優(yōu)化實驗數(shù)據(jù)策略 發(fā)展科學高階思維

馬水娟

[摘 要]實驗數(shù)據(jù)是小學科學實驗的重要表現(xiàn)方式，也是體現(xiàn)研究結果的重要證據(jù)，只有進行有效處理，才能發(fā)揮其應有的價值。高階思維視域下的小學科學實驗數(shù)據(jù)分析，可以運用大數(shù)據(jù)策略處理常態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)展分析思維能力;運用反思質疑策略分析異常數(shù)據(jù)，發(fā)展評價思維能力;運用自我迭代策略交流實驗數(shù)據(jù)，發(fā)展創(chuàng)造性思維能力。

[關鍵詞]高階思維;策略;大數(shù)據(jù);反思質疑;自我迭代

[中圖分類號] G623.6[文獻標識碼] A[文章編號] 1007-9068（2021）18-0087-02

高階思維，是指發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。小學科學高階思維是指在小學科學學科的探究性活動中，運用分析、評價、創(chuàng)造思維的能力。

實驗數(shù)據(jù)是小學科學體現(xiàn)研究結果的重要證據(jù)。實驗后產生的一個個數(shù)據(jù)就像一顆顆珍珠，只有整理有序并串成項鏈，才能發(fā)揮其應有的價值。對實驗中產生的數(shù)據(jù)進行分析是探究過程的重要一環(huán)，也是發(fā)展學生高階思維的一個有效途徑。

一、大數(shù)據(jù)策略——對比分析常態(tài)數(shù)據(jù)，發(fā)展分析思維能力

“大數(shù)據(jù)”策略指的是教師全面呈現(xiàn)學生通過觀察、測量或實驗等方法獲得的數(shù)據(jù)，引導學生對“大數(shù)據(jù)”進行全面、充分的對比與關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的關系。這正是分析思維活動的過程。

1.全面匯總大數(shù)據(jù)

全面匯總學生記錄的數(shù)據(jù)形成“大數(shù)據(jù)”是大數(shù)據(jù)策略的基礎，為后續(xù)的比較、分析和揭示規(guī)律作好鋪墊。因而教師在對比實驗后應專門設計環(huán)節(jié)匯總全班的數(shù)據(jù)，如可以利用EXCEL表格或者實物投影展示等各種方式，呈現(xiàn)每一個組的實驗數(shù)據(jù)。

2.借助圖表分析數(shù)據(jù)規(guī)律

將匯總的數(shù)據(jù)進行比較，找出其異同，這是一個培養(yǎng)分析能力的過程。如在教學五年級《光和熱》一課時，教師在全面匯總呈現(xiàn)各組數(shù)據(jù)后隨機抽取一個小組的數(shù)據(jù)形成的柱狀圖，說明光的強弱與溫度高低之間的關系。隨后又對10個小組的數(shù)據(jù)進行了橫向比較，發(fā)現(xiàn)雖然各個組的數(shù)據(jù)各不相同，但都有共同的變化規(guī)律，即隨著鏡子數(shù)量的增加（光增強），溫度也升高。

把抽象難懂的信息、數(shù)據(jù)、數(shù)量關系與直觀形象的幾體圖形、位置關系結合起來，通過抽象思維與形象思維的結合，可以使相對復雜的問題簡單化，抽象的問題具體化。圖表，能夠有效地幫助學生簡化信息，搭建分析的“腳手架”，便于學生發(fā)現(xiàn)信息之間的關系，解構信息的內在規(guī)律及其成因，提升分析思維能力。

3.設計關鍵問題引領概念建構

仍以《光和熱》一課為例，在借助圖表對全班的數(shù)據(jù)進行分析后，教師設計了兩個關鍵問題：①溫度的變化說明了什么？②10個組的數(shù)據(jù)都有相同的變化規(guī)律說明了什么？這兩個問題的設計目的在于引導學生通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)背后的規(guī)律，并且在教學中，教師適時展開追問，目的在于引導學生呈現(xiàn)思維的過程，體會比較大數(shù)據(jù)對于發(fā)現(xiàn)事物之間關系的重要性。

二、反思質疑策略——合理處理異常數(shù)據(jù)，發(fā)展評價思維能力

數(shù)據(jù)作為一種實驗探究的證據(jù)已經越來越受到一線教師的關注，但是我們也發(fā)現(xiàn)，幾乎每次課堂教學都可能出現(xiàn)一些與物理規(guī)律或生活常識相悖的異常數(shù)據(jù)，這已經成為科學實驗教學的一種常態(tài)。

如《擺的研究》一課中關于“擺的快慢與擺錘輕重”之間的關系，出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)是一個普遍的現(xiàn)象，有一位教師在執(zhí)教本課時，對實驗操作過程進行了細致的指導，最終出現(xiàn)了以下數(shù)據(jù)：

其中第6組和第8組堅持認為擺的快慢與擺錘輕重是有關系的，并且堅稱他們的實驗過程非?？茖W，教師并沒有輕易否定孩子們的實驗結果，而是耐心引導開展反思質疑。

師：你們認為，擺的快慢與擺錘輕重有怎樣的關系？

生：擺錘重的擺擺得快。

師：第8組的擺仍舊存在0.5次這樣的計數(shù)？

生：我們的輕擺錘的擺一次擺了11次，一次擺了12次，平均11.5次。

師：所以你們認為，擺的快慢與擺錘輕重有怎樣的關系？

生：擺錘輕的擺擺得快。

師：看起來，第6組的擺是重擺錘的擺擺得快，而第8組是輕擺錘的擺擺得快，那你有什么想法嗎？

生：我認為不太可能會有這樣完全不同的結論，如果擺的快慢與擺錘輕重有關系，那這個關系應該有一定的規(guī)律，不會變來變去的。

這時，教師把第6組的擺拿了上來，把兩個不同輕重擺錘的擺一起掛在了一根橫桿上，然后，一起讓這兩個擺擺動起來。

生：一樣快的，一樣快的……

本課最終是拖堂了，但在這一過程中，學生不僅從自己實驗的操作上進行了科學性的反思，而且通過互動，質疑，對實驗進行了進一步的改進，推動課堂教學向縱深發(fā)展。

對自我開展反思，對他人的研究成果展開合理質疑，無疑是推進探究活動向縱深發(fā)展的一個有效策略。在小學科學課堂教學中，借異常數(shù)據(jù)的產生這一契機，引導學生從科學態(tài)度、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、實驗設計幾個方面反思質疑異常數(shù)據(jù)產生的原因，并進行合理改進，這樣一次思維的過程，就是一次成長的過程。學生們在持續(xù)的反思質疑行為中真正領悟學習的思想、方法，優(yōu)化自己的認知結構，發(fā)展評價思維能力。

三、自我迭代策略——分層交流實驗數(shù)據(jù)，發(fā)展創(chuàng)造思維能力

迭代，最基本的意義是更替，即重復反饋過程的活動，不斷接近目標，但這個過程不是一次性完成的，是通過不斷重復的，每次重復又比之前好一點，是一種非線性的進程。自我迭代即對自己進行不斷更新，以實現(xiàn)解決問題與自我成長。

小學科學的數(shù)據(jù)交流過程中采用自我迭代策略，即對學生的數(shù)據(jù)交流分析不追求一次完美，允許存在不足，再通過交流與思辨，引導學生對數(shù)據(jù)交流進行迭代，不斷完善，持續(xù)提高學生對數(shù)據(jù)的分析交流能力，運用數(shù)據(jù)形成解釋的能力，從而發(fā)展創(chuàng)造思維能力。

如教科版小學科學四年級天氣單元《總結我們的天氣觀察》一課教學時，學生們在對家鄉(xiāng)十月的天氣進行了持續(xù)一個月的觀察后，手中積累了大量的數(shù)據(jù)，內容涉及氣溫、降水、天氣情況、風力等，如何引導學生分析這些數(shù)據(jù)，從大量的數(shù)據(jù)基礎上進行合理分析，得出家鄉(xiāng)十月的氣候特點？

具體在教學中一般可以通過三個環(huán)節(jié)開展。

1.初次交流

四年級的孩子由于缺乏相應的數(shù)據(jù)處理手段，數(shù)據(jù)交流方式是比較單一的，例如其中一個小組的同學統(tǒng)計了家鄉(xiāng)三年的天氣數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)我們的家鄉(xiāng)10月份天氣以晴好為主，更多的孩子表現(xiàn)束手無策。

2.交流思辨

教師在此基礎上引導學生開展了交流思辨活動。有學生認為采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計的方式說明家鄉(xiāng)的天氣特點讓我感覺可信度更高，但是眾多的數(shù)據(jù)堆在面前比較零亂，在此基礎上教師引導學生運用數(shù)學課學過的柱狀圖、折線圖等圖表來對記錄的數(shù)據(jù)進行分析，尋找家鄉(xiāng)的氣候規(guī)律。

3.再次交流

通過交流思辨后，教師再一次開展了交流活動，這一次要求每一個研究小組選擇自己最感興趣的一個內容進行了數(shù)據(jù)分析與處理并作出自己的解釋。孩子們認為根據(jù)內容選擇合適的圖表交流更能說明問題。如一個小組選擇了家鄉(xiāng)每個季節(jié)的其中一個月收集氣溫數(shù)據(jù)，用折線圖對數(shù)據(jù)進行了分析與比較，并做出解釋：我們的家鄉(xiāng)一年四季氣溫變化比較明顯，但基本都是零攝氏度以上。另有小組使用柱狀圖分析一個月的降水情況，使用扇形統(tǒng)計圖交流一個月天氣 情況……

顯然，經過這樣一次迭代后，學生們的數(shù)據(jù)交流質量有了明顯的提升，對數(shù)據(jù)后蘊藏的規(guī)律有了更清晰的認識。在這樣的迭代過程中，學生必須個性化考慮自己對數(shù)據(jù)的表達交流方式，從而發(fā)展其創(chuàng)造思維能力。當然在教學過程中，迭代不一定是一次，如果需要，可以再次進行，學生們正是在這樣一次又一次的迭代過程中思維能力得到提升。

總之，高階思維活動，是提升學生思維品質、培養(yǎng)學生科學學科核心素養(yǎng)的有效途徑。小學科學的數(shù)據(jù)處理過程中，運用大數(shù)據(jù)策略，對比分析常態(tài)數(shù)據(jù);運用反思質疑策略，合理處理異常數(shù)據(jù);運用自我迭代策略，分層交流實驗數(shù)據(jù)，有助于發(fā)展學生分析思維能力、評價思維能力與創(chuàng)造思維能力，這些能力的發(fā)展體現(xiàn)了知識時代對人才素質提出的新要求，是適應知識時代發(fā)展的關鍵能力。

（責編 韋淑紅）