小誤差，大問題

鈕穎瑩

小學科學雖然課程內容淺顯，但是涉及面廣泛，有較多的實驗數據統計與測量活動。在科學實驗中，凡有觀察與測量的環節，則實驗誤差必然存在。中學生對實驗誤差已有認識體會，而在小學階段，有關誤差的問題沒有明確提出。這在教學過程中，給老師和小學生們帶來了一些問題，甚至阻礙著學生對科學本質的理解。

一、何為實驗誤差

在實驗開展的過程中，由于儀器、實驗條件、環境、測量者等因素的限制，我們無法使測量絕對精確，測量值與客觀存在的真實值之間總會存在一定的差異，這種差異就是實驗誤差。

根據誤差產生的原因及性質，可分為系統誤差與偶然誤差兩類。

由于儀器結構上不夠完善或儀器未經很好校準等原因會產生系統誤差，例如：各種刻度尺的熱脹冷縮，溫度計、表盤的刻度不準確等。此外，由于對實驗條件、測量方法的考慮不周也會造成誤差，而測量者本身的生理特點，例如反應速度、分辨能力等同樣會在測量中造成誤差。

偶然誤差是指在相同條件下，對同一物理量進行多次測量，會出現測量值時而偏大、時而偏小的誤差現象。產生偶然誤差的原因很多：例如溫度計讀數時，視線的位置不正確;實驗儀器由于環境溫度、濕度等因素的影響而產生微小變化;等等。偶然誤差很難找出原因加以排除，只有通過多次測量獲得平均值盡量逼近真實值。

二、關注誤差的重要性

在聽課教研過程中，我常常關注老師對學生實驗誤差的處理。分組實驗過程中，老師一般在巡視時已找到自己想要的數據，選取明顯符合結論的結果公之于眾，帶領學生“歸納結論”，對不一致的數據采取“冷處理”不加理會。

為了得出結論而“趨利避害”，在科學實驗中是不可取的。這種武斷的做法會帶來不少問題。

1.忽視了誤差的客觀存在，誤導小學生認為實驗得出的數據都應該是符合現有結論的;

2.對實驗缺乏反思精神，不利于培養學生探究實驗的動手和觀察能力;

3.長此以往，學生的質疑精神會受壓抑，僅剩對已有科學結論的崇拜，這種“信奉權威”的意識對探究科學并不有利。甚至會因為結論而篡改數據，嚴重違背了科學精神。

只有重視實驗誤差，培養學生嚴格控制實驗變量，養成正確操作的習慣，培養學生盡可能減少誤差的思維意識，才能幫助學生更好地理解什么是科學實驗和科學觀察。

三、引導學生正確對待實驗誤差

教師應該在每一次實驗的測量和觀察中貫徹培養學生的誤差意識和正確對待誤差的方法。

1.規范測量方法，減少系統誤差

一般而言，測量方法是造成系統誤差的主要原因。因而選取正確的測量方法，是減少誤差的首要環節。

例如，曾經聽過《運動與摩擦力》這一節課，教師讓學生測量木塊在光滑表面和粗糙表面的摩擦力，沒有強調“彈簧秤使用前需要調零”，雖然在該實驗中，是否調零對于實驗結論影響不大，但從嚴謹性上來講，大打折扣，且增加了誤差。

而我自己曾在教授《抵抗彎曲》課上，讓學生進行“寬度對橫梁抗彎曲能力的影響”實驗，過分追求由學生自主設計實驗，導致學生的實驗數據五花八門。課后反省，主要是我沒有讓學生規定好“彎曲”的標準，隨心所欲，結果則是對科學實驗的褻瀆。而后的課上，我立即糾正這一環節的不足，引導學生規范該實驗的操作要領，如此實驗數據就比較理想，顯而易見地得出結論。

2.嚴格控制實驗條件，減少隨機誤差

嚴格控制實驗條件才能保證實驗結果的準確性。

同樣是《運動與摩擦力》這節課，教師要求學生勻速拉動木塊，觀察讀數。而如何勻速拉動小木塊，這個操作難度很大。換了做實驗和看讀數的人，都會造成觀測值的不同。教師必須要做好示范工作，要求學生按照要求實驗。安排組內學生監督實驗實施者，督促其規范操作;多次實驗求得平均值，利用數學方法減少實驗誤差。

再如，測量單擺的擺動次數，這也是一個誤差較多的實驗。可與學生一起分析，如何減少誤差，提出改進意見，如：（1）計數時不出聲，避免干擾;（2）每次計數開始時擺的角度一致;（3）每一次均以擺到起始端為標準，半次則以擺到起始端的另一頭為標準;（4）集中注意力;等等。

通過與學生一起分析、討論，讓學生認識到誤差是無法避免的，只有規范操作、認真執行，才能讓誤差減到最小，才能得出科學的結論。

3.合理利用誤差，生成課堂資源

曾看到一節課例《測量呼吸和心跳》，實驗設計讓學生先測量安靜狀態下1分鐘的呼吸次數，再測運動后1分鐘的呼吸次數。而教師因為想節省課堂時間，將“測運動后1分鐘的呼吸次數”這一步驟臨時改為了“測運動后30秒的呼吸次數”，而“運動后1分鐘的呼吸次數”則由上述測得數據乘以2得出。怎料有調皮學生測量發現，真正的“運動后1分鐘的呼吸次數”與測得的“運動后30秒的呼吸次數”數據乘以2并不相等。此時教師方才頓悟，意識到考慮不周，后悔不迭，自己的臨時起意改變了原有的方法，造成了實驗誤差，影響了實驗結構。于是他毅然選擇尊重學生，正視錯誤，讓學生由此展開討論，合理利用這一誤差，讓學生探討為何“運動后1分鐘內的前后30秒呼吸次數不一致”，原本尷尬的課堂，被教師巧妙的化解，并拓展了教學內容。

類似的還有《電磁鐵》這節內容，在電磁鐵的線圈數、鐵芯、電池型號、吸起的大頭針等一致的條件下，學生測出的大頭針數目卻各不相同。原則上而言，大頭針數目應基本一致，為何存在較大誤差？教師醒悟到是由于電池的使用時間不同。電磁鐵的線圈中是短路電流，電池電量消耗極大，因而使用時間稍有長短，磁力即會引起很大改變。此時教師順水推舟，改變課題，要求學生由此來檢測比較所使用的電池的電量大小情況，從另一個角度完成了本節課的教學內容，合理利用了實驗中的誤差。

4.學會觀察與辨別異常數據

學生在實驗后，獲得并記錄數據，教師要引導學生對實驗數據進行觀察與分析。注意查看是否存在異常數據，如果有，則需要重新回顧實驗，看是由什么原因造成的，以便改進后重新實驗。

例如，下表1是一個小組的水溫測量記錄表，要求學生觀察記錄表，看是否存在異常數據。

在第2位同學的數據中。第二次實驗結果相比于其他數據要高出不少，且趨勢相反，屬于異常數據，表明在實驗操作過程中可能存在一些問題。

在小學科學實驗中，實驗次數一般需要3次，所以，這樣的直接觀察是比較方便的，能夠較容易地發現實驗誤差。當然，觀察異常數據的目的是為了幫助學生發現實驗中的問題，通過改正或改進實驗操作來減小是按誤差，而絕不僅僅是為了摒棄數據，直奔正確結論。