科學課培養學生實驗數據分析處理能力的策略研究

潘 婷

（浙江省杭州市行知小學，浙江杭州 310012）

引 言

小學科學教育是提高我國國民科學素養的基石，開展小學科學教育是一項系統工程?！墩n程標準》強調“突出強化教學實踐環節”，認為小學科學教育需逐步培養學生提出科學問題、收集處理信息、獲得新知識及分析、解決問題等能力[1]。科學的本質是實證，因此，在科學教學的實驗環節中，教師引導學生對實驗數據進行分析及處理，可以有效提高學生的實證意識及“用數據說話”的能力。下面，筆者將結合自身多年課堂教學實踐，探討如何在小學科學課中培養學生實驗數據分析處理能力。

一、問題的提出

科學是尊重事實、講究證據的。任何沒有經過實證的猜測都是不可靠的，因此，學生在探究過程中要有實證意識，即通過可靠的證據去證實世界。數據是實證的支撐，對實驗數據的處理分析能力既是學生實證意識的體現[2]，又是促進學生做思共生的一種方式。在科學課教學中，教師必須重視對學生科學實驗數據分析與處理能力的培養[3]，盡可能讓學生通過對原始數據進行細致分析處理，深挖數據中的有用信息，并歸納結論。然而，實際教學中卻存在實驗與數據分析處理斷層的現象。由此可見，提高學生分析處理實驗數據能力，對培養他們的實證意識尤為重要。

二、現狀分析

（一）收集數據欠全面

為實現預定教學目標，教師常常在學生分組實驗時，通過巡視的方式了解各小組的實驗情況，為下一環節教學任務的開展提前做好準備。例如，在教學六年級上冊第二單元“紙梁的寬度與抗彎曲能力關系”的實驗中，一位教師在巡視時了解到有一組學生實驗的結論與其他組不一樣。教材中的實驗結論是：紙梁抗彎曲能力隨著它的寬度增加而增大，但這組學生實驗后收集到2倍寬和4倍寬的紙梁承受墊圈的個數都是2。于是，教師在交流匯報時沒有對這組數據進行收集，僅僅收集了與科學結論相符的數據。這種方法收集的數據并不全面。

（二）整理數據欠科學

在教學中經常會出現收集到的數據比較雜亂的現象，教師需要經過科學的整理才能發現隱藏在其中的科學規律。例如，在教學六年級上冊“杠桿的科學”時，學生通過實驗，發現有很多方法可以使杠桿尺達到平衡狀態。在交流時，如果教師沒有對學生匯報的數據進行及時整理，學生就很難在后續的研討中發現杠桿省力、費力、等力與支點位置的關系。如果教師科學合理地對收集到的數據進行分類整理，學生就比較容易發現其中的規律。

（三）所得數據誤差大

科學課之所以吸引學生，主要是因為有各種各樣有趣的實驗活動。但在現實的教學中，我們發現一些學生并沒有真正理解實驗目的，他們僅把科學課當作“玩耍課”。在教師進行實驗指導時，很多學生不認真聽講，從而導致實驗操作不規范，收集了一些誤差較大的數據。例如，在教學溫度計的使用時，由于學生沒有認真聽教師實驗前的指導，在操作時有的仰視讀數，有的俯視讀數，還有的甚至把溫度計從水中拿出來再讀數，得出的數據“五花八門”，與實際情況存在出入。

（四）填寫數據不真實

在實驗操作過程中，學生有時會因為探究時間過長或者分工不明確，出現沒有及時記錄數據的現象。在交流匯報時，為了避免被教師批評，一些學生試圖偽造一些數據蒙混過關。有時在匯報的過程中，學生發現其他小組數據和自己組的數據有明顯差異，為了迎合教師，會對原先的數據進行改動，偽造數據。例如，在教學四年級下冊“導體和絕緣體”一課時，教師發給學生20 多種不同的材料，讓學生檢測哪些物體是導體，哪些物體是絕緣體。由于材料太多，學生忙于檢測，最后交流時才發現沒有及時進錄，為了應付教師而胡亂填寫了記錄。

三、有效策略

（一）引導學生合理地收集數據

數據收集是學生實驗的重要組成部分，也是進行科學分析的前提。收集數據的準確性直接關系著分析處理的價值。將實驗數據轉變為證據，成為得出科學結論的依據，具有極其重要的意義。

1.收集數據方法統一

科學實驗具有偶爾性和重復性特點，因此，在教學中，教師會建議學生重復進行三次探究活動。在這種情況下，勢必會出現三種不同的數據，如何選擇有用數據，這對有些學生來說存在一定的困難。筆者認為，只要收集數據時方法統一，得出的數據都是合理的。例如，在教學四年級上冊“用橡皮筋驅動小車”一課中，學生記錄了這樣一組數據（見表1）。

表1 用橡皮筋驅動小車實驗數據記錄

在選擇有用數據時，教師可以取平均數：1 圈跑2.33厘米，2 圈跑3.67 厘米，4 圈跑5 厘米；可以取最大數：1圈跑3 厘米，2 圈跑4 厘米，4 圈跑6 厘米；還可以取中位數、最小數等。教師可以帶領學生通過比較這些數據，得出在一定范圍內，圈數越多，橡皮筋的彈力越大，小車運動的距離越遠的結論。

2.收集數據實事求是

實驗中收集的數據是學生探究的憑證。教師應尊重數據，培養學生實事求是的科學觀。但是，在現實的課堂上，經常會出現學生篡改數據，甚至編造數據的問題。這些問題與教師在平時的教學中過多關注常態數據有很大的關系。教師收集數據時只有實事求是，才能發揮探究的真正意義。

【五年級“運動與摩擦力”教學片段】

師：哪個小組愿意來交流實驗發現？

生1：我們是11 組。光滑是0.4，粗糙是0.7。接觸面越光滑摩擦力越小，越粗糙摩擦力越大。

師：還有沒有想說的？

生2：我們是第2 組。我們的結論和他們基本一樣。

師：一樣在哪里？

生2：接觸面光滑摩擦力小，粗糙摩擦力大。

師：從整體上看是不是這樣？

生：是的。

師：可是第7 組測出來的數據是一樣的。他們和大家的不一樣，難道是他們錯了嗎？

生：可能是不同的人來拉的。

師：方法上可能有問題，他們還可以找找原因，重新做一次。這樣研究下來，你們覺得證據可靠了嗎？

生：可靠。

該片段中，面對第7 組的異常數據，教師沒有選擇視而不見，而是主動提及以引發學生思考，分析原因可能是操作方法不當，需要重新做一次實驗。在歸納實驗結論時，教師利用“相對可靠”的證據來證明實驗前的猜測，更體現了教師收集數據時實事求是、嚴謹的科學態度。

3.收集數據面向全體

學生在科學探究中收集的相關數據，是證據的組成部分，是得出科學概念的重要依據。因此，教師收集數據要面向全體學生，重視每個數據，關注每個學生的發展。然而，在實際教學中，由于課時緊張，教師只收集個別組或滿意數據的情況時有發生。

【三年級“壓縮空氣”教學片段】

學生利用塑料針筒體驗空氣可以被壓縮的實驗后，教師要求每個小組選擇一個代表，將壓縮后的空氣體積大小記錄在黑板上。

在學生記錄的過程中，教師發現班上第7 組的學生上臺更改了數據，把原本寫著4 毫升的數據改成了2.5毫升。

師：為什么要改數據？

生：組里有人記錄的是4 毫升，有人是2.5 毫升，還有人是3 毫升。

師：那你們覺得怎樣記錄更合適？

學生想了想說：應該把每個人的數據都記錄下來。

學生重新記錄后，黑板上出現了這樣的表格（見表2）。

表2 壓縮空氣試驗記錄

教師引導學生以表格形式記錄實驗數據，可及時從學生數據的更改中發現問題，并介入學生的探究活動。而學生通過親自記錄數據，直觀地感受到空氣是可以被壓縮的。這不僅帶給學生心靈上的觸動，還加深了學生對科學探究嚴謹性的認識，體現了教學的價值。

（二）引導學生巧妙地整理數據

教師從學生那收集的數據一般為原始數據，要想發揮數據的作用，讓其成為可靠證據，還需要對數據進行整理，通過巧妙的整理，引導學生發現規律，得出結論。

1.用排序法整理數據

實驗教學中，教師經常遇到一些數據隨著變量的變化而發生有規律的變化的情況。這時，教師需要對數據進行排序整理，這樣更有助于學生觀察數據[4]，從中發現規律。在研究六年級“斜面的作用”時，通過對斜面長度進行排序整理，學生可以在有規律的數據中較清晰地發現：斜面都能省力，坡度越小越省力，坡度越大省力情況越不明顯。在教學三年級上冊“水結冰了”一課時，教師引導學生連續測量試管里水的溫度變化情況，并把水結冰前后試管內的溫度差用排序的方法進行展示（見表3）。

表3 水結冰了實驗數據表

通過觀察排序整理后的表格，學生很容易發現試管里的水結冰之前，溫度下降的速度是先快后慢，最后較長時間停留在0℃。

2.用歸類法整理數據

在教學“杠桿的科學”時，筆者先對學生收集到的數據進行了歸類整理，按省力、等力和費力的情況分成三類，然后將學生收集的數據進行歸類、匯總，整理成表4。在教學實踐后，筆者發現，經歸類法整理后的數據更有利于學生分析杠桿原理的規律。

表4 杠桿實驗數據統計

3.用作圖法整理數據

在教學三年級“測量氣溫”一課時，筆者利用周六的時間記錄了一天中操場每隔兩小時的氣溫，并制成了一張數據表（見表5）

表5 測量氣溫數據統計

學生發現利用表格中的數據，不能直觀得出一天氣溫的變化規律。針對這種情況，筆者將數據制成一張曲線統計圖（見圖1）給學生進行直觀展示，收到了很好的效果。

圖1 一天氣溫的變化規律

在六年級“相貌各異的我們”的教學中，為了使學生明白將多種相貌特征組合起來，會出現很多有不同相貌特征的人，筆者在教學這一環節時采用畫餅狀圖（見圖2）的方式，讓學生明白隨著越來越多相貌特征的組合，不同相貌的人會越來越多，并且世界上很難找到相貌完全一樣的人。

圖2 相貌特征

（三）引導學生科學地辨析數據

在科學課教學中，很多教師花費大量時間準備器材，設計實驗，讓學生充分探究，但在探究后，留給學生進行數據分析處理的時間少之又少。很多情況下，學生只看到了數據的表面現象，并沒有挖掘隱藏在數據背后的科學知識。因此，在教學中，教師要機智地辨析數據。

1.辨別數據的真實性

科學分析需要以數據為依據。在對數據進行分析處理前，教師首先要引導學生對數據進行辨別。一個人、一個小組的探究畢竟有限，但通過收集匯總，學生可以彼此共享不同數據，收獲更多證據以證明觀點。在交流時，教師可以先引導學生觀察匯總表，辨別數據的真偽。例如，在三年級“水能溶解多少物質”一課中，學生匯報的數據統計結果如表6所示。

表6 水能溶解多少物質數據記錄

從表6中，筆者發現第9 小組的數據和其他小組的數據差別特別大，觀察他們組的杯子發現，杯底有很多白色粉末未溶解。因此，這組的數據是不真實的，在分析時應該排除在外。

2.反思數據的可靠性

當分析數據，發現數據不可靠時，教師應反思是什么原因造成的，找準問題的癥結。例如，一位教師在教學“擺的快慢與擺錘的重量是否有關”的實驗時，收集了這樣一組數據（見表7）。

表7 擺的快慢與擺錘重量實驗數據

擺的快慢與擺錘的重量是無關的，為什么這組學生會得到這組數據呢？教師沒有立即作出評價，而是引導學生反思自己的實驗操作[5]，并讓他們在全班展示操作過程，原來他們掛鉤碼的方式與其他小組不一樣。這組學生將鉤碼一個接一個地豎直下掛，掛成一長條，而別的小組都是將鉤碼逐個掛在回形針上，掛成一排。掛法不同導致實際擺長發生了變化，影響了實驗數據。

3.驗證數據的有效性

實驗數據既是將研究對象蘊含的豐富信息轉化為學生自身見識的有效載體，又是學生實現知識的自我建構、形成科學概念的重要途徑。因此，真實有效的數據會使解釋具有極大的權威性和很強的說服力。教師將學生收集的數據利用一定的科學方法整理好后，再進行分析處理，就很容易找到規律。為了使規律更具科學性，教師應引導學生利用新規律驗證數據的有效性，從而培養學生的實證意識。例如，在教學“杠桿的科學”一課時，當學生發現杠桿平衡的規律是左邊的鉤碼數乘以格數等于右邊的鉤碼數乘以格數時，教師就可以引導學生利用結論去反證自己在實驗中收集的數據是否存在這種規律。

結 語

筆者通過多年的實踐研究發現，學生對實驗數據分析處理的能力有了明顯的提高。在實驗前，學生對實驗指導更關注，實驗操作也更規范；在實驗過程中，組內的成員分工明確，養成了及時記錄數據的好習慣；不再任意篡改數據，而是實事求是地匯報自己的發現，證據意識更強了；明白在科學探究過程中要實事求是，不能弄虛作假，要用可靠的甚至更多的證據來證實結論。

學生實驗數據的分析處理能力非常重要，然而，能力的培養絕非一朝一夕就能達成的，教師必須在漫長的道路上不斷努力、堅持，采用科學、合理的教育方法，才能促進學生的成長和進步。