實驗數(shù)據(jù)的獲取和分析

黃平

〔摘? ? 要〕? 實證是科學的本質(zhì)之一?？茖W學習一般要求學生遵從事實，在尋求證據(jù)中探求結(jié)果，因此，培養(yǎng)學生實證意識具有極其重要的教育意義。教學中，要以學生為本、以生活為本、以發(fā)展為本，立足本真的科學課堂，從實驗數(shù)據(jù)的獲取、實驗數(shù)據(jù)的分析以及實驗數(shù)據(jù)的反思三個方面，培養(yǎng)學生的實證意識，培育科學精神。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學科學；實驗數(shù)據(jù)；實證意識

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 03? ? 052-054

《義務(wù)教育科學課程標準》（2022年版）指出：倡導(dǎo)以探究和實踐為主的多樣化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經(jīng)歷科學探究以及技術(shù)與工程實踐的過程；重視師生互動和生生互動，引導(dǎo)學生對所學知識和方法進行總結(jié)、反思、?應(yīng)用和遷移，促進學生自主學習和合作學習。充分發(fā)揮科學教育獨特的育人價值，科學課堂需要提高實證意識，引領(lǐng)學生從事實、證據(jù)出發(fā)去探求真知，進而發(fā)現(xiàn)科學認知的規(guī)律和本質(zhì)。

在科學探究活動中，我們經(jīng)常需要用數(shù)據(jù)來作為實驗推導(dǎo)的證據(jù)，這是一種體現(xiàn)實證意識的重要方法。那么，如何合理利用客觀數(shù)據(jù)培養(yǎng)學生的實證意識呢？

一、多措并舉，獲取數(shù)據(jù)

（一）掌握技能，巧用工具

在科學探究過程中，學生主要經(jīng)歷觀察現(xiàn)象、實驗操作、思維推理、合作交流、自我反思等學習行為，圍繞客觀現(xiàn)象展開活動，獲取客觀事實。觀測工具的準度及學生運用工具技能的精度，其正確性和技巧性都會直接影響到實驗中的思維判斷并決定最終結(jié)果。因此，在實驗數(shù)據(jù)獲取前，學生必須具備運用工具的技能，如蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課，連續(xù)測量一杯水的溫度，實驗前學生掌握正確使用溫度計和秒表的技能，學會正確地認讀溫度計的讀數(shù)。如蘇教版四年級下冊《摩擦力的秘密》一課，實驗前學生須掌握正確使用彈簧測力計的技能，學會正確認讀測力計讀數(shù)。此外，如量筒、酒精燈、滴管、放大鏡等工具的使用都是學生必須掌握的運用工具的技能，如果學生不具備這些技能，那么實驗的數(shù)據(jù)無法獲取，實驗數(shù)據(jù)的有效性也無從談起。

（二）分組探究，引導(dǎo)合作

實驗中，要獲得準確的實驗數(shù)據(jù)，學生不僅要具備一定的動手能力和運用工具的技能，還要有小組合作的意識。課堂教學中，教師可綜合考慮學生的個性特點、認知水平、學習能力等的相似性，依此將學生分成4～6人學習小組。在探究過程中，教師可及時根據(jù)小組學習質(zhì)量及時調(diào)整成員，最終形成組內(nèi)同質(zhì)、組間異質(zhì)的課堂學習結(jié)構(gòu)。

同質(zhì)組內(nèi)，其小組成員更多的相似性能最大限度地發(fā)揮每個學習個體的潛能，促使學生的思維發(fā)生碰撞，激發(fā)創(chuàng)新思維，較為高效地完成探究實驗等學習任務(wù)，從而使小組成員收獲學習的愉悅，建立自信。異質(zhì)組間，更利于發(fā)現(xiàn)、比較，幫助其他小組開闊視野，增進探究。

教學時，教師要重視學生合作技能的培養(yǎng)，幫助小組明確學習任務(wù)，且小組內(nèi)部有清晰的個人任務(wù)安排。在組長的帶領(lǐng)下，學生形成一定的協(xié)助規(guī)范，更利于順利展開小組合作探究，實驗數(shù)據(jù)才相對有效。我們還應(yīng)該根據(jù)知識探究的實際需要，合理選擇并階段安排小組合作，在小組內(nèi)設(shè)立相應(yīng)崗位。如：組長要負責組內(nèi)成員的實驗分工，圍繞探究主題維持小組活動秩序，帶領(lǐng)組員對實驗現(xiàn)象展開討論以及及時歸納實驗結(jié)論，保證每個成員都能積極參與。記錄員：在積極思維參與探究活動的同時，及時準確地記錄本組實驗中獲得的數(shù)據(jù)及實驗的結(jié)論。實驗員：一般可分配2～3人，由其負責實驗的實際操作。匯報員：負責把本組的實驗結(jié)果、現(xiàn)象、存在問題進行匯報交流，不足時再由小組內(nèi)其他成員補充。當然，教學中還可視任務(wù)要求和組員人數(shù)，靈活設(shè)崗，及時輪換崗位，讓每個學生都有不同崗位的體驗，助力素養(yǎng)發(fā)展。

（三）合理猜想，形成態(tài)度

磨刀不誤砍柴工。教學中，要獲得準確的實驗數(shù)據(jù)，教師還應(yīng)幫助學生樹立操作前的思辨意識，“想好了再做”，既對實驗操作過程要了然于胸，又能針對現(xiàn)象進行思考，這不僅是學生形成科學態(tài)度和科學探究能力的關(guān)鍵，也是獲取準確實驗數(shù)據(jù)的前提。

如在教蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課時，探究一杯熱水變涼的實驗過程，讓學生先預(yù)測水的降溫過程，是均勻下降，還是先快后慢；是先慢后快，還是沒有規(guī)律。接著讓學生觀察實驗記錄單（見下圖表1），引導(dǎo)學生思考：①在0分鐘時，記錄的是水的什么溫度？（水的最高溫度）②秒表在什么時候開始計時？（讀出水的最高溫度時，開始計時）③測水溫時，每隔幾分鐘記錄水的溫度？（2分鐘）④在記錄2，4，6，8，10各個不同時間段水的溫度時，秒表要按暫停嗎？（秒表不能停，連續(xù)計時，10分鐘到停表）學生經(jīng)過這一系列問題的思考后，不僅明確了實驗中的細節(jié)，還意識到計時員、實驗員、記錄員需要緊密配合。即實驗員讀出水的最高溫度時，記錄員要及時記下水的溫度，同時計時員則要開始計時。2分鐘前，記錄員要提醒實驗員。2分鐘到，實驗員讀出此時水的溫度，記錄員及時記錄。

二、分析數(shù)據(jù)，深入探究

準確記錄數(shù)據(jù)后，引領(lǐng)學生深入思考，繼續(xù)探究，學會科學分析數(shù)據(jù)是科學探究活動后提升思維能力的重要階段。分析數(shù)據(jù)既是一個共享與分析、整理的過程，也是培養(yǎng)學生核心科學素養(yǎng)的關(guān)鍵時機。

（一）圖表分析

圖表是一種能讓數(shù)據(jù)以直觀方式體現(xiàn)差異的有效方法。大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)是有一定規(guī)律的，教學中要及時引導(dǎo)學生觀察發(fā)現(xiàn)和直觀呈現(xiàn)其變化，借助直觀、適合的圖表，把所得的連續(xù)數(shù)據(jù)和對比數(shù)據(jù)用統(tǒng)計圖等形式予以呈現(xiàn)，更清晰地看出數(shù)據(jù)之間的變化關(guān)系，也更加容易發(fā)現(xiàn)其中隱藏的規(guī)律，從而得出較為科學的探究結(jié)論。例如蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課，表2是學生在實驗中按規(guī)定時間操作測試獲得的一組水溫數(shù)據(jù)，直觀地表現(xiàn)出熱水先快后慢的降溫過程。

再如蘇教版五年級上冊《測量呼吸和心跳》一課，在教師引領(lǐng)下，學生可分別測量“安靜狀態(tài)”“運動結(jié)束時”“休息3分鐘后”的1分鐘呼吸次數(shù)和心跳次數(shù)，再將獲得的第一手數(shù)據(jù)繪制成柱形圖（表3：三種狀態(tài)下，每分鐘呼吸和脈搏次數(shù)）。通過柱形圖的分析，學生就能清晰地發(fā)現(xiàn)：人體在運動后，呼吸次數(shù)和脈搏次數(shù)會明顯增加。休息3分鐘后，人體的呼吸次數(shù)和脈搏次數(shù)又會減少，漸漸接近于安靜時的狀態(tài)，進而身體力行地了解其背后隱藏的科學：人體在運動時，需要更多的氧氣來維持生命活動。

（二）和均計算

和均計算是指用計算總和或平均數(shù)的方法來分析數(shù)據(jù)。如《小車的運動》一課，在探究“小車運動的快慢與小車載重量”和“小車的運動快慢與拉力大小”兩個實驗中，均可采用取平均數(shù)的方法來分析實驗數(shù)據(jù)。

三、實驗數(shù)據(jù)的反思

在科學探究中，有時會出現(xiàn)不支持假設(shè)的數(shù)據(jù)，有的教師為了得出與假設(shè)一致的數(shù)據(jù)，往往對于這些意外的數(shù)據(jù)視而不見，這是一種不好的現(xiàn)象。這樣不利于對學生科學理性思維的培養(yǎng)，這與我們的科學教育的目的是相違背的。其實，這些意外的數(shù)據(jù)，對我們教師而言，雖然無法得出自己想要的數(shù)據(jù)，但卻可以成為學生體驗本質(zhì)、培養(yǎng)學生理性態(tài)度和實證精神的良好契機。教學中，教師要及時利用好這些意外的數(shù)據(jù)，引領(lǐng)學生本著“尊重事實，合理懷疑”的態(tài)度，學會在實踐中反思，在反思中再實驗，在實驗中再發(fā)現(xiàn)。避免在證據(jù)不充分的情況下做出過于主觀且不夠準確的判斷，在多次實驗中獲取新的證據(jù)，勇于懷疑、修改自己的意見，最終形成較為科學的結(jié)論。

如探究“擺的快慢與擺錘的重量有無關(guān)系”這一實驗中，擺線長度一致、擺角大小固定、擺動時間保持不變，通過改變擺錘的重量，小組分別測1個螺帽、2個螺帽、3個螺帽在15秒內(nèi)擺動的次數(shù)。表4是學生在實驗中獲得的數(shù)據(jù)。

教師在組織學生討論交流后得出結(jié)論：擺的快慢與擺錘的重量無關(guān)。上表中，對于“11”這個“意外數(shù)據(jù)”，教師要引導(dǎo)學生學會發(fā)現(xiàn)和思考，幫助學生回顧實驗探究的詳細過程，可設(shè)計以下的教學路徑：一是反思實驗前設(shè)計的操作流程有無問題；二是回顧是否嚴格按照既定設(shè)計進行了規(guī)范的操作；三是思考在實驗過程中，計時是否精準……如果學生能找到出現(xiàn)問題的蛛絲馬跡，他們就能在較為縝密的思維后及時調(diào)整失誤，進行再次實驗，以實際的測試驗證實驗的結(jié)果會不會回到“12”這個次數(shù)。最后，實事求是地根據(jù)全班各組的研究數(shù)據(jù)，形成共同的研究結(jié)論。當然，如果在實驗后續(xù)的反思中沒有發(fā)現(xiàn)問題所在，那就說明自己的數(shù)據(jù)可能是正確的。即便如此，本著科學探究的精神也該再多次實驗，驗證實驗結(jié)論的準確性，體悟?qū)嵺`是檢驗真理的唯一標準，培養(yǎng)科學探究的品質(zhì)。

再如蘇教版五年級上冊《心臟與血液循環(huán)》一課中，學生在實驗中使用聽診器測心跳后，在組內(nèi)算出小組平均數(shù)，教師匯總?cè)鄶?shù)據(jù)以后，再引領(lǐng)學生算出全班的平均數(shù)。此時，教師再讓學生把手放在自己脈搏的位置，用同樣的方法測出全班脈搏的次數(shù)。在學生匯報數(shù)據(jù)的時候，我們也發(fā)現(xiàn)了一些“意外數(shù)據(jù)”，如有的學生的心跳次數(shù)低于40次，有的學生的心跳次數(shù)高達180次。一般來說，少年兒童正常的心跳次數(shù)在60～100之間。對于這些特殊的數(shù)據(jù)，教師要適時引導(dǎo)其他學生提出疑問，及時幫助這些特殊數(shù)據(jù)的學生分析原因，是不是自己太緊張，導(dǎo)致心跳次數(shù)過快？或是自己數(shù)錯了次數(shù)？還是借助聽診器測量時，聽得不清楚？……只有幫助學生找到錯誤的原因所在，才能幫助學生建立正確的科學概念。否則，學生就可能會出現(xiàn)錯誤的認知或印象：測量獲得的數(shù)據(jù)不十分準確也不打緊。大體、差不多，甚至自己編一個數(shù)據(jù)等則是科學探究最要不得的態(tài)度。

四、結(jié)語

科學是追求嚴謹和準確的，它是一個實證的系統(tǒng)。我們要培養(yǎng)學生的實證意識，需要在課堂上關(guān)注教學中的細節(jié)、關(guān)心學生對信息的處理，引領(lǐng)學生勇于自我追問、勤于實踐反思、積極實踐探索——“證據(jù)是什么”。引導(dǎo)學生在實驗中通過認真細致的觀察，規(guī)范熟練地實驗，及時準確地捕捉，并學會獲取準確的數(shù)據(jù)，采用合適的方式科學地分析，在科學探究中培養(yǎng)學生的科學思維，在觀察與思考、分享與質(zhì)疑、探究與發(fā)展中，不斷培養(yǎng)他們的實證意識。當然，我們也要敢于直面“意外數(shù)據(jù)”，發(fā)現(xiàn)其中的教學契機，引導(dǎo)學生合理懷疑，再思考、再發(fā)現(xiàn)、再驗證。這既是實證意識最好的體現(xiàn)方式，也是學生需要的科學核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]喻伯軍.《義務(wù)教育科學課程標準》課例式解讀[M].北京：教育科學出版社，2022.

[2]中華人民共和國教育部.關(guān)于加強和改進中小學實驗教學的意見[S]北京：教基〔2019〕16號，2019.11.