經(jīng)過異常數(shù)據(jù)的打假，所有數(shù)據(jù)形成一組遞增的數(shù)據(jù)群。而這個異常數(shù)據(jù)同時能夠說明厚度增加、形狀不變的情況下承受力是增大的。異常數(shù)據(jù)恰恰是課堂學(xué)習(xí)進入深度研究的契機。

三、數(shù)據(jù)意義的拓展和運用

1.數(shù)據(jù)具有預(yù)測意義

科學(xué)本質(zhì)上認為世界的規(guī)律是可重復(fù)、可測量的，所有的數(shù)據(jù)連接構(gòu)成了現(xiàn)象的解釋，所以每個數(shù)據(jù)都對應(yīng)著一個現(xiàn)象的點。教師要善于利用數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，推測未來可能發(fā)生的現(xiàn)象。將科學(xué)學(xué)科從數(shù)據(jù)拓展到規(guī)律，從而使數(shù)據(jù)功能得以拓展。

2.表達數(shù)據(jù)才是讀懂

對數(shù)據(jù)的透徹理解表現(xiàn)為能夠嫻熟地表達數(shù)據(jù)，在表達數(shù)據(jù)的過程中，學(xué)生會更重視數(shù)據(jù)的規(guī)律。如在“擺”的實驗教學(xué)中，如何才能把這些數(shù)據(jù)信息表述成繩子的長度與擺動次數(shù)之間的關(guān)系，需要學(xué)生用圖示來表述自己的認識，圖示加數(shù)據(jù)的表示其實就是建立了一個模型，當建模成功的時候，學(xué)生對數(shù)據(jù)的表達能力得到充分鍛煉。

對數(shù)據(jù)的處理，構(gòu)成了科學(xué)教育的內(nèi)容之一，不同的處理方式?jīng)Q定著不同的效果。數(shù)據(jù)本身應(yīng)該是科學(xué)教育內(nèi)容之一，學(xué)生是處理數(shù)據(jù)的小科學(xué)家，實驗活動才能轉(zhuǎn)變成培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)活動。

[責任編輯：陳國慶]

該文為揚州市“十三五”規(guī)劃課題“實驗學(xué)習(xí)單在課堂評價中的運用研究”（G/P/16/115）項目成果之一