例談科學實驗數據的優化策略

周偉軍

【摘 要】在科學探究活動中，獲得實驗數據并分析歸納出結論是非常重要的環節，而學生在獲取數據、分析數據的過程中會出現各種問題，教師要直面這些問題，并通過課前排摸特殊數據，做到有的放矢；關注缺失數據，啟迪學生多次驗證，獲得新知；扼制虛假數據，還原科學的本真；巧用另類數據，收獲意外的驚喜；理清大量數據，化繁為簡出真知。最終修正并解決問題。

【關鍵詞】實驗數據 優化 策略

科學探究要培養學生的實證意識。數據作為探究實驗中常見的記錄手段，對事物、現象進行定性、定量分析時，它能使我們的條理更清楚，結果更精確，有著其他方法不能替代的作用。作為一線的科學教師，應重視對學生數據意識的培養，關注學生實驗數據中出現的問題，并能合理地引導、利用，使簡單枯燥的數字轉化為優美動聽的音符，譜寫一首和諧的樂章。

一、排摸“特殊數據”

課前，教師一定要認真研讀教材、 了解學生、熟悉實驗器材， 做好下水實驗。預設學生在實驗中可能會出現哪些“特殊數據”， 并對造成這些“特殊數據”的原因進行初步分析，并據此規劃和設計教學過程。如2014年度省小學科學理事會活動中，筆者執教了五年級下《擺的研究》一課。為了準備實驗材料，筆者進行了多次“下水實驗”。第一輪是用“添加鉤碼”的方法探究“擺錘的重量與擺的快慢是否有關”。試了幾次，并將15秒內擺動的次數統計如表一。

觀察這些數據，筆者發現數據與科學理論完全不符，分析其原因是掛鉤碼存在著問題：一個接在另一個下面，掛成一長條，不是掛成一橫排，掛法不同導致了實際擺長發生了變化，當然擺動次數就變化了。于是筆者再次實驗，把鉤碼掛成一排，得到的數據如表二。

第二輪的實驗結果較前次在準確度上有很大提升。但不難發現，3倍重量的數據仍有誤差。在多次實驗后筆者發現，鉤碼掛在一起時，擺錘的體積變大，外形更加不規則，擺動時有些晃動，從而影響了擺的重力加速度。為了既不改變擺的長度，又不改變擺錘的大小，筆者改進了實驗材料，把鉤碼換成了兩個大小一樣但輕重不一樣的實心球。第三輪實驗，結果令人滿意。從整個下水實驗可以得出，要減少“特殊數據”的產生，教師要選擇合適的實驗儀器。

所謂工欲善其事，必先利其器。教師在“下水實驗”中排摸了“特殊數據”，找到了影響因素，并有效地進行了改進：從改變掛鉤碼的方式到改進實驗材料。合適的實驗材料為學生開展真正的科學探究提供了保障。

二、關注“缺失數據”

實驗數據是科學探究過程的見證，更是得出科學結論的依據。沒有了這些數據，或者說缺少了部分數據，會直接影響實驗的效果。然而，在科學探究活動中，學生得到的數據并不是“十全十美”的，存在著缺失現象，或遺漏，或不全，對此教師應適時引導，關注這些數據，增強學生對數據的敏感性，使學生從被動記錄到主動分析數據，能自覺運用數據來解決問題，提高探究效率。

如教科版三下《磁鐵有磁性》一課，筆者讓學生通過實驗完成磁鐵能吸引哪些物體的實驗記錄：能被磁鐵吸引的物體請打“ √”，不能被磁鐵吸引的物體請打“ ×”。筆者巡視到其中一個小組時，發現了如下的實驗記錄：

筆者發現這個組有兩項沒有填，覺得很疑惑：“你們還沒有完成嗎？他們組都好了。”組長迫不及待地回答說：“老師，不是的。我們猜測紙片和泡沫是不會被磁鐵吸引的，但實驗了幾次后發現有些碎紙片和小塊的泡沫也會被吸引。所以我們不知道怎么填，就空在這里了。”此時，筆者引發學生思考：“為什么磁鐵只吸引這些碎紙片、小泡沫呢？”此時，教師邀請他們上講臺再次進行實驗驗證，通過實驗他們發現：“小紙片、泡沫原來不是真正被磁鐵吸住，是由于天氣干燥、磁鐵發熱等客觀原因造成靜電現象吸附在磁鐵上面，是一種假象。”學生恍然大悟，教師順勢讓學生遷移到以前學過的靜電現象。

對于此表格數據缺失的原因，主要還是學生對生活的觀察和體驗較少，教師要引導學生通過其他渠道去觀察和體驗，因為只有通過比較直觀的視覺體驗印象才深刻。這就要求教師要能準確把握學生的原有認知，不武斷地作出不合理的判斷，以免抹殺學生學習的積極性，在充分了解情況的前提下，啟迪學生解決問題，發現真知。

三、扼制“虛假數據”

蹲下身來，深入學生，參與學生的探究過程，了解真實的數據，對于培養學生的實證意識至關重要。這個過程，不僅能拉近師生之間的關系，讓教師及時發現學生中出現的問題，還能有效避免學生在實驗時敷衍了事、弄虛作假。筆者曾經在執教五年級上《蚯蚓的選擇》一課時，就遇到過學生“創造”虛假數據的情況。筆者讓學生同時探究土壤和光亮的條件。其中有5個組進行了“蚯蚓喜歡潮濕還是干燥的土壤觀察”的實驗。觀察實驗后，學生反饋數據記錄如下：

在參與各個小組的探究實驗的過程中，筆者有意識地了解了各組的實驗數據，并且根據數據的特征，選擇了3個組（第1組、第2組和第8組）進行匯報。其中第8組的數據比較特殊，待在中間的蚯蚓比較多。可是當第8組的代表上臺匯報時，筆者卻發現他們把數據改了，改得和第2組的一模一樣。以下就是第8組前后數據的比較（單位：條）：

筆者問他們為什么沒有如實回答，一位學生說“其他組的結果都是兩邊的多，我們肯定是錯的！”其他組員則紅著臉不說話，典型的人云亦云，從眾心理。筆者再問“在實驗過程中，實驗的真實情況是怎樣的呢？”他們的頭更低了！他們的記錄是實驗的真實反饋，可他們卻沒有如實面對。對此，筆者沒有在課堂上繼續追究，而是選擇在課后與他們小組進行了再一次的實驗探究。

盲目的從眾心理會影響學生的判斷力，會抑制學生個性的發展，束縛思維，扼殺創造力，使人變得缺乏主見。而科學的探究活動追求的就是真實，發展的是學生的個性，這種因盲目的從眾心理而“復制”出來的“虛假數據”，必須加以扼制，抹去浮華，使學生的探究回歸科學的本質。當然這種扼制還應該是有節制的、委婉的、機智的，不能適得其反。

四、巧用“另類數據”

科學探究過程中，由于實驗方法、實驗器材以及每個人的觀察力、操作能力等不同，實驗觀測值和標準值之間，總是存在著一定的差異，會出現一些另類的數據，有可能是錯誤結論，也有可能是另含玄機。這就需要教師善于捕捉這些信息，善于引導學生分析這些數據之后的科學知識。

例如六年級上《做框架》一課，要求學生設計制作一個可以支撐重物的正方體框架。各小組完成了設計圖之后便開始實驗承重能力。幾分鐘后，小組探究結束，教師將各組數據一一展現在課件中。

接著，教師讓學生仔細觀察這些數據，找出其中的規律。在靜靜地思考1分鐘之后，有學生發言：“斜杠越多，承載能力越大。”教師追問：“你是根據哪些數據找到這個規律的？”這位學生繼續以第3組、第5組和第8組的數據進行比較。此時，有學生進行了反駁：“我不同意你的說法，如第2組和第4組比較之后，斜杠少的反而承載能力更好。”此時，教師巧妙利用這個生成點，讓第2組的學生現身說法，上臺展示作品，當場實驗（斜桿架在正方體框架的對角線上）。實驗后的真實情況讓學生心服口服。接著教師再次追問：“第2組的作品為什么承重力就大了呢？你又有什么新的發現？”學生紛紛舉手，概括出了“三角形框架越多，承載能力越大”的結論。教師從“另類數據”激發了學生積極的思考，引發了沖突，繼而合理地利用了這個沖突，使學生的理解更加深刻。

特級教師章鼎兒曾指出：小學科學教學過程中，學生犯“錯”是難免的事，從某種意義上說，越出“錯”反而越真實、越科學、越全面、越深刻。學生在探究過程中出現的各種另類數據，同樣是真實的、科學的，是現實狀態的反映。當科學課堂中出現另類數據時，教師要勇于直面意外，引領學生去思考、去發現：重視事實根據，合理懷疑；傾聽和考慮他人的不同觀點或解釋；多次實驗，根據新的證據，懷疑、修改自己的意見。讓學生在質疑、改進的過程中得到鍛煉與提升。

五、拾擷“繁雜數據”

數據收集的過程亦是學生實驗、實踐的過程，也是學生最喜歡的環節。學生在科學探究活動中，收集的數據有時會特別多，看上去會有些凌亂，它們就像一顆顆散落的珍珠，只有通過整理、分析——去粗取精，才能集成一串，成為項鏈，才能發揮數據應有的作用。同時，當學生面對大量數據時，往往會顯得手足無措。教師此時就應該從學生角度出發，按照一定的方法厘清關系，尋找真知。例如在2015年浙江省小學科學特級教師網絡工作室的研討活動上，有教師執教了三年級下《磁鐵的兩極》一課，教學過程中該教師采用了磁感應傳感器，讓每個小組的學生進行充分的實驗，得出了大量的實驗數據，如下表。

（續表）

以上數據對于學生來說，煩瑣難懂。就連臺下聽課的教師也為這些學生擔心。課堂沉寂了一段時間之后，該執教教師進行了恰當的引導：“我們可以豎著觀察一列數據，也可以橫著比較一行數據。大家再觀察比較一下。”方向明確了，方法了解了，學生的思路就打開了。接下來的小組討論非常熱烈，匯報環節更是精彩紛呈。學生不僅明白了不同的磁鐵磁力大小不一樣，而且還發現了同一塊磁鐵中，兩端的磁力最大，中間的磁力最小。

面對數量眾多的數據時，學生往往會無從下手，這就需要教師點撥引導，把有關聯的數據放在一起比較，使這些“零珠碎玉”發揮價值，讓學生在思考、討論中找出數據中隱含的規律、聯系，串成更有價值的珍珠項鏈。

在科學課堂教學中，“用數據說話，用數據驗證”這一觀點貫穿于整個科學課堂教學中。通過培養學生的數據意識，使學生通過探究尋求正確的數據來證明自己的觀點，并自覺運用數據解釋相關的問題和現象。用數據說話，有助于學生尋找規律；用數據驗證，有助于學生探究，從而得出正確、科學的結論，也能使探究活動變得更真實、更準確、更有效。

參考文獻：

[1] 張紅霞.科學究竟是什么[M].教育科學出版社，2003.

[2] 吳利堅.不該被漠視的數據[J].科學課.2007（4）.

（浙江省龍游縣橋下小學 324400）