以科學課實驗數據促進有效探究

陳海峰

科學課程標準指出：在讓學生獲得知識的同時能“形成尊重事實、善于質疑的科學態度”“不迷信權威”，這就要求學生在探究過程中要有證據意識，通過證據來推理和論證。

數據是科學探究活動的重要證據，但是在課堂教學中，學生在數據方面存在以下問題：

一、數據獲取和記錄方面

1.錯誤（失當）的操作

數據來源于操作，錯誤（失當）的操作帶來的是無效的數據。小學生喜歡動手做實驗，但卻往往是興致遠高于理性，根本不按科學程序和要點來進行規范操作，這樣就影響了基礎數據的獲取，有效性大打折扣，更使后續的分析失去其應有的價值。

2.受探究結果定向的影響

由于受認知水平限制，小學生在探究中，往往只指向于結果，而忽視過程的有效性；對于數據有一定的認識和需求，但較為模糊，往往指向于“預先的猜測結果”，期望得到與預測相一致的數據，沉迷于“我們的實驗和預測的差不多”“我們的預測真準”一類的得意心境，隨意修改真實數據，以使數據“好看一些”，造成數據的失真。

3.迎合教師的意圖

有些探究中的實驗數據多而雜，教師一般會選取幾個小組進行匯報和交流，為了得到老師表揚，學生也會在一定程度上揣測老師“想要的結果”，憑空捏造、胡亂填寫的事情也時有發生。

4.盲目從眾的心理

由于受應試教育“標準答案”影響，匯報交流中，當自己的數據與別人有差異時，學生往往不能堅持自己的成果，反而會心生疑慮，甚至為了與他人保持一致而篡改自己的數據，使之變得“好看”“隨大流”，從而失去真實有效性。

5.數據記錄錯位

及時、準確地記錄實驗數據，這是學生應該養成的良好意識和習慣。但很多時候，學生沉浸于實驗操作和現象，卻忽視了數據記錄。而且，在課堂中一般都是由教師提供記錄表，但對于表格結構和記錄項目，缺少指導學生觀察、理解和內化的過程，引起記錄錯位，使真實數據變成了無效數據。

二、數據整理和分析方面

1.對數據無從入手

對收集到的數據，學生缺乏進行初步甄別和整理的方法，缺少時間進行觀察、理解和內化，表現出茫然和束手無措，造成“有米不會炊”的窘況。

2.數據的流失

對于全班數據，在交流分析階段，教師一般也僅取幾個小組的典型數據來展開，以點帶面，快速解決，其他小組則不再關注，造成了數據資源的流失和浪費。

數據不是憑空產生的，而是學生通過實驗獲取結果的真實呈現。有效地收集記錄、整理分析數據，能夠從中獲得事實的真相，培養學生尊重事實的科學精神和縝密的思維能力。

三、提升學生的數據觀

1.認識數據的作用

首先，要讓學生明確數據的證據作用，沒有可靠的證據支持，結論就沒有可信度；其次，要讓學生明確數據與結論之間的邏輯關系，即結論是在對數據分析、比較、綜合的基礎上進行科學推理、概括形成的。

2.正確對待誤差

由于實驗器材、操作過程等原因，每個小組的數據不可能是完全一致的，誤差是客觀存在的，也是允許的，不需追求整齊劃一，更不應盲從他人。只要是使用了符合要求的材料、按照科學步驟和方法進行的操作，所獲得的數據都應該是真實有效的。

四、、真實準確地收集數據

學生參與實驗，并非只是為了取得幾個呆板的數據，更在于數據是如何獲取的，方式是否科學合理，過程是否適當可靠，唯有如此，數據才是有血有肉和真實豐滿的。

1.器材要規范

完整適用的器材是有效、高效開展實驗并獲取數據的基礎。如“輪軸的作用”實驗，可采用“用測力計測量輪上拉力等”的方法，避免教材中實驗裝置輪軸保持平衡必須使“輪半徑為軸半徑的整數倍”這樣一個限制和弊端，更有利于學生的操作和數據獲取。對于一些器材較多、較復雜的實驗，更要講究材料的結構性和呈現方式，通過有結構的材料和有步驟的呈現，引導學生有條理地展開實驗，獲取數據。

2.操作要規范

對于實驗操作，教師要作相應的講解，做到透徹、易懂；對復雜、規范性高的實驗更應給予示范。若有必要，教師應先行“下水實驗”，以學生的視點來進行操作，這樣才能給學生以更有效的指導。如“哪杯水的溫度高”的實驗，一是如何混合冷熱水，二是要不要攪拌。經過下水實驗，相同的熱水和冷水量，混合方法對溫度的影響不大，關鍵是安全，所以指導學生采取把冷水倒入熱水燒杯的做法，這樣就不需直接用手去接觸燙手的熱水杯，保證了實驗安全、快速；由于冷水比重大，混合過程中會自然沉入熱水底部，一定程度也就起到了攪拌混合的作用。規范了實驗操作，所取得的數據規范性、準確性程度就會大大提高。

3.方法要科學

從理論來說，任何一個被測的量，都有一個客觀的真實值，即真值，但是，實驗獲取的，只能是一個近似于真值的數值，稱為最佳值，最佳值與真值之間的誤差是始終存在的。為盡可能獲取到最佳數據，可采用取平均數、中位數或眾數的方法。如在“不同坡度斜面的省力作用”實驗中，以“取平均數”的方法獲取在不同坡度斜面上的拉力數據。

4.記錄要及時

以嚴謹的科學態度來說，每一次實驗都是唯一和不可復制的，因此，每次操作所取得的數據也是唯一的，不可能、更不應該由另外的操作進行遞補和替換，所以及時地記錄數據尤為重要。在操作時，小組成員要有明確分工，實驗過程中，各司其職，特別是負責記錄的同學更要盡心盡責，與小組成員密切配合，認真及時記錄好數據。

五、適當有序地整理數據

實驗所取得的原始數據，在未加識別、理解和整理的情況下是零碎、無序、無意的，所以需要對數據進行甄別、歸類及一定程度地編碼，從而提煉其有效性。

1.審視和甄別

實驗獲取的系列數據，在完備的器材、規范的操作之下，取得的合規數據總是會圍繞真值產生正負小范圍的波動，如果數據有較大、甚至是突兀的變化，應及時予以分析、解決。如在《擺的研究》中，測試同一個擺在30秒內的擺動次數，一個小組的數據如下：

第四次的數據與前三次相差較大，引起了學生重視，通過觀察實驗裝置，學生發現是擺繩上端松動了，導致擺繩變長了，于是便意識到這個擺不再是原來的擺了，所以第四次的數據是不符合要求的。

2.列表法整理數據

這是最常用的整理數據的方法，在數據記錄的同時，就預先有目的地運用表格，同步對數據進行初步整理，從而使數據變得規范、有序。

在現行情況下，學生的記錄表格一般都是教師事先設計和打印好的，分發給實驗小組，只需在實驗時，把數據填人對應的表格內即可。但是，教師應注意在實驗記錄前，要引導學生觀察和理解表格結構，以使數據記錄準確、到位。若學生已有一定的設計能力，教師不妨引導學生一起參與到實驗和表格的設計，確定表格結構及記錄項目，逐步出示和完成，把實驗探究轉化為自身的學習需求和學習過程。“輪軸的作用”記錄表，設計步驟如下：

3.圖表法呈現數據

運用圖表法呈現數據更有利于學生直觀地觀察和對比數據，獲得更為豐富的感性認識，從而也更有利于學生開展數據分析。

如“紙梁厚度與承重能力”研究實驗，數據如下：

運用Excel的數據轉換功能，把數據即刻轉換成如下圖表，學生通過觀察，不僅可以對比出數據的差距，更能直觀地觀察到數據的變動幅度和趨勢，從而更深刻地認識和體會到“增加紙梁厚度能大幅提高其承重能力”。

4.全班數據匯總

統計學理論告訴我們，數據樣本越多，結論精度和可靠性也就越高。所以，教師應秉持大數據意識，盡可能地把全班數據匯總到一起來進行分析、歸納、概括和推理，以使數據全面地發揮其應有的功能和作用。

六、科學地分析數據

1.數據意義化

單純的數字是無意義的，只有賦以其意義，才能煥發其功能。因此，應引導學生主動地理解各數據的含義，把抽象的數據內化為具體的鮮活內涵，尋找數據間的關聯性，形成數據鏈，展開數據分析。

2.數據的分析

尋找數據的特點或聯系，發現規律，從而轉化成能支持相關觀點的證據，實現觀點與事實的對接。主要有以下幾種：

數據大小對比分析。通過關聯數據的大小比較，從而發現隱藏在數據背后的相關規律。如上述“輪軸的作用”研究。

數據分布區域分析。如“擺的研究”，每個小組按自己的意愿，任意選擇做一個擺線長15cm/20cm/30cm的擺，并測量這個擺在20秒內的擺動次數，重復3次。教師根據全班數據，轉換成了一個全班的匯總圖表，如下圖：

通過觀察直觀平臺中數據的分布狀態，很容易發現：不同長度擺線的擺，擺動次數是不一樣的；相同長度擺線的擺，擺動次數基本是接近的；擺線長，擺動次數少，擺線短，擺動次數多。

數據變化趨勢分析。還是以上面“紙梁的厚度與抗彎曲能力”圖表為例，通過觀察，學生發現增加紙梁的厚度，能增強它的抗彎曲能力，而且增強的幅度是遠遠超出自己的預料，因此帶給學生的印象也是非常深刻的。

數據的獲取、整理、分析，是培養學生嚴謹的科學態度、正確的科學方法、縝密的科學思維的過程，教師的指導應貫穿于每一堂課、每一個環節，從而使學生的科學探究活動更有效、高效，更好地培養學生的科學品質，全面提升學生的科學素養。