科學課中學生數據收集與分析的指導策略

《科學（ 3-6 年級） 課程標準》指出：“親身經歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑。”然而，科學探究不能孤立存在，它依附于科學概念的構建，因為概念的生成而賦予更大的價值和意義。小學生科學概念的形成又離不開實驗數據的收集和分析，這些基于數據收集和分析的探究活動，不但具有豐富的動手過程，更能培養學生數據收集與分析能力、實證意識和邏輯思維能力，在提升科學素養上具有獨到的價值。

但是當前科學課的教學偏重于“問題提出”“猜想與假設”“觀察、實驗”等探究技術的指導，而對數據的收集與分析指導卻不夠重視，致使學生的興趣過多地集中在動手過程上，弱化了科學實證意識和科學思維能力的培養。因此，科學教師必須重視對學生探究過程中數據收集和分析的指導，做到探究過程真實有保障，數據分析到位有深度，概念得出自然有價值。

一、選擇恰當材料，保證指向明確

要便于學生有效地開展探究活動，精心選擇有結構的探究材料是基本保障。但是由于各種材料間、材料與探究學習內容及目標之間具有緊密且復雜的聯系，因此教師對“材料結構性”產生了各種不同理解，從而導致學生學習的結果也各不相同。

如在教科版小學《科學》五年級上冊《巖石會改變模樣嗎》一課“流水對巖石風化作用”中，有教師提供了摩氏硬度7左右的“花崗巖”或3左右的“石灰巖”兩種方案，實驗現象差異也非常大。采用花崗巖的實驗后，學生基本不能觀察到花崗巖“風化”的現象，而采用石灰巖現象就非常明顯。分析發現，“花崗巖”不但不利于學生通過實驗發現水流會對巖石產生風化作用，還會挫傷和迷惑學生的認知。而“石灰巖”是將發現“巖石風化”現象當做最大的追求，雖然很容易讓學生覺察風化現象，但也有過程簡單化、平面化的不足，尤其是不能呈現“巖石風化是一個漫長的過程”這個目標。

奧蘇貝爾在有意義學習必須具備的條件中提出了“學習材料本身必須具備邏輯意義”的觀點，對小學科學探究材料的選擇至少有兩重指導意義：一是材料承載的知識信息需要有層次性，二是材料要有推動學生認知發現的邏輯層次性。這與當前小學科學教育中為學生提供“有結構的材料”理論相符。所謂“有結構的材料”是指材料的種類與組合以及交給學生的次序，它包含“承載信息、組合活動、豐富思維”的多重作用。這就需要教師提供蘊含啟迪、誘導、支持學生主動地、能動地探究的材料，既能指向概念目標，又能觸動思維發展。因此，在“流水對巖石風化作用”的探究過程中，先提供“花崗巖”引發學生對“流水能否對巖石產生風化作用”產生爭論，再提供“石灰巖”讓學生觀察到“風化現象”才是更好的選擇。只有這樣，才能在提升科學概念與事物更緊密的聯系和獲取對事實完整、真實的認識之間找到平衡點，培養學生深度的思維能力。

二、正確使用工具，提高采集精度

實驗數據的收集依賴于溫度計、測力計、量筒、天平等測量工具。工具的精度越高越需要正確和嚴謹的操作技能，學生只有較熟練地掌握了使用方法和操作規范，才能取得準確、可靠的數據。因此，在使用前教師必須細致地教授使用方法，講清操作要領，并要求學生嚴格遵照規范操作，同時還要讓學生反復練習，從而比較熟練地掌握。另外，在每次使用前，教師還需要讓學生回顧操作方法，以免學生因輕視或遺忘使用方法造成測量誤差。

如在教科版小學《科學》三年級下冊《水結冰了》一課的用玻棒溫度計測量“水在什么時候結冰”活動中，各小組得到了以下的數據：

很顯然，除了第四組，其他小組的數據與“當環境溫度低于0℃，水的溫度下降到0℃時，開始結冰，從液體狀態變成了固體狀態”的教學目標都有一定的偏差。經過了解，第一、五小組是因為溫度計的液泡過于靠近試管壁，導致讀數偏低；第二小組是由于學生站著俯視讀數，視線沒有與液柱頂端平行，導致讀數偏大；第六小組是由于測量的時間太短，液柱上升還沒有停止就急于讀數了；第三小組是由于溫度計液柱出現斷裂，無法隨著液泡內液體的熱脹冷縮而上升或下降。通過測量方法的糾正和對溫度計的調換，各小組終于獲取了比較正確的數據。

上例告訴我們，倘若收集的數據不能很好地支持“水的溫度下降到0℃時，開始結冰”的結論，教師很可能只得以“我們的數據有問題，科學家的結論是0℃”匆忙結課。因此，學生正確使用實驗器材是確保收集到數據有效的重要前提，教師必須加強這方面的指導，這也有利于學生體會到數據的來之不易，養成嚴謹細致的科學態度。

三、尊重實驗現象，保障數據有效

尊重實驗數據就是對事實的尊重，對探究的依賴，對結論的謹慎。因此，科學課將“尊重數據、尊重事實”作為科學思想的核心目標加以強調，要求學生基于觀察到的事實和數據作出客觀的分析與解釋。教師也會反復告誡學生想象不是事實，更不能通過涂改數據迎合結論和老師。然而，學生從小接受著“有錯就改”的反復教育和操練，由此造成了“盲目隨眾”現象，缺乏刨根究底的習慣。為了完成實驗記錄表，隨手一抄，隨便一改，并不講究為什么是這樣，更缺少對自己錯誤原因的探查與反思。科學教師應該讓學生深刻體會到：實驗數據對于結論的得出至關重要，只有建立在真實數據上的科學結論才是真正的“學問”。

例如，《電磁鐵的磁力》一課“電磁鐵磁力大小與線圈圈數關系”的活動，探究的是“線圈圈數越多，磁力越大”的現象。通過實驗活動，某一小組得到了以下的數據：

在課堂交流反饋中，該小組的學生發現自己的數據與其他小組的不同，且不能支持假設，于是根據自己的主觀感覺修改起了數據。

科學探究是學生對未知領域事物、現象的研究活動，由于實驗器材、操作技能的差異性，探究過程中出現“異常數據”十分正常。當這種情況出現時，教師要從尊重實驗數據的角度加以正確引導，讓學生明白只要操作正確，那么得出的實驗數據都是“真實”的，應該如實記錄。同時，更要善于引導學生對“異常數據”進行分析，幫助學生排除實驗材料和探究過程中不利因素的干擾，反復檢驗數據。上例中，通過分析，發現數據異常是因為實驗操作的時間太長、電池電力耗盡引起的，通過更換電池重新實驗，這組學生得到了與其他小組相似的數據。

四、正確對待誤差，減小數據偏失

在探究過程中，教師總是努力精選實驗器材、細化實驗過程、規范學生的操作方法，竭力幫助學生獲取與驗證結論相一致的數據，然而受材料和學生認知局限性的影響，數據誤差依然難以避免。此時，教師要引導學生正確理解在非理想狀態下，誤差是很難完全避免的，同時更要讓學生了解導致誤差的原因，盡可能減少誤差。

教科版五年級下冊《擺的研究》一課“擺的快慢與擺錘重量有關嗎”的研究活動中，有小組得到了以下的實驗數據：

出現這樣的數據是此項學習活動中的普遍現象，所有小組的實驗數據都明確表明“擺錘的重量不同，擺的快慢也不同”，這顯然不是教師需要的結果。有些教師為了讓學生得出與教材一致的結論，往往會將數據一帶而過，輔以“三組數據很相近，所以擺的快慢與重量無關”的說教，強行將結論灌輸給學生。雖然教師清楚這屬于正常的誤差，但這種不以證據為基礎的說教，很容易給學生造成數據與結論相符就用、不相符就不可取的不良印象。因此，當誤差不可避免時，教師必須帶領學生深入解讀數據，引導學生尋找誤差的原因，只有知道造成誤差的原因是什么，才會努力提高數據精度。在上例中，教師首先可以讓學生閱讀和分析數據，思考以下兩個問題：

（1）隨著擺錘重量的增加，數據有什么變化規律？

（2）你能從數據中發現擺錘的重量與擺的快慢有什么關系嗎？

（3）科學家測量后認為“擺的快慢與擺錘重量無關”，對此你們有什么想法？

經過分析，學生發現這些數據雖然不同，但比較接近，但又沒有規律性的大小變化，所以不能得出擺錘的重量與擺的快慢關系的結論。通過師生進一步研討，學生又意識到：依靠人工喊“開始”和“停”，不可能保證每次的時間正好是15秒；負責放擺錘的同學每次聽到“開始”口令后，反應時間也不一樣……這些因素都會造成數據出現偏差。

通過上述的研討，不但可以讓學生意識到“誤差”的存在，更能使學生明白“精確操作”“多次測量”等方法可以減小誤差帶來的影響。

五、建立整體觀念，系統分析數據

科學結論的得出要經得起反復的驗證，但由于時間限制，課堂中能給學生多次重復驗證的機會并不多。因此，全班性的數據展示、多小組數據的對比分析就成了學生重復驗證的較好替代方法。另外，同一實驗的不同數據、不同實驗的同類數據中都包含著豐富的信息，如果有意識地引導學生縱向橫向對比分析，很可能會引出獨到的見解。然而，在數據展示和分析階段，學生習慣于在自己小組數據的基礎上得出結論，教師也對展示全班數據比較輕視，這種以偏概全的不良習慣，對培養學生整體分析數據的意識是很不利的，需要加以糾正。

如在教科版六年級上冊《抵抗彎曲》一課中，某教師一改傳統單組數據展示的方式，讓所有小組將“增加紙的寬度”和“增加紙的厚度”后抵抗彎曲能力的實驗數據匯總填入大屏幕展示的匯總表中，如下表：

通過6個小組“增加紙的寬度”和“增加紙的厚度”的數據分析，學生輕易地完成了紙的寬度及厚度與抵抗彎曲能力之間關系的研究。由于將兩組數據排列在一起，此時教師稍加以引導，學生馬上從橫向的比較中發現了“同樣增加紙的倍數，增加厚度可以更好地增強紙的抵抗彎曲能力”。

上例表明，當教師引導學生運用系統整體的視野閱讀和分析數據時，數據就會變得簡明、醒目和形象。同時，數據由散轉整、由繁變簡的分析過程，也更能突顯概念間的內在聯系，展現知識網絡結構。

加強學生數據的收集和分析能力的培養，是促進學生尊重證據科學態度形成的一個重要載體，這既需要教師在教學實踐中加強指導，也需要學生在一次次自主探究中體驗、感悟，逐漸形成。只有這樣才能使學生在探究中學會探究，強化實證意識和科學思維能力的培養。

（浙江省嘉善縣教育研究培訓中心 314100）