科學(xué)課培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理能力的策略研究

潘 婷

（浙江省杭州市行知小學(xué)，浙江杭州 310012）

引 言

小學(xué)科學(xué)教育是提高我國(guó)國(guó)民科學(xué)素養(yǎng)的基石，開展小學(xué)科學(xué)教育是一項(xiàng)系統(tǒng)工程?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)“突出強(qiáng)化教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)”，認(rèn)為小學(xué)科學(xué)教育需逐步培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題、收集處理信息、獲得新知識(shí)及分析、解決問題等能力[1]。科學(xué)的本質(zhì)是實(shí)證，因此，在科學(xué)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，可以有效提高學(xué)生的實(shí)證意識(shí)及“用數(shù)據(jù)說話”的能力。下面，筆者將結(jié)合自身多年課堂教學(xué)實(shí)踐，探討如何在小學(xué)科學(xué)課中培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理能力。

一、問題的提出

科學(xué)是尊重事實(shí)、講究證據(jù)的。任何沒有經(jīng)過實(shí)證的猜測(cè)都是不可靠的，因此，學(xué)生在探究過程中要有實(shí)證意識(shí)，即通過可靠的證據(jù)去證實(shí)世界。數(shù)據(jù)是實(shí)證的支撐，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析能力既是學(xué)生實(shí)證意識(shí)的體現(xiàn)[2]，又是促進(jìn)學(xué)生做思共生的一種方式。在科學(xué)課教學(xué)中，教師必須重視對(duì)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與處理能力的培養(yǎng)[3]，盡可能讓學(xué)生通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致分析處理，深挖數(shù)據(jù)中的有用信息，并歸納結(jié)論。然而，實(shí)際教學(xué)中卻存在實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析處理斷層的現(xiàn)象。由此可見，提高學(xué)生分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力，對(duì)培養(yǎng)他們的實(shí)證意識(shí)尤為重要。

二、現(xiàn)狀分析

（一）收集數(shù)據(jù)欠全面

為實(shí)現(xiàn)預(yù)定教學(xué)目標(biāo)，教師常常在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過巡視的方式了解各小組的實(shí)驗(yàn)情況，為下一環(huán)節(jié)教學(xué)任務(wù)的開展提前做好準(zhǔn)備。例如，在教學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第二單元“紙梁的寬度與抗彎曲能力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，一位教師在巡視時(shí)了解到有一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與其他組不一樣。教材中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：紙梁抗彎曲能力隨著它的寬度增加而增大，但這組學(xué)生實(shí)驗(yàn)后收集到2倍寬和4倍寬的紙梁承受墊圈的個(gè)數(shù)都是2。于是，教師在交流匯報(bào)時(shí)沒有對(duì)這組數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，僅僅收集了與科學(xué)結(jié)論相符的數(shù)據(jù)。這種方法收集的數(shù)據(jù)并不全面。

（二）整理數(shù)據(jù)欠科學(xué)

在教學(xué)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)收集到的數(shù)據(jù)比較雜亂的現(xiàn)象，教師需要經(jīng)過科學(xué)的整理才能發(fā)現(xiàn)隱藏在其中的科學(xué)規(guī)律。例如，在教學(xué)六年級(jí)上冊(cè)“杠桿的科學(xué)”時(shí)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有很多方法可以使杠桿尺達(dá)到平衡狀態(tài)。在交流時(shí)，如果教師沒有對(duì)學(xué)生匯報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)整理，學(xué)生就很難在后續(xù)的研討中發(fā)現(xiàn)杠桿省力、費(fèi)力、等力與支點(diǎn)位置的關(guān)系。如果教師科學(xué)合理地對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，學(xué)生就比較容易發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。

（三）所得數(shù)據(jù)誤差大

科學(xué)課之所以吸引學(xué)生，主要是因?yàn)橛懈鞣N各樣有趣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。但在現(xiàn)實(shí)的教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生并沒有真正理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模麄儍H把科學(xué)課當(dāng)作“玩耍課”。在教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)時(shí)，很多學(xué)生不認(rèn)真聽講，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范，收集了一些誤差較大的數(shù)據(jù)。例如，在教學(xué)溫度計(jì)的使用時(shí)，由于學(xué)生沒有認(rèn)真聽教師實(shí)驗(yàn)前的指導(dǎo)，在操作時(shí)有的仰視讀數(shù)，有的俯視讀數(shù)，還有的甚至把溫度計(jì)從水中拿出來再讀數(shù)，得出的數(shù)據(jù)“五花八門”，與實(shí)際情況存在出入。

（四）填寫數(shù)據(jù)不真實(shí)

在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生有時(shí)會(huì)因?yàn)樘骄繒r(shí)間過長(zhǎng)或者分工不明確，出現(xiàn)沒有及時(shí)記錄數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。在交流匯報(bào)時(shí)，為了避免被教師批評(píng)，一些學(xué)生試圖偽造一些數(shù)據(jù)蒙混過關(guān)。有時(shí)在匯報(bào)的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)其他小組數(shù)據(jù)和自己組的數(shù)據(jù)有明顯差異，為了迎合教師，會(huì)對(duì)原先的數(shù)據(jù)進(jìn)行改動(dòng)，偽造數(shù)據(jù)。例如，在教學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“導(dǎo)體和絕緣體”一課時(shí)，教師發(fā)給學(xué)生20 多種不同的材料，讓學(xué)生檢測(cè)哪些物體是導(dǎo)體，哪些物體是絕緣體。由于材料太多，學(xué)生忙于檢測(cè)，最后交流時(shí)才發(fā)現(xiàn)沒有及時(shí)進(jìn)錄，為了應(yīng)付教師而胡亂填寫了記錄。

三、有效策略

（一）引導(dǎo)學(xué)生合理地收集數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)收集是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的重要組成部分，也是進(jìn)行科學(xué)分析的前提。收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系著分析處理的價(jià)值。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樽C據(jù)，成為得出科學(xué)結(jié)論的依據(jù)，具有極其重要的意義。

1.收集數(shù)據(jù)方法統(tǒng)一

科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有偶爾性和重復(fù)性特點(diǎn)，因此，在教學(xué)中，教師會(huì)建議學(xué)生重復(fù)進(jìn)行三次探究活動(dòng)。在這種情況下，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)三種不同的數(shù)據(jù)，如何選擇有用數(shù)據(jù)，這對(duì)有些學(xué)生來說存在一定的困難。筆者認(rèn)為，只要收集數(shù)據(jù)時(shí)方法統(tǒng)一，得出的數(shù)據(jù)都是合理的。例如，在教學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“用橡皮筋驅(qū)動(dòng)小車”一課中，學(xué)生記錄了這樣一組數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 用橡皮筋驅(qū)動(dòng)小車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

在選擇有用數(shù)據(jù)時(shí)，教師可以取平均數(shù)：1 圈跑2.33厘米，2 圈跑3.67 厘米，4 圈跑5 厘米；可以取最大數(shù)：1圈跑3 厘米，2 圈跑4 厘米，4 圈跑6 厘米；還可以取中位數(shù)、最小數(shù)等。教師可以帶領(lǐng)學(xué)生通過比較這些數(shù)據(jù)，得出在一定范圍內(nèi)，圈數(shù)越多，橡皮筋的彈力越大，小車運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)的結(jié)論。

2.收集數(shù)據(jù)實(shí)事求是

實(shí)驗(yàn)中收集的數(shù)據(jù)是學(xué)生探究的憑證。教師應(yīng)尊重?cái)?shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)觀。但是，在現(xiàn)實(shí)的課堂上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生篡改數(shù)據(jù)，甚至編造數(shù)據(jù)的問題。這些問題與教師在平時(shí)的教學(xué)中過多關(guān)注常態(tài)數(shù)據(jù)有很大的關(guān)系。教師收集數(shù)據(jù)時(shí)只有實(shí)事求是，才能發(fā)揮探究的真正意義。

【五年級(jí)“運(yùn)動(dòng)與摩擦力”教學(xué)片段】

師：哪個(gè)小組愿意來交流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)？

生1：我們是11 組。光滑是0.4，粗糙是0.7。接觸面越光滑摩擦力越小，越粗糙摩擦力越大。

師：還有沒有想說的？

生2：我們是第2 組。我們的結(jié)論和他們基本一樣。

師：一樣在哪里？

生2：接觸面光滑摩擦力小，粗糙摩擦力大。

師：從整體上看是不是這樣？

生：是的。

師：可是第7 組測(cè)出來的數(shù)據(jù)是一樣的。他們和大家的不一樣，難道是他們錯(cuò)了嗎？

生：可能是不同的人來拉的。

師：方法上可能有問題，他們還可以找找原因，重新做一次。這樣研究下來，你們覺得證據(jù)可靠了嗎？

生：可靠。

該片段中，面對(duì)第7 組的異常數(shù)據(jù)，教師沒有選擇視而不見，而是主動(dòng)提及以引發(fā)學(xué)生思考，分析原因可能是操作方法不當(dāng)，需要重新做一次實(shí)驗(yàn)。在歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，教師利用“相對(duì)可靠”的證據(jù)來證明實(shí)驗(yàn)前的猜測(cè)，更體現(xiàn)了教師收集數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3.收集數(shù)據(jù)面向全體

學(xué)生在科學(xué)探究中收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，是證據(jù)的組成部分，是得出科學(xué)概念的重要依據(jù)。因此，教師收集數(shù)據(jù)要面向全體學(xué)生，重視每個(gè)數(shù)據(jù)，關(guān)注每個(gè)學(xué)生的發(fā)展。然而，在實(shí)際教學(xué)中，由于課時(shí)緊張，教師只收集個(gè)別組或滿意數(shù)據(jù)的情況時(shí)有發(fā)生。

【三年級(jí)“壓縮空氣”教學(xué)片段】

學(xué)生利用塑料針筒體驗(yàn)空氣可以被壓縮的實(shí)驗(yàn)后，教師要求每個(gè)小組選擇一個(gè)代表，將壓縮后的空氣體積大小記錄在黑板上。

在學(xué)生記錄的過程中，教師發(fā)現(xiàn)班上第7 組的學(xué)生上臺(tái)更改了數(shù)據(jù)，把原本寫著4 毫升的數(shù)據(jù)改成了2.5毫升。

師：為什么要改數(shù)據(jù)？

生：組里有人記錄的是4 毫升，有人是2.5 毫升，還有人是3 毫升。

師：那你們覺得怎樣記錄更合適？

學(xué)生想了想說：應(yīng)該把每個(gè)人的數(shù)據(jù)都記錄下來。

學(xué)生重新記錄后，黑板上出現(xiàn)了這樣的表格（見表2）。

表2 壓縮空氣試驗(yàn)記錄

教師引導(dǎo)學(xué)生以表格形式記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可及時(shí)從學(xué)生數(shù)據(jù)的更改中發(fā)現(xiàn)問題，并介入學(xué)生的探究活動(dòng)。而學(xué)生通過親自記錄數(shù)據(jù)，直觀地感受到空氣是可以被壓縮的。這不僅帶給學(xué)生心靈上的觸動(dòng)，還加深了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究嚴(yán)謹(jǐn)性的認(rèn)識(shí)，體現(xiàn)了教學(xué)的價(jià)值。

（二）引導(dǎo)學(xué)生巧妙地整理數(shù)據(jù)

教師從學(xué)生那收集的數(shù)據(jù)一般為原始數(shù)據(jù)，要想發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用，讓其成為可靠證據(jù)，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過巧妙的整理，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，得出結(jié)論。

1.用排序法整理數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師經(jīng)常遇到一些數(shù)據(jù)隨著變量的變化而發(fā)生有規(guī)律的變化的情況。這時(shí)，教師需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序整理，這樣更有助于學(xué)生觀察數(shù)據(jù)[4]，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在研究六年級(jí)“斜面的作用”時(shí)，通過對(duì)斜面長(zhǎng)度進(jìn)行排序整理，學(xué)生可以在有規(guī)律的數(shù)據(jù)中較清晰地發(fā)現(xiàn)：斜面都能省力，坡度越小越省力，坡度越大省力情況越不明顯。在教學(xué)三年級(jí)上冊(cè)“水結(jié)冰了”一課時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生連續(xù)測(cè)量試管里水的溫度變化情況，并把水結(jié)冰前后試管內(nèi)的溫度差用排序的方法進(jìn)行展示（見表3）。

表3 水結(jié)冰了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過觀察排序整理后的表格，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)試管里的水結(jié)冰之前，溫度下降的速度是先快后慢，最后較長(zhǎng)時(shí)間停留在0℃。

2.用歸類法整理數(shù)據(jù)

在教學(xué)“杠桿的科學(xué)”時(shí)，筆者先對(duì)學(xué)生收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了歸類整理，按省力、等力和費(fèi)力的情況分成三類，然后將學(xué)生收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、匯總，整理成表4。在教學(xué)實(shí)踐后，筆者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歸類法整理后的數(shù)據(jù)更有利于學(xué)生分析杠桿原理的規(guī)律。

表4 杠桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.用作圖法整理數(shù)據(jù)

在教學(xué)三年級(jí)“測(cè)量氣溫”一課時(shí)，筆者利用周六的時(shí)間記錄了一天中操場(chǎng)每隔兩小時(shí)的氣溫，并制成了一張數(shù)據(jù)表（見表5）

表5 測(cè)量氣溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

學(xué)生發(fā)現(xiàn)利用表格中的數(shù)據(jù)，不能直觀得出一天氣溫的變化規(guī)律。針對(duì)這種情況，筆者將數(shù)據(jù)制成一張曲線統(tǒng)計(jì)圖（見圖1）給學(xué)生進(jìn)行直觀展示，收到了很好的效果。

圖1 一天氣溫的變化規(guī)律

在六年級(jí)“相貌各異的我們”的教學(xué)中，為了使學(xué)生明白將多種相貌特征組合起來，會(huì)出現(xiàn)很多有不同相貌特征的人，筆者在教學(xué)這一環(huán)節(jié)時(shí)采用畫餅狀圖（見圖2）的方式，讓學(xué)生明白隨著越來越多相貌特征的組合，不同相貌的人會(huì)越來越多，并且世界上很難找到相貌完全一樣的人。

圖2 相貌特征

（三）引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地辨析數(shù)據(jù)

在科學(xué)課教學(xué)中，很多教師花費(fèi)大量時(shí)間準(zhǔn)備器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生充分探究，但在探究后，留給學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的時(shí)間少之又少。很多情況下，學(xué)生只看到了數(shù)據(jù)的表面現(xiàn)象，并沒有挖掘隱藏在數(shù)據(jù)背后的科學(xué)知識(shí)。因此，在教學(xué)中，教師要機(jī)智地辨析數(shù)據(jù)。

1.辨別數(shù)據(jù)的真實(shí)性

科學(xué)分析需要以數(shù)據(jù)為依據(jù)。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理前，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨別。一個(gè)人、一個(gè)小組的探究畢竟有限，但通過收集匯總，學(xué)生可以彼此共享不同數(shù)據(jù)，收獲更多證據(jù)以證明觀點(diǎn)。在交流時(shí)，教師可以先引導(dǎo)學(xué)生觀察匯總表，辨別數(shù)據(jù)的真?zhèn)?。例如，在三年?jí)“水能溶解多少物質(zhì)”一課中，學(xué)生匯報(bào)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示。

表6 水能溶解多少物質(zhì)數(shù)據(jù)記錄

從表6中，筆者發(fā)現(xiàn)第9 小組的數(shù)據(jù)和其他小組的數(shù)據(jù)差別特別大，觀察他們組的杯子發(fā)現(xiàn)，杯底有很多白色粉末未溶解。因此，這組的數(shù)據(jù)是不真實(shí)的，在分析時(shí)應(yīng)該排除在外。

2.反思數(shù)據(jù)的可靠性

當(dāng)分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不可靠時(shí)，教師應(yīng)反思是什么原因造成的，找準(zhǔn)問題的癥結(jié)。例如，一位教師在教學(xué)“擺的快慢與擺錘的重量是否有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，收集了這樣一組數(shù)據(jù)（見表7）。

表7 擺的快慢與擺錘重量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

擺的快慢與擺錘的重量是無關(guān)的，為什么這組學(xué)生會(huì)得到這組數(shù)據(jù)呢？教師沒有立即作出評(píng)價(jià)，而是引導(dǎo)學(xué)生反思自己的實(shí)驗(yàn)操作[5]，并讓他們?cè)谌嗾故静僮鬟^程，原來他們掛鉤碼的方式與其他小組不一樣。這組學(xué)生將鉤碼一個(gè)接一個(gè)地豎直下掛，掛成一長(zhǎng)條，而別的小組都是將鉤碼逐個(gè)掛在回形針上，掛成一排。掛法不同導(dǎo)致實(shí)際擺長(zhǎng)發(fā)生了變化，影響了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)既是將研究對(duì)象蘊(yùn)含的豐富信息轉(zhuǎn)化為學(xué)生自身見識(shí)的有效載體，又是學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自我建構(gòu)、形成科學(xué)概念的重要途徑。因此，真實(shí)有效的數(shù)據(jù)會(huì)使解釋具有極大的權(quán)威性和很強(qiáng)的說服力。教師將學(xué)生收集的數(shù)據(jù)利用一定的科學(xué)方法整理好后，再進(jìn)行分析處理，就很容易找到規(guī)律。為了使規(guī)律更具科學(xué)性，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用新規(guī)律驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。例如，在教學(xué)“杠桿的科學(xué)”一課時(shí)，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)杠桿平衡的規(guī)律是左邊的鉤碼數(shù)乘以格數(shù)等于右邊的鉤碼數(shù)乘以格數(shù)時(shí)，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生利用結(jié)論去反證自己在實(shí)驗(yàn)中收集的數(shù)據(jù)是否存在這種規(guī)律。

結(jié) 語

筆者通過多年的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理的能力有了明顯的提高。在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)更關(guān)注，實(shí)驗(yàn)操作也更規(guī)范；在實(shí)驗(yàn)過程中，組內(nèi)的成員分工明確，養(yǎng)成了及時(shí)記錄數(shù)據(jù)的好習(xí)慣；不再任意篡改數(shù)據(jù)，而是實(shí)事求是地匯報(bào)自己的發(fā)現(xiàn)，證據(jù)意識(shí)更強(qiáng)了；明白在科學(xué)探究過程中要實(shí)事求是，不能弄虛作假，要用可靠的甚至更多的證據(jù)來證實(shí)結(jié)論。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理能力非常重要，然而，能力的培養(yǎng)絕非一朝一夕就能達(dá)成的，教師必須在漫長(zhǎng)的道路上不斷努力、堅(jiān)持，采用科學(xué)、合理的教育方法，才能促進(jìn)學(xué)生的成長(zhǎng)和進(jìn)步。