巧用統(tǒng)計圖表培養(yǎng)學生的數據意識

【摘 要】本文以教科版五年級上冊“擺的認識”為例，以問題驅動統(tǒng)計、記錄驅動分析、反思驅動推理等策略，幫助學生提高數據意識。

【關鍵詞】統(tǒng)計圖表 學科融合 數據意識

數據意識是當前公民不可或缺的基本素質，也是新時代每個學生都必須具備的科學素養(yǎng)。教學中，教師可引導學生觀察統(tǒng)計數據信息，用不同的方式分析與解讀相關信息，對實驗現(xiàn)象進行合理解釋。為了更好地觀察數據信息，我們通常會用到統(tǒng)計圖表。當前，統(tǒng)計圖表在科學教育教學中得到深入、廣泛的應用，成為一種重要的學習方式。

教科版五年級上冊“計量時間”單元《機械擺鐘》《擺的快慢》《制作鐘擺》三課中關于擺的知識點有5份統(tǒng)計表，每張統(tǒng)計表邊上基本都呈現(xiàn)了提示性操作圖片、實驗規(guī)范性語言，也隱藏著實驗方法與注意事項。筆者結合實際教學所需，將以上三課知識系統(tǒng)整合為“擺的認識”，并以此為例，探究如何利用統(tǒng)計圖表培養(yǎng)學生的數據意識。

一、問題驅動統(tǒng)計——激發(fā)數據的洞察力

在《機械擺鐘》教學中，筆者將教材中“測量鐘擺1分鐘擺動的次數”的任務改編為“1分鐘之內，你想測出鐘擺多長時間里擺動的次數呢”。開放性問題將學生的思維打開了。學生提出可以分別測鐘擺10秒、15秒、20秒、30秒、60秒所擺動的次數。學生兩兩一組，自選三個不同時長，一人計時一人計數，分別測三次。集體匯報時，學生在觀察對比中發(fā)現(xiàn)，機械鐘擺動秒數與擺動的次數一致，即每秒擺1次，一分鐘共擺60次。這樣的觀察避免了三次均觀察1分鐘時長所造成的費時且數據單一的缺陷，自然催發(fā)了學生自覺收集數據的需求，提高精準數據的洞察力，增強學生對古人發(fā)明機械擺鐘所體現(xiàn)出來的智慧的自豪感，激發(fā)后續(xù)的探究欲望。

二、記錄驅動分析——練就數據的思考力

同一單擺在相同時間內，擺動次數相同，那么不同的單擺在相同時間里擺動的次數相同嗎？《機械擺鐘》的實驗二是：自制一個擺，觀察擺運動的特點。這一實驗涉及繩子與重物兩種材料，結構簡單、材料易得。但是，在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)學生自備材料過于豐富多樣，分散了關于擺的快慢因素的猜想，不利于《擺的快慢》的教學。因此，筆者進行相應改進，設立材料區(qū)，放置不同長短、粗細的擺繩與不同輕重、大小的擺錘的材料，并進行編號，讓小組學生自選材料、組合制擺、規(guī)范實驗步驟、進行實驗觀測、填寫統(tǒng)計表。接著，展示匯報統(tǒng)計表時，學生再呈現(xiàn)數據的整體分析過程。

1. 用不同方式分析解讀統(tǒng)計圖表，感受科學嚴謹性。

五年級學生在數學課程教學中對收集整理數據與單式、復式統(tǒng)計表知識有一定的了解，對柱狀統(tǒng)計圖、條形統(tǒng)計圖、折線統(tǒng)計圖、韋恩圖、氣泡圖等也有一定的知識基礎。1分鐘擺的次數觀測實驗統(tǒng)計后，各小組根據統(tǒng)計表數據生成條形統(tǒng)計圖。此時，教師可以提問：“觀察小組測量結果，你們發(fā)現(xiàn)了什么？”各小組從條形統(tǒng)計圖上感知到三次數據基本一致，再次感受擺的等時性。但是，學生還發(fā)現(xiàn)第4小組所測的1分鐘擺的次數是57下、46下、56下，46下。這些異常數據，引發(fā)了學生的思考：可能是什么原因造成的。學生紛紛剖析可能存在的原因：擺繩碰壁、計數錯誤、報時不準。這樣的“意外”引領學生去思考發(fā)現(xiàn)、重視事實、合理懷疑，傾聽和考慮他人的不同想法或解釋。以上調整數據表現(xiàn)形式，直觀讀取數據的過程可讓學生在追求數據質量中感受到科學的真實性與嚴謹性。

2. 從不同角度分析解讀統(tǒng)計圖表，發(fā)現(xiàn)科學本質性。

獲得更為可靠、科學、全面的證據，是科學課中驗證猜想的關鍵。在小組數據分析后，教師再引導學生進行全班數據匯總：“看一看全班的數據，哪組數據跟你們小組一樣？你發(fā)現(xiàn)了什么？”從各小組數據到全班數據的對比觀察中，學生發(fā)現(xiàn)小組之間所測的擺動次數不盡相同。于是，教師提出問題：“相同時間內，不同的單擺擺動次數不同。你們覺得擺的快慢跟什么有關？”學生提出擺的快慢與擺繩長短、擺錘質量、擺動幅度大小有關。教師順勢讓各小組代表上講臺一起高舉自制擺，臺下學生興趣高漲，紛紛一看究竟，發(fā)現(xiàn)這些擺繩、擺錘有相同也有差異。教師進而順勢引出下節(jié)課《擺的快慢》的教學。

三、反思驅動推理，提升數據的應用力

《擺的快慢》是典型的對比實驗探究教學，學生通過實驗探究擺的快慢與擺繩長短關系后，經過簡單分析，明確得出“擺繩越短，擺得越快；擺繩越長，擺得越慢”這個結論是遠遠不夠的。教師可以精準細化實驗數據，有目的性地設置短擺繩、中擺繩、長擺繩的擺繩長度，比如第一種，10 cm、15 cm、20 cm；第二種，30 cm、35 cm、40 cm；第三種，20 cm、30 cm、40 cm；第四種，40 cm、45 cm、50 cm。每種長度都由兩小組分別進行1分鐘擺動次數實驗觀測統(tǒng)計，相同實驗若出現(xiàn)不完全一致的數據，則剔除個別誤差數據后，將相同擺繩長度的平均數，利用Excel表格匯總形成柱狀統(tǒng)計圖。

師：觀察這幅統(tǒng)計圖，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生1：擺繩越短，擺的次數越多；擺繩越長，擺的次數越少。

生2：擺繩50cm擺得最慢，擺繩10cm擺得最快。

生3：我從10cm擺43次、20cm擺32次、30cm擺27次發(fā)現(xiàn)，擺的快慢與擺繩長短不成倍數關系。

學生還指出，單擺正如人腿，可以認為自然速度下腿的長短和跑步快慢之間存在一定關系。對此，學生展開激烈討論，發(fā)現(xiàn)有些情況下腿長的話邁的步伐大，腿短走的頻率快。我們拉長研討的時空，讓科學學習與生活接軌，于是學生對擺繩長短與擺的快慢規(guī)律性變化的趨勢有了深入思考。

僅有以上思考是不夠的，學生細致觀察統(tǒng)計圖后就會發(fā)現(xiàn)：25 cm的擺繩在這節(jié)課中沒有出現(xiàn)，它正好是下節(jié)課《制作鐘擺》的基本理想長度。此時，教師可以提問學生：“你覺得25 cm的擺繩可能擺多少下？為什么？”學生根據之前擺繩對應的擺的次數進行猜想，在介于20 cm與30 cm之間做出合理推理，擺繩長20cm的時候擺動32次，擺繩長30 cm時擺動27次，那么25 cm時擺動次數可能在28-31次之間問題。該數據反映的是一種概率和區(qū)間問題，學生需要猜想并說明推理的依據。接著，教師當場進行25 cm擺繩1分鐘擺動次數的演示測試實驗。當現(xiàn)場全體學生聚精會神觀測并得出數據時，推測正確的學生歡呼雀躍。而后，教師再拋出問題：“25 cm的擺繩真的擺30次嗎？”并請兩個學生進行第二次、第三次擺動擺錘。教師及另兩個學生結果一致，引發(fā)了大家的思考：“擺幅大小明顯不同，但結果一致，說明了什么？”學生得出結論，擺的快慢與擺幅大小并無關系，而與擺繩長短有關系。如此教學中，學生自然而然地借助統(tǒng)計圖所展示的規(guī)律性趨勢，在彌補數據缺失中無痕反思，有序推理，學生對數據的應用力自然得到提高。

總之，《擺的認識》的教學讓學生經歷問題驅動收集數據、及時記錄分析數據、合理推理運用數據，幫助學生建立模型建構和推理論證，有效提高學生對數據的洞察力、思考力、應用力，促進學生科學素養(yǎng)的全面提升。

（作者單位：福建省寧德師范學院第二附屬小學 本專輯責任編輯：蘇少偉）

［1］宋斌，趙啟安.基于數據分析的小學科學實驗［J］.中小學數字化教學，2019（05）：21-23．

［2］徐春建，吳中君.表達·關聯(lián)·論證：小學科學課堂深度研討的優(yōu)化策略［J］.中小學教材教學，2021（10）：72-76.

［3］徐芳芳.基于科學精神培養(yǎng)兒童的數據分析觀念［J］.江蘇教育，2021（01）：47-51．

在教學中，教師必須以學生為中心，確立學生的主體地位，注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，以期最大限度地激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)造性。其中，立足于課堂，提升學生的思維、意識方式，有助于學生素養(yǎng)的培育。本專輯的幾篇文章，就此進行了探索，并提供些許經驗。

本文系福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2023年“研究共同體”專項課題“單元整體教學視域下小學科學周末微項目作業(yè)設計與實施的研究”（課題編號：Fjygzx23-054）的研究成果。