小學科學是一門以實驗為基礎的學科,從三年級測量小草根的長度到四年級連續測量一杯水的溫度,任何現象的得到和規律的總結都必須通過實驗來證實,只有觀測和實驗才能告訴我們,哪些猜測是正確的,哪些想法是錯誤的,更進一步發現生活中的常見現象由數字呈現出什么樣的規律。由實驗測得的數據,必須經過正確的記錄和科學的處理,才能更直觀準確地得到我們所需要的實驗結論。
什么是數據處理?許多學生認為所謂的數據處理不過是對實驗取得的數據進行記錄,計算,最后得出一個實驗結果而已。其實不然,數據處理不單純是實驗后的數學運算問題,而是滲透在每一個實驗的從實驗設計到實驗結果分析的全過程之中,它是科學實驗的重要組成部分。
一、正確的讀數方法
小學科學實驗需要使用到的測量工具有米尺、量筒、溫度計、天平、秒表、彈簧測力計。這五種測量工具在學生讀數時需要重點講解的是學生讀數時的正確操作及姿勢,儀器的讀數是否要估讀。
1.讀數
測量前,選擇完好無缺陷的測量工具;看清測量工具的量程,判斷是否適合待測物體;認清測量工具的分度值和零刻度線,以便準確讀數;測量溫度和力時,待測量工具的示數穩定后再讀數;讀書時視線要與刻度對應位置平齊。
2.估讀
在常用的測量工具中,米尺,單位為米,最小刻度為毫米,需要估讀;量筒,單位為毫升,最小刻度1毫升,不需要估讀;實驗室用溫度計,單位攝氏度,最小刻度1攝氏度,不需要估讀;托盤天平單位為克,最小刻度為0.1克,不需要估讀;秒表為電子產品,單位為秒,數值精確,不需估讀;彈簧測力計,單位牛頓,不需要估讀。
測量工具的估讀與否,在填寫實驗記錄的時候都是存在誤差的。在講解不需要估讀的溫度計時,會有學生指出液柱介于兩個準確刻度之間,不估讀就四舍五入,誤差似乎有點大,于是溫度計也被估讀了。由于估讀本身就是讀數者對液柱高度的估計,讀數結果同樣存在誤差所以在讀數時,我們只需要強調:估讀只能估讀最小刻度后面一位!遇到一個數學較好的學生,覺得把最小刻度再分成十分進行估讀不如分成四份來得精確,記錄表上出現了0.75或是0.25的估讀,強調小數點后面已經是我們估計的了,是個大概值,只能估計一位!而當某次所測剛好與刻度線對齊時,記錄結果要加一個“0”來表示估讀到分度值的下一位。
二、數據記錄方法的選擇
在小學階段實驗數據的記錄和分析用列表法和作圖法最直觀簡單。
1.列表法
列表記錄數據簡明醒目,便于隨時檢查測量結果,及時發現問題和分析問題,便于找出一些物理量之間的規律性的聯系,提高工作效率,減小或避免錯誤等。如:測量擺的運動周期與繩長的關系,列表法不但可以找出三次測量數據中是否有誤差較大的數據將之舍去,也可直觀看出繩長越長周期越長的規律。同時列表法還是其他處理實驗數據方法的基礎。如:持續測量一杯熱水的降溫,先用列表法記錄,再用作圖法可更直觀地觀察出熱水降溫的規律。
2.作圖法
通過作圖法可以研究物理量之間的變化關系,找出物理規律,它的優越性表現為:能形象直觀地表達物理規律,有效地減少誤差,發現誤差或發現錯誤,較方便地獲得未經測量或無法直接測量的物理量數值。如:持續測量一杯熱水的降溫,用作圖法可以直觀地看出熱水降溫的規律;持續測量加熱等量水和油的升溫規律,把水和油的升溫圖線畫在同一坐標上,直觀地看出水和油的吸熱性能的差異。
三、正確處理錯誤的數據
選擇好合適的測量工具和畫好數據填寫的表格后,就可以開始實驗,填寫數據了。實驗時,因為各種原因,每次測出的實驗數據都會產生誤差,這是在允許范圍之內的,同時也會出現各種錯誤,如:不懂得舍棄錯誤的數據,影響整體實驗結果;在數據缺漏時或跟其他小組不一致時,缺乏自信不尊重事實偽造數據;
1.舍棄錯誤的數據
在持續測量一個物體的變化時,會出現個別點偏離規律線很遠,屬于實驗異常的點,可能由某種錯誤造成,在處理數據時應將其去除不用考慮。在多次測量求平均值時,三個數據中,應舍棄與其他數據差距較大的數據。
2.缺失數據的處理
因實驗儀器的損壞或人為失誤使實驗中某一時間段或某一條件下的數據未能收集就會形成實驗中的數據缺失。為了尊重實驗事實,培養學生嚴謹務實求真的實驗態度,不建議使用插補法。在用列表法記錄數據時,建議留白不填,使用作圖法表現數據特點時,建議將前后坐標連線但該段圖線不代表該時間段的特點(如時間允許可再次實驗,不采用含有缺失數據的實驗結論)。
3.多次測量求平均值
為了保證測量數據的準確性,減小實驗誤差。測量實驗中一般采用平均法得到實驗結論。平均法是指對待測數據進行很多次測量,把測量的值相加再除以測量次數,或把每一次的測量值用固定的算式分別進行計算再求出結果,再把結果相加除以測量次數,最后取其平均值。注意在使用平均法之前,要剔除誤差較大的數據。
4.正確理解坐標的意義
圖像法又被稱為作圖法,顧名思義是指在坐標紙上把實驗數據之間的對應關系連成圖線,由圖線得出相應物理量之間的關系,并由此進一步得出實驗結果。對于小學生來說獨立畫出坐標并以相應的物理量為橫軸、縱軸建立坐標系,并定出標度要求較高。必須在實驗前出示標好坐標系定出坐標度的坐標,并告知橫坐標和縱坐標表示的物理意義及單位,每格對應的物理量的數值,學生能在正確的位置描點,連線即可。
四、培養實驗精神
實驗前,測試提供的測量工具是否準確,比如:持續測量水的溫度變化時,先用所有的溫度計測量同一杯水的溫度,從而挑選出準確的測量工具,又或是測量小車的拉力時,豎直狀態下,彈簧測力計的指針是否為零,指針與刻度板是否存在摩擦。實驗時,小組合作的成員可同時讀數,防止單人讀數的視覺錯誤;還需要隨時分析和判斷測得的數據是否合理。實驗結束后,要根據選定的數據處理方法對實驗數據進行處理。教師在評講實驗時,學生只能對錯誤或誤差較大的數據進行標記,或是舍去,不允許偽造數據。培養學生最基本的實驗精神:嚴謹、務實、求真。
【作者單位:揚州市梅嶺小學 江蘇】