避免小學(xué)科學(xué)實驗產(chǎn)生“異類數(shù)據(jù)”的策略

章杰

【摘? ?要】小學(xué)科學(xué)實驗中的“異類數(shù)據(jù)”會影響實驗結(jié)論，影響科學(xué)概念的建構(gòu)。教師在科學(xué)教學(xué)中要強調(diào)實驗數(shù)據(jù)的重要性，引導(dǎo)學(xué)生從客觀條件、材料使用、實驗方法、心理作用等方面分析 “異類數(shù)據(jù)”產(chǎn)生的原因及規(guī)避策略，從而保證實驗結(jié)論的真實性、科學(xué)性，幫助學(xué)生形成證據(jù)意識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、實事求是的探究精神。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)實驗;異類數(shù)據(jù);策略;證據(jù)意識

實驗數(shù)據(jù)是學(xué)生得出實驗結(jié)論所依賴的佐證，是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。如果學(xué)生得到的實驗數(shù)據(jù)存在問題，將會影響科學(xué)概念的建構(gòu)。異類數(shù)據(jù)，是指在科學(xué)實驗過程中，因客觀條件或人為因素造成某個學(xué)生或某組學(xué)生獲得與其他學(xué)生存在明顯差異的實驗數(shù)據(jù)，是影響實驗結(jié)論得出的因素之一。

因此，教師在教學(xué)中要強調(diào)實驗數(shù)據(jù)的重要性，引導(dǎo)學(xué)生從客觀條件、材料使用、實驗方法、心理作用等方面分析“異類數(shù)據(jù)”產(chǎn)生的原因，并積極探索避免“異類數(shù)據(jù)”產(chǎn)生的策略，幫助學(xué)生樹立證據(jù)意識，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的探究精神。

一、避免客觀條件引發(fā)異類數(shù)據(jù)的策略

（一）保證工具精確，預(yù)防隱形“殺手”

小學(xué)科學(xué)實驗離不開各種實驗器材，而測量工具就是常用的實驗器材之一。如果測量工具出現(xiàn)了問題，不但會引發(fā)異類數(shù)據(jù)，且往往很難發(fā)現(xiàn)這個隱形“殺手”。以三年級上冊第四單元第4課《比較水的多少》為例，教師給10個實驗小組各準(zhǔn)備了兩個體積相似的塑料瓶——1號瓶、2號瓶，課前用量筒分別在瓶子中裝了85毫升和92毫升的水，請學(xué)生用量筒現(xiàn)場測量水量，看看兩個瓶子里的水哪個多，多多少。各小組的測量數(shù)據(jù)如下表所示。

學(xué)生注意力一下子聚集在第五小組上，都認(rèn)為他們的數(shù)據(jù)是錯誤的。教師的想法也是如此，認(rèn)為第五組實驗不夠認(rèn)真?？墒?，第五組的學(xué)生覺得很委屈。為了查找產(chǎn)生異類數(shù)據(jù)的原因，教師親自用第五組的量筒進行測量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個量筒是個次品，標(biāo)注的刻度存在較大誤差，以至于產(chǎn)生了異類數(shù)據(jù)，冤枉了第五組的學(xué)生。因此，教師在實驗前要檢查工具的精確性，預(yù)防隱形“殺手”造成異類數(shù)據(jù)。

（二）關(guān)注環(huán)境變化，趕走無形“操控手”

實驗環(huán)境是一個無形的“操控手”，也會悄然無聲地影響實驗數(shù)據(jù)。例如，五年級下冊第二單元第1課《熱起來了》要求學(xué)生測量科學(xué)教室里的空氣溫度。教師事先親自檢查每一支溫度計，它們的原始溫度都是相同的，且環(huán)境一致，學(xué)生測量的數(shù)據(jù)差距比較小。接著，教師讓學(xué)生用毛巾代替衣服包裹在溫度計上，每1分鐘查看一次溫度計。誰知，大多數(shù)小組的測量數(shù)據(jù)比第一次有所上升，與教材所說的“衣服不能增加溫度”相反。是哪個“操控手”造成了那么多的異類數(shù)據(jù)呢？原來是教師忽視了教室中的溫室效應(yīng)。因為那么多的學(xué)生長時間待在教室這個相對密封的小空間里，造成室溫比剛上課時上升了一些。學(xué)生應(yīng)該在明顯通風(fēng)的情況下做實驗，才能得出比較科學(xué)的數(shù)據(jù)。

此外，有些實驗需要在室外完成，勢必會受到自然環(huán)境的影響。如五年級上冊第二單元第5課《光和熱》中，學(xué)生分別用1面、3面、5面鏡子產(chǎn)生的反光去照射溫度計，探究鏡子的數(shù)量與溫度上升的關(guān)系。實驗結(jié)果顯示，所有小組的數(shù)據(jù)出奇的一致，使用3面鏡子時，溫度明顯上升，但使用5面鏡子時，大部分小組的溫度與使用3面鏡子時是一樣的，其中有兩個小組的溫度還下降了。突然，有一個學(xué)生解開了謎底：原來在測量5面鏡子時，云層擋住了太陽光，從而導(dǎo)致了異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

由此可見，小學(xué)科學(xué)實驗往往會遇到專業(yè)實驗室不會出現(xiàn)的客觀因素，教師要關(guān)注這些因素的變化，及時做出調(diào)整，以避免異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

二、避免材料使用引發(fā)異類數(shù)據(jù)的策略

（一）嚴(yán)禁增加“小”材料，清除細(xì)微“失真源”

材料是科學(xué)實驗課的必備條件，但使用不當(dāng)也會引發(fā)異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。例如六年級上冊第二單元第2課《形狀與抗彎曲能力》要求學(xué)生嘗試使用各種形狀的紙張比較抗彎曲能力。L形、U形、波浪形的材料都比較容易操作，但圓形和三角形容易散開，難以操作。于是，教師用同一型號的16k紙做成各種形狀，只是用了少量膠帶固定圓形和三角形。結(jié)果實驗數(shù)據(jù)顯示，圓形和三角形的抗彎曲能力特別好，承受墊圈的數(shù)量特別大。教師在正常使用材料的同時增加了一點小“材料”——少量膠帶，卻導(dǎo)致了異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，真是好心辦壞事。

（二）嚴(yán)禁重復(fù)用材料，減少數(shù)據(jù)“錯誤源”

為了保證實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)性，同一材料不能反復(fù)使用，因而材料的消耗量較大。如果為了節(jié)約而重復(fù)使用材料，就會導(dǎo)致異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。以六年級上冊第二單元第3課《拱形的力量》為例，在 “一”字形和拱形（不抵住拱足的情況下）的抗彎曲能力的比較實驗中，第1次的實驗數(shù)據(jù)顯示：拱形的抗彎曲能力確實比“一”字形強。但隨著實驗次數(shù)的增加，拱形和“一”字形的抗彎曲能力幾乎差不多了，實驗出現(xiàn)的異類數(shù)據(jù)與“拱形的抗彎曲能力比‘一字形強”的科學(xué)結(jié)論相違背。實驗材料——同一型號的16k紙具有質(zhì)輕、吸水性強、硬度小、柔韌性較差、易折疊等特性。在第1次實驗中，拱形被墊圈破壞后，紙張的材質(zhì)發(fā)生了改變，如果重復(fù)使用第1次實驗用過的拱形，材料承受力已被破壞，異類數(shù)據(jù)就此產(chǎn)生。因此，每一次實驗都要及時更換材料，這樣才能避免異類數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，確保證據(jù)的可靠性。

三、避免操作方法引發(fā)異類數(shù)據(jù)的策略

（一）追查操作錯誤，消滅隱身“搗亂者”

有些異類數(shù)據(jù)并非由工具、環(huán)境、材料造成，而是因為實驗操作方法不當(dāng)引起的。但這種操作錯誤往往隱藏較深，學(xué)生難以發(fā)現(xiàn)。

以五年級下冊第二單元第6課《擺的研究》為例，各小組要運用測量與比較的方法探究影響擺的快慢的因素。在保證擺繩長度相同的情況下，學(xué)生在掛鉤上分別依次掛上1個鉤碼，2個鉤碼，3個鉤碼，測量15秒鐘內(nèi)鉤碼擺動的次數(shù)（精確到半次）。從各小組實驗數(shù)據(jù)來看，大部分小組三次實驗測得15秒鐘內(nèi)擺動的次數(shù)都是9次;個別小組的三組實驗數(shù)據(jù)略有差異，為9次、9.5次、9次;一個小組的三組實驗數(shù)據(jù)差異較大，為9次、9.5次、10次，屬于異類數(shù)據(jù)。問題出現(xiàn)在哪里呢？15秒內(nèi)相差0.5次，可以理解為誤差，因為學(xué)生的操作不一定每次都那么精確，如掐表和擺動計時的同步性。但是短暫的15秒內(nèi)相差1次，它就是個錯誤。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，問題出在掛鉤碼的方式上。其他小組鉤碼之間采用水平掛，即垂直串聯(lián)懸掛（見圖1），而出現(xiàn)異類數(shù)據(jù)的小組則采取并列掛（見圖2）。由于鉤碼懸掛方式不同，變相造成了擺長的差異，由此引發(fā)異類數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。

（二）規(guī)范操作方法，揪出失實的“差異者”

規(guī)范的操作方法能保證實驗數(shù)據(jù)真實、準(zhǔn)確、完整，有助于科學(xué)概念的建構(gòu)。例如，六年級上冊第三單元第4課《電磁鐵的磁力（二）》要研究電磁鐵磁力與電流的關(guān)系，學(xué)生需要依次用1節(jié)電池，串聯(lián)2節(jié)電池，串聯(lián)3節(jié)電池的方式進行實驗，通過比較不同電流的電磁鐵吸起大頭針的個數(shù)得出結(jié)論。實驗數(shù)據(jù)表明，大部分小組串聯(lián)3節(jié)電池吸起的大頭針個數(shù)反而比個別小組串聯(lián)2節(jié)電池的要少。這一異類數(shù)據(jù)是如何產(chǎn)生的呢？經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，這與電磁鐵在大頭針中的放置方法有關(guān)，大多數(shù)小組是把電磁鐵平放在大頭針上（見圖3），個別小組是把電磁鐵插進甚至埋在大頭針里（見圖4），是操作方法導(dǎo)致電磁鐵與大頭針的接觸面不同而產(chǎn)生了異類數(shù)據(jù)?？梢姡灰?guī)范的操作方法是造成數(shù)據(jù)失實的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

四、避免心理作用引發(fā)異類數(shù)據(jù)的策略

（一）規(guī)范處理數(shù)據(jù)，克服負(fù)面從眾心理

小學(xué)科學(xué)強調(diào)用事實、證據(jù)說話。但在日?？茖W(xué)實驗中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)造假，觀察記錄與事實不符的現(xiàn)象，影響了科學(xué)探究的有效性，也違背了科學(xué)課的培養(yǎng)目標(biāo)。

還是以《電磁鐵的磁力（二）》為例，學(xué)生完成了“電磁鐵磁力大小與線圈、鐵芯關(guān)系”的實驗后，逐個把實驗數(shù)據(jù)寫在黑板上。結(jié)果12個小組的數(shù)據(jù)都顯示“鐵芯粗大則磁力強，鐵芯細(xì)小則磁力弱”，明明剛才教師在巡視時發(fā)現(xiàn)有些小組記錄的實驗數(shù)據(jù)是說明“鐵芯小則磁力強”，為什么現(xiàn)在卻清一色地出現(xiàn)相同結(jié)論呢？原來，最先板演數(shù)據(jù)的兩個小組提出了“鐵芯大則磁力強”的結(jié)論，雖然后面小組的實驗數(shù)據(jù)與之相反，但認(rèn)為可能是自己的數(shù)據(jù)有誤。于是，他們臨時篡改、放棄了真實的實驗數(shù)據(jù)。這樣一來，異類數(shù)據(jù)就產(chǎn)生了。為了避免負(fù)面從眾心理對實驗數(shù)據(jù)的干擾，教師要求各小組上交實驗記錄單，實事求是地將數(shù)據(jù)輸入電腦。結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)說明“鐵芯小則磁力強”“鐵芯大則磁力強”的小組各一半，從而得出“電磁鐵磁力的大小與鐵芯的大小無關(guān)”的有效結(jié)論。

（二）科學(xué)推測數(shù)據(jù)，樹立實事求是精神

在科學(xué)實驗的觀察、記錄、取證的過程中，教師要讓學(xué)生明白，真理來源于實踐，需要樹立實事求是精神，對證據(jù)進行隨意捏造和推測是一種偽科學(xué)。

例如，五年級下冊第三單元第3課《用水測量時間》要求學(xué)生重復(fù)做3次滴漏實驗，觀察從100毫升水中緩慢流出10毫升、30毫升水的時間，其中有兩個小組完成得特別快。教師發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小組呈現(xiàn)的實驗數(shù)據(jù)是不成倍數(shù)規(guī)律的，因為水在下流過程中不是勻速的，流掉前10毫升水的時間與流完后30毫升水的時間并不完全對等?？墒悄莾蓚€小組的數(shù)據(jù)卻剛好成2倍關(guān)系，顯然是個異類數(shù)據(jù)。在教師的追問下，兩個小組長說出了“實情”。原來他們的確實事求是地觀察和記錄了前10毫升水流出的時間，但他們覺得實驗很耗時，于是就“收了工”，后30毫升水流出的時間是根據(jù)前10毫升的數(shù)據(jù)推測計算出來的，并非實驗所得。于是，教師請全體學(xué)生對這一事例進行反思，使學(xué)生明確科學(xué)來不得半點虛假，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

實驗過程中出現(xiàn)一些異類數(shù)據(jù)是不可避免的，但教師不能只關(guān)注合理數(shù)據(jù)而忽視異類數(shù)據(jù)，也不能簡單應(yīng)付，直接得出結(jié)論，否則將會降低實驗活動的有效性，也不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。因此，教師要重視異類數(shù)據(jù)，客觀理性地進行歸因分析，找到避免異類數(shù)據(jù)產(chǎn)生的策略，從科學(xué)實驗中培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識和科學(xué)精神。

參考文獻：

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（浙江省長興縣第二實驗小學(xué)? ?313100）