依托實驗數據促進學生深度學習

王偉蘭

在小學科學的實驗數據收集中，往往存在很多特殊數據。在實際教學中，老師往往會疏忽對這類數據的分析，阻礙了學生課堂學習的深度發展。本文通過集體論證來樹立科學意識、合理設計來提高操作規范性、改進材料從而保障實驗有效性等方法，讓學生大膽質疑，深入剖析原理，充分分析數據，探究背后的原因，促進學生認知建構的發展，提高思維和探究能力的水平，促進學生深度學習。

在小學科學教學中，收集和整理數據是小學科學教學中很重要的一個部分，尤其是在小學高段教學中，經常會出現數據分析的實驗。在實驗結束之后，要對所獲得的數據進行分析，從而驗證假設，揭示規律，推導結論，是學生思考與獲取科學結論的重要依據，也是學生進行深度學習的有效途徑。但是在實驗數據收集時，我們會發現在這些大量的數據中，往往存在特殊數據。它不同于實驗中的一般數據，給我們的結果揭示帶來一定的障礙。而在實際教學中，老師往往會疏忽對這類數據的分析，而直接以老師的小結作為實驗結論。這樣的教學容易讓學生形成“隨大流”心態，造成對自己的實驗結果不自信以及對教學內容的不認可，阻礙了學生思維能力的發展，學生深度學習的目的亦無法實現。筆者對關于實驗中特殊數據的產生進行闡述，大膽質疑，深入剖析原因，分享正確對待特殊數據的策略。

特殊數據主要分為三大類：一類是得到的數據與理論看起來不符合;一類是與正確范圍相差不多;一類是與正確范圍相差較大。在科學實驗中面對特殊數據時，一定要分析這些數據產生的背后原因，讓學生的思維、能力、科學素養等在科學實驗中得到不斷的鍛煉和提升，從而達到深度學習的目的。

一、變“沖突”為“共識”，樹立科學意識

科學理論是對某種現象或事實的科學解說和系統解釋，是由一系列特定的概念、原理（命題）以及對這些概念、原理（命題）的嚴密論證組成的知識體系。科學理論為實驗數據的得出提供了一定的理論支撐，使得實驗數據更加具有說明性。在科學實驗進行過程中，實驗數據獲得與正確分析能夠幫助學生得出某些科學理論或者道理，但是有時候實驗數據會出現與理論不相符合的現象。學生遇到此類情況，經常會疑惑：數據和理論真的不符合嗎？

例如，六年級上冊“能量”單元《電磁鐵》一課，從理論上說，通電的線圈能產生磁性，斷電后磁性消失。而在實際的測量中，斷電后，電磁鐵還能吸起1～2個大頭針。這種現象似乎與理論不相符。對六年級的學生而言，存在一定的誤解。但是如果細細分析，就會發現數據與理論是符合的，由于通電之后會使得鐵釘磁化，因此雖然斷電，鐵釘還是暫時處于被磁化的狀態。如果繼續放置，鐵釘會消磁，也就吸不起大頭針了。

科學的發展其實也是一個不斷試錯糾錯的過程，這些錯誤數據的出現本身就是一個很好的內容。當此類錯誤數據出現時，我們應該樹立科學意識，實事求是地記錄，而不應該因為數據與理論有所沖突而丟棄。通過建立學生研討交流的平臺、形成集體論證的氛圍等方式，使得實驗的匯報交流也不再是簡單的數據呈現和結論得出，而是不斷對話、推理和證明的過程。通過分析錯誤數據，能夠極大地引發學生的思維沖突，當學生在沖突中學會分析、找尋道理、探尋其真正的內在聯系時，學生的認知體系便得以重新梳理，思維能力也得以大幅度提升，從而達到深度學習的目的。

二、變“差距”為“標準”，提高操作規范性

實驗數據允許存在一定的誤差范圍，造成誤差的原因很多，比如，在測量和實驗中未發覺或未確認的因素所引起的誤差、同一條件對同一對象反復測量并消除了系統誤差的影響后每次測量的結果還會有差異等。當測量所得數據處于誤差范圍時，一定是正確的嗎？

其實不然。例如，在《測量力的大小》一課中，學生所用的測量重物的重量為一個鉤碼，一個鉤碼的重力為0.5牛，但是學生在測量過后，會提到很多數據，如0.49、0.48、0.51等，這些數據與正常范圍相差不大，處于誤差的正常范圍之內。

如果老師聽之任之，那學生將失去一次進行深度學習的好機會。老師應帶著學生一起去思考：這些看似正確的數據，一定是正確的嗎？導致它與正確值之間存在差距的原因是什么？從實際的操作中，學生會發現，每個人看指針的位置是不統一的，有些是略微高于或低于平視位置。再如，之前操作時的調零，每個人的標準也不完全統一，因此會造成特殊值的產生。盡管這些特殊值屬于正常范圍，但依然存在產生誤差的原因。由此可見，與正常范圍相差不多的測量值，也不一定是正確的。

當遇到數據與正常范圍差不多時，老師應該重視數據間的微小差距，通過組織學生充分利用數據來解釋，讓學生帶著問題去思考，幫助學生樹立規范實驗操作的觀念。即使是細微的差距，也可以通過合理設計實驗、提高操作規范性等方法來縮減。

三、變“問題”為“思考”，保障實驗有效性

測量值與正常范圍相差較大的現象也時有發生。當所得數據與正常范圍相差較大，一定是測量的問題嗎？面對這些“特殊值”時，無須放棄，分析一下，就會發現其中的奧秘所在。

還是以測量電磁鐵的磁力為例。用一節電池吸起的大頭針數量為12個，用兩節電池吸起的大頭針數量為26個，用三節電池吸起的大頭針數量僅為3個。當問題出現時，小組的學生展開熱烈的討論。根據他們的經驗，他們都認為這是由于測量不當引起的，因此他們進行了多次實驗，結果三節電池還是只能吸起2～3個大頭針。老師向全班學生公布后，全班學生想了很多原因：是不是導線的原因？是不是漆包線兩頭的漆沒有去除干凈？是不是有一節電池沒電了？在全班學生的幫助下，該小組的學生發現了其中的問題所在，原來是其中的一節電池沒電了，由于這節電池在前幾次的實驗中，電量已經消耗殆盡，因此在進行第三組實驗時，這一條線路處于斷電狀態，沒辦法測出準確值。看來與正常范圍相差較大的數據，也不一定是測量的問題。

在學生實驗過程中，實驗材料是保障實驗有效進行的前提條件，因此好的實驗材料在實驗中可以起到事半功倍的作用。有時錯誤數據的出現也不一定是測量的問題，材料的選擇也會導致測量數據的偏差較大，因此改進材料、合理選擇材料是保證數據有效的前提，這樣才能從源頭上保證數據的有效性。老師可以通過下水實驗、精選材料、自制教具等方法為學生創設有效的實驗操作環境，以獲取真實有效的實驗數據。

科學課堂中存在大量的實驗數據，老師如果不好好利用，數據也只是一個“過客”。通過集體論證來樹立科學意識、合理設計來提高操作規范性、改進材料從而保障實驗有效性等方法，讓學生充分分析數據，獲取有用信息，找尋規律，探究背后的原因。只有這樣才能有效促進學生認知建構的發展，提高思維和探究能力的水平，促進學生深度學習。