指導學生收集、整理與分析數(shù)據(jù)

編者按：數(shù)據(jù)的作用不言而喻。科學家通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)事物的特點，解釋事物發(fā)生的原因，揭示事物的本質；工程師通過數(shù)據(jù)確定新產品的設計與發(fā)展；商家通過數(shù)據(jù)了解市場的需求；醫(yī)生通過數(shù)據(jù)確定病人的病情。

在小學科學課教學中，學生在科學探究活動中往往會獲取許多數(shù)據(jù)，要嘗試用不同的方式分析和解讀數(shù)據(jù)，對現(xiàn)象作出合理的解釋。可是，現(xiàn)實卻不容樂觀，在許多科學課中，教師比較重視如何引導學生進行實驗，重視實驗的規(guī)范嚴謹，學生采集到實驗數(shù)據(jù)后，不能有效地引導他們對實驗數(shù)據(jù)進行整理和分析，缺乏用邏輯的方法運用數(shù)據(jù)進行科學論證的過程，缺乏展開學生思維的過程，得出結論的過程往往匆匆忙忙、簡簡單單，生硬而唐突，有時甚至似是而非。許多學生在上了幾年科學課后，仍然不知道自己的研究需要收集哪些數(shù)據(jù)，不知道怎樣收集、整理與分析數(shù)據(jù)，不能客觀公正地對待數(shù)據(jù)。在這樣的教學中，學生的觀察能力、記錄能力和分析概括能力，以及實事求是、一絲不茍的科學精神都難以得到應有的鍛煉和培養(yǎng)。

本期專題策劃以“數(shù)據(jù)的獲取、整理與分析”為主題，從不同角度呈現(xiàn)了多位教師的實踐和認識，希望能引起老師們對這一問題的重視，并開展深入的研究。

一、收集什么樣的數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)作為證據(jù)是用來說明問題的，但前提是要收集到詳細、真實、有效、公平的數(shù)據(jù)，才能將數(shù)據(jù)轉化為證據(jù)，為得出正確的科學結論服務。

1.收集“有效”的數(shù)據(jù)

研究過程中，我們要根據(jù)研究的問題來決定收集什么樣的數(shù)據(jù)，有效的數(shù)據(jù)才能證實或證偽我們的假設。比如我們要研究一分鐘內跳繩的多少與跳繩的時間（在早上或在晚上跳繩）是否有關這個問題時，我們需要收集什么樣的數(shù)據(jù)？在研究這個問題時，我們要隨機選取一些會跳繩的人，每個人用同樣的跳繩，在同樣的地點，分早上和晚上，分別測試其1分鐘內跳繩的多少。幾天后，對收集到的數(shù)據(jù)進行整理、分析，得出結論。再比如，要研究葉柄的結實程度與葉子的種類不同是否有關這個問題，我們又要收集什么數(shù)據(jù)？在研究這個問題時，同學們要尋找不同種類的葉子的葉柄，在葉柄同一位置，用同樣的測量工具，測量其結實程度，收集相關數(shù)據(jù)，找到答案。

2.收集“公平”的數(shù)據(jù)

在做對比實驗時，在要研究的條件（對比條件）不同，其他條件完全相同的情況下，收集到的數(shù)據(jù)才是公平數(shù)據(jù)，如果沒有做到對比條件的公平，收集到的數(shù)據(jù)就是無效數(shù)據(jù)。一次，學生在研究酸、堿溶液對酵母菌活性的影響時，由于之前小組同學之間沒有商量好使用放大多少倍數(shù)的顯微鏡來觀察酵母菌的活動情況，有的同學用4×10的放大倍數(shù)進行觀察，有的卻用10×10的放大倍數(shù)進行觀察，由于每個人使用的放大倍數(shù)不同，這樣就無法比較不同酸、堿溶液對酵母菌活性有沒有影響了，根據(jù)這樣的實驗數(shù)據(jù)很難得出正確的科學結論。

3.收集詳細的數(shù)據(jù)

收集詳細的數(shù)據(jù)，顧名思義，即數(shù)據(jù)要具體詳實。如研究溫度是否影響風信子的生長狀況，有位學生把6盆水培風信子隨機分成3組，一組放在冰箱冷藏室里（6～7攝氏度），一組放在客廳陽臺處（20～22攝氏度），一組放在書房暖氣下面（溫度29～30攝氏度）。在這個實驗中，他記錄了風信子從第一天種上到死亡共108天的生長過程，如什么時候開始發(fā)根，根長了多少，什么時候長出小芽，什么時候長的葉子，什么時候有花骨朵，什么時候開花，開了多少朵花，什么時候花謝等一些列數(shù)據(jù)。通過觀察記錄，他發(fā)現(xiàn)風信子在6～7攝氏度時長得最好，枝葉長、花期長、花開得多，但是最初長得比較慢，花開得晚。風信子在20～22攝氏度時最初生長最快，開花也最早，但是花期較短。風信子在29～30攝氏度時生長一直很慢，莖長得最短，花期也很短。由此，他有了進一步的設想：“如果既想讓風信子早開花，又想讓它的花期長，我們就應該在20～22攝氏度的環(huán)境中種植，等進入花期后，再將其放入溫度較低的環(huán)境中生長，這樣就可以做到使風信子生長快且花期長了?！蔽覀儠翰辉u論這位同學的推測是否正確，但如果沒有他一百多天的認真觀察、詳細記錄，他能客觀公正地評價到底哪個溫度下的風信子生長得好嗎？他又怎能有那樣肯定的推理呢？

4.收集真實的數(shù)據(jù)

收集真實的數(shù)據(jù)就是要實事求是地收集數(shù)據(jù)，不擅自修改或編造數(shù)據(jù)，是多少就是多少，是什么就是什么。即使得到的數(shù)據(jù)并不支持我們的猜想，也不能說明我們的研究失敗了。我們要尊重事實、尊重數(shù)據(jù)，這才是科學的態(tài)度。

小學生特別愛把自己的猜想強加到實驗數(shù)據(jù)中去，自己認為是什么樣的結果，就會把數(shù)據(jù)想象成什么樣的。比如在做摩擦力大小與哪些因素有關的實驗時，有的同學認為摩擦力的大小與接觸的面積有關，接觸面積大，摩擦力就大；接觸面積小，摩擦力就小。于是，他們在實驗時，在主觀上就希望得到與自己猜想相同的實驗結果，千方百計地想讓接觸面積大的物體摩擦力大一些，這就不是實事求是的科學態(tài)度。

5.收集適合學生年齡特點的數(shù)據(jù)

小學生初涉科學，一些專業(yè)術語還聽不懂，精確的儀器也不太會用，但這并不能阻止他們探索的腳步。教師可以選擇適合學生年齡特點的方法，引導他們觀察和記錄，收集相關的數(shù)據(jù)資料，加深對事物的認識，為他們將來的深入探究打下良好的基礎。比如，在觀察陰陽面白玉蘭的開花時間這個問題上，學生對于花期、開花率、落花期等專業(yè)術語等不太明白，也不太會算，如果讓他們每天去數(shù)幾棵玉蘭樹上的上千朵花，是不現(xiàn)實的。經(jīng)過討論，我們想出了這樣一個辦法：觀察并記錄每棵樹上的玉蘭花，開第一朵花（張開一個花瓣就算開花）的時間、落第一朵花的時間、全部落完的時間，以此來判斷陰陽面白玉蘭開花時間的早晚。我們只要按照同一個標準去衡量玉蘭花開花的時間，就能比較準確地判斷玉蘭花開花的早晚。這樣處理，既降低了觀察的難度，適合小學生的年齡特點，又激發(fā)了學生的研究興趣，學習了科學研究方法，效果非常好。

二、怎樣收集數(shù)據(jù)

1.實驗前制訂詳細周密的計劃

在實驗前，學生要制訂怎樣收集數(shù)據(jù)、收集哪些數(shù)據(jù)的詳細周密的計劃，做到有計劃、有目的，才能達到預期的效果。比如，在研究不同濃度的酸性環(huán)境是否對油菜籽的發(fā)芽情況產生影響時，學生就要詳細地列出什么時候收集數(shù)據(jù)、怎樣收集數(shù)據(jù)、收集哪些數(shù)據(jù)，怎樣記錄數(shù)據(jù)、把數(shù)據(jù)記錄在什么地方、間隔多長時間記錄一次數(shù)據(jù)，等等。把這些問題想清楚了，才能收集到合理有效的數(shù)據(jù)。

2.進行預實驗，保證收集的實驗數(shù)據(jù)更合理

學生在研究中，因為缺乏經(jīng)驗，往往設計的實驗方案存在這樣或那樣的問題，致使收集不到應有的實驗數(shù)據(jù)，這是很正常的，也是很真實的問題。因此，在學生設計完實驗方案后，教師可以讓他們進行預實驗，即按照已經(jīng)制訂好的實驗方案進行一次實驗，觀察一下會有什么實驗現(xiàn)象發(fā)生，判斷這個實驗方案有沒有問題，有哪些問題，怎樣解決現(xiàn)有的問題，想好解決辦法，及時調整實驗方案，然后按照新方案再次進行實驗。這樣做如果還有問題，就再次調整，直到滿意為止。

3.實驗中細心觀察，收集盡可能詳盡的數(shù)據(jù)，不放過任何細節(jié)

在實驗過程中，教師要指導學生認真細致地觀察，不放過任何細節(jié)。比如，學生在研究不同的糖溶液對酵母菌的活性是否產生影響時，用顯微鏡觀察不同溶液中酵母菌的個數(shù)，有的組只觀察和比較了酵母菌的個數(shù)，有的組不僅關注了個數(shù)，還認真地觀察了鏡頭下不同環(huán)境中生存的酵母菌的活動情況。在細致地觀察中，他們發(fā)現(xiàn)大部分酵母菌的個頭大小基本相同，但有個別酵母菌不同，如果在較大的酵母菌旁邊緊挨著一個個頭較小的酵母菌，過一會兒，這個較小的酵母菌會越來越大。通過查資料，他們了解到這是酵母菌分裂的過程。他們關注了細節(jié)，就比別人掌握了更多的信息、資料和證據(jù)，實驗結論也更加真實可靠。

4.反復實驗，使數(shù)據(jù)更準確

實驗的次數(shù)越多，越可能接近事實。比如在研究相同的時間內擺擺動的快慢是否相同這個問題時，有一個組的擺在15秒內擺動的次數(shù)分別是7、8、9次，這組同學得出了這樣的結論：同一個擺，在相同的時間內，擺動的快慢不同。這時，老師沒有多說，而是讓各組學生再次實驗，之后，再次測量15秒內擺擺動的次數(shù)，記錄數(shù)據(jù)。學生得到的數(shù)據(jù)是9、9、9、9、8、9次，于是，他們認識到同一個擺在相同的時間內擺動的快慢是一定的。

5.收集數(shù)據(jù)的標準要統(tǒng)一

在收集數(shù)據(jù)的過程中，計量單位要統(tǒng)一，要始終用同一計量標準來記錄數(shù)據(jù)。比如，測量植物根長短的單位是毫米，最好一直用毫米，不要一會兒用厘米，一會兒用毫米；測量人的身高用厘米作單位，不要一會兒用米，一會兒用厘米。

在收集數(shù)據(jù)的過程中，還要堅持用同一個測量工具進行測量，比如，在測量溫度、力的大小時，最好使用同一支溫度計或同一個測力計，因為，不同的溫度計或測力計也會有小小的誤差，會對實驗結果產生影響。

三、怎樣整理數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)比較多時，往往不容易找到數(shù)據(jù)之間的關系，也就難以將數(shù)據(jù)轉化為證據(jù)。怎樣才能更清楚地看出數(shù)據(jù)間的關系，將數(shù)據(jù)轉化為證據(jù)呢？可以用以下方法指導學生整理數(shù)據(jù)。

1.設計表格進行統(tǒng)計和分析

學生在實驗過程中，習慣用敘述的方式將觀察到的信息以文檔的形式記錄下來，這樣做的優(yōu)點是不受表格大小的限制，可以隨意增加內容，也可以收集到更詳細的信息。但是，需要分析和比較數(shù)據(jù)時，就不太方便了。這時候，教師可以指導學生通過表格的設計和填寫來整理數(shù)據(jù)，尋找實驗中的重要的信息。表格是最常見的也是最簡潔的形式之一，在比較幾種不同情況對某一物體或現(xiàn)象的影響時，常常用到表格。比如，學生將不同溶液中發(fā)現(xiàn)的酵母菌的個數(shù)進行了統(tǒng)計（如下表），我們就能清楚地看出不同酸堿環(huán)境對酵母菌活性的影響。

在設計表格時，要按照不同的內容，如按照組別、類別、項目、天數(shù)、人名等進行分類整理，還要引導學生進一步思考表格中的具體內容、怎樣排列，以方便發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關系。如有的組在研究不同輕重的繩子是否影響1分鐘內跳繩的個數(shù)時，他們是這樣來記錄數(shù)據(jù)的（如下表），如果不經(jīng)過整理，這張表格看起來就比較雜亂，不容易發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關系。

如果把這些數(shù)據(jù)按下表進行處理，學生就比較容易發(fā)現(xiàn)輕重不同的繩子對跳繩多少是否產生了影響。

2.將數(shù)據(jù)轉化成統(tǒng)計圖

把整理好的數(shù)據(jù)轉化成統(tǒng)計圖，可以讓我們更容易地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的關系。按照研究實驗的性質不同，可以將統(tǒng)計圖分成定性和定量兩種。定性數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖有條形圖、餅圖。定量數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖有柱狀圖、點陣圖、莖葉表、箱線圖、折線圖等。小學生經(jīng)常用到的統(tǒng)計圖有條形圖、柱狀圖、曲線圖、餅圖等，可以根據(jù)數(shù)據(jù)和實驗的特點來決定采取哪一種統(tǒng)計圖進行分析最合適。

當比較部分占總體多大比例的情況時使用餅圖就比較好，如檢測某一種情況的人數(shù)占整體的百分比是多少，就可以采用餅圖進行說明。下圖是學生調查班里玩過和沒玩過晃人游戲的同學各占全班總人數(shù)的百分比，通過餅圖，可以形象地看出大部分學生玩過這個游戲，一目了然，形象生動。

當想觀察某一因素受另一因素影響的變化趨勢時，可以用曲線圖。例如，要觀察給水加熱過程中，隨著加熱時間的推移，溫度變化的趨勢，就可以使用曲線圖。通過曲線圖，可以清楚地看出在持續(xù)加熱過程中，隨著時間的推移，水的溫度呈現(xiàn)出的變化趨勢是：開始時，溫度較低，隨著加熱時間的變化，水的溫度不斷上升。當加熱到400秒時，溫度上升到100攝氏度，此后溫度計上的示數(shù)不再升高，而是保持在100攝氏度不變。通過曲線圖的呈現(xiàn)，能使學生較好地理解給水加熱過程中溫度的變化，為學生認識沸騰的概念打下堅實的基礎。

3.將數(shù)據(jù)擴大或縮小

有時候，學生得到的實驗數(shù)據(jù)過大或過小，不便于對數(shù)據(jù)的觀察和比較，教師可以引導他們將數(shù)據(jù)全部擴大或縮小一定的倍數(shù)再進行觀察。

比如《太陽系》一課，學生要比較八大行星體積的大小，教科書上給了關于八大行星直徑的一組數(shù)據(jù)（見下表），這么大的數(shù)據(jù)是很難觀察和比較的。教師可以引導學生思考：你有什么辦法處理一下這些數(shù)據(jù)，以便于我們觀察和比較？經(jīng)過討論，學生同意將表格中的數(shù)據(jù)縮小2億倍，于是，八大行星的數(shù)據(jù)變成了表格中最后一行的數(shù)字，比較起來就容易多了。

總之，教師要引導學生多動腦筋，采用不同的方法，對數(shù)據(jù)進行認真分類和整理，為分析數(shù)據(jù)奠定良好的基礎。

四、怎樣分析數(shù)據(jù)

整理好的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析，才能將數(shù)據(jù)轉變成證據(jù)。由于學生分析和解讀數(shù)據(jù)的能力有限，教師應當教給他們一些分析數(shù)據(jù)的方法，讓他們先模仿，學會方法后再逐漸放手。

如指導學生分析統(tǒng)計圖，可以將學生1分鐘跳繩測試數(shù)據(jù)做成條形統(tǒng)計圖（如下頁圖），指導學生分析：這幅統(tǒng)計圖是關于什么的圖？你們共測試了多少人？橫軸代表什么？單位是什么？縱軸代表什么？單位是什么？在這幅圖中，數(shù)據(jù)在什么范圍內？最大和最小的數(shù)據(jù)各是多少？圖說明了什么？對這幅統(tǒng)計圖，學生的分析如下：這幅統(tǒng)計圖是關于我們組測試一些人1分鐘跳繩成績的統(tǒng)計圖。我們測試了5個人，橫軸表示不同的人，縱軸表示具體的跳繩成績（單位：個）。從圖中，我們可以看出，所有人的成績都是在0～200這個范圍以內。最大的數(shù)據(jù)是周政樺下午跳的202個，最小的數(shù)據(jù)是全嘉怡下午跳的49個。從圖中我們可以看出，在1分鐘內，每個人上午、下午跳繩的成績有所不同，有的人上午跳得多，下午跳得少，有的人則正好相反，還有的人從數(shù)據(jù)中沒有發(fā)現(xiàn)規(guī)律。因此，我們發(fā)現(xiàn)1分鐘內跳繩的多少與跳繩的時間（是上午跳繩還是下午跳繩）沒有關系。 經(jīng)過這樣的訓練，學生漸漸就掌握了分析數(shù)據(jù)的方法。

在實驗過程中，學生常常會收集到一些特殊數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)要不要統(tǒng)計和分析呢？當然要！我們不能丟棄這些數(shù)據(jù)，尤其是一些重要的特殊數(shù)據(jù)，往往會反映出一些重要的信息。那么，在整理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)的過程中，我們該如何處理這些數(shù)據(jù)？我認為，遇到特殊的數(shù)據(jù)，要根據(jù)實驗的具體情況具體分析，如果是實驗時收集到的正常的實驗數(shù)據(jù)，就要接受這個數(shù)據(jù)，將其算入最終的結果；如果這些數(shù)據(jù)是由于錯誤的操作或實驗儀器的損壞造成的，就不要放到統(tǒng)計圖中，而應當在分析數(shù)據(jù)后，對實驗時出現(xiàn)了什么情況及其原因進行說明，以便給其他研究者提供參考和借鑒。