實驗數據的獲取、呈現與論證

學生觀察實驗后的討論交流，是他們運用探究觀察到的現象或數據進行分析解釋、推理與論證的過程，也是他們認知沖突、思維碰撞、建構科學概念的過程。在實際教學中，許多教師只讓學生以小組為單位陳述或展示觀察到的現象或數據，并沒有引導他們對數據進行剖析，組與組之間沒有互動交流，沒有集體的相互論證，對個別小組的特殊數據亦以“可能你們小組測量的時候出了問題”來回避，最后以教師的小結作為結論而結束。這樣做，帶來的不良后果有三：一是學生對自己的觀察與實驗結果缺乏信心，久而久之容易產生為了隨大流而篡改數據的現象；二是缺乏分析與解釋，使學生對數據與結論之間難以建立關聯，難以使概念真正內化于心；三是缺乏對學生邏輯思維能力的培養。本文以《熱起來了》一課為例，就數據的獲取、呈現與論證談談認識。

一、改進器材，科學獲取數據

基于數據的論證的前提是必須獲取科學的數據。在學生的探究活動中，有許多因素會影響實驗數據的獲得，如實驗儀器的不精確、實驗材料的不典型，以及周圍環境的影響等，都會造成學生獲取的實驗數據不合理。在此基礎上的解釋與論證就會偏離預定目標，甚至與構建核心概念背道而馳。

1.改進儀器，避免估值影響數據

小學科學中有一些使用儀器的測量需要學生估計，如用量筒測量液體的體積、用溫度計測量液體的溫度、用彈簧測力計測量力的大小等，學生利用這些儀器進行測量，記錄數據時會有估上估下的誤差，單獨一個數據或兩個數據對比明顯的情況下，影響不大，但如果是一組連續的數據且數據變化不大的情況，估值的上與下就會對數據的分析與解釋造成直接影響。

《熱起來了》一課，教材安排的是采用玻棒式溫度計測量一本字典的溫度，溫度計只能精確到1攝氏度，每一小格之間的0.1至0.9攝氏度的值需要學生估計，這個值的大小有人為的主觀因素，甚至同一個學生在前后幾次的估值中也會有差異，這就使得個別小組在記錄的數據中出現了“裹了衣服后溫度升高了零點幾攝氏度”的情況，這為后面基于數據的解釋與推理帶來了麻煩，哪怕是增加了0.1攝氏度，學生也會認為是衣服增加的熱量。

溫度能否不用估計就直接顯示出來呢？基于概念建構的需要，我們對儀器進行了升級，用數字溫度計代替玻棒式溫度計，解決了學生人為估值影響數據的問題，也符合新科技產品走進科學課堂的理念。使用數字溫度計有明顯優勢：一是靈敏度較高，節省了溫度變化的等待時間；二是誤差更小，數據更準確；三是溫度不需要估算，消除了人為估值對數據的影響，便于學生在exce表格中直接輸入與呈現，為后續的論證環節做好了鋪墊。

2.改進材料，防止他因干擾數據

小學生在探究活動中往往對探究材料特別感興趣，領到材料后，經常會不自覺地把弄材料，如對材料進行“親密接觸”，這些材料如果對“接觸”比較敏感的話，就會干擾實驗數據的準確得出。

《熱起來了》一課中，部分同學在領到溫度計后不是先記錄起始溫度，而是用手握住了溫度計的下端玻璃泡，致使溫度升高，這時再記錄起始溫度，顯然數據不準確。特別在測量幾分鐘內的溫度變化過程中，有些同學把溫度計取出來放進去反復操作，致使數據上下波動。另外，上午上科學課，室內溫度逐漸上升，也會對實驗結果產生影響。在多因素干擾下，導致多組數據出現溫度升高的現象。因此，除了在實驗前對學生的操作規范進行強調外，還可以對選用的材料進行改進。在本課中，可用一瓶接近人體溫度的溫水來模擬身體，代替教材中安排的字典。數字溫度計一開始就插入瓶中，學生領到材料，不容易接觸到溫度計敏感的下部。另外，周圍的室溫遠低于溫水的溫度，環境溫度變化也不會干擾數據的準確得出。

二、借助圖表，直觀呈現數據

在學生獲取實驗數據后，需要把數據呈現出來進行解釋與論證。常見的方式有三：一是學生根據記錄表讀、報數據；二是小組成員把記錄表在實物投影儀上邊展示邊宣讀；三是各組把數據填寫在教師準備的匯總表中。顯然，第一種方式失去了數據的價值；第二種方式比較常見，但缺乏全班整體數據的橫向比較；第三種方式相對比較理想，但需要教師準備一張大的匯總表，但不利于數據的直觀處理。在數字化時代，我們完全可以利用exce等軟件以數據圖表的形式呈現，同時可以對數據進行直觀處理。

1.借助柱形圖呈現數據

Exce中有個數據透視圖功能，經過簡單的設置就可以將數據匯總并以我們需要的圖表形式直觀呈現。《熱起來了》一課采用柱形圖的方式直觀形象地呈現全班所有小組的實驗數據，效果比較明顯。數據的輸入、呈現與學生的探究活動同步，學生用數字溫度計測量溫度的過程中，每獲得一個數據，各組就可以指定一名同學到臺上電腦圖表中輸入數據，實時呈現在大屏幕上，也能保證數據的真實性。同時，學生在測量溫度的間隙也不再無事可干，可通過大屏幕隨時觀察各組同學測得的實時數據，初步進行分析與思考。等全班同學實驗完畢，數據也輸入完畢，一張全班各組數據的柱形圖便呈現在大家面前（見圖1，單位是℃，上半部是直觀圖，下半部是數據）。

柱形圖充分利用了exce數據處理模塊，直觀形象地呈現了12組學生的實驗數據，使學生面對全班大量的數據不再眼花繚亂。圖形與具體數據的結合，有助于學生對數據的觀察與分析、推理與論證，實際效果很好。

2.借助折線圖呈現數據趨勢

有時候我們并非需要對所有數據進行呈現與對比分析，而是要顯現數據變化的趨勢，此時，我們可以借助折線圖來達到目的。《熱起來了》一課，學生在對數據整體分析后發現，衣服不能給身體增加熱量，裹了衣服溫度反而還會降低。學生自然會產生問題，那衣服還有作用嗎？對這個問題教師有預設，在學生探究活動中事先在其中一個小組預增了一個對比實驗，這時就可以把這個小組的對比數據以折線圖形式呈現出來（見圖2），使學生對裹了衣服和沒裹衣服的溫度變化趨勢一目了然，也使他們對保溫的概念有一個新的認識：保溫并不是一直保持溫度不降，而是減緩熱量的散失，使溫度降低的速度慢點。

三、利用數據，深入剖析論證

科學獲取數據并借助圖表直觀呈現，其目的是幫助學生建立自己的觀點，用事實說話，用證據解釋，培養實證精神。因此，在交流研討環節，教師要組織學生充分利用數據來說話、來解釋，使研討交流成為學生對談的平臺，成為推理論證的契機，使他們在從個體到集體的論證中，思維得到發展，概念得以建構。

1.自我分析，個體論證

個體論證是學生或小組成員對自己或本組的實驗數據進行分析與解釋、交流與分享的過程，是基于自己的觀點尋求證據進而發展自己觀點的過程，有助于學生從證據上升到解釋，促進思維的發展。

《熱起來了》一課中，全班學生在探究活動前就已經借助生活經驗與感受，形成了兩種不同的觀點：“衣服能給身體增加熱量”和“衣服不能給身體增加熱量”。兩種觀點都是建立在學生主觀感受基礎上的，誰也說服不了誰。此時，需要引導學生用事實說話，用證據來解釋。因此，研討交流的首要任務就是要組織學生開展個體論證，觀察柱形圖中自己小組的數據，對起始溫度、1分鐘后的溫度、2分鐘后的溫度、3分鐘后的溫度幾個數據作縱向的觀察與分析，用數據來佐證自己的觀點。在觀察分析中，有些小組發現自己組數據中的4個溫度沒有一個上升，說明衣服不能給身體增加熱量，與自己當初的觀點一致；而起初持不同觀點的有些小組也發現自己組4個數據的溫度也沒有上升，與自己當初的觀點不一致，從而產生了認知沖突，并意識到必須尊重事實、尊重數據！

2.全班互動，集體論證

在個體論證的基礎上，教師應當組織學生開展集體論證，讓全班同學對其他小組的數據進行比較分析、質疑批駁或解釋評價，通過不同觀點的相互“交鋒”，產生思維碰撞，從個體表征到集體建構，更好地理解科學概念和科學本質。

《熱起來了》一課，教師要求學生對自己小組的實驗數據進行分析論證，然后對其他小組的實驗數據進行觀察。這時，有些同學就會關注到一些特殊數據，并提出自己的分析、質疑與推理。在此基礎上，教師引導學生從全班的角度觀察數據，從上升、下降或者是基本一致幾個方面進行數據分析。學生發現，圖1中沒有一個小組溫度上升，說明了衣服不能增加熱量。還發現大多數小組數據有下降的現象，這種情況出乎他們的意料，促使他們進一步分析原因，并聯系生活實際進行思考。在相互交流論證中，學生知道了溫水在不斷地向外界散發熱量，而衣服只是起到了保溫的作用，使溫度下降的速度減慢。這里，對數據的分析與交流、推理與解釋，既驗證了衣服不能給身體增加熱量的推測，又生發了新的問題。這樣，學生的匯報交流就不再是數據的簡單呈現與結果的主觀臆斷，而是一個不斷對話、理性思考的過程。

綜上所述，引導學生基于數據的分析與解釋，能有效解決匯報交流中單純呈現數據的問題，能幫助學生改變為記錄而記錄、為匯報而匯報的做法，培養他們運用數據進行推理與論證的能力，促進他們思維的發展。