運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展學(xué)生思維能力

◇張 漢（浙江：溫州市南浦小學(xué)）

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，倡導(dǎo)以科學(xué)探究為主的學(xué)習(xí)方式，而科學(xué)探究中很重要的環(huán)節(jié)就是制訂計(jì)劃，收集、分析證據(jù)，得出結(jié)論。收集證據(jù)很重要的途徑是收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，科學(xué)概念的建構(gòu)往往就是在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上完成的。《浙江省小學(xué)科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》指出：“科學(xué)課的重要特性表現(xiàn)為對(duì)證據(jù)的追求和對(duì)證據(jù)的尊重。在教學(xué)中開(kāi)展論證活動(dòng)，要注重證據(jù)，突出證據(jù)來(lái)源正確，證據(jù)運(yùn)用恰當(dāng)，體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)。做到所收集的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不能隨意修改數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為證據(jù)?！薄读x務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出，“基于證據(jù)與邏輯，運(yùn)用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見(jiàn)解”?？梢?jiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是學(xué)生進(jìn)一步加工的原材料。如何利用好這些數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力？

下面，我結(jié)合教學(xué)實(shí)踐及相關(guān)課例，談?wù)勥\(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的幾種有效策略。

一、追溯數(shù)據(jù)來(lái)源，培養(yǎng)求真意識(shí)

在平常的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，為了迎合教師的想法，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作假，或者當(dāng)本小組與其他組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不一樣的時(shí)候，就懷疑自己的數(shù)據(jù)，舉棋不定，結(jié)果胡亂寫(xiě)下數(shù)據(jù)。這樣不客觀記錄數(shù)據(jù)，使科學(xué)探究失去了真實(shí)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度。盡管學(xué)生“造”得比較像，但只要細(xì)心分析數(shù)據(jù)，還是會(huì)發(fā)現(xiàn)蛛絲馬跡。我們要抓住契機(jī)，不要急于批評(píng)學(xué)生，而是要引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)獲取數(shù)據(jù)的意識(shí)，即求真意識(shí)。

如《測(cè)量水的溫度》一課，把課堂教學(xué)聚焦在學(xué)生科學(xué)記錄上，關(guān)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取來(lái)源。學(xué)生通過(guò)每隔2 分鐘連續(xù)10 分鐘測(cè)量4 杯水的溫度，獲取了一系列數(shù)據(jù)。在匯報(bào)環(huán)節(jié)，一小組展示的數(shù)據(jù)，其中水的溫度10 分鐘內(nèi)每過(guò)2 分鐘依次為：9℃、43℃、40℃、39℃、36℃、35℃（開(kāi)始溫度比2 分鐘后還低）。教師就問(wèn)學(xué)生為什么開(kāi)始溫度比2 分鐘后的溫度還低，學(xué)生說(shuō)是在第一次記錄的時(shí)候，溫度計(jì)剛一放進(jìn)去就記錄下來(lái)。顯然第一個(gè)數(shù)據(jù)是由于沒(méi)有及時(shí)將溫度計(jì)放在熱水中出現(xiàn)的誤操作。

再讓學(xué)生觀察上面的一組數(shù)據(jù)，說(shuō)說(shuō)還有什么發(fā)現(xiàn)。就有學(xué)生質(zhì)疑：為什么43℃到40℃降3℃，40℃到39℃降1℃，39℃到36℃又是降3℃？于是就讓記錄數(shù)據(jù)的學(xué)生闡述數(shù)據(jù)的來(lái)歷，該小組的一位學(xué)生說(shuō)，他們?cè)诘? 分鐘時(shí)忘記記錄溫度，為了使表格完整就寫(xiě)上一個(gè)比40℃小一點(diǎn)的數(shù)據(jù)39℃了。教師以此為契機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生注意數(shù)據(jù)獲取的真實(shí)性，假如真的沒(méi)有及時(shí)記，該欄的記錄就空著，比想當(dāng)然記錄下來(lái)更科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。

在教學(xué)中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“尊重事實(shí)”的重要性，通過(guò)滲透科學(xué)家尊重事實(shí)、尊重證據(jù)的案例，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將觀察到的客觀現(xiàn)象如實(shí)地記錄下來(lái)。在與學(xué)生分析不一樣數(shù)據(jù)的時(shí)候，要讓學(xué)生明白，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)是很正常的事情，并不是每一次實(shí)驗(yàn)都必須是準(zhǔn)確的。教師的評(píng)價(jià)不應(yīng)只是看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)獲取過(guò)程、關(guān)注學(xué)生科學(xué)態(tài)度等過(guò)程性評(píng)價(jià)，避免學(xué)生隨意更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、利用不完全數(shù)據(jù)，引導(dǎo)歸納推理

科學(xué)課從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)到獲取數(shù)據(jù)再到形成科學(xué)概念，一環(huán)扣一環(huán)，思路清晰，過(guò)程流暢。這固然是好的，但有時(shí)不“流暢”的課不一定就是不好的課。很多時(shí)候，學(xué)生獲取的數(shù)據(jù)不足以馬上形成科學(xué)概念，甚至一些數(shù)據(jù)不支持本課將要形成的概念。這時(shí)教師不要急于將科學(xué)結(jié)論強(qiáng)加給學(xué)生，而是應(yīng)該順著學(xué)生的思路，從學(xué)生的角度出發(fā)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為數(shù)據(jù)不夠或不充分時(shí)，我們可以鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)不同的途徑獲取更多數(shù)據(jù)。如課堂上時(shí)間不允許，可以安排下一課時(shí)，也可以鼓勵(lì)學(xué)生在課外做。當(dāng)然，課外繼續(xù)探究，教師要做好跟進(jìn)，如設(shè)計(jì)一些表格進(jìn)行反饋等等。

如《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課，教師通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察體驗(yàn)物體產(chǎn)生聲音時(shí)都有振動(dòng)的現(xiàn)象。

物體發(fā)聲尺子橡皮筋水槽音叉是否振動(dòng)是是是鼓 是是

教師追問(wèn)學(xué)生：“你們覺(jué)得聲音都是由振動(dòng)產(chǎn)生的嗎？”學(xué)生舉了很多的例子，如自己在塑膠跑道上跑步時(shí)，聽(tīng)到聲音但沒(méi)有觀察到振動(dòng)；風(fēng)吹過(guò)時(shí)聽(tīng)到聲音沒(méi)看到振動(dòng)；等。學(xué)生認(rèn)為聲音是由摩擦產(chǎn)生。因?yàn)橛行┪矬w發(fā)聲時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)現(xiàn)象學(xué)生不能親眼見(jiàn)到，又沒(méi)有更精密的儀器讓他們來(lái)觀察，學(xué)生是難以在思維上接受所有的聲音都是由振動(dòng)產(chǎn)生的這一概念。盡管在課堂上做的橡皮筋、音叉等都可以觀察到振動(dòng)，但學(xué)生還是堅(jiān)持認(rèn)為有些聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生，有些聲音是由摩擦或其他方式產(chǎn)生。這時(shí)教師沒(méi)有急于糾正學(xué)生的觀點(diǎn)，也沒(méi)有給予學(xué)生一個(gè)明確的觀點(diǎn)，而是鼓勵(lì)學(xué)生在課外或者下一課時(shí)繼續(xù)就這一問(wèn)題進(jìn)行深入研究。

聲音是怎樣產(chǎn)生的，對(duì)于四年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)是較難理解的。教材讓學(xué)生觀察橡皮筋、尺子等物體在發(fā)聲時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象，歸納聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的概念。但學(xué)生仍會(huì)想辦法通過(guò)反例獲取數(shù)據(jù)，來(lái)支持自己的觀點(diǎn)。我們應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行“證偽”，更要鼓勵(lì)學(xué)生收集更多的數(shù)據(jù)。聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的科學(xué)概念不應(yīng)是告知學(xué)生的，而應(yīng)該通過(guò)分類、歸納讓學(xué)生逐步建構(gòu)起來(lái)。我們也不要急于處理學(xué)生獲得的數(shù)據(jù)，而是給予學(xué)生一定的空間與時(shí)間，在后繼課堂或是課外繼續(xù)進(jìn)行研究，尋找證據(jù)，讓學(xué)生收集更多的證據(jù)，形成更多的不完全證據(jù)，開(kāi)展從具體事例到一般規(guī)律的歸納推理，從而推導(dǎo)建構(gòu)聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的概念。

三、綜合多組數(shù)據(jù)，運(yùn)用重組思維

抓住數(shù)據(jù)，沿著數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在科學(xué)課上數(shù)據(jù)用得很多，這是一個(gè)很重要的科學(xué)方法。在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)遇到難點(diǎn)問(wèn)題，比如多個(gè)變量的實(shí)驗(yàn)，我們通過(guò)變多變量為單變量來(lái)做實(shí)驗(yàn)，獲取多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，運(yùn)用重組思維綜合多個(gè)變量幫助學(xué)生突破難點(diǎn)。

如五上的《制作鐘擺》一課，通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生獲取了金屬圓片在不同位置時(shí)擺動(dòng)快慢是不同的數(shù)據(jù)。

加上金屬圓片的擺10厘米處20厘米處30厘米處第一次15 14 13 15秒內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)第二次16 15 13第三次16 14 13

通過(guò)分析獲得的數(shù)據(jù)，學(xué)生知道金屬圓片每往下10 厘米，15 秒內(nèi)擺就慢1 次。最后是做一個(gè)1 分鐘擺動(dòng)30 次的擺，全班學(xué)生一起算出擺長(zhǎng)應(yīng)該要多長(zhǎng)。教師追問(wèn)學(xué)生：你的依據(jù)是什么？學(xué)生都會(huì)找出依據(jù)。

擺線的長(zhǎng)度50厘米40厘米30厘米15秒內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)11 12 13

因?yàn)閿[線每長(zhǎng)10 厘米，15 秒內(nèi)就慢1 次，1分鐘就會(huì)慢4 次，所以要使擺1分鐘擺動(dòng)30次左右，擺線長(zhǎng)約90 厘米。教師引導(dǎo)學(xué)生，如果擺動(dòng)次數(shù)與30 次差一點(diǎn)點(diǎn)怎么辦？學(xué)生想到前面的實(shí)驗(yàn)金屬圓片的位置不同擺動(dòng)快慢也不同，就想到調(diào)金屬圓片。

制作每分鐘擺30 次的擺，是這一節(jié)課學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性也將在這一個(gè)環(huán)節(jié)中暴露無(wú)遺。怎樣突破這一難點(diǎn)，完成挑戰(zhàn)，教師在備課中也是經(jīng)過(guò)了深思熟慮。引導(dǎo)學(xué)生思考分析：1.根據(jù)前面測(cè)得的數(shù)據(jù)，1 分鐘擺30次的擺，擺長(zhǎng)大概是多少？2.擺動(dòng)快了1 次，或者慢了1 次，應(yīng)該怎樣調(diào)整？3.如果擺動(dòng)次數(shù)只差一點(diǎn)，又怎么調(diào)整？保證制作活動(dòng)在重組思維的引領(lǐng)下進(jìn)行，充分利用前面實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)，分析得出規(guī)律：金屬圓片的位置與擺線長(zhǎng)度都影響擺動(dòng)的快慢。做一個(gè)1 分鐘擺動(dòng)30 次的擺，調(diào)整擺線長(zhǎng)度與調(diào)整金屬圓片位置結(jié)合起來(lái)進(jìn)行重組，完成挑戰(zhàn)任務(wù)，學(xué)生既體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)成功的喜悅，也提升了重組思維能力。

四、利用“異常數(shù)據(jù)”，突破思維定式

課堂上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些與科學(xué)事實(shí)明顯不符合的“異常數(shù)據(jù)”。這并不一定是學(xué)生操作問(wèn)題，有可能是材料本身問(wèn)題，也有可能是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或其他問(wèn)題。這時(shí)，如果教師在課堂上現(xiàn)場(chǎng)給學(xué)生重新做的機(jī)會(huì)，對(duì)于他們自己或是其他小組，都是一次重新審視數(shù)據(jù)、重新反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程的機(jī)會(huì)，會(huì)大大提高他們探究的有效性，更是學(xué)會(huì)科學(xué)思考數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。學(xué)生會(huì)突破思維定式，提出合理觀點(diǎn)，并進(jìn)行初步的科學(xué)分析。

如《磁力的大小會(huì)變化嗎》一課，學(xué)生完成異極相吸疊加磁鐵磁力大小實(shí)驗(yàn)后匯報(bào)。

第一組：首先用1 塊磁鐵吸回形針，結(jié)果吸4枚；接著用2 塊磁鐵吸回形針，結(jié)果吸7 枚；用3塊磁鐵吸回形針，結(jié)果吸9 枚。我們的結(jié)論是：隨著磁鐵個(gè)數(shù)的增加，磁力也會(huì)變大。

第二組：我們一開(kāi)始磁鐵個(gè)數(shù)增加，吸回形針個(gè)數(shù)也增加，但到第5 塊磁鐵疊加時(shí)，吸回形針個(gè)數(shù)減少，至于原因還不知道。

教師小結(jié)：看來(lái)你們對(duì)磁鐵疊加數(shù)量增加到一定程度磁力的變化還有爭(zhēng)議。這樣，你們組可以重新做剛才的實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)學(xué)生通過(guò)增加疊加磁鐵的數(shù)量來(lái)測(cè)磁力大小時(shí)，其他組都是以磁鐵異極相吸的方式，疊加越多，磁力越強(qiáng)，其中有一組的數(shù)據(jù)是磁鐵疊加到5 塊時(shí)，磁力就不再增大了。這時(shí)教師讓學(xué)生先分析共性的數(shù)據(jù)，讓“異常數(shù)據(jù)”小組的學(xué)生換材料重新做，再讓這個(gè)小組在全班學(xué)生面前匯報(bào)重新獲得的數(shù)據(jù)，反思自己的兩次數(shù)據(jù)并推測(cè)可能的原因。很多時(shí)候，我們重在收集數(shù)據(jù)，而忽視對(duì)數(shù)據(jù)的分析利用。要引導(dǎo)學(xué)生反思：為什么會(huì)出現(xiàn)與眾不同的數(shù)據(jù)？知道下一步應(yīng)該進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證。

在本課中，通過(guò)讓學(xué)生收集“異常數(shù)據(jù)”，幫助學(xué)生整理磁力大小變化概念，突破磁鐵疊加越多磁力越強(qiáng)的思維定式。通過(guò)整理，期望在學(xué)生頭腦中形成這樣的磁力大小變化概念：磁鐵相吸疊加，起初磁力會(huì)明顯變大，隨著疊加數(shù)的增加，磁力變大越來(lái)越不明顯，直至用回形針測(cè)不出來(lái)。

總之，作為科學(xué)教師，應(yīng)在教學(xué)中注重引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合分析數(shù)據(jù)，運(yùn)用重組思維、歸納整理、突破定式等創(chuàng)造性思維，提出合理性觀點(diǎn)，提升學(xué)生科學(xué)思維能力。