科學課數據的“讀通”與“讀懂”

王天鋒

摘 要??科學課數據從原始的數字轉化為具有實證功能的證據，需要學生具有對數據的轉化和加工能力。在培養學生數據素養的過程中，教師要把握數據獲得良好的方向感，賦予數據加工豐富的空間感，使得教學朝著把握數據、形成證據、理解科學本質的視角不斷邁進。

關鍵詞 科學課 數據 證據 加工策略

小學科學課的數據很少整齊規則地呈現在學生面前，它們很多時候只是一堆數字，具有不同的面孔。缺乏精確性和直觀性，加之學生掌握的數學統計學知識極少，他們很難觀察到數據的規律性，特別是一些潛存在數據背后、須要轉換的規律，而且有些規律本身也不在學生的認識范圍內。如何引導學生讀懂數據、理解數據，將數據轉化為科學學習的證據，需要教師做出精心引導。

一、數據獲取中的不足

數據收集和處理過程是科學課堂教學的重要環節，在相對復雜的實驗環境中，學生獲取數據時會面對諸多問題。對下列問題的忽視往往會造成收集數據的失敗。

1.對數據的搜集要求——方向不明晰

在一些課堂上，教師對數據的認識不足，對數據本身的要求強調不夠，只是對活動的流程和活動的操作提出要求，導致實驗活動成為“半成品”。如在“測量小車的拉力”的教學過程中，教師試圖通過實驗裝置來滿足學生對拉力變化對小車運動變化影響的認識。實驗目標是速度測量，但是教師忽視了對數據搜集環境的要求，結果學生在實驗測試時出現了數據混亂。主要是因為學生對鉤碼數量變化模式弄不清楚，所以收集什么情況下的數據也搞不明白，收集到的數據自然也張冠李戴。對情境的剝離不夠到位，成為數據搜集失去方向的主要原因。

2. 對數據的操作影響——預設不合理

在“給100ml的冷水加熱5分鐘”的研究實驗中，實驗流程并沒有多大難度，但用250ml的燒杯裝100ml的冷水放在鐵架臺上加熱，這個活動還是有一定難度的，因為100ml的冷水量在250ml的燒杯中高度很低，要將溫度計懸掛在恰當位置，對不常使用溫度計測量的學生來說還是有一定難度的，學生往往會顧此失彼，讀出的數據自然差別很大。這說明實驗活動的難易程度影響著數據收集的成敗，教師要做好“下水實驗”，以自己的切身體驗感受數據收集過程中的難易程度，避免因為實驗本身的操作難度造成數據搜集活動的失敗。

3.對數據的測量失真——化解不及時

原始數據須要抽象，以符號化或者標志化形式代替具體的數據，故而原始數據的收集是基礎性工作。可是由于學生的操作不夠熟練或者合作不夠成功，導致數據失真的現象在科學課堂上經常見到，甚至有學生捏造數據應對老師。如在“給冷水加熱研究”的實驗中（見表1），第2小組的數據遠遠比其他組的數據高，有兩個環節存在問題，第一環節是從2分鐘開始這組的數據一直偏高，第二環節是第8分鐘到第10分鐘上升了9℃，而其他小組只是上升了5-6℃，明顯存在問題。后來發現這組學生測量時溫度計碰到了燒杯的底部，為了爭面子將8—10分鐘讀數高了3℃。遺憾的是面對這些操作失誤或者生造數據的行為，學生并沒有意識到其中的不當，教師也未能予以質疑和糾錯，喪失了進行科學精神教育的機會。

二、數據加工策略的改進

數據最終要成為證據，需要對原始數據進行抽象和篩選，獲得加工后的數據，成為論證的證據。源于學生認知特點，小學階段數據轉化還存在一定難度的，需要教師的精心引導和扶持。

首先，數據是數字，而數字卻不是數據。數字須要剝離和轉換才能成為學生認識的數據。此中有兩個層面的困難：一是學生無法將數據集中起來整體認識，缺少抽象的能力;二是學生無法建立起數據和結論之間的聯系，缺少關聯能力。其次，學生關注了數據，但不明白數據如何運用，不知道挖掘數據背后的意義。數據應成為論證的支撐，與論證的觀點匹配，說服性要強。數據的認識和運用，既是探究活動技能的培養需要，又是科學本質認識的需要。基于上述認識，我們認為小學科學課堂上的數據轉化為證據要經歷三個過程。

1.“一組”和“一個”數據——觀察比較的基礎

學生實驗活動結束，看到的第一眼會是一堆數據，在這一堆數據中間需要整理出一個數據，這個數據一般是在三個或多個數據的基礎上產生的，將這些數據轉化為一個數據，學生往往無法取舍。以“測量定滑輪是否省力實驗”為例（見表2）。

這3組數據具有典型代表性，第一組的3個數據各不相同，第二組的3個數據有2個相同，第三組的數據完全相同。這些數據是實驗中獲得的原始數據，而學生只需要一個數據，用這個數據來比較豎直提起2.5N的重物，觀察定滑輪是否省力。取哪個不取哪個，需要教師指導學生獲得取舍數據的模式和標準。這樣，學生才能深入理解實驗，深入發現數據和數據之間的關聯。

2.“表格”和“圖形”數據——分層認識的過程

很多數據不是簡單的3個數據中取得1個數據就可以獲得結果了，需要學生對數據進行深度的整理和分析，而這樣的整理和分析過程是獲得科學素養最重要的載體。學生對數據的分析和認知是有層次的，很多時候需要借助線性統計圖、柱狀圖、曲線圖來凸顯數據的特征。

學生對數據和統計圖這兩個相關量的認識會存在四種可能：讀不懂數據，讀不懂統計圖;讀不懂數據，讀得懂統計圖;讀懂數據，讀不懂統計圖;讀懂數據，讀懂統計圖。教師要圍繞具體的數據和統計圖給予學生認知的腳手架，例如在認識“熱水降溫變化規律”數據中，學生的統計如表3。

實驗數據得到了，可是學生還是難以得出水溫變化和時間之間的關系，教師提出問題：這個統計圖就像一個滑滑梯，哪個坡度的滑滑梯坡度大？坡度大的意味著降溫速度怎樣？坡度小的呢？分析之后，我們可以得出結論：熱水降溫速度先下降得快，后下降得慢，教師用后繼的30分鐘觀察數據充分體現了這一特征。

3.“常態”和“異態”數據——矛盾協調的焦點

小學科學中的對比實驗須要將變量改變前后的數據進行對比，很多時候學生會挑選對表述自己觀點有利的數據，對那些“不利”數據往往視而不見，這樣對待數據的態度是不科學的。我們應該科學對待數據，關注它們的聯系，以獲得更多真實的信息。如在研究不同形狀的紙筒承受力大小的過程中，學生匯報的數據整理后如表4。

上述數據中三角形形狀的紙筒承受重量大于正方形和正六邊形，在理論上是不可能的，這時應該還原數據的由來，解決數據的矛盾。在教師追問下學生再次演示，發現三角形研究小組將A4紙折疊成三層，然后再折成三角形紙筒，實際上是改變了紙張的厚度，從而改變了兩個變量。經過異常數據的打假，所有數據形成一組遞增的數據群。而這個異常數據同時能夠說明厚度增加、形狀不變的情況下承受力是增大的。異常數據恰恰是課堂學習進入深度研究的契機。

三、數據意義的拓展和運用

1.數據具有預測意義

科學本質上認為世界的規律是可重復、可測量的，所有的數據連接構成了現象的解釋，所以每個數據都對應著一個現象的點。教師要善于利用數據的關聯性，推測未來可能發生的現象。將科學學科從數據拓展到規律，從而使數據功能得以拓展。

2.表達數據才是讀懂

對數據的透徹理解表現為能夠嫻熟地表達數據，在表達數據的過程中，學生會更重視數據的規律。如在“擺”的實驗教學中，如何才能把這些數據信息表述成繩子的長度與擺動次數之間的關系，需要學生用圖示來表述自己的認識，圖示加數據的表示其實就是建立了一個模型，當建模成功的時候，學生對數據的表達能力得到充分鍛煉。

對數據的處理，構成了科學教育的內容之一，不同的處理方式決定著不同的效果。數據本身應該是科學教育內容之一，學生是處理數據的小科學家，實驗活動才能轉變成培養科學素養的學習活動。

[責任編輯：陳國慶]

該文為揚州市“十三五”規劃課題“實驗學習單在課堂評價中的運用研究”（G/P/16/115）項目成果之一