由誤差引起的思考

黃小軍

【摘要】科學課堂在很多情況下忽略了對探究數據信息的整理和分析。一方面體現教師沒有充分意識到數據信息整理和分析的重要性，缺乏指導的有效策略;另一方面，學生不能通過對探究數據的整理和分析鍛煉思維能力，提升科學素養。因此，對于科學課堂上一些探究數據，尤其是誤差的數據，教師應明確什么是誤差，誤差造成的原因以及如何正確處理這些誤差。

【關鍵詞】科學探究 誤差 分析

在一次區級教研活動中，多位年輕教師同課異構執教蘇教版科學四年級下冊《摩擦力的秘密》。下圖是其中一位年輕教師執教時拍攝的板書。作為一名年輕教師，教學設計清晰流暢，從用手緊貼桌面往前推進的活動入手，引起學生思考什么是摩擦力;接著學生小組討論影響摩擦力大小的因素有哪些？然后學生設計實驗，并探究影響摩擦力大小的因素，最后分析數據，得出結論。整節課，從問題的提出，到實驗的設計，到探究的過程，到結論的獲得，學生占有明顯的主體地位。作為一名年輕教師，上出這樣的實驗課，非常成功。但是，通過他的板書，尤其在探究接觸面積會不會影響摩擦力大小時，經過實驗，面積相差一倍的物體摩擦力卻只在0.45N和0.5N之間。出于習慣，老師理所應當地把0.05N的差距視作誤差，并得出了接觸面積的大小不會對摩擦力產生影響的結論。

一切順理成章，結論也符合大多數老師的認知。可是，這實際測量出來的0.05N就一定是誤差？0.05N會不會是省力？面對這樣的問題，還可以這樣教學。

一、理性思考，認真分析

0.05N的誤差從何而來？要解決這個問題，我們要明確摩擦力的定義，尤其是本節課主要探究的是滑動摩擦力。我們把一個物體在另一個物體表面發生滑動時，接觸面間產生阻礙它們相對運動的摩擦力稱為滑動摩擦力。滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度和壓力大小有關。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產生的滑動摩擦力就越大。筆者親自操作后，覺得可能產生在以下三個方面：

首先是實驗材料。雖然是同一塊木頭的兩個表面，但是兩個表面的粗糙程度還是有區別的，這樣會產生因表面粗糙程度不同而導致的摩擦力差。這個差距會被視作接觸面大小不同而產生，從而影響了學生的判斷。

其次是實驗的次數。在這節課上，老師讓學生每個實驗做了3次算平均數。由于人為因素，操作過程和讀數過程都會因各種變化而導致產生誤差。三次實驗的數量太少，可能連續三次取得的數據都有問題，從而產生誤差。平均數的使用也并非合理，可能會受某次非有效數據的影響。

最后是操作的精細。雖然學生對操作過程很熟悉，彈簧測力計的使用也很規范，但是在拉動過程中還是會歪，尤其是面積變小了以后。讀數時也會因為刻度的跳動，無法準確讀數。

學生在有了疑問以后，教師首先理性思考差距產生的原因，而后幫助學生認真分析，誤差背后我們應該注意的問題。只有這樣，學生才能真正從探究中成長。

二、正確引導，培養求真

新課程標準指出：科學探究要培養學生的實證意識。觀察并記錄實驗數據作為探究實驗中常見的教學手段，能幫助學生對事物或發生的現象分析得更清楚更精確。同時，學生對這些數據的科學理解與運用，有助于形成正確認知，促進思維發展，提高學習效率。因此，培養學生實事求是的數據意識，對學生科學態度的形成，有著非常積極的作用。由此，小小的0.05N真的沒那么重要嗎？是小題大做？顯然不是，這0.05N恰巧是培養學生求真品質、獲得新發現的契機。

在這個實驗中，重視誤差可以幫助我們反思實驗過程，規范學生的操作，從而提高學生的動手能力。同時，思考實驗可以加深我們對摩擦力的影響因素的認識，更能感受到壓力大小、粗糙程度對摩擦力的影響，并且重視誤差本身就是一種科學探究精神，這對學生科學素養的影響更為深遠。

三、樹立意識，提升素養

美國《國家科學課程標準》強調在科學教學中培養學生證據意識的重要性，而證據的許多方面需要數據的支撐。在科學探究活動中，學生通過實驗、觀察，獲得大量數據。面對這些數據，教師要有意識地引導學生：第一，正確觀察，準確記錄;第二，學會分析，區別不同;第三，正確選擇，合理解釋。這樣，學生才能在面對多樣數據時，冷靜、科學地對待，并運用數據合理解釋問題或現象。但學生的數據意識和實證意識不是與生俱來的，必須在探究活動中不斷地培養和發展。如這節課，出現這樣的誤差，教師有沒有及時地引導分析實驗數據，是按原來的要求三次實驗求平均值？還是反復多次的實驗，并認真詳細地記錄實驗數據，從不斷獲得的數據中去分析、發現？課堂上教師不同的引導方式，可以使學生從數據的被動記錄者變為主動發現者，從被動的數據記錄到主動運用數據解決問題。學生良好的數據意識，教師需要及時鼓勵，鼓勵學生根據數據提出自己的見解或解釋，鼓勵學生學會用數據提供證據，鼓勵學生言而有理、言之有據。這樣，學生的數據意識和實證意識才能得到鍛煉，對數據的敏感性才能得到增強，科學素養才能得到提升。

四、靈活處理，有效提升

預設與生成是對立統一的關系，盡管生成具有一定的隨意性和非預設性，但它并非與預設無緣。探究活動隨著學生發現的深入千變萬化，再好的預設也無法預見課堂上可能出現的所有情況。所以，在探究過程中，學生的意外發現、奇思妙想、不解疑惑等舉動，都可能是具有價值的、生成性的教學資源。教師要學會捕捉、放大，并根據教學的實際情況及時調整，適應學生的學習需要，讓課堂充滿靈性，富有個性。如0.05N的出現，教師在進行教學設計時，根據自己的知識儲備覺得應該是一致的，或者差別不大，出現0.05N的誤差他覺得完全正常，完全按照自己的預設進行。但這樣的課堂對學生來說真的有益嗎？有助于學生科學素養的提升嗎？因此，科學教學中如果只有預設沒有生成，課堂將只有知識的灌入而無思維的迸發。在科學教學中，如果能及時捕捉并有效利用生成資源，那課堂將是活躍的，有生命活力的，有靈性的，原來的預設也將得到修正、完善，個體的創造力也將不斷提高。

對于科學數據，我們一方面既期待著能夠順順利利的，便于學生們能有所發現，研究有所收獲，體驗能獲得成功。但一些“誤差”雖說會給我們獲得最后的結論增加難度，然而就是在這充滿崎嶇的路上行走，學生才有一種征服的成功與喜悅，師生去偽存真，去粗取精，細致分析，精密推斷，這樣不是更有利于學生理性思維與科學精神的培養嗎？