實驗數據分析的基本方法

小學科學教學中的實驗數據分析是指學生采集實驗數據后，運用合適的數據甄別、整理、分析方法，對實驗數據進行科學的分析處理，得出科學結論的過程。實驗數據分析能力是在數據分析過程中表現出來的能運用合適方法進行數據處理分析，得出正確結論的能力，它表現為實驗數據分析中各種思維、行為、情感等多個方面。分析實驗數據要遵循一定方法，需要理性的質疑反思、嚴謹的實驗態度、強烈的證據意識和問題意識。科學實驗數據分析包括實驗數據甄別、整理、分析三個過程。

一、實驗數據的甄別方法

在實驗數據采集過程中，學生往往會記錯數據，或者因操作錯誤得到錯誤數據，甚至還會編造數據，如果這些數據不剔除，就會得出錯誤結論。因此，采集到原始實驗數據后，不能急著得出結論，應當對實驗數據進行甄別，去偽存真，依據真實有效的數據進行分析，得出結論。對實驗數據進行甄別，是遵循科學程序進行科學研究的需要，常用甄別方法有：

1.直觀法

在展示各個小組的實驗數據后，讓學生觀察數據，看是否有異常數據。

2.重現法

對一些原始數據，不能輕易看出其異常，這時需要用科學方法來判斷，而不能僅憑感覺。重現法就是重新呈現實驗測得的原始數據，呈現實驗數據得到的方法、過程，特別是實驗操作過程，評判采集數據的過程是否符合控制實驗條件的要求。

3.重做法

重做法就是重新做實驗，再次采集數據，對照已經采集到的數據，判斷數據的真偽。可以按照正確的實驗控制條件讓所有同學重新做一次，采集到更多數據；可以按照得到異常數據同學的控制實驗條件的方法重做；也可以用有懷疑的數據來驗證實驗，看實驗數據是否符合實驗條件，如果不滿足實驗條件，則實驗數據是錯誤的；如果滿足實驗條件，則實驗數據是正確的。

在甄別數據時，學生見到差異較大的數據，往往心存懷疑，甚至嘲笑出現異常數據的同學。教師應該引導學生思考：什么樣的質疑態度才是正確的？要讓學生明白：嘲笑同學是不對的，我們自身也可能遭遇到這樣情況，幫助同學反思才是我們應該有的正確態度。失敗是成功之母，正是同學的異常數據，才使大家有了一次學習的機會。

二、實驗數據的整理方法

為了使實驗數據更準確、更直觀，經過甄別后，就需要對數據進行整理。適合小學生實驗數據整理的方法有數據匯總、分類、排序、計算等方法。

1.匯總整理

由于實驗的可重復性，相同的實驗可以由不同的小組在相同的時間段來完成，實驗數據的組數越多，得到的結論就越可靠。師生可以設計數據匯總表，收集同一實驗不同小組的數據，甚至不同班級同一實驗的數據，進行匯總、甄別、分析，避免一些小組的實驗數據無法展示而失去甄別分析的機會，使實驗結論的得出具有科學性。

2.分類整理

對于多而亂的數據，可以按適當標準分類，對每類數據進行分析，歸納其規律。把更多的同類數據放在一起，就更容易從中歸納出實驗結論。

如《杠桿的科學》一課中杠桿尺的實驗數據，因為各種數據混在一起，蘊含其中的規律不能一眼看出來，這就需要對數據進行分類整理。可以把實驗數據按照杠桿省力情況分成省力、不省力不費力、費力三種情況，把數據整理成三類，看看同一類數據有什么共同特點，進而歸納出杠桿省力、費力、不省力不費力的條件。

3.排序整理

對于較多較亂的實驗數據，可以按自變量從小到大或從大到小的變化順序，對相對應的因變量數據進行排列，這樣就能清晰地看出因變量是否和自變量保持一致的變化趨勢。如《斜面的作用》一課實驗數據取得后，對實驗數據按照物體由輕到重的順序，排列這些物體在斜面上所受到的拉力大小順序，就能輕松看出：物體重的在斜面上所受到的拉力也大，但是都沒有超過物體本身的重量，即“使用斜面能省力”。

4.計算數據

由于實驗器材、實驗條件、實驗操作方法等原因，實驗數據的測量值與真實值存在差異，這個差異就是誤差。為了盡可能減少誤差影響，往往需要求多個數據的平均數。

平均數的小數位數，一般與原始數據小數位數相同，一個原始數據，由確定數字和估計數字兩部分構成。如精度為0.1°C的溫度計測得某液體溫度為20.48°C，20.4是完全確定的，8是估計的。在計算平均數時，平均數有效位數也應該是兩位小數。如果不能除盡，則按照“四舍六入五取雙”選取平均數的有效位數。如對平均數為20.484°C，則舍去最末尾的數字4；而對20.476°C，則向前進1；而對20.475°C，因5前是奇數7，則向前進1，但如果是20.485°C，因5前是偶數8，則舍去5，不能進1。

三、實驗數據的分析

數據反映的是自變量變化時，因變量的變化狀況反映了自變量和因變量的相關性，有可能是正相關，有可能是負相關，也有可能是無關（零相關）。分析數據變化狀況，就能證實自變量和因變量的相關性。

1.用“兩步法”觀察數據走勢

隨著自變量的變化，反映因變量變化狀況的數據也呈現一定的變化趨勢，可以觀察數據走勢，認識這種變化趨勢和規律，得出實驗結論。觀察數據走勢，可以采用“兩步法”：

第一步，當自變量逐漸增大時，因變量變化逐漸增大，呈現正相關；如果逐漸變小，呈現負相關；沒有變化，保持一種恒定，或者無一定規律時，呈現零相關。

第二步，當自變量逐漸減少時，因變量變化逐漸減少，呈現正相關；如果逐漸變大，呈現負相關；沒有變化，保持一種恒定，或者無一定規律，呈現零相關。

2.用“形象法”展示抽象數據

把抽象的數據用可視的圖象表現出來，化抽象為形象，數據的變化趨勢就會一目了然。具體方法有畫柱狀圖、折線圖等，如一天氣溫變化的折線圖、一個月降水量統計柱狀圖等。

3.用“來回法”理解數據和結論的關系

數據與結論是證據與論點的關系，有了數據的支撐，結論才正確可靠，認識數據與結論的關系，可以采用“來回法”。

“來”法，就是從采集原始數據開始，經過甄別數據、整理數據、分析數據、得出結論的過程，這是得出結論的必經歷程。

“回”法，就是從數據變化趨勢分析得到結論后，從結論回溯到數據，反思結論是根據哪些數據得到的，這些數據經歷了哪些甄別、整理環節，是怎樣嚴格控制實驗條件采集到這些數據的，感受數據與結論的關系，認識數據和結論之間的必然性、嚴密性。

4.用“兩層法”反思數據差異

第一層“探因法”：反思數據差異背后的原因，認識誤差產生的原因，反思實驗設計、實驗操作過程。

第二層“推進法”：改進并采用更精密的實驗器材、更嚴格的變量控制、更科學的操作方法，使實驗數據更加接近真實值，減小誤差。

第一層是第二層的基礎，第二層是第一層的深化。

學生在分析數據時，往往會忘記研究目的，不能從問題出發來觀察數據，教師要不斷提醒學生：這些數據是研究什么問題的數據？我們測量的這些數據是哪個變量的數據？這個變量與哪個變量相對應？這兩個量有關系嗎？是什么關系？通過這些追問，使學生關注數據代表的變量，從根本上揭示兩個變量之間的關系。

學生在實驗過程中，嚴格遵循實驗規程，控制實驗條件，采集準確的實驗數據，是為了得到正確的證據；甄別實驗數據，去偽存真，可以防止從錯誤實驗數據得出錯誤結論；整理實驗數據，使數據更準確，是為了更有效地揭示實驗結論；分析實驗數據，把數據轉化為證據，是為了得出嚴謹的結論。