實驗數據失真的成因與對策

在小學科學教學過程中，科學結論的得出往往依賴于數據，教師應當引導學生自覺運用數據來解釋相關的科學問題，或利用數據證明自己的觀點，培養實事求是、用事實說話的科學精神和態度，提高科學探究的效率。由于小學生缺乏證據意識，處理數據時往往隨意性很大，有的甚至在實驗中更改數據。這些失真的數據影響了科學探究的真實性，也不利于學生形成實事求是的科學態度。

一、數據失真的常見問題

1.數據虛假

學生喜歡做科學實驗，因為實驗能滿足他們動手的需求和好奇心。他們做實驗時往往把實驗當作游戲，經常把仔細觀察、實事求是地記錄實驗數據忘在腦后。曾聽過一節《淀粉和碘酒的變化》教研課，教師要求學生檢測16種物體是否含有淀粉，學生的興趣很高。但有些學生只顧了檢測，卻忘了檢測后要及時地記錄實驗結果。實驗結束后，他們才手忙腳亂地填寫表格，由于檢測的食物較多，對于某幾種物體在檢測時碘酒的顏色是否發生了變化說不清了，只好依據自己的猜測填寫。

2.數據異常

在小學科學探究活動中，對比實驗有著非常重要的作用，可是在探究活動中，小學生往往對控制變量的重要性缺乏認識，而控制變量是否做得到位，直接影響著實驗數據的精確度。我執教《水和食用油的比較》一課時，引導學生把水和食用油分別裝入相同的試管來比較，結果出現了相反的現象——裝油的試管比裝水的試管還要重。仔細觀察后發現兩個試管厚薄不一樣，裝水的試管壁薄，裝油的試管壁厚，實驗準備時我并沒有察覺這個現象，結果出現了上述問題。在一些需要通過實驗儀器來測量數據的時候，如果沒有掌握正確的操作方法也會使數據出現異常。如我執教《溫度與溫度計》一課時，學生測量教室里的溫度時，數據出現了異常，仔細觀察后發現，讀數時有學生拿高了溫度計往上看使數據偏高，有的學生拿低了溫度計往下看使數據偏低，甚至還有幾支溫度計是壞的。

3.數據缺失

在學生探究完畢后，各小組都做了同一個實驗，有些教師沒有給予學生充足的時間進行交流分析，往往只挑選2～3個組的實驗記錄表進行展示匯報，忽視其他組的實驗數據，草草得出結論。有些教師常常選擇有利于教學的實驗數據，一聽到正確的結論，交流就戛然而止，不再展開。當課堂中出現一些誤差較大、不利于描述現實世界、甚至與現實世界客觀事物相違背的數據時，很多老師更是回避或放棄對這類數據的分析。一位年輕教師上《怎樣加快溶解》一課時，學生做完“熱水能不能加快肥皂溶解”的實驗后，有兩組學生得出的結論是：熱水不能加快溶解。教師為了順利地完成既定的教學任務，讓得出“熱水能加快溶解”結論的小組學生發言后，匆匆“完成”教學任務。

二、數據失真的原因分析

1.學生實證意識淡薄，導致數據虛假

學生在探究過程中會遇到很多問題，當自己的實驗數據與別人不一樣時，他們往往傾向于認同一些優秀學生的結果，很容易因從眾心理而改變自己的實驗結果，造成實驗數據的不真實。我在教學《磁鐵的兩極》一課時，讓學生做“磁鐵各部分的磁性強弱都一樣嗎”的實驗。有一個小組做實驗時發現磁鐵兩極掛的回形針數是6個，而兩極內側的點掛的也是6個，不知道該怎么辦。他們發現別的組跟他們的不一樣，于是在實驗單上填了兩極掛的回形針數6個，兩極內側的點掛的回形針數是5個。該組同學在面對有違常理的實驗現象時，不知怎樣處理這些數據，也沒有深究產生這種現象的原因，而是盲目從眾，造成了實驗數據的不真實。

2.實驗材料準備不足，導致數據異常

一些異常數據的產生是實驗器材造成的。我在上《下沉的物體會受到水的浮力嗎》一課時，引導學生測鉤碼排開的水量，學生得到如下表1中的數據（常態數據約為：5m、10m、15m）：

表格中“組2”的數據大得有些離譜，仔細深究，發現他們用每小格50m、總容量為200m的燒杯測量。因此，為學生提供實驗器材時，應盡量避免因為器材因素導致產生異常數據。

3.教師數據意識缺乏，導致數據缺失

有些科學教師對數據的分析往往為得出結論而分析，流于形式，不夠嚴謹。當出現一些誤差較大、不利于描述現實世界、甚至與現實世界客觀事物相違背的數據時，他們往往回避或放棄對這類數據的分析。教師不敢把那些另類的數據拿出來分析，一個很重要的原因是擔心這些數據會打亂自己的課堂節奏，于是，科學探究變成了走過場，沒有了實效。其實，看似無法得出科學結論的數據，如果處理得好，可以讓學生更好地認識科學本質。

三、杜絕數據失真的策略

學生通過探究獲得的大量數據，需要通過整理和分析，才能發現彼此之間的聯系，發現其中的規律。通過數據整理，使其轉化為證據，才能支撐結論。教師應當重視數據收集、整理、分析等方法的指導，幫助學生形成正確的科學概念。

1.培養實驗習慣，實事求是，杜絕虛假數據

小學生往往急于做實驗，對材料是否完整、是否有缺陷一般不太會注意，我們應當指導學生拿到工具后，先檢查實驗材料是否完好、實驗儀器是否調整到位等，養成實驗前認真檢查的良好習慣。特別是第一次接觸的實驗器材，教師要指導學生怎么操作、怎樣觀察、觀察什么。如《輪軸的秘密》一課，輪軸是學生第一次使用，實驗前，我充分介紹輪軸，對于怎樣組裝、怎樣操作，哪部分是輪，哪部分是軸，鉤碼掛在哪兒，掛幾個，都進行了詳細介紹。還要讓學生養成勤于動手的記錄習慣，真實記錄實驗數據，不隨意修改，明白科學是講究證據的，我們必須從實際出發，實事求是，尊重科學事實。

學生對科學數據的分析是一個思維發展的過程，教師在引導學生分析數據時不能只為了得到正確結論而匆匆分析，應該把握學生的思維發展進程，真實客觀地分析數據，得出正確的科學概念。在交流討論過程中，教師也不要過早地出示結論，要花時間讓學生對每一個感興趣的現象，進行深入地探討，要允許學生有不同答案。我們要時刻關注學生收集實驗數據的過程，不能光看實驗的結果是否正確，而忽略了學生得出結論的依據。我們更要明察秋毫，一旦發現問題，應當不惜時間，把問題放大，組織學生討論，使他們認識到科學探究講究證據，應該實事求是、如實記錄，絕對不能更改、捏造數據，要保證實驗數據的真實性。

2.精選實驗器材，減少失誤，獲取有效數據

實驗材料準備充分了，實驗教學才會開展得順利。實驗材料關系到學生采集數據和收集的信息的客觀性，教師要精心選擇典型的材料進行教學，既要揭示與教學內容有關的一系列現象，體現科學性，又要符合學生的年齡特征和認知規律，還應具有趣味性，使學生喜歡并有能力通過對材料的探索來發現問題、解決問題、獲取新知識。教師要充分發揮自身的智慧，一切從實際需求出發，積極開發有結構的教學材料，提高學生獲取數據的準確度，節約探究時間。

案例一：《做一個鐘擺》材料改進

《做一個鐘擺》一課的實驗，教材選擇的鐵片太輕，重心變化不明顯，對比效果比較差。還有木條和鐵片太薄，由于風的阻力，擺在擺動時會發生偏轉，學生實驗時難以得到準確的數據（如圖1）：

改進實驗器材就可以避免這些現象。我選擇一條較輕的空心圓形鋁管，套上一個較重的圓形磁鐵，這樣的材料設計，重心變化比較明顯，對比效果顯著，實驗時也不會發生偏轉（如圖2），學生根據數據很容易得出結論：擺長越短，擺得越快；擺長越長，擺得越慢。

一套好的材料往往能成就一節好課，尤其是在對比實驗中，材料的設計更要嚴謹。學生對于實驗中所產生的現象差異不一定能很快發現，為了幫助他們盡快發現對比實驗中的某種差異，教師應創設能產生較明顯差異的實驗條件，差異明顯的實驗數據有助于學生進行對比分析，有利于他們發現變化規律，有利于他們探究活動的開展與思維的卷入。還必須注意的是，我們準備的測量工具要精確，如量筒、測力計的刻度一定要清晰，測量范圍要合理，有時可以根據需要在刻度上再加上一條自己繪制的精細刻度表。教師在指導學生實驗之前，自己要先做一做，及時發現實驗中較難控制的無關變量，尋求對策。還要了解實驗操作中需要注意的事項，這樣才能有效地指導學生進行實驗。

3.面向全體學生，關注缺失數據

教師要引導學生增強對數據的敏感性，使他們能自覺運用數據來解決問題。要面向全體學生，關注每一個數據，給每一個孩子提供公平的探究機會，要求他們不隨意丟失數據，建立“每一個數據都很重要”的認識。要創設有利于交流的課堂氛圍，及時介入學生的探究活動，了解每一小組的探究情況。在交流時，教師要讓學生充分地發表不同的看法。

案例二：《開花了，結果了》教學片段

教師讓全班48個同學分別統計鳳仙花果實里有多少顆種子，然后將同學們的數據匯總（如表2）：

師：從這些數據中發現了什么？

生：發現絕大部分鳳仙花果實里種子的數量在15～20顆之間。

師：你還有什么發現？

生：參與統計的同學只有45人。

師：你統計得很認真，全班48個同學只有45人參與了統計。每個同學的數據都很重要，一個都不能少，這次統計缺少了3個數據怎么辦？

生：重新統計。

師：現在重新統計，不能缺少一個數據。

……

發現全班48個同學只有45個數據后，教師要求重新統計，如果忽視缺失的3個數據，可能會產生許多不良的效果。如果未參與統計的學生是幾個學習不認真者或是學習后進者，他可能會認為“反正我是差生，老師也不會來管我”，“活動與我無關，我還可以做自己想做的事情”， 久而久之，他們就會缺失許多求知、探索科學的機會，失去學習科學的興趣。對缺失的3個數據的高度關注、重新統計，給學生留下“老師關注每一個數據，關注每一個學生”的印象，激發了每一個學生進行科學探究的欲望。如果有同學不敢發言，沒有拿出自己的真實數據，教師應耐心地啟發他們，使他們放下膽怯和顧慮，真實地展示自己的數據。同時，也要讓學生傾聽其他同學的探究結果，使每一位學生在交流中既關注別人，又反思自己。只有營造了民主、和諧的課堂環境，學生們才有安全感，他們才會愿意把自己探究過程中發現的“不一樣”告訴同學們和老師，讓大家來討論。

4.巧妙引導，重視另類數據

學生在科學探究過程中，由于操作和測量等因素，有時取得的數據會不一致，會出現一些另類數據。教師要引導學生明白在探究過程中出現另類數據是很正常的，要排除另類數據，必須認真分析、反復驗證，在排除另類數據的同時提高分析能力。

案例三：《溫度與氣溫》教學片段

教師讓學生測教室里的溫度，將學生的研究結果匯總在黑板上（如表3）。

師：你發現了什么？

生：我發現室溫在19℃左右。

師：你還發現了什么？

生：第十組的數據偏大。

師：第十組的數據跟其他幾組相比是另類數據，我們能分析一下原因嗎？

生：可能測量方法不對。

生：可能是溫度計壞了。

師：請第十組同學上講臺重做實驗，其他同學認真觀察，仔細查找原因，隨時幫助他們。

……

在科學探究過程中，學生實驗方法的正確性和做實驗的技能技巧直接影響到實驗數據的準確性。對于另類數據的出現，我們應該巧妙引導，讓另類數據不再被冷落，通過對另類數據的分析和反思，培養學生的科學素養，讓“另類”也演繹出別具特色的精彩。我們對另類數據不能視而不見或一棒子打死，要介入學生的探究活動，及時了解他們分析處理的動態，鼓勵他們反復多做幾次分析處理，并適當給予評價，以激勵他們把問題徹底解決。面對另類數據，我們寧可因為“斤斤計較”多費些時間也絕不能湊合了事。有些另類數據產生的原因比較復雜，通過一次分析處理往往不能徹底解決問題，可以多測幾次，使學生明白多次測量的結果比一次更準確。如果測量方法正確而結果不一樣，可以運用平均數、中位數或者保留整數等方式來處理，在精確與模糊之間建立聯系，從而提高數據分析的準確性。