小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取、呈現(xiàn)與論證

王世力

學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)后的討論交流環(huán)節(jié)，是他們運(yùn)用探究獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋、推理論證的過(guò)程。但實(shí)際教學(xué)中，很多教師卻只讓學(xué)生以小組為單位陳述或展示獲得的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剖析，組與組之間沒(méi)有互動(dòng)交流，沒(méi)有集體的相互論證，對(duì)個(gè)別小組的特殊數(shù)據(jù)亦以“可能你們小組測(cè)量的時(shí)候出了問(wèn)題”等個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)感受來(lái)回避，最后以教師的小結(jié)作為結(jié)論而結(jié)束。其帶來(lái)的不良后果有三：一是學(xué)生對(duì)自己的觀察與實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏信心，久而久之容易產(chǎn)生為了隨大流而篡改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象；二是缺乏分析與解釋使學(xué)生難以在數(shù)據(jù)與結(jié)論之間建立關(guān)聯(lián)，使概念真正內(nèi)化于心；三是缺乏對(duì)學(xué)生科學(xué)邏輯思維能力的培養(yǎng)。本文以“熱起來(lái)了”一課為例就數(shù)據(jù)的獲取、呈現(xiàn)與論證談?wù)勛约旱囊恍┱J(rèn)識(shí)。

一、 改進(jìn)器材，科學(xué)獲取數(shù)據(jù)

在學(xué)生的探究活動(dòng)中，有許多因素會(huì)影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲得，如實(shí)驗(yàn)儀器的不精密、實(shí)驗(yàn)材料的不典型以及周?chē)h(huán)境的影響等，都會(huì)造成學(xué)生獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不精確。在此數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的解釋與論證就會(huì)偏離預(yù)定目標(biāo)，與建構(gòu)核心概念背道而馳。

1.改進(jìn)儀器，避免估值影響數(shù)據(jù)

小學(xué)科學(xué)中有很多測(cè)量是需要學(xué)生進(jìn)行估計(jì)的，如量筒測(cè)量液體的體積、玻棒式溫度計(jì)測(cè)量液體的溫度、彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量力的大小等，學(xué)生在利用這些儀器進(jìn)行測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有估上估下的誤差值，單獨(dú)一個(gè)數(shù)據(jù)或兩個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)比明顯的情況下，不會(huì)受影響。但如果是一組連續(xù)的數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)變化不大的情況下，估值的上與下就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的分析與解釋造成直接的影響。

“熱起來(lái)了”一課中，教材安排的是采用玻棒式溫度計(jì)測(cè)量一本字典的溫度，它只能精確到1攝氏度，每一小格之間的0.1至0.9攝氏度的值是需要學(xué)生來(lái)估計(jì)的，這個(gè)值的大小有人為的主觀因素，甚至同一位學(xué)生在前后幾次的估值中都有差異，這就使得個(gè)別小組在記錄的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了“裹了衣服后溫度升高了零點(diǎn)幾攝氏度”的情況，這為后面基于數(shù)據(jù)的解釋與推理帶來(lái)了麻煩。

溫度能否不用估計(jì)就直接顯示出來(lái)呢？基于本課核心概念建構(gòu)的需要，我們對(duì)儀器進(jìn)行了升級(jí)，用數(shù)字溫度計(jì)代替玻棒式溫度計(jì)，解決了學(xué)生人為估值影響數(shù)據(jù)的問(wèn)題，也符合新科技產(chǎn)品走進(jìn)科學(xué)課堂的理念。使用數(shù)字溫度計(jì)優(yōu)勢(shì)明顯：一是靈敏度提高，節(jié)省了溫度變化的等待時(shí)間；二是誤差更小，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確；三是溫度不需要估算，消除了人為估值對(duì)數(shù)據(jù)的影響，更便于學(xué)生在excel表格中直接輸入與呈現(xiàn)，為后續(xù)的論證環(huán)節(jié)做好了鋪墊。

2.改進(jìn)材料，防止他因干擾數(shù)據(jù)

受年齡特點(diǎn)的影響，小學(xué)生在探究活動(dòng)中往往對(duì)探究材料特別感興趣，領(lǐng)到材料后，經(jīng)常會(huì)不自覺(jué)地把弄一些材料，如對(duì)材料進(jìn)行“親密接觸”，而這些材料又對(duì)“接觸”比較敏感的話，就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

“熱起來(lái)了”一課中部分小組在領(lǐng)到溫度計(jì)以后不是先記錄起始溫度，而是用手握住了溫度計(jì)下端的玻璃泡，致使溫度升高，這時(shí)再記錄起始溫度，這樣得到的數(shù)據(jù)顯然不科學(xué)。特別是在測(cè)量幾分鐘內(nèi)的溫度變化過(guò)程中，有些同學(xué)把溫度計(jì)取出來(lái)放進(jìn)去反復(fù)操作，致使數(shù)據(jù)上下波動(dòng)。這就導(dǎo)致了好多組數(shù)據(jù)出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象，也成了這節(jié)課上數(shù)據(jù)難處理的一大癥結(jié)。

除了在實(shí)驗(yàn)前對(duì)學(xué)生的操作進(jìn)行強(qiáng)調(diào)以外，可以改進(jìn)選用的材料。在本課中，可用一瓶接近人體溫度的溫水來(lái)模擬身體，代替教材中安排的字典。數(shù)字溫度計(jì)一開(kāi)始就插入瓶中，學(xué)生領(lǐng)到材料后，主觀上不容易接觸到溫度計(jì)敏感的下部。由此，困擾教師的干擾數(shù)據(jù)問(wèn)題迎刃而解。

二、 借助圖表，直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)

在學(xué)生獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)以供解釋與論證尤為重要。常見(jiàn)的方式有三：一是學(xué)生根據(jù)記錄表讀、報(bào)數(shù)據(jù)；二是小組成員把記錄表在實(shí)物投影儀上邊展示邊宣讀；三是各組把數(shù)據(jù)填寫(xiě)在教師準(zhǔn)備的匯總表中。顯然，第一種方式失去了數(shù)據(jù)的價(jià)值，第二種方式比較常見(jiàn)，但缺乏全班整體數(shù)據(jù)的橫向比較；第三種方式相對(duì)比較理想，但需要教師準(zhǔn)備一張大的匯總表，且不利于數(shù)據(jù)的直觀處理。在數(shù)字化時(shí)代，我們完全可以利用excel等軟件以數(shù)據(jù)圖表的形式呈現(xiàn)，同時(shí)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀處理。

1.借助柱形圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)整體

Excel中有個(gè)數(shù)據(jù)透視圖功能，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置就可以將數(shù)據(jù)匯總并以我們需要的圖表形式直觀呈現(xiàn)。“熱起來(lái)了”一課采用柱形圖的方式直觀形象地呈現(xiàn)全班所有小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，效果比較明顯。數(shù)據(jù)的輸入、呈現(xiàn)與學(xué)生的探究活動(dòng)同步，在學(xué)生用數(shù)字溫度計(jì)測(cè)量溫度的過(guò)程中，每獲得一個(gè)數(shù)據(jù)，各組就可以指定一名同學(xué)到臺(tái)上電腦圖表中輸入數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在大屏幕上。有了全班同學(xué)的無(wú)形監(jiān)督，避免了個(gè)別同學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)的任意篡改。同時(shí)，學(xué)生在測(cè)量溫度的間隙也不再無(wú)事可干，可通過(guò)大屏幕隨時(shí)觀察各組同學(xué)測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，初步進(jìn)行分析與思考。全班同學(xué)實(shí)驗(yàn)完畢，數(shù)據(jù)也同時(shí)輸入完畢，一張全班各組數(shù)據(jù)的柱形圖便呈現(xiàn)在大家面前。（圖1）

此圖充分利用了excel數(shù)據(jù)處理模塊，直觀形象地呈現(xiàn)了12組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生面對(duì)全班大量的數(shù)據(jù)不再眼花繚亂，通過(guò)圖形與具體數(shù)據(jù)的結(jié)合，有助于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的觀察與分析、推理與論證。

2.借助折線圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)

有時(shí)候我們并非需要對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)與對(duì)比分析，而是顯現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)。這時(shí)，我們就可以借助折線圖來(lái)達(dá)成目標(biāo)?！盁崞饋?lái)了”一課中學(xué)生在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析后發(fā)現(xiàn)，衣服不能給身體增加熱量，同時(shí)發(fā)現(xiàn)：裹了衣服溫度反而還在降低，那衣服還有作用嗎？而這個(gè)問(wèn)題教師有預(yù)設(shè)，在學(xué)生探究活動(dòng)中事先在其中一個(gè)小組增加了一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這時(shí)就可以把這個(gè)小組的對(duì)比數(shù)據(jù)以折線圖（圖2）呈現(xiàn)，使學(xué)生對(duì)裹了衣服和沒(méi)裹衣服的溫度變化趨勢(shì)一目了然，也使學(xué)生對(duì)保溫的概念有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)：保溫并不是能一直保持溫度不降，而是減緩熱量的散失，使溫度降低的速度變慢。

三、 利用數(shù)據(jù)，深入剖析論證

科學(xué)獲取數(shù)據(jù)并借助圖表直觀呈現(xiàn)，其目的是幫助學(xué)生建立自己的觀點(diǎn)，用事實(shí)說(shuō)話、用證據(jù)解釋，培養(yǎng)實(shí)證精神。因此，在交流研討環(huán)節(jié)，教師要組織學(xué)生充分利用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話、來(lái)解釋，使研討交流成為學(xué)生對(duì)話的平臺(tái)，成為學(xué)生推理論證的契機(jī)，在個(gè)體到集體的論證中，思維得到發(fā)展，概念得以完善與提升。

1.自我分析，個(gè)體論證

個(gè)體論證是本人或本組成員對(duì)自己或本組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與解釋、交流與分享的過(guò)程，是學(xué)生基于自己的觀點(diǎn)尋求證據(jù)進(jìn)而完善自己觀點(diǎn)的過(guò)程，有助于學(xué)生從證據(jù)上升到解釋，促進(jìn)思維的發(fā)展。

“熱起來(lái)了”一課中，全班學(xué)生在探究活動(dòng)前就已經(jīng)借助生活經(jīng)驗(yàn)與感受建立了兩種不同的觀點(diǎn)：“衣服能給身體增加熱量”和“衣服不能給身體增加熱量”。但這兩種觀點(diǎn)都建立在學(xué)生主觀感受的基礎(chǔ)上，所以都成立，誰(shuí)也說(shuō)服不了誰(shuí)。于是教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生要用事實(shí)來(lái)說(shuō)話、用證據(jù)來(lái)解釋?！笆聦?shí)”和“證據(jù)”就在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中觀察到的數(shù)據(jù)里。因此，研討交流的首要任務(wù)就是要組織學(xué)生開(kāi)展個(gè)體論證，要讓學(xué)生觀察圖1中自己小組的數(shù)據(jù)，對(duì)起始溫度、1分鐘后的溫度、2分鐘后的溫度、3分鐘后的溫度等幾個(gè)數(shù)據(jù)作縱向的觀察與分析，用數(shù)據(jù)來(lái)佐證自己的觀點(diǎn)。在觀察分析中，有些小組發(fā)現(xiàn)自己數(shù)據(jù)中的四個(gè)溫度沒(méi)有一個(gè)上升，說(shuō)明衣服不能給身體增加熱量，與當(dāng)初的觀點(diǎn)一致；而起初持不同觀點(diǎn)的小組也發(fā)現(xiàn)自己的四個(gè)數(shù)據(jù)沒(méi)有上升，與當(dāng)初的觀點(diǎn)不一致，從而產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。在這里，是堅(jiān)持自己原先的觀點(diǎn)，還是尊重事實(shí)，尊重?cái)?shù)據(jù)，體現(xiàn)了科學(xué)態(tài)度與精神的滲透與培養(yǎng)。

2.全班互動(dòng)，集體論證

在個(gè)體論證的基礎(chǔ)上，教師組織學(xué)生開(kāi)展集體論證，讓全班同學(xué)對(duì)其他小組的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析、質(zhì)疑批駁或解釋評(píng)價(jià)，通過(guò)不同觀點(diǎn)的相互“交鋒”，產(chǎn)生思維碰撞，在實(shí)現(xiàn)從個(gè)體表征到集體建構(gòu)的過(guò)程中理解科學(xué)概念和科學(xué)本質(zhì)。

“熱起來(lái)了”一課，教師一方面要求學(xué)生對(duì)自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，另一方面則要求他們對(duì)其他小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察。這時(shí)，有些同學(xué)就會(huì)關(guān)注一些特殊的數(shù)據(jù)，并提出自己的分析、質(zhì)疑與推理。在此基礎(chǔ)上，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從全班的角度觀察數(shù)據(jù)，從上升、下降或者基本一致幾個(gè)方面分析數(shù)據(jù)。學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)，圖1中沒(méi)有一個(gè)小組的溫度上升，說(shuō)明了衣服不能增加熱量。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)絕大部分小組數(shù)據(jù)有下降的現(xiàn)象，這在學(xué)生的意料之外，更促使學(xué)生去進(jìn)一步分析原因，去聯(lián)想生活實(shí)際來(lái)思考。在相互的交流論證中，知道了溫水在不斷地向外界散發(fā)熱量，而衣服只是起到了保溫的作用，使溫度下降的速度減慢。這樣，學(xué)生的匯報(bào)交流就不再是數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單呈現(xiàn)與結(jié)果的主觀臆斷，而是一個(gè)不斷對(duì)話、交流的理性過(guò)程，更注重概念建構(gòu)與思維發(fā)展的有效融合。

綜上所述，引導(dǎo)學(xué)生基于數(shù)據(jù)的分析與解釋，能有效解決匯報(bào)交流單純呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的問(wèn)題，能幫助學(xué)生改變?yōu)橛涗浂涗洝閰R報(bào)而匯報(bào)的現(xiàn)狀，慢慢引領(lǐng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的尊重、對(duì)數(shù)據(jù)的利用，以及運(yùn)用數(shù)據(jù)來(lái)推理與論證的能力，更好地促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

【責(zé)任編輯：陳國(guó)慶】