實驗數據對比下的科學研究

潘莉

“抵抗彎曲”是小學科學六年級上冊“形狀和結構”單元的起始課。六年級的學生對身邊物體常見的結構有一定的了解，所以教師在設計這節課時主要是讓學生通過自主設計實驗來研究橫梁的抗彎曲能力，了解增加寬度、厚度都能夠增強橫梁的抗彎曲能力;在已有的實驗基礎上，改進探究實驗的教學方法，通過兩次實驗不同數據的縱向、橫向對比，使學生認識到在不增加材料的情況下，增加厚度比增加寬度更能夠增強橫梁的抗彎曲能力，從而推理在現實生活中建筑物橫梁立著安放的原理。

一、利用多媒體教學引出問題

借用多媒體有著信息面廣量大的特點，在課堂伊始我出示了杭州灣跨海大橋圖片，向學生展示橋梁結構。隨后展示多張橋梁和簡易房屋圖片，確立“橫梁”和“柱子”的概念，進而有效完成了“橫梁”和“柱子”兩個概念的教學。之后，課件出示一張被重物壓塌的橋梁圖片，引導學生思考是什么原因引起了橋梁的坍塌、橋梁的抗彎曲能力與哪些因素有關，進而引出橫梁的材料、寬度、厚度、長度、柱間距等因素。這時利用課件展示不同類型的橋梁，這些橋梁的材料寬窄、厚薄、柱子數等因素之間存在的差異，載重量各不相同。最后確定本節課探究的內容，選取寬度、厚度兩個因素，以紙梁代替橫梁，以木塊代替柱子，合作探究寬度、厚度兩個因素與抗彎曲能力有什么關系。

二、將學生的猜測加入課堂

鼓勵學生猜測，不僅能更好地了解學情，還能更加有效地讓學生的舊知識與新知識發生碰撞。尤其是將實驗之前的猜測與實驗之后的真實數據進行對比，會發現存在很大的差異，以便于學生明白實驗的意義，懂得科學探究的重要性。

（一）猜測影響橋梁抗彎曲能力的因素

讓學生自己猜測影響抗彎曲能力的因素有哪些，并說出猜測的理由。學生的猜測是多方面的，如：寬度、柱子的數量、厚度、材料等因素都會有所影響。最后，教師確定本節課研究寬度、厚度兩個因素。

（二）有依據地預測

在學生實驗開始之前，教師出示一倍寬的紙梁，用木塊做橋墩，演示橫梁能承受的墊圈個數。當第二個墊圈放上去的時候，橫梁接觸桌面，引導學生思考此時橫梁的抗彎曲能力應該如何取數（放上去的墊圈數減去一個）。在這個數據的基礎上讓學生對二倍寬、四倍寬、兩倍厚、四倍厚的情況進行預測。目的是讓學生有根據地猜測，保證之后的預測每人之間的差距不會相差太大。六年級的學生能預測橫梁承受墊圈的個數會隨著寬度、厚度的增加而增加，但是數據相差不大。也就是二倍寬和二倍厚的預測數據幾乎差不多。但實際上實驗后的數據顯示成幾倍增長。這樣學生的印象會更深刻，思考也會更深入。

三、引導學生在實驗中規范操作

（一）統一實驗要求

小組合作完成一倍寬、二倍寬、四倍寬的實驗探究，學生在記錄紙上及時地記錄自己小組的實驗數據，組長上臺在黑板上寫上小組的數據（如表1所示）：

引發學生思考：看了數據有什么發現。學生會發現寬度越寬，抗彎曲能力越強;還會發現每個組數據不一樣，相差很大。這時引發學生思考：教師給每組學生提供的材料都是一樣的，是什么原因導致每個組之間的數據相差這么大。學生會猜測：每組兩個木塊（橋墩）之間的距離不一樣;放置墊圈的位置不一樣;木塊放置的方法也不一樣……想要驗證猜測的是否準確，最好的辦法就是再次實驗驗證，這次實驗之前教師把學生所能猜想的問題都進行了統一，例如：木塊都立著放，木塊之間的差距都是12厘米，放墊圈放置在橫梁的中間位置且疊加……

再次實驗，統計數據（如表2所示）：再次比較數據，會發現每組之間的數據都差不多，雖然還有差距，但明顯跟第一次試驗相比沒有幾倍之差了。教師要引導學生學會實驗，學生則要會辨析實驗中會遇見的問題和解決問題的方法。讓學生體會實驗時統一要求規范實驗的重要性，從而培養學生思維的緊密性。

（二）改進厚度變量的控制

“抵抗彎曲”一課在變量厚度的控制時，一倍厚就是一張紙，兩倍厚變量則采用的是把兩張一倍厚的紙張用固體膠粘合起來，四倍厚的紙張亦然。細細思考：這個實驗的方法是對比實驗，小學科學里的對比實驗只能改變一個變量，而這樣改變厚度變量的方法不僅改變了厚度，質量也隨之改變了，顯然這是不科學的。

在本次的教學時，我做了改進：實驗時采用的紙張都是同種顏色的卡紙，第一次實驗時每組探究的就是不同寬度變量，在研究不同厚度的實驗時，讓學生就把兩倍寬的紙梁變成兩倍厚的紙梁，采用的方法就是對折，之后用固體膠水稍加黏合固定。四倍寬的紙梁折合成四倍厚的紙梁。

上面改變厚度變量的做法，材料的多少沒有變，變的僅僅是厚度。與之前的教學方式相比較，這樣的教學更科學，實驗時僅是從寬度變成厚度。在之后的實驗數據對比上更加直觀，真正意義上的同一張紙在改變了厚度時，承受墊圈的個數成倍增長。與現實結合更加緊密，學生能夠真正懂得在材料相等的情況下，增加厚度比增加寬度更能夠增強抗彎曲能力。

四、注重實驗后的數據分析

實驗數據的記錄表格是小學科學實驗課的教學中非常重要的輔助教學工具。一個實驗記錄表的巧妙設計，不僅更加方便學生在實驗時的及時記錄，而且能夠進一步培養學生的觀察能力，促進學生系統地分析和整理實驗的數據，得出相應的實驗結論，這是整個實驗的目的所在。

（一）巧妙設計實驗記錄表

針對“抵抗彎曲”這一課的數據，教師通過設計實驗記錄單做一個統計圖。分為學生的個人實驗時的記錄單（如表3所示）和教師在黑板上的統計各組數據的記錄表（如表4所示）。

（二）培養實驗數據分析意識

學生的數據分析意識和實證意識不是與生俱來的，要在實驗探究活動中不斷地培養和發展。分析數據時，學生不僅能對自己組的實驗數據提出自己的見解，而且要能夠提出相應的證據來支持個人的結論，使其他組覺得言之有理。“抵抗彎曲”這一課的數據，學生在分析自己組的數據時，很明顯能夠得出隨著寬度的增加，抗彎曲能力增強;橫梁的厚度增強，抗彎曲能力也是增強的。

（三）培養多方位分析數據的能力

數據的分析對順利開展科學實驗來說是非常重要的。只有數據分析透徹了，學生才能體會在每一次實驗中數據作為結論依據的重要性。

“抵抗彎曲”一課分為兩個實驗：一是寬度的對比實驗，二是厚度的對比實驗。學生在第一次寬度對比實驗后，從自己小組的記錄單上能夠看出四倍寬的實驗數值比二倍寬數值大，二倍寬的數值又比一倍寬數值大，所以學生能夠很快地得出結論：橫梁的抗彎曲能力與寬度有關，寬度越寬，抗彎曲能力越強;厚度亦然，隨著厚度的增加，實驗數值也隨之增大。

教師繼續引導學生思考“想要增強抗彎曲能力，是增加寬度好還是增加厚度好”，引導學生去比較、去分析實驗數據，從而得出增加厚度效果更好。以第八小組為例：一倍寬承受墊圈個數0個，二倍寬是1個，四倍寬是2個;一倍厚承受墊圈0個，兩倍厚是8個，四倍厚是30個墊圈。很明顯，增加厚度抗彎曲能力比增加寬度的效果更好。

學生基本上只能分析到這一步，這時教師再做適當的引導：在剛剛的實驗過程中，我們是怎么改變厚度的。學生會發現二倍厚的紙張依舊是原來兩倍寬的這張紙，只是通過了折疊，變成了兩倍厚。材料沒有增加，但原本二倍寬的紙梁承受墊圈是1個，變成二倍厚是承受8個墊圈，足足增強了8倍。四倍寬的紙梁承受2個墊圈，變成四倍厚后承受墊圈是30個，足足增強了15倍。這樣的數據值對比更直觀，更讓學生印象深刻。所以，學生能進一步推斷出厚度增加了，抗彎曲能力大大增加。

最后，提醒學生看教師板書上整個班級的數據，判斷是不是支持本組的實驗結論，從而進一步客觀、全面、多方位、準確地肯定實驗的結論，進而提高學生的實驗數據分析技能，培養學生的科學素養。

（責任編輯：趙昆倫）