優(yōu)化課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)　提升數(shù)據(jù)分析能力

鮑春林

新義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）立足素養(yǎng)發(fā)展，凝練了科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，增加了科學(xué)思維，提出了探究實(shí)踐，強(qiáng)調(diào)科學(xué)課程具有綜合性、基礎(chǔ)性和實(shí)踐性。其中“科學(xué)思維是關(guān)鍵能力，是素養(yǎng)核心；探究實(shí)踐是關(guān)鍵能力，是主要途徑”。學(xué)生通過在小學(xué)科學(xué)課堂上親歷探究，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)，逐漸形成正確的科學(xué)觀念，發(fā)展科學(xué)思維、探究實(shí)踐，提升科學(xué)核心素養(yǎng)?？茖W(xué)基于實(shí)證，實(shí)證源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)出自探究實(shí)踐。下面以教科版科學(xué)五年級上冊《擺的快慢》為例，希望通過優(yōu)化課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。

一、教材分析

《擺的快慢》是一節(jié)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)探究課，本課探究內(nèi)容明確，教學(xué)環(huán)節(jié)清晰。本課承接上一節(jié)課《機(jī)械擺鐘》的學(xué)習(xí)，通過引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究中自主發(fā)現(xiàn)“不同的擺，擺動快慢不同”，由此提出“影響擺的快慢的因素有哪些？”通過做出合理的假設(shè)，在教師的幫扶下，借助控制變量法，最終能自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證假設(shè)。從而依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出合理的結(jié)論，并能應(yīng)用到實(shí)際生活中。

五年級的學(xué)生，沒有正式學(xué)習(xí)過在探究實(shí)驗(yàn)中如何進(jìn)行變量的控制，教師只是在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了簡單滲透。本課的教學(xué)難點(diǎn)是學(xué)會控制實(shí)驗(yàn)中的可變因素，即對控制變量法的理解；獲得精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對于實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性、數(shù)據(jù)的整理分析、科學(xué)結(jié)論的完整得出，學(xué)生都還存在一定的困難，因此需要教師課上進(jìn)行有效引導(dǎo)。

二、課堂教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題

（一）課堂導(dǎo)入不高漲

本節(jié)課的導(dǎo)入，常規(guī)的方法是采取直接復(fù)習(xí)的形式。如通過出示上節(jié)課小組自制擺的擺動數(shù)據(jù)，從圖表數(shù)據(jù)上，學(xué)生能很順利地發(fā)現(xiàn)“不同的擺，擺動快慢不同”?；蛘?，為了體現(xiàn)課堂數(shù)據(jù)的真實(shí)性，我也和其他老師一樣，直接現(xiàn)場演示：以兩個(gè)上節(jié)課學(xué)生自制的擺為例，請兩位學(xué)生上臺直接操作，再次觀察兩個(gè)不同擺的擺動。雖然在演示操作時(shí)，可以順勢復(fù)習(xí)擺的結(jié)構(gòu)以及實(shí)驗(yàn)操作注意事項(xiàng)，但是從課堂教學(xué)效果來看，主要是兩位演示實(shí)驗(yàn)的學(xué)生參與度較高，而在座大部分作為觀察員的學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不夠高漲，學(xué)生的探究欲望沒有快速、充分地調(diào)動。

（二）實(shí)驗(yàn)器材不便捷

研究擺的快慢實(shí)驗(yàn)時(shí)，都是選用以鐵架臺作為支架，再掛上線繩，用鉤碼或金屬墊片等重物作為擺錘。探究過程中，絕大多數(shù)鐵架臺因?yàn)槭褂脮r(shí)間比較長遠(yuǎn)，都不穩(wěn)固，晃動嚴(yán)重，支架與鐵環(huán)之間距離較近，容易撞桿。線繩直接纏繞在鐵環(huán)上，導(dǎo)致支點(diǎn)不穩(wěn)定，也容易撞桿。擺幅的大小，在實(shí)際操作時(shí)較難控制，容易誤導(dǎo)學(xué)生，影響探究實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。擺錘的懸掛，利用回形針掛取，在多個(gè)鉤碼同時(shí)懸掛時(shí)，容易脫落，并且用鉤碼懸掛還會產(chǎn)生不同的懸掛方式，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。不便的實(shí)驗(yàn)器材，導(dǎo)致學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，用時(shí)長、效率低，原始數(shù)據(jù)的可靠性低，干擾后續(xù)對數(shù)據(jù)的整理與分析，不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。

（三）小組分工不明確

本課中，實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容較多，相對煩瑣，需要學(xué)生收集的數(shù)據(jù)也不少。從實(shí)際教學(xué)效果看來，雖然有平時(shí)科學(xué)課的實(shí)驗(yàn)探究訓(xùn)練，組間劃分是明確的，但組內(nèi)分工仍不夠清晰，各組員的職責(zé)沒有嚴(yán)格遵守：計(jì)時(shí)員、觀察員、記錄員的工作沒有很好的分工、銜接。出現(xiàn)整組在做完一次實(shí)驗(yàn)后，記錄員一人記錄數(shù)據(jù)，其他成員無事可做、等待的現(xiàn)象。大大增加了探究實(shí)驗(yàn)用時(shí)，導(dǎo)致在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有完成全部的探究活動。

（四）思維碰撞不顯著

研討環(huán)節(jié)，“我們是通過什么實(shí)驗(yàn)方法知道擺的快慢與擺繩長度有關(guān)的？”對于這個(gè)問題的回答，學(xué)生沒有很迅速地回答到點(diǎn)上，說明學(xué)生對控制變量法的實(shí)質(zhì)掌握得不夠扎實(shí)，本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)沒有很好地突破。課堂教學(xué)時(shí)，學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)看似很充實(shí)、很熱鬧，在本課的3個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生也都能很好地得出相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，但仍然缺乏學(xué)習(xí)自主性，沒有理解本課設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)，教師扶得過多。從而致使學(xué)生的科學(xué)思維沒有得到有效地訓(xùn)練，思維的深度和廣度都不到位。

三、原因初探

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏靈活性

在正式上公開課之前，教師往往有很多的磨課或試教經(jīng)歷。每一次教學(xué)，教師不僅要仔細(xì)研讀教材、課標(biāo)，還應(yīng)該充分了解學(xué)情，要預(yù)設(shè)到所教班級學(xué)生的情況、班情。以此，基于教材、課標(biāo)、學(xué)情，設(shè)計(jì)不同的教案，一班一教案。新版義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)重視教學(xué)方式的改革，更加注重突出科學(xué)探究的本質(zhì)，明確要求：科學(xué)教學(xué)要在創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境的基礎(chǔ)上，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，充分激發(fā)內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)作為課堂教學(xué)的文字載體，教師應(yīng)在吃透教材、課標(biāo)、學(xué)情的基礎(chǔ)上，針對不同班級有不同的方案。

（二）課堂教學(xué)需把握細(xì)節(jié)

在試教的過程中，教師能明顯地感受到不同學(xué)生之間科學(xué)素養(yǎng)的差別：有些小組分工很明晰，組內(nèi)探究井井有條；有些小組，組員們個(gè)個(gè)情緒高漲，導(dǎo)致小組實(shí)驗(yàn)時(shí)過于“熱鬧”，爭先恐后，人人都想做；極個(gè)別小組，存在一些組員對探究實(shí)驗(yàn)不感興趣、不愿參與的現(xiàn)象。教師是課堂教學(xué)的引導(dǎo)者，要善于捕捉課堂教學(xué)的細(xì)節(jié)，以小見大，夯實(shí)基礎(chǔ)，將學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)到細(xì)微之處。

四、相關(guān)教學(xué)策略

（一）重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)

課堂教學(xué)以學(xué)生的學(xué)為主體，教師應(yīng)充分了解學(xué)生，基于真實(shí)、現(xiàn)實(shí)的教學(xué)場景，努力踐行“用教材教”的理念。新課標(biāo)將科學(xué)思維和探究實(shí)踐明確于核心素養(yǎng)內(nèi)涵之中，因此，教師更需要在教案中落實(shí)。因?yàn)槭墙璋嗌险n，本課內(nèi)容與上一節(jié)課內(nèi)容的學(xué)習(xí)，由于客觀原因，學(xué)習(xí)間隔時(shí)間有點(diǎn)長，關(guān)于擺的結(jié)構(gòu)，學(xué)生大多有遺忘。在這樣的學(xué)情下，為了充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)可以從玩擺開始（讓小組自主設(shè)計(jì)不同的擺），既能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)的主體地位，也能熟悉實(shí)驗(yàn)器材、復(fù)習(xí)擺的結(jié)構(gòu)，同時(shí)在玩中又有發(fā)現(xiàn)：各個(gè)擺的快慢是不一樣的，自然過渡到影響擺的快慢的研究中。通過設(shè)計(jì)動手活動，來順應(yīng)學(xué)生好動的天性，創(chuàng)設(shè)生動的學(xué)習(xí)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突。

科學(xué)結(jié)論的得出基于數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)來源于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作。雖然新版教材中關(guān)于擺幅大小對擺動快慢的影響沒有做具體的探究，但是遵從實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，仍需要用直觀的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證?？紤]到課堂時(shí)間的限制，擺幅的探究可以作為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過小組上臺演示實(shí)驗(yàn)，教師有效地引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)步驟，從而明白控制變量法的實(shí)質(zhì)。而后續(xù)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，考慮到課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒，讓學(xué)生有一個(gè)情緒高漲的過程，可以先探究擺的快慢與擺繩長度的關(guān)系，再探究擺的快慢與擺錘質(zhì)量的關(guān)系。學(xué)生能有充足的時(shí)間研究擺繩長度是如何影響擺的快慢的，在獲得成功的喜悅之后，再來研究擺錘質(zhì)量與擺的快慢的關(guān)系，能先滿足學(xué)生的探究情緒，先摘到果子，得到甜頭。

在拓展環(huán)節(jié)，為了與后續(xù)科學(xué)知識的銜接，通過小視頻的方式，出示擺繩長度相同，擺錘懸掛方式不同的兩個(gè)擺。從而發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)擺的擺動快慢不同，再次引起思維沖突，設(shè)置懸念，請學(xué)生在課后繼續(xù)探究，將學(xué)習(xí)延伸到課后。借此進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生對新知進(jìn)行遷移和應(yīng)用。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

在家常課中，《擺的快慢》研究優(yōu)選的支架仍是鐵架臺，雖然有些創(chuàng)新材料中舍棄了鐵架臺，用夾子直接固定在實(shí)驗(yàn)桌上保證了擺的穩(wěn)定性，但是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，學(xué)生觀察角度低，加上桌子的遮擋，不便于小組成員有效觀察和操作。因此，教師對實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改良，在鐵架臺底座下墊抹布，小組內(nèi)安排一位學(xué)生扶住鐵架臺，確保鐵架臺的穩(wěn)定性，同時(shí)也增加了組內(nèi)學(xué)生的參與度。通過使用量角器來精確調(diào)整擺幅，確保實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性。用帶凹槽的塑料桿（膨脹釘保護(hù)套）精確確定擺繩支點(diǎn)，將擺繩卡在凹槽中，削弱支點(diǎn)不穩(wěn)定引起的擺繩晃動情況。用可增減數(shù)量的單個(gè)重10克的金屬墊片作為擺錘，以墊片疊加的方式固定在一起，避免因使用鉤碼導(dǎo)致懸掛方式的不同而帶來不必要的實(shí)驗(yàn)誤差。在擺繩每隔10厘米處提前做好標(biāo)記，最后利用燕尾夾固定擺繩，便于快速、有效改變擺繩長度。

通過選擇有結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)材料，教師能更好地指導(dǎo)學(xué)生，從而突破教學(xué)重難點(diǎn)，有效完成本課的教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生在使用有結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，也能形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄繎B(tài)度，從而獲得可靠的原始數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，有效突破本課的學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

（三）規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

科學(xué)素養(yǎng)的形成是一個(gè)長期累積的過程，需要教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中點(diǎn)滴滲透。小學(xué)科學(xué)課堂更加注重小組合作，講究團(tuán)隊(duì)意識、互助意識。

1.在小組探究中，充分調(diào)動合作意識

首先，明確組內(nèi)職責(zé)。每組小組長一名、材料員一名、記錄員一名、匯報(bào)員一名，采取定期輪換制度。每位成員明確各自的責(zé)任，通過崗位輪換，得到平等的鍛煉和提高。其次，有效指導(dǎo)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識。五年級的學(xué)生，通過三四年級時(shí)教師的半扶半放，此時(shí)具有一定的團(tuán)隊(duì)合作能力，但仍需要教師給予有效指導(dǎo)。本課中，在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)好第一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)（擺的快慢與擺幅大小的關(guān)系）步驟之后，采取一組上臺做演示實(shí)驗(yàn)的形式。因?yàn)槭堑谝淮斡龅娇刂谱兞糠?，在?shí)驗(yàn)操作時(shí)，教師需提醒小組內(nèi)每位同學(xué)合理分工：組長指導(dǎo)小組實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性，同時(shí)負(fù)責(zé)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；兩名觀察員（其中一名是操作員）認(rèn)真操作、觀察，明確擺如何擺動算一次等；計(jì)時(shí)員熟練使用計(jì)時(shí)器，準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。在進(jìn)行第二次重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，提醒操作員不需要等待記錄員記錄，應(yīng)在結(jié)束一次實(shí)驗(yàn)后接著繼續(xù)第二次操作，減少中間等待的時(shí)間，從而節(jié)約探究時(shí)間，提高探究效率。

2.借助信息化設(shè)備，有效規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作

本課中使用的實(shí)驗(yàn)材料不少，為了獲得精確有效的數(shù)據(jù)，需要教師注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)處的指導(dǎo)。用量角器如何精確把控?cái)[幅；用凹槽嵌入擺繩時(shí)，如何有效調(diào)節(jié)擺繩的長度；擺錘重量如何改變等。這些需要在教師講解的同時(shí)，出示具體的操作方法。教師可以借助事先錄制好的小視頻以及拍攝的照片，或者課堂上直接利用實(shí)物展臺等這些信息化設(shè)備，現(xiàn)場講解，從而直觀地解決問題。

3.巧用記錄單

實(shí)驗(yàn)記錄單是記錄數(shù)據(jù)的載體，教師要充分利用好記錄單，為學(xué)生搭建探究腳手架。本課的實(shí)驗(yàn)探究遵循由扶到放的規(guī)律，在后面兩個(gè)自主探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生在記錄單上填一填實(shí)驗(yàn)步驟。通過手寫的方式，讓學(xué)生對控制變量法只能改變一個(gè)因素有更加深刻的印象。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)記錄單，使雜亂的數(shù)據(jù)變得有序。本課中修改后的部分實(shí)驗(yàn)記錄單如下：

實(shí)驗(yàn)記錄單中，關(guān)鍵字用加粗字體的方式達(dá)到提醒的目的。通過統(tǒng)一明確不變的因素具體采用什么數(shù)值，有序、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)讓全班的數(shù)據(jù)有可比性。表中擺錘質(zhì)量和擺幅的選取，都是經(jīng)過精心選擇的：30克屬于比較重的擺錘，確保擺錘在擺動過程中的穩(wěn)定性，減少擺在擺動過程中因?yàn)閿[錘太輕而發(fā)生旋轉(zhuǎn)等干擾現(xiàn)象；擺幅40°是為了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)的可操作性，角度太小，擺容易在15秒測量時(shí)間之前就停止擺動。記錄表中刪減了原教材中“中擺繩”這一欄，以及將每次測量時(shí)間由30秒改為15秒。這樣，在保證能獲得有效實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，為后續(xù)探究實(shí)驗(yàn)增加時(shí)間，讓學(xué)生經(jīng)歷完整、充分的探究。

提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，需要優(yōu)化小學(xué)科學(xué)課堂的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作、巧用記錄單等形式，提高科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，獲得正確的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析作保障，落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)。教師更需要牢牢把握住課堂這一主陣地，在細(xì)節(jié)之處做研究。