避免小學科學實驗產生“異類數據”的策略

章杰

【摘? ?要】小學科學實驗中的“異類數據”會影響實驗結論，影響科學概念的建構。教師在科學教學中要強調實驗數據的重要性，引導學生從客觀條件、材料使用、實驗方法、心理作用等方面分析 “異類數據”產生的原因及規避策略，從而保證實驗結論的真實性、科學性，幫助學生形成證據意識，培養學生嚴謹、科學、實事求是的探究精神。

【關鍵詞】小學科學實驗;異類數據;策略;證據意識

實驗數據是學生得出實驗結論所依賴的佐證，是小學科學教學的重要內容。如果學生得到的實驗數據存在問題，將會影響科學概念的建構。異類數據，是指在科學實驗過程中，因客觀條件或人為因素造成某個學生或某組學生獲得與其他學生存在明顯差異的實驗數據，是影響實驗結論得出的因素之一。

因此，教師在教學中要強調實驗數據的重要性，引導學生從客觀條件、材料使用、實驗方法、心理作用等方面分析“異類數據”產生的原因，并積極探索避免“異類數據”產生的策略，幫助學生樹立證據意識，培養學生嚴謹、科學的探究精神。

一、避免客觀條件引發異類數據的策略

（一）保證工具精確，預防隱形“殺手”

小學科學實驗離不開各種實驗器材，而測量工具就是常用的實驗器材之一。如果測量工具出現了問題，不但會引發異類數據，且往往很難發現這個隱形“殺手”。以三年級上冊第四單元第4課《比較水的多少》為例，教師給10個實驗小組各準備了兩個體積相似的塑料瓶——1號瓶、2號瓶，課前用量筒分別在瓶子中裝了85毫升和92毫升的水，請學生用量筒現場測量水量，看看兩個瓶子里的水哪個多，多多少。各小組的測量數據如下表所示。

學生注意力一下子聚集在第五小組上，都認為他們的數據是錯誤的。教師的想法也是如此，認為第五組實驗不夠認真。可是，第五組的學生覺得很委屈。為了查找產生異類數據的原因，教師親自用第五組的量筒進行測量，結果發現這個量筒是個次品，標注的刻度存在較大誤差，以至于產生了異類數據，冤枉了第五組的學生。因此，教師在實驗前要檢查工具的精確性，預防隱形“殺手”造成異類數據。

（二）關注環境變化，趕走無形“操控手”

實驗環境是一個無形的“操控手”，也會悄然無聲地影響實驗數據。例如，五年級下冊第二單元第1課《熱起來了》要求學生測量科學教室里的空氣溫度。教師事先親自檢查每一支溫度計，它們的原始溫度都是相同的，且環境一致，學生測量的數據差距比較小。接著，教師讓學生用毛巾代替衣服包裹在溫度計上，每1分鐘查看一次溫度計。誰知，大多數小組的測量數據比第一次有所上升，與教材所說的“衣服不能增加溫度”相反。是哪個“操控手”造成了那么多的異類數據呢？原來是教師忽視了教室中的溫室效應。因為那么多的學生長時間待在教室這個相對密封的小空間里，造成室溫比剛上課時上升了一些。學生應該在明顯通風的情況下做實驗，才能得出比較科學的數據。

此外，有些實驗需要在室外完成，勢必會受到自然環境的影響。如五年級上冊第二單元第5課《光和熱》中，學生分別用1面、3面、5面鏡子產生的反光去照射溫度計，探究鏡子的數量與溫度上升的關系。實驗結果顯示，所有小組的數據出奇的一致，使用3面鏡子時，溫度明顯上升，但使用5面鏡子時，大部分小組的溫度與使用3面鏡子時是一樣的，其中有兩個小組的溫度還下降了。突然，有一個學生解開了謎底：原來在測量5面鏡子時，云層擋住了太陽光，從而導致了異類數據的產生。

由此可見，小學科學實驗往往會遇到專業實驗室不會出現的客觀因素，教師要關注這些因素的變化，及時做出調整，以避免異類數據的產生。

二、避免材料使用引發異類數據的策略

（一）嚴禁增加“小”材料，清除細微“失真源”

材料是科學實驗課的必備條件，但使用不當也會引發異類數據的產生。例如六年級上冊第二單元第2課《形狀與抗彎曲能力》要求學生嘗試使用各種形狀的紙張比較抗彎曲能力。L形、U形、波浪形的材料都比較容易操作，但圓形和三角形容易散開，難以操作。于是，教師用同一型號的16k紙做成各種形狀，只是用了少量膠帶固定圓形和三角形。結果實驗數據顯示，圓形和三角形的抗彎曲能力特別好，承受墊圈的數量特別大。教師在正常使用材料的同時增加了一點小“材料”——少量膠帶，卻導致了異類數據的產生，真是好心辦壞事。

（二）嚴禁重復用材料，減少數據“錯誤源”

為了保證實驗數據的科學性，同一材料不能反復使用，因而材料的消耗量較大。如果為了節約而重復使用材料，就會導致異類數據的產生。以六年級上冊第二單元第3課《拱形的力量》為例，在 “一”字形和拱形（不抵住拱足的情況下）的抗彎曲能力的比較實驗中，第1次的實驗數據顯示：拱形的抗彎曲能力確實比“一”字形強。但隨著實驗次數的增加，拱形和“一”字形的抗彎曲能力幾乎差不多了，實驗出現的異類數據與“拱形的抗彎曲能力比‘一字形強”的科學結論相違背。實驗材料——同一型號的16k紙具有質輕、吸水性強、硬度小、柔韌性較差、易折疊等特性。在第1次實驗中，拱形被墊圈破壞后，紙張的材質發生了改變，如果重復使用第1次實驗用過的拱形，材料承受力已被破壞，異類數據就此產生。因此，每一次實驗都要及時更換材料，這樣才能避免異類數據的出現，確保證據的可靠性。

三、避免操作方法引發異類數據的策略

（一）追查操作錯誤，消滅隱身“搗亂者”

有些異類數據并非由工具、環境、材料造成，而是因為實驗操作方法不當引起的。但這種操作錯誤往往隱藏較深，學生難以發現。

以五年級下冊第二單元第6課《擺的研究》為例，各小組要運用測量與比較的方法探究影響擺的快慢的因素。在保證擺繩長度相同的情況下，學生在掛鉤上分別依次掛上1個鉤碼，2個鉤碼，3個鉤碼，測量15秒鐘內鉤碼擺動的次數（精確到半次）。從各小組實驗數據來看，大部分小組三次實驗測得15秒鐘內擺動的次數都是9次;個別小組的三組實驗數據略有差異，為9次、9.5次、9次;一個小組的三組實驗數據差異較大，為9次、9.5次、10次，屬于異類數據。問題出現在哪里呢？15秒內相差0.5次，可以理解為誤差，因為學生的操作不一定每次都那么精確，如掐表和擺動計時的同步性。但是短暫的15秒內相差1次，它就是個錯誤。經過對比發現，問題出在掛鉤碼的方式上。其他小組鉤碼之間采用水平掛，即垂直串聯懸掛（見圖1），而出現異類數據的小組則采取并列掛（見圖2）。由于鉤碼懸掛方式不同，變相造成了擺長的差異，由此引發異類數據的產生。

（二）規范操作方法，揪出失實的“差異者”

規范的操作方法能保證實驗數據真實、準確、完整，有助于科學概念的建構。例如，六年級上冊第三單元第4課《電磁鐵的磁力（二）》要研究電磁鐵磁力與電流的關系，學生需要依次用1節電池，串聯2節電池，串聯3節電池的方式進行實驗，通過比較不同電流的電磁鐵吸起大頭針的個數得出結論。實驗數據表明，大部分小組串聯3節電池吸起的大頭針個數反而比個別小組串聯2節電池的要少。這一異類數據是如何產生的呢？經研究發現，這與電磁鐵在大頭針中的放置方法有關，大多數小組是把電磁鐵平放在大頭針上（見圖3），個別小組是把電磁鐵插進甚至埋在大頭針里（見圖4），是操作方法導致電磁鐵與大頭針的接觸面不同而產生了異類數據。可見，不規范的操作方法是造成數據失實的罪魁禍首。

四、避免心理作用引發異類數據的策略

（一）規范處理數據，克服負面從眾心理

小學科學強調用事實、證據說話。但在日常科學實驗中，發現學生實驗數據造假，觀察記錄與事實不符的現象，影響了科學探究的有效性，也違背了科學課的培養目標。

還是以《電磁鐵的磁力（二）》為例，學生完成了“電磁鐵磁力大小與線圈、鐵芯關系”的實驗后，逐個把實驗數據寫在黑板上。結果12個小組的數據都顯示“鐵芯粗大則磁力強，鐵芯細小則磁力弱”，明明剛才教師在巡視時發現有些小組記錄的實驗數據是說明“鐵芯小則磁力強”，為什么現在卻清一色地出現相同結論呢？原來，最先板演數據的兩個小組提出了“鐵芯大則磁力強”的結論，雖然后面小組的實驗數據與之相反，但認為可能是自己的數據有誤。于是，他們臨時篡改、放棄了真實的實驗數據。這樣一來，異類數據就產生了。為了避免負面從眾心理對實驗數據的干擾，教師要求各小組上交實驗記錄單，實事求是地將數據輸入電腦。結果發現數據說明“鐵芯小則磁力強”“鐵芯大則磁力強”的小組各一半，從而得出“電磁鐵磁力的大小與鐵芯的大小無關”的有效結論。

（二）科學推測數據，樹立實事求是精神

在科學實驗的觀察、記錄、取證的過程中，教師要讓學生明白，真理來源于實踐，需要樹立實事求是精神，對證據進行隨意捏造和推測是一種偽科學。

例如，五年級下冊第三單元第3課《用水測量時間》要求學生重復做3次滴漏實驗，觀察從100毫升水中緩慢流出10毫升、30毫升水的時間，其中有兩個小組完成得特別快。教師發現大多數小組呈現的實驗數據是不成倍數規律的，因為水在下流過程中不是勻速的，流掉前10毫升水的時間與流完后30毫升水的時間并不完全對等。可是那兩個小組的數據卻剛好成2倍關系，顯然是個異類數據。在教師的追問下，兩個小組長說出了“實情”。原來他們的確實事求是地觀察和記錄了前10毫升水流出的時間，但他們覺得實驗很耗時，于是就“收了工”，后30毫升水流出的時間是根據前10毫升的數據推測計算出來的，并非實驗所得。于是，教師請全體學生對這一事例進行反思，使學生明確科學來不得半點虛假，實踐是檢驗真理的唯一標準。

實驗過程中出現一些異類數據是不可避免的，但教師不能只關注合理數據而忽視異類數據，也不能簡單應付，直接得出結論，否則將會降低實驗活動的有效性，也不利于學生科學素養的培養。因此，教師要重視異類數據，客觀理性地進行歸因分析，找到避免異類數據產生的策略，從科學實驗中培養學生的證據意識和科學精神。

參考文獻：

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（浙江省長興縣第二實驗小學? ?313100）