科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與概念構(gòu)建

樓和東

摘要：整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出科學(xué)概念，是科學(xué)探究的有效行為。小學(xué)生的概括能力較弱，需要將實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)與多種形象、有序的圖表結(jié)合，提高對數(shù)據(jù)處理的敏感性，結(jié)合對話開展分析交流，可以清晰地展示學(xué)生的思維和準(zhǔn)確概念的形成過程，以追求思維的廣泛性與深刻性，用思維的發(fā)展與增質(zhì)來檢測學(xué)生的探究行為，達(dá)到數(shù)據(jù)伴思維同行，體現(xiàn)科學(xué)探究的有效價值。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；處理；探究思維

美國著名教育心理學(xué)家加德納強(qiáng)調(diào)，讓學(xué)生研究各種學(xué)科的目的，不是企望他們變成該領(lǐng)域的小專家，而是讓學(xué)生在揭示真理認(rèn)識真理的過程中訓(xùn)練他們的思維模式，讓他們用該學(xué)科特有的思考方式而非直覺來了解現(xiàn)象。科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，“科學(xué)探究不能只停留在形式上，在關(guān)注學(xué)生動手的同時，更要關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展”。科學(xué)探究中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析正是訓(xùn)練學(xué)生思維模式有效的載體。因而整理和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出科學(xué)的概念，是科學(xué)探究的有效行為，也是培養(yǎng)學(xué)生成為具有理性思維的人的一種途徑。為此，在科學(xué)探究活動時，在尋求證據(jù)——得出結(jié)論階段，對得到的數(shù)據(jù)，盡可能借助多種形象、有序圖表，形成想象畫面來分析數(shù)據(jù)和整理信息，能更好地幫助學(xué)生理解問題，改善探究思維狀況，達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

運(yùn)用有序表格數(shù)據(jù)

當(dāng)前教學(xué)中有一些教師，把課堂中學(xué)生的氣氛活躍當(dāng)作思維活躍，認(rèn)為學(xué)生已經(jīng)能從雜亂的數(shù)據(jù)中分析問題，然后從中找到規(guī)律，因而輕視了通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析過程。其實(shí)在現(xiàn)實(shí)的課堂上，很多課到最后，學(xué)生還是找不出結(jié)果，此時教師往往會草率地將科學(xué)結(jié)論硬塞給學(xué)生，學(xué)生也只好在一片迷茫中接受你塞給的知識，違背了發(fā)展思維的目的。提高學(xué)生對數(shù)據(jù)處理的敏感性，是強(qiáng)化思維訓(xùn)練的有效途徑。因此，在設(shè)計探究活動表時應(yīng)盡可能讓表格數(shù)據(jù)有序、指向明確，且承載的規(guī)律少一點(diǎn)，方便學(xué)生根據(jù)探究數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，幫助學(xué)生開動思維。

例如，教科版《科學(xué)》六年級上冊《工具和機(jī)械》一章第2節(jié)《杠桿的科學(xué)》一課，在數(shù)據(jù)分析和研究規(guī)律這一環(huán)節(jié)，先師生集體交流在杠桿左右只選一個位置掛鉤碼，怎樣使杠桿平衡。然后讓學(xué)生以小組為單位開展“在杠桿上的左邊一個位置掛鉤碼，在右邊一個不同的位置，掛上鉤碼，使杠桿尺平衡”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時間6分鐘左右，盡量多地做不同的擺法，把實(shí)驗(yàn)結(jié)果填在記錄表中。由于學(xué)生記錄的數(shù)據(jù)是無序，且承載著杠桿中的好幾個規(guī)律，加上學(xué)生對數(shù)據(jù)的不敏感，在分析時又脫離了剛才直觀的實(shí)驗(yàn)器材，思維難度過大，結(jié)果學(xué)生很難從中分析出杠桿中存在的現(xiàn)象，到最后只好將其中的規(guī)律告知學(xué)生。

通過改變操作的表格，將上表改成三張實(shí)驗(yàn)探究記錄表，即改成“用力情況（省力）”“用力情況（費(fèi)力）”“用力情況（不省力也不費(fèi)力）”三張。每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)分開做，做3次以上，然后開展猜想并驗(yàn)證，同時想一想在什么情況下杠桿省力、費(fèi)力、不省力也不費(fèi)力？讓學(xué)生在大量的操作基礎(chǔ)上，收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，接著抽象地模擬實(shí)驗(yàn)推理，最后根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)合示意圖得出科學(xué)概念，這樣改變以后的效果比先前的效果好了很多。

再如在討論省力的杠桿中，對匯報的數(shù)據(jù)，不能學(xué)生說一個教師抄一個，而應(yīng)該特別要注意對數(shù)據(jù)有序的編排，以便學(xué)生能從一系列數(shù)據(jù)中尋找到規(guī)律。其中匯報的三個環(huán)節(jié)：第一讓學(xué)生任意報然后填寫。第二讓學(xué)生報一個填寫，然后相對應(yīng)的問“在左邊不變的情況下，右邊還有哪些也是省力的？”，以讓學(xué)生來驗(yàn)證數(shù)據(jù)，增加思考力。如當(dāng)學(xué)生匯報到“左邊阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離2格，鉤碼數(shù)1個，右邊用力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離3格，鉤碼數(shù)1個，省力”時。問哪些組右邊還有不同的掛法也是省力的？此時讓學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)討論省力杠桿的省力的原因，初步得出當(dāng)阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離小于用力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離時，杠桿省力。第三為了加深印象，繼續(xù)開展模擬推理演示實(shí)驗(yàn)?！耙垢軛U平衡，當(dāng)在阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離一格處掛1個時，另一個鉤碼應(yīng)該掛在用力點(diǎn)到支點(diǎn)距離（ ）格處？”接著“在阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離一格處掛2個時，另一個鉤碼應(yīng)該掛在用力點(diǎn)到支點(diǎn)距離（ ）格處？”然后繼續(xù)演示“當(dāng)在阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離一格處掛3個時，另一個鉤碼應(yīng)該掛在用力點(diǎn)到支點(diǎn)距離（ ）格處？接著教師指著杠桿尺問“在阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離一格處掛4、5、6、7、20、100、1000……個時，用手勢來表示另一個鉤碼應(yīng)該掛在用力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離（ ）格處？”這樣在不斷的追問中，讓學(xué)生思考為什么阻力點(diǎn)到支點(diǎn)的距離一格處掛的鉤碼越來越多，用力點(diǎn)卻仍然是一個，杠桿尺還是平衡？為了能清晰地展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，提高學(xué)生的思維度，讓學(xué)生將剛才的實(shí)驗(yàn)過程用示意圖來表示剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。最后討論如下圖，這樣讓學(xué)生更加明白省力杠桿的理由，如果學(xué)生今后忘記了其中的結(jié)論，只要回憶起剛才的示意圖，就會重回剛才的實(shí)驗(yàn)過程。

如此改變探究表格，學(xué)生不但有充分的時間做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中邊猜想邊驗(yàn)證，取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而且在有序的表格中開展數(shù)據(jù)分析，加上直觀的示意圖，能夠更加清楚明白杠桿的三種情況，準(zhǔn)確地落實(shí)科學(xué)概念，同時激活學(xué)生的思維，增加思維的條理性。

組織數(shù)據(jù)交流對話

學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)，往往通過簡單整理，就進(jìn)行分析總結(jié)，這樣或許是直觀但是表面的，也往往不完整，此時應(yīng)組織開展交流，通過相互啟發(fā)、補(bǔ)充，讓學(xué)生自己歸納出數(shù)據(jù)里蘊(yùn)涵的科學(xué)規(guī)律，形成準(zhǔn)確的科學(xué)概念。

如在教科版《科學(xué)》五年級上冊《運(yùn)動和力》一章第4節(jié)《測量力的大小》一課中，要“探究彈簧伸長長度與拉力關(guān)系”時，可以采用增加數(shù)據(jù)記錄的方式（表一），然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行互動交流，使科學(xué)概念能有效得出。以下是較有效的交流教學(xué)片段：

學(xué)生：把勾碼掛在彈簧下，我們組的數(shù)據(jù)是（見上表），同時發(fā)現(xiàn)勾碼越多，彈簧伸得越長；勾碼越少，彈簧伸得越短。

教師：彈簧伸長中的數(shù)字表示什么呢？

學(xué)生：表示彈簧伸長的長度，數(shù)字越大表示伸得越長。

教師：勾碼的數(shù)量表示什么？

學(xué)生：彈簧受到的拉力。

教師：這個實(shí)驗(yàn)?zāi)惆l(fā)現(xiàn)什么？

學(xué)生：彈簧受到的拉力越大，伸得越長；彈簧受到的拉力越小，伸得越短。

接著教師（手指著“……”）：假如勾碼是5個，那彈簧伸長多少？勾碼是6個，那彈簧伸長多少？勾碼是20個，那彈簧伸長多少？50個呢？100個呢？對于這樣的結(jié)論，大家有意見嗎？

學(xué)生：我有意見。彈簧的伸長是有限度的，不會這樣無限制的掛下去。

老師：這個你都發(fā)現(xiàn)了，很了不起。

……

學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和各種信息的分析，往往會考慮不周，此時對實(shí)驗(yàn)結(jié)論，教師切不可直接點(diǎn)明，應(yīng)通過師生的對話互動，將探究過程中，未出現(xiàn)的數(shù)據(jù)以采用想象推理的體驗(yàn)方式，開展交流對話，增加對數(shù)據(jù)的感悟過程，以培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，探究的客觀性。

制作數(shù)據(jù)直觀圖表

研究表明，人的第一印象作用是最強(qiáng)的，持續(xù)的時間也長。人們對于事物的整個印象，一般是以第一印象為中心形成的。教師應(yīng)充分抓住這個特征，將實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，通過動手制作一些直觀、形象的圖表，用圖表記錄的數(shù)據(jù)展開充分的討論，以幫助學(xué)生借助圖表將實(shí)際發(fā)生的情境同思維發(fā)展聯(lián)系起來，形成想象畫面來分析數(shù)據(jù)和整理信息，以便學(xué)生能準(zhǔn)確形成科學(xué)概念。

數(shù)據(jù)與柱狀圖 如教科版《科學(xué)》五年級下冊《時間的測量》第2節(jié)《太陽鐘》一課，為了落實(shí)陽光下物體影子在一天的變化規(guī)律這一科學(xué)概念，我讓學(xué)生課前收集一天中桿影變化的數(shù)據(jù)后，再讓他們動手制作柱狀圖（表二）。通過將數(shù)據(jù)表換成柱狀圖，學(xué)生就很形象、直觀的看出從上午9時到12時太陽影子在逐漸縮短，12時以后，太陽影子的長度逐漸變長；中午影子最短這一科學(xué)概念，解決了許多學(xué)生面對這些數(shù)據(jù)看不出其中的內(nèi)隱規(guī)律。

（表二是學(xué)生用10厘米高的木條，測得一天各個時段太陽下影子的長度。）

數(shù)據(jù)與折線統(tǒng)計圖 為了培養(yǎng)學(xué)生的估測意識，讓學(xué)生有一種及時驗(yàn)證猜想的欲望，可以繼續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

如在學(xué)校五年級下學(xué)期的一次《牛頓樂園》自主課中，我將課本《熱》一章中第2節(jié)《給冷水加熱》進(jìn)行了拓展，讓學(xué)生“探究水加熱過程中的秘密”時，給一燒杯冷水加熱，加熱記錄4分鐘后，讓學(xué)生想一想，如果這樣加下去，這杯水的溫度會到幾攝氏度？每隔2分鐘記錄一次溫度（注意保持火焰的穩(wěn)定性），并記錄結(jié)果（表三）。

為了讓學(xué)生能很好的驗(yàn)證自己的猜測，就將上述表格中的數(shù)據(jù)，用折線統(tǒng)計圖表來顯示，然后結(jié)合圖表中的數(shù)據(jù)，說說你在實(shí)驗(yàn)過程中的想法。

通過這張圖表，學(xué)生能對最后4分鐘的印象會記憶猶新，會更加形象、直觀的感受到此時水加熱到一定溫度是不會再上升的。

通過這種圖與表的結(jié)合，學(xué)生就能很快判斷出事物的發(fā)展趨勢，能在頭腦中留下一定的印象，形成頭腦表象。這對于一些抽象概括能力弱的學(xué)生很有幫助，他們往往可以借助大腦表象來準(zhǔn)確表述科學(xué)概念，提高科學(xué)教學(xué)的實(shí)效性。當(dāng)然，在這個過程中，也要提醒學(xué)生：用數(shù)據(jù)預(yù)測，是對未來的一種估計，是發(fā)現(xiàn)問題的基礎(chǔ)，可能符合實(shí)際，也可能出現(xiàn)錯誤，不能把預(yù)測當(dāng)作絕對正確的科學(xué)概念，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況開展有限度的預(yù)測。

科學(xué)探究過程中，應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與整理。將測量所得的數(shù)據(jù)與多種形式的圖表結(jié)合，讓數(shù)據(jù)變得“鮮活”，同時注入探究者更多的感悟經(jīng)歷，將思維與實(shí)際的探究情境有效聯(lián)系起來，實(shí)事求是地開展分析和推理，能讓學(xué)生形象地認(rèn)識到事物的變化之間是有聯(lián)系和規(guī)律的，從而真正實(shí)現(xiàn)探究過程中學(xué)生思維廣泛性與深刻性，真正達(dá)成探究培養(yǎng)思維能力，提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

【本文為2016年度紹興市教育科學(xué)規(guī)劃學(xué)科課題《基于科學(xué)概念建構(gòu)改進(jìn)小學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動的課例研究》（編號：sjg16300）成果之一。】

（作者單位：浙江省諸暨市店口鎮(zhèn)弘毅小學(xué)）