以誤差為師：小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)誤差的教學(xué)價(jià)值與應(yīng)對(duì)策略

【摘 要】教學(xué)中，教師應(yīng)幫助學(xué)生準(zhǔn)確理解誤差、設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、注重操作細(xì)節(jié)、積累分析經(jīng)驗(yàn)，并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置，從而全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力，為其未來(lái)的科學(xué)學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)誤差 教學(xué)價(jià)值 應(yīng)對(duì)策略

在科學(xué)探究中，實(shí)驗(yàn)誤差無(wú)處不在，它是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的一部分。小學(xué)科學(xué)教育作為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的重要階段，將實(shí)驗(yàn)誤差作為教學(xué)內(nèi)容能夠幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)的本質(zhì)。學(xué)生正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)誤差，以誤差為師，逐步學(xué)會(huì)分析誤差、探究原因，可以在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、批判性思維和創(chuàng)新思維。面對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差，教師如何在教學(xué)中采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)策略，將不利因素轉(zhuǎn)化為學(xué)生成長(zhǎng)的契機(jī)？

一、準(zhǔn)確理解誤差，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)精神

在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，誤差是不可避免的，但其本質(zhì)是科學(xué)認(rèn)識(shí)不斷深化的體現(xiàn)。教師首先應(yīng)幫助學(xué)生正確理解誤差的概念，認(rèn)識(shí)到誤差并不意味著實(shí)驗(yàn)失敗，而是反映出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、測(cè)量工具或操作過(guò)程中的細(xì)微問(wèn)題。這種認(rèn)識(shí)有助于學(xué)生培養(yǎng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探求真理的興趣、增強(qiáng)不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的動(dòng)力。

在教學(xué)《水受熱以后》一課時(shí)，無(wú)論是“由冰融化為水”還是“把水燒開(kāi)”，在一般的實(shí)驗(yàn)條件下，學(xué)生很難得到穩(wěn)定的“0 ℃”和“100 ℃”的測(cè)量值，但學(xué)生可以得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值，如“-1 ℃”“1 ℃”“99 ℃”等。在這種情況下，不能說(shuō)學(xué)生測(cè)量出的數(shù)值是有問(wèn)題的，因?yàn)閷W(xué)生實(shí)際的測(cè)量結(jié)果就是這樣的，也就是說(shuō)，學(xué)生的記錄是實(shí)事求是的。但這些數(shù)值和理論數(shù)值是有差異的，此時(shí)，教師可讓學(xué)生直視這些數(shù)值間的差異，思考它們產(chǎn)生的原因。這樣更有利于學(xué)生理解數(shù)據(jù)背后的科學(xué)本質(zhì)，培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)精神。

二、設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，豐富探究方法

科學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅僅是驗(yàn)證知識(shí)，更是培養(yǎng)學(xué)生探究精神的過(guò)程。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)揮自主性，提出問(wèn)題并尋找答案。通過(guò)開(kāi)放的探索性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以接觸到多種實(shí)驗(yàn)方法和思維方式，增加實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)素養(yǎng)。

在教學(xué)《降落傘》一課中，學(xué)生需要設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)探究“降落傘下降的快慢與什么因素有關(guān)”。在一般的教學(xué)中，無(wú)論是教師引導(dǎo)學(xué)生集中一個(gè)影響因素，或開(kāi)放多個(gè)影響因素同時(shí)探究，受課堂時(shí)間和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的限制，一般情況下教師會(huì)提供半成品材料（剪好的不同大小、相同形狀、相同材料的傘面；剪好的相同長(zhǎng)度、相同數(shù)量的傘繩；相同的重物），讓學(xué)生用相同的連接方式進(jìn)行連接。針對(duì)這個(gè)因素，各個(gè)小組的研究材料和結(jié)果一致性很高，但也正是因?yàn)檫@樣的一致性，實(shí)驗(yàn)本身缺乏了開(kāi)放度。教師不妨放手讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。同樣還是研究“傘面大小”這個(gè)影響因素，只要學(xué)生設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)是合理的（如表1），針對(duì)傘面和傘繩的多樣選擇，學(xué)生的方案便可以多樣化。

當(dāng)教師給予學(xué)生足夠的開(kāi)放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)空后，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差數(shù)據(jù)的多樣性，也能夠看到多樣誤差數(shù)據(jù)背后的科學(xué)規(guī)律。

三、注重操作細(xì)節(jié)，增強(qiáng)實(shí)踐技能

實(shí)驗(yàn)誤差的發(fā)生往往與實(shí)驗(yàn)操作中的細(xì)節(jié)密切相關(guān)，尤其是在測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)的過(guò)程中。為了減少誤差，學(xué)生需要關(guān)注細(xì)致的操作技巧。教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)操作細(xì)節(jié)的重要性，從規(guī)范化操作入手，指導(dǎo)學(xué)生如何正確使用實(shí)驗(yàn)工具、如何精準(zhǔn)測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)。

在教學(xué)《測(cè)定脈搏》一課時(shí)，學(xué)生是否能夠找到脈搏？是否能夠找到最佳位置？是否每次都能在最佳位置，采用正確的搭脈方式進(jìn)行計(jì)數(shù)？是否每次都能及時(shí)做好測(cè)量前的準(zhǔn)備，并準(zhǔn)時(shí)計(jì)數(shù)？是否能夠不受外界干擾（如桌子晃動(dòng)、場(chǎng)內(nèi)其他聲音的影響等）？在測(cè)試過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，都需要學(xué)生高度關(guān)注。在主觀上，學(xué)生需要集中注意力，緊跟全班的測(cè)試節(jié)奏，排除干擾，實(shí)事求是地計(jì)數(shù)；在客觀上，教師可采用自制的“脈搏啟動(dòng)器”支持學(xué)生找準(zhǔn)并標(biāo)記最佳位置，解決客觀因素帶來(lái)的測(cè)量困難，這樣才能確保測(cè)量的數(shù)值更加接近真實(shí)值。在實(shí)驗(yàn)記錄時(shí)，學(xué)生同樣需要保持對(duì)數(shù)據(jù)的精確度，避免粗心導(dǎo)致的錯(cuò)誤。通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)致關(guān)注，不僅能減少誤差的發(fā)生，還能增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，使其在未來(lái)的科學(xué)探究中能夠更加嚴(yán)謹(jǐn)和自信。

四、積累分析經(jīng)驗(yàn)，提升科學(xué)思維

實(shí)驗(yàn)誤差的分析是科學(xué)思維的重要組成部分，學(xué)生通過(guò)對(duì)誤差的總結(jié)和反思，能夠逐步提升其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行誤差來(lái)源的討論，鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)角度進(jìn)行分析。

在教學(xué)《紙張大力士》一課時(shí)，學(xué)生需要對(duì)比三棱柱、四棱柱、八棱柱和圓柱的承受力大小。一般情況下，教師會(huì)提前和學(xué)生討論對(duì)比實(shí)驗(yàn)的公平性，強(qiáng)調(diào)除棱柱數(shù)量不同，其他條件都要相同，但教師會(huì)發(fā)現(xiàn)即便如此，學(xué)生在制作的過(guò)程中，還是會(huì)出現(xiàn)各種不夠精確的情況。對(duì)此，如果教師換個(gè)思路，待學(xué)生討論一結(jié)束，就放手讓學(xué)生進(jìn)行折疊，每個(gè)小組每個(gè)形狀至少折疊一個(gè)，快的小組還可以折疊第二個(gè)，并采用標(biāo)準(zhǔn)的壓力測(cè)試儀進(jìn)行承壓力測(cè)試。很快，黑板上就會(huì)呈現(xiàn)出全班至少12×4=48個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)棱柱至少有12個(gè)可用于對(duì)比的數(shù)據(jù)。學(xué)生可以從橫向、縱向、兩兩、整體等多視角進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)有一定的規(guī)律性：圓柱比三棱柱承壓力整體趨勢(shì)更大，八棱柱比三棱柱承壓力整體趨勢(shì)大。但也有很多問(wèn)題，比如，大部分四棱柱比三棱柱的承壓力要大，但也有的不是這樣的，同樣也有極個(gè)別圓柱的比四棱柱要小的情況。針對(duì)這些“復(fù)雜而顯得有問(wèn)題的數(shù)據(jù)”，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析背后的原理，分析歸納出：多余的折痕、紙張連接的寬窄、連接面的整齊度、紙張的方向等多種因素都會(huì)影響紙張柱體的承壓力。

在這樣深入分析的過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠了解誤差的具體原因，還能培養(yǎng)出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維方式，學(xué)會(huì)如何在面對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)理性地分析和判斷，而不是簡(jiǎn)單地得出結(jié)論，以此提升學(xué)生的獨(dú)立思考和科學(xué)分析的能力。

五、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置，提升探究精度

實(shí)驗(yàn)誤差往往與實(shí)驗(yàn)裝置的精度密切相關(guān)，因此，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置是減少誤差的關(guān)鍵步驟。教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)備改進(jìn)、選擇和使用，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到不同實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并在實(shí)驗(yàn)中不斷進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。如，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置、引入傳感器等信息技術(shù)、不同類(lèi)型的測(cè)量工具的比較等。

在“測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度”的實(shí)驗(yàn)中，教師可以引入數(shù)字傳感器記錄速度數(shù)據(jù)，以避免傳統(tǒng)讀數(shù)方式可能帶來(lái)的誤差。學(xué)生還可以通過(guò)軟件分析速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，直觀感受到誤差的存在。這些技術(shù)工具的應(yīng)用，不僅使數(shù)據(jù)的獲得更加精準(zhǔn)，也使數(shù)據(jù)的分析更高效。

總而言之，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生的知識(shí)掌握，更要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)踐能力。通過(guò)準(zhǔn)確理解誤差、設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、注重操作細(xì)節(jié)、積累分析經(jīng)驗(yàn)及優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置等應(yīng)對(duì)策略，教師能夠幫助學(xué)生逐步掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不斷探索、總結(jié)和優(yōu)化的能力。

（作者單位：南京師范大學(xué)附屬小學(xué) 本專(zhuān)輯責(zé)任編輯：蘇少偉）

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