有效利用實驗數據深化課堂教學

伍朝暉

實驗數據是所有科學研究者追求的寶貴資源，小小的數據對科學研究結論的得出有著決定性的意義。老師們在引領學生探究過程中，也十分在意有效的數據。但我們往往只是將數據作為得出結論的鋪墊，沒有挖掘數據背后的作用。我認為可以以數據為切入點，展開科學教學研究，促進教師和學生共同發展。

一、利用小數據倒逼實驗改進

高年級的科學課已經從原來的定性觀察發展到定量觀察的階段。注重實驗數據來解釋現象得出結論。探究活動常常以實驗數據為載體發展學生個體。所以數據明顯有效有說服力，對實驗結論的得出至關重要。

實際操作中，有些數據真的不容易采集，真的不明顯，真的很難說明問題，真的不容易得出科學結論。如五年級下《沉和浮》這一單元，關于“橡皮泥排開的水量”的測量；“泡沫塑料塊在水中受到的浮力”的測量；“下沉物體受到的浮力”測量；“鉤碼在不同液體中受到的浮力大小”比較等內容。單是老師演示，也得未雨綢繆細致準備，不是輕易做一做，看一看，就“一目了然”的，更別說讓學生實際操作了。學生只有在十分細心認真的情況下，才可能得到比較有效的數據。一旦有個別數據不符合規律，科學結論就會有“難產”的下場。

培養學生認真細心嚴謹的實驗態度固然重要，但學生的科學探究并不完全等同于真正意思的科學研究。只能說是人為情境下的模擬性研究。因為已經有了老師前期的主導設計、材料限制、實驗預設等，加之課堂時間和學生注意力集中時間的規律，在沒有任何設計的情況，期望學生達到教材中的要求，只能是一種美好的愿望，所以針對數據的收集與有效改進，其實很有必要。

如關于“排水量的測量”實驗中，學生在反復試驗過程中，如何有效放置剛捏成形的橡皮泥小船，反復撈取小船的過程中，如何不帶出水，這都會影響最終的數據。如何精確觀察到水位的差異變化，具體的差值如何得到。這些數據倒逼著我思考，應該選擇怎樣的材料？500ML的大燒杯學生擺放容易，但水位上升一定不明顯；100ML的小燒杯，水位上升明顯，但不利于學生橡皮泥擺放操作。于是我選擇了250ML，但同時打印了一把尺子貼于燒杯壁。通過觀察水位上升差值比較排開的水量大小。（其實五年級同學還沒有學習圓柱體積的計算，所以我認為這樣也可以說明問題了。）其外我還想到采用針筒抽水的方法，將上升的水量用針筒抽取，并觀測針筒中的水量得到數據。

又如“鉤碼在不同液體中受到的浮力大小”這一實驗。一個鉤碼在濃鹽水、濃糖水、清水、酒精中的浮力數值相差非常的小，選擇最小的1N量程的測力計也并不是很明顯。以下是自己實測數據：

可以看出鉤碼在清水與酒精中的浮力只相差0.01N；與濃鹽水中的浮力也只相差0.02N。用量程最精準的1N測力計也只有1-2格的差異。這么高要求的操作，對學生著實有困難。

于是我思考能否讓數據差異更大。根據F浮=P液V排g ，要想F浮這個數據差別大，P液和g是沒必要考慮的，只有在V排上做做文章。也就是說我們要盡量選擇排開水的體積大的物體。最直接的就是多掛幾個鉤碼，但一掛多，必須得用2.5N或5N的測力計，細微的差別就沒有辦法看出。最好用的是量程比較精準的1N測力計。根據v=，V要盡可能的大的話，Ρ就要盡量的小。但如果密度太小了，如泡沫之類的材料。那它在水中直接浮，測量方法也不一樣了。所以我必須選擇密度比鐵小，但比水大的。最終我選擇了玻璃，且采用實驗室中現成的載玻片。將十塊左右的載玻片用橡皮筋扎起，空氣中的自重，剛好在1N左右，浸入各種液體中的數據如下：

一下子讓本來只有0.01N差別的數據擴大到了0.1N，0.5N。這在1N量程下的測力計是1-2大格，已經十分明顯了。一下子降低了學生數據采集的難度，提高了課堂效率。

課后我進一步思考，可否進一步改進測量工具，用更加精準的電子口袋稱代替（數碼顯示可以精準到0.01N）。通過網絡搜索發現金亞軍老師的設計，有很大的借鑒意義，供大家參考。

二、利用小數據促進思維發展

通過科學課的學習，讓學生的思維能有所發展，我們不能讓科學課上成綜合實踐課、勞技課、常識課。學生的思維是否發展是一個重要的衡量依據。科學課中哪些地方能很好地挖掘提升學生的思維？除了針對性的內容設計，實驗現象猜測，實驗方案設計外，我認為學生實驗后的數據分析是一個很好的發展學生思維的契機。

如一塊磁鐵分別吸在鋼尺的底部、中部、上端，擺線長度一樣，前兩種情況一分鐘擺的次數分別是27次30次，預測第三種情況擺的次數？大數部學生猜測33次。理由是3次3次增加。也有的學生猜測27次，磁鐵上下對稱，那數據也應該是對稱的。這就是典型的學生思維。實驗結果是35次，與學生原有的認識形成強烈的沖突，這個由數據制造的情境，激發了學生強烈的求知欲。老師適時引導學生思考，為什么會這樣？瞬間“磁鐵的重量牽制影響了擺的速度”；“磁鐵越向上擺的速度趕快”；“并不是規律性的加速”；“裝置上下對稱，數據并不會對稱”。……一句句有思維含量的分析引爆課堂。

有一個老師在上 100ML水里能溶解多少食鹽這課時，有如下的對話：

我們已經知道了20ML水里能溶解9勺鹽，那100ML水里能溶解多少食鹽呢？

生： 45勺因為9*5=45

師：數學中是這樣計算的，一點也沒錯，那科學課中是不是這樣呢？

生：我認為比45勺要多，因為水多了，它并不是分成5份來實驗的，是合在一起的，可能比5份還要多。

師：我聽懂你的意思了，你是說可能會出現1+1>2這種效果。是嗎？

生：我認為比45勺要少。因為越到后面溶解越慢。

師：有道理，因為我們確實觀察到過這種現象。

生：我認為是45勺左右。大約是45勺，因為我們小組做出來的是8勺，不是9勺。

生：我也認為是45勺左右，這可能與攪拌速度有關。

師：各有各的觀點，實事是否真如你們想的，我們用實驗來說明。上節課20ml水溶解食鹽我們已經做了很長時間了，那這次100ml水，我們也是一勺一勺放鹽嗎？

生：5勺5勺地放。

生：2勺2勺地放

……

學生潛意識的思維中是按照數學思維展開的，老師有效抓住了科學實驗數據與數學找規律的不同之處，一句“數學中是這樣計算的，一點也沒錯，那科學課中是不是這樣呢？”引發學生思考。結果出現了不同的想法和理由。圍繞數據激發了學生的思維。

由于各級學生程度有差異，最終的實驗數據也參差不齊，有的老師苦惱于學生的數據不夠一致，不夠完整，不能有效支持自己預設的科學結論，甚至有意識地拿取比較理想的數據代表性地展示一下。有的老師則尊重事實，從基于學生的數據出發求真務實地展開分析。

這個實驗得出“墊圈個數越多小車運動速度越快”的科學結論一點都不難，五年級的孩子，不做實驗都知道這一規律。難道我們花半節課的時間，就是為了這個結論？那學生走出實驗室后，得到了什么發展？實驗后學生都會很容易地得出“墊圈個數越多小車運動速度越快”這一結論。嚴格來說，第4組光光兩個數據是不可以證明這一結論的；而第2組的數據因為最多，所以可靠性也最強；同時隨著墊圈個數有規律地增加，小車運動的速度越來越快；為什么第8組3個墊圈明顯比其他組快，甚至達到了第一組6個墊圈的速度；最后老師空的兩列是什么意思？這些內容都可能引發學生思考，是很好的可以深挖的內容。而這都是基于學生一線的數據發出的聲音。

三、利用小數據提升核心概念

在制定教學目標時，我們提倡三維目標。但在實際操作中，老師往往只注重科學概念。認為，隨著科學實驗的開展，“科學探究”目標便會自然而然得到落實。至于情感態度價值觀目標，看不見摸不著，時間長了，自然形成。既然我們的科學課都是以事實，以數據來發聲的，那我們何不讓這聲音直指核心概念呢？如教學《蚯蚓的選擇》一課時得到如下的實驗數據

不難看出實驗后的數據并非理想的“都在濕潤處”，但也能支持學生的猜想。我們的課是否就此“見好就收”？我習慣性地總結：

通過數據我們發現蚯蚓選擇了濕潤的環境。但我們也發現也有的蚯蚓在中間，甚至有的在干燥處。這是為什么呢？（本想讓學生自我批評式地找找自己實驗過程中欠科學的地方。沒想到下面鴉雀無聲。）

說說你們認為可能的原因！（再次啟發）

生：可能這條蚯蚓就喜歡干燥。

這聽似有違科學的猜想，卻打開了學生的思路。

另一生馬上接著說：蚯蚓喜歡干燥的環境可能性不大，我想可能進入了沙漠找不到回家的路了。

另生：可能本來身體就挺濕潤的，暫時干燥一下也無所謂。

另生：領地被占領了不能去了。

另生：累了，想休息一會兒。

師：對啊，它累了，想想之前它在干嗎？（一語點醒了我）

生：之前我們做明亮陰暗實驗時也是用的這幾條蚯蚓。

另生：它在泥土里的時候，為了數數，我們也一直在撥它。

至此，瞬間我感覺自己的課立馬上了一個層次。沒想到習慣性的一問，問出了大內涵，小小的個別數據隱含了這么多的內容。這節課也是一個典型的對比實驗，但對比實驗一般都是分兩組同時進行。為什么不是一組光亮處，一組黑暗處；一組干燥處，另一組濕潤處，偏偏把蚯蚓放在中間。結合今天學生的猜想，這才是這節課的核心。課題是蚯蚓的“選擇”，它是一個生命，它會選擇環境，如果分兩組進行，那對于干燥處和明亮處的蚯蚓簡直是一種酷刑。基于對生命的珍愛，教材才采用了“選擇”。科學實驗中，拿小白鼠做實驗的情況確實存在，但對于蚯蚓的生活環境，學生基本上有足夠的生活經驗。故沒必要非得犧牲實驗樣本的情況下得出結論。而上述數據中的“不和諧數據”探析更能提示本堂課的核心——生命的選擇。我們利用好這些數據，會讓學生有異樣的感受。

圍繞“數據”開展科學學習，是注重探究過程的體現，是科學研究求真務實的體現。科學探究離不開數據，如何最大限度發揮數據在科學教育中的作用，是一個值得研究的內容，以上內容只是根據自己實踐工作的“拋磚引玉”，愿與廣大同行進一步商榷共同提高。

【作者單位：寧波市鎮海區澥浦中心學校 浙江】