試析科學(xué)探究中的“意外數(shù)據(jù)”

科學(xué)課的核心目標(biāo)之一是引領(lǐng)學(xué)生懂得什么是證據(jù)、怎樣獲得可靠的證據(jù)去解釋世界?？茖W(xué)探究活動(dòng)中，數(shù)據(jù)是得出科學(xué)概念的重要依據(jù)。在實(shí)際教學(xué)中，常常會(huì)出現(xiàn)一組或者幾組不同于師生的預(yù)測、不符合“正確結(jié)論”的數(shù)據(jù)。應(yīng)該怎樣正確看待這些數(shù)據(jù)并實(shí)施有效的教學(xué)呢？

一、“意外數(shù)據(jù)”的概念界定

有位教師執(zhí)教《土電話》一課，探究的問題是：線的長短影響傳聲效果嗎？各小組均預(yù)測線長了聲音會(huì)減弱，并通過實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，得出以下數(shù)據(jù)（如表1）。

很明顯，6個(gè)小組的數(shù)據(jù)，只有2個(gè)組支持假設(shè)，有4個(gè)組不支持假設(shè)。

再如，在《我們的小纜車》一課的教學(xué)中，孩子們研究懸掛數(shù)量不同的墊圈拉動(dòng)小車行駛相同的距離分別需要的時(shí)間時(shí)，產(chǎn)生了以下數(shù)據(jù)（如表2）。

4個(gè)小組中有3個(gè)小組的研究結(jié)果為墊圈數(shù)量越多，小車行駛的速度越快，所需時(shí)間也越短，但第3小組的小車懸掛10個(gè)墊圈反而比懸掛8個(gè)墊圈行駛的時(shí)間更長。

以上兩個(gè)案例在實(shí)驗(yàn)過程中都出現(xiàn)了不同于師生的預(yù)測、不符合“正確結(jié)論”的數(shù)據(jù)，我們把這樣的數(shù)據(jù)稱為“意外數(shù)據(jù)”。

對于探究活動(dòng)中產(chǎn)生的“意外數(shù)據(jù)”，有些教師往往把它當(dāng)作是一種錯(cuò)誤，認(rèn)為出現(xiàn)了“意外數(shù)據(jù)”就意味著學(xué)生的實(shí)驗(yàn)失敗了，常常把 “意外數(shù)據(jù)”當(dāng)作教學(xué)過程中不應(yīng)該出現(xiàn)的干擾因素，是教學(xué)活動(dòng)中的“問題”，影響了教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成，因而在教學(xué)過程中千方百計(jì)地防止、避免出現(xiàn)這樣的“意外數(shù)據(jù)”。

二、“意外數(shù)據(jù)”產(chǎn)生的原因

1.實(shí)驗(yàn)變量的控制

控制實(shí)驗(yàn)中的變量，是保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的必要條件。從《我們的小纜車》一課的探究實(shí)驗(yàn)中我們可以發(fā)現(xiàn)，墊圈的遞增個(gè)數(shù)，兩個(gè)組等差1，兩個(gè)組等差2。其實(shí)，3次實(shí)驗(yàn)的墊圈數(shù)量完全可以更大一些，比如選取5個(gè)、10個(gè)、15個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的差異會(huì)更加明顯。

2.實(shí)驗(yàn)材料的選擇

在《土電話》一課的教學(xué)中，受教學(xué)場地的限制，教師提供的短線的長度為2米，長線的長度不到5米?？梢愿倪M(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，讓長線更長些，這樣，聲音的減弱應(yīng)該會(huì)更加明顯?！段覀兊男±|車》一課，小車行駛的距離也影響著研究結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中小車行駛的距離太近（在不大的實(shí)驗(yàn)桌上行駛），時(shí)間很短，差距甚至只有零點(diǎn)幾秒，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性的要求就十分高，產(chǎn)生“意外數(shù)據(jù)”的可能性就增加了?？梢詾閮和峁┮粔K較長的木板，使小車行駛的距離更遠(yuǎn)，時(shí)間的差距就會(huì)大些。

3.探究環(huán)境的影響

《土電話》一課在教學(xué)過程中，不斷從隔壁音樂教室傳來孩子們的歌聲，窗外操場上一個(gè)班的學(xué)生正在打籃球，會(huì)場里近300位聽課教師也不時(shí)相互討論。毫無疑問，這樣的環(huán)境直接影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。一位現(xiàn)場聽課的老師說：“如果能夠把孩子們帶到安靜的田野里去完成這個(gè)探究活動(dòng)，該有多好！”

總之，科學(xué)探究過程不是一帆風(fēng)順的，并不是按照計(jì)劃就能順利達(dá)成的，往往有新的情況出現(xiàn)，存在著很多不確定的因素，出現(xiàn)“意外數(shù)據(jù)”其實(shí)也不意外。

三、應(yīng)對“意外數(shù)據(jù)”的教學(xué)策略

科學(xué)探究是對客觀世界中人類未知領(lǐng)域的研究活動(dòng)，是無法完全預(yù)知結(jié)果的。把小學(xué)生當(dāng)成小學(xué)生，把科學(xué)探究活動(dòng)當(dāng)成科學(xué)探究活動(dòng)，就會(huì)明白探究過程中 “意外數(shù)據(jù)”的出現(xiàn)不僅是正常的，更是對兒童進(jìn)行尊重事實(shí)、尊重?cái)?shù)據(jù)、體悟科學(xué)本質(zhì)教育的良好契機(jī)，有著特殊的教學(xué)意義。出現(xiàn)“意外數(shù)據(jù)”時(shí)，教師不應(yīng)驚慌和排斥，而應(yīng)用健康的心態(tài)、積極的態(tài)度、合理的教學(xué)策略來應(yīng)對。

1.抓住教學(xué)生成，不放過契機(jī)

當(dāng)教學(xué)中出現(xiàn)“意外數(shù)據(jù)”時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生針對“意外數(shù)據(jù)”提出疑問，發(fā)表想法，看看是否有新的發(fā)現(xiàn)。教師可以提醒：老師發(fā)現(xiàn)了一組十分重要的數(shù)據(jù)，你們發(fā)現(xiàn)了嗎？為什么會(huì)不一樣呢？這里面一定有文章，要知道科學(xué)家在研究的時(shí)候，不一樣的數(shù)據(jù)往往可能是一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)的開始。

《土電話》一課的教學(xué)中，教師認(rèn)為“意外數(shù)據(jù)”是實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了錯(cuò)誤，為了能夠得出想要的數(shù)據(jù)，使實(shí)現(xiàn)教學(xué)“成功”，于是就否定“意外數(shù)據(jù)”并要求學(xué)生重做一遍實(shí)驗(yàn)，結(jié)果拖堂了十幾分鐘。其實(shí)，數(shù)據(jù)本身沒有問題，是教師對待數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的態(tài)度出了問題，放棄了很好的科學(xué)教育契機(jī)。比較好的做法是，先引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成這一節(jié)課的研究共識(shí)：2個(gè)小組的數(shù)據(jù)支持假設(shè)，線長了，聲音會(huì)減弱；另外4個(gè)小組的數(shù)據(jù)并不支持假設(shè)?？梢栽诘诙?jié)課讓學(xué)生繼續(xù)探究這一問題，要引領(lǐng)學(xué)生在動(dòng)手操作前多考慮實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，控制課堂噪音，操作時(shí)每組設(shè)置實(shí)驗(yàn)監(jiān)督員，以保證實(shí)驗(yàn)按方案進(jìn)行，讓兒童在探究活動(dòng)中主動(dòng)修正原來的數(shù)據(jù)，并達(dá)成新的共識(shí)。這樣，對全班學(xué)生來說，以后就不會(huì)輕易放過每個(gè)特別的數(shù)據(jù)了，還知道了這種情況下該怎么辦。對那些出現(xiàn)“意外數(shù)據(jù)”的學(xué)生來說，自己的研究受到重視，后來自己反復(fù)實(shí)驗(yàn)、找出原因，又受到表揚(yáng)，探究積極性也更高了。

可見，看似沒有規(guī)律的“意外數(shù)據(jù)”，無法得出“科學(xué)結(jié)論”，恰恰是讓學(xué)生體悟科學(xué)本質(zhì)、培養(yǎng)理性態(tài)度的好機(jī)會(huì)?？茖W(xué)教師要勇于直面“意外數(shù)據(jù)”，引領(lǐng)孩子去思考、去發(fā)現(xiàn)，重視事實(shí)根據(jù)，合理懷疑；傾聽和考慮他人的不同觀念或解釋；注意考察任一數(shù)據(jù)來源的可靠性及重現(xiàn)性；多次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)新的證據(jù)，補(bǔ)充、修改自己的意見。這樣，學(xué)生在探究過程中就會(huì)獲得面對問題要積極尋求解決的科學(xué)教育的陶冶。

2.反思查找原因，不模糊搪塞

許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明都是從“意外數(shù)據(jù)”中獲得靈感的，科學(xué)家在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中，如果發(fā)現(xiàn)了一組“意外數(shù)據(jù)”， 會(huì)把它當(dāng)作一個(gè)重要的信息，甚至認(rèn)為它的重要性大于其他數(shù)據(jù)。在科學(xué)課教學(xué)中，我們要引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣，高度敏感地留意“意外數(shù)據(jù)”，把它也當(dāng)作一個(gè)十分重要的信息，進(jìn)行認(rèn)真分析。

有些教師為了順利完成既定的教學(xué)任務(wù)，在讓學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，常常一聽到正確的結(jié)論，就讓交流戛然而止，不再展開。很多教師在教學(xué)中明明發(fā)現(xiàn)有個(gè)別小組存在“意外數(shù)據(jù)”，但是為了追求課堂教學(xué)的“成功”，敷衍、搪塞甚至刻意回避“意外數(shù)據(jù)”的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

在《磁鐵的磁性》一課的教學(xué)中，孩子們在研究“磁鐵各部分磁性的強(qiáng)弱”時(shí)發(fā)現(xiàn)：他們在條形磁鐵上等距取了A、B、C、D、E5個(gè)點(diǎn)，在各點(diǎn)上首尾相連掛回形針，根據(jù)所掛回形針的數(shù)目來判斷磁鐵各部分磁性的強(qiáng)弱。研究后，孩子們的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下（如表3）：

仔細(xì)分析這張表，可以發(fā)現(xiàn)： 8個(gè)小組中只有5個(gè)小組的數(shù)據(jù)的確是A、E兩點(diǎn)吸的回形針最多，有些組的A、B點(diǎn)或C、D點(diǎn)吸的回形針數(shù)一樣多，有兩個(gè)小組甚至是B、D點(diǎn)吸的回形針最多。教師跳過這些數(shù)據(jù)，得出“磁鐵兩端磁性最強(qiáng)”的結(jié)論，是不符合尊重事實(shí)、尊重?cái)?shù)據(jù)的科學(xué)精神的。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生的確難以控制，如果改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的材料和形式，將有助于學(xué)生更好地探究。比如，每個(gè)點(diǎn)的第一個(gè)回形針不是“聽話”地停留在我們選定的位置，而是往磁極方向偏移，我們可以用繞在磁鐵上的橡皮筋協(xié)助；一個(gè)接著一個(gè)掛回形針時(shí)，會(huì)因?yàn)榛匦吾橀g接觸面的大小而影響結(jié)果，我們也可以更改實(shí)驗(yàn)形式，改為在與磁鐵A、B、C、D、E點(diǎn)等距的地方放置鐵類物體，平移磁鐵，根據(jù)磁鐵能吸引鐵的距離長短來判斷磁性的強(qiáng)弱；A、B兩點(diǎn)的磁性強(qiáng)弱相差較小，吸的回形針數(shù)一樣多，我們可以為學(xué)生提供有結(jié)構(gòu)的學(xué)具——準(zhǔn)備一些比回形針更輕的整根大頭針、1/2根大頭針、1/4根大頭針……

3.合理確定概念，不以偏概全

如《我們的小纜車》一課的教學(xué)中，由于出現(xiàn)了“意外數(shù)據(jù)”，我們不能馬上下結(jié)論：拉動(dòng)小車的墊圈數(shù)量多，小車的運(yùn)動(dòng)速度快；拉動(dòng)小車的墊圈數(shù)量少，小車的運(yùn)動(dòng)速度慢。必須尊重事實(shí)，避免在證據(jù)不充分的情況下作出判斷，避免以偏概全地得出概念?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生這樣表述：“我們這節(jié)課研究的共識(shí)是，3個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)認(rèn)為拉動(dòng)小車的墊圈數(shù)量多，小車的運(yùn)動(dòng)速度快；拉動(dòng)小車的墊圈數(shù)量少，小車的運(yùn)動(dòng)速度慢。1個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不支持這個(gè)說法。到底是不是這樣，還需要繼續(xù)研究。”讓學(xué)生課外研究后再把結(jié)論重新拿回班上公布分析，達(dá)成新的共識(shí)。

再如，《擺的研究》一課教學(xué)中，學(xué)生研究擺錘的輕重與擺的快慢有沒有關(guān)系。實(shí)驗(yàn)時(shí)分別測擺錘是1個(gè)螺帽和2個(gè)螺帽的擺15秒擺動(dòng)的次數(shù)，實(shí)驗(yàn)活動(dòng)后匯報(bào)，有一小組匯報(bào)如下（如表4）：

學(xué)生得出結(jié)論：擺錘的輕重與擺的快慢無關(guān)，教師忽略了“16”這個(gè)數(shù)據(jù)。

面對“意外數(shù)據(jù)”，要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)梳理一下自己探究的全過程：實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)有沒有問題，實(shí)驗(yàn)過程是否嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)的材料有沒有異樣，實(shí)驗(yàn)過程中變量的控制是否到位。如果找到問題的癥結(jié)所在，就應(yīng)該調(diào)整失誤之處，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，看看實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有沒有變化。如果在反思中沒有找出問題，說明自己的數(shù)據(jù)是正確的，仍應(yīng)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可驗(yàn)證性。最后，實(shí)事求是地根據(jù)全班各組的研究數(shù)據(jù)，形成研究共識(shí)。