“雙減”政策下小學英語單元主題作業設計探究

劉子姝　李文巖　尹宏

摘 要 在大部分科學探究實驗中，均涉及對實驗數據的分析處理，而學生卻缺乏數據處理能力，阻礙了他們高階思維能力的發展。在小學科學探究教學中可以從數據的獲取方面培養學生的數據收集能力，在數據的呈現方面培養學生的數據整理能力，在數據的論證方面培養學生的數據分析能力，進而提升學生的高階思維能力。

關? 鍵? 詞 小學科學 數據處理 高階思維

引用格式 曾夏招.指向高階思維培養的科學探究實驗數據處理[J].教學與管理，2022（11）：66-70.

高階思維通常指的是探究性活動中學生運用分析、評價、創造思維的能力。《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》指出，小學生需要“通過收集和分析信息獲取證據，經過推理得出結論，并通過有效表達與他人交流自己的探究結果和觀點;初步了解分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，發展學習能力、思維能力、實踐能力和創新能力”。這些技能的學習最終都有利于學生高階思維能力的發展。

實驗數據是體現科學探究成果的重要證據，對實驗數據進行分析是探究過程的重要組成部分，也是學生發展高階思維的有效途徑。但筆者在執教過程中發現，在大部分探究實驗中，學生的數據處理能力不足，主要表現在獲取的數據不夠精確、數據的整理和呈現方法不恰當、數據分析和論證不夠全面[1]。那么，如何通過有效的教學方法提高學生對實驗數據的處理分析能力，從而發展學生的高階思維呢？筆者對此進行了研究，并初步獲得以下幾種策略。

一、精準獲取數據，為思維提升夯實基礎

在科學探究活動中，由于實驗材料不典型、測量儀器不精密或記錄內容不明確，常常導致獲得的實驗數據不精確，不利于后續的分析處理，導致學生不能獲取正確的核心概念，獲得思維能力的提升。因此，精心選擇合適的實驗材料，利用有效的實驗記錄表逐步獲取精準的實驗數據是培養數據處理能力，提升高階思維能力的前提。

1.優化獲取方法，讓數據更精確

在教材中，有些科學實驗依舊采取傳統實驗操作，導致獲得的數據不可定量，實驗精度和效率比較低。將現代信息技術手段和實驗教學相結合，可以讓學生得到相比傳統實驗測量儀器更加真實、具體、詳細的科學數據。此外，也可以大大縮短數據采集所需要的時間，能夠讓學生快速、及時、準確地采集數據，以便有更多時間用于實驗數據的分析、實驗結論的論證。

信息化時代，智能手機已經成為了人們的必備工具，隨著技術的不斷進步，智能手機搭載的各種傳感器越來越多，靈敏度也越來越高。此外，手機APP的普及，為將智能手機作為科學教學輔助工具提供了可能性。Phyphox軟件是由一所德國大學研發的一款教輔軟件，支持多種傳感器，包括光傳感器、磁力計、壓力傳感器等等，內部功能如圖1所示，能夠在力學、聲學等多個領域發揮作用，使用者利用一部手機，測量各項數據，并直接在手機上顯示出來，甚至還支持以Excel等格式導出實驗數據進行分析，極大地提高了學生獲取數據的精確性[2]。

筆者教學教科版《科學》四年級上冊第一單元第六節“聲音的高低”時為學生設計了以下實驗：敲擊鋁片琴，讓它發出聲音，描述高低不同的聲音是怎樣產生的？吹奏口琴，使它發出高低不同的聲音，并仔細觀察口琴的簧片，聲音高低和簧片有什么關系？最后，通過不斷改變鋼尺伸出桌面的長度，研究鋼尺振動的快慢以及發出聲音的變化。這幾個實驗都指向物體振動得越快，振動的頻率就越高，發出的聲音就越高。但是學生在實際操作中，卻出現了很多問題，他們并不能感受到振動快慢的變化，也不能準確判斷出聲音的高低變化，更難以得到準確的數據，最后只能依靠教師提供的微視頻獲得結果。因此，為讓學生親歷數據獲得的過程，可以利用Phyphox軟件的“音頻自相關”模塊測量各種物體發出聲音的高低（如圖2）。

例如，為具體地呈現第一個實驗的結果，可以選擇相對安靜的環境，設定好相應的指標（延遲1.5s測量，測量時長固定為2s），然后分別從長到短依次敲擊鋁片琴的鋁片，并用軟件測量相應聲音的頻率（如圖3），然后記錄數據（如圖4）并觀察曲線的密集程度。最后發現：鋁片越長，振動越慢，發出的聲音越低;鋁片越短，振動越快，發出的聲音越高。

在此基礎上，學生可以通過該軟件完成各種音高變化的探究實驗，并獲得具體的數據支撐。例如改變鋼尺伸出桌面的長度，探究鋼尺振動快慢與音高的關系，試管中水量與發出聲音高低的關系。除此之外，還可探究聲音強弱與振動幅度的關系。

2.改進實驗記錄，讓數據更有效

實驗記錄是獲取實驗數據過程中非常重要的一環，通常我們會采用“學習單”“任務單”等方式記錄數據。然而，在實際教學過程中，一些實驗記錄單并未充分結合實際，出現設計無層次感、記錄方式繁瑣等問題。所以，能否改進、設計出合理、科學的高質量實驗記錄單會直接影響整個探究活動的效果，并直接影響學生對數據的整理。

例如：在教科版《科學》五年級上冊“擺的快慢”一課中，科學課堂作業本中的活動記錄表（如圖5）要求學生自己確定觀察的時間，且在“擺錘質量是否影響擺的快慢”的實驗中并沒有確定擺錘質量，而是用“原來質量”“兩倍質量”“三倍質量”表述質量的變化。此外，記錄表中也沒有對三次重復實驗的數據進行整理，眾多的數據放在一起，不利于形成縱向比較。基于以上問題，考慮到記錄的準確性、簡便性，在原記錄表的基礎上稍作修改，形成新的“擺的快慢”實驗記錄單（如圖6），確定擺動時間為15s，且將擺錘質量設定為：10g、20g、30g（可使用相應重量的鉤碼進行實驗）。這樣有利于簡化學生的探究過程，也能在論證環節匯總成大數據，得出規律。除此之外，增加“平均次數”這一欄，便于學生篩選數據，排除雜亂數據的影響，然后進行縱向比較。在“我的發現”中，考慮到學生大多不具備科學的表述能力，因而采用填空的方式讓學生快速梳理思路，依據實驗數據得出規律。

二、直觀呈現數據，為思維提升建構支架

在學生通過探究獲取到實驗數據后，對已經取得的數據進行整理也是至關重要的。把抽象難懂的信息、數據以及數量關系通過直觀、形象的圖表呈現出來，可以將抽象的問題具體化、復雜的問題簡單化，有效地幫助學生簡化數據，發現數據之間的聯系，解構信息的內在規律，搭建分析論證的“支架”，提升學生的思維能力。

1.借助復式統計表，呈現數據整體

小學生的抽象思維還不夠發達，不能完整地總結本小組獲得的數據，特別是當測得的數據較多時，會比較混亂，無從下手。針對這個問題，可以采用復式統計表記錄各項指標、數據，通過列表排序法匯總數據，這樣更有利于學生觀察數據，并從中發現規律。

例如在教科版《科學》五年級上冊“用水計量時間”一課中，學生通過實驗測量了滴完50毫升、100毫升、150毫升水所需的時間后，將時間列表進行排序（見表1）。通過認真觀察，比較表格中的數據，可以發現滴完相同水量所需的時間是不同的，第1個50ml的水流速最快，最后一個50ml的水流速最慢，進一步分析可以知道同一容器中的水的流逝速度先快后慢，是不均勻的。

復式統計表不僅可以幫助學生高效地記錄測量數據，而且通過列表排序的方式凸顯了數據的特征，讓學生敏感地捕捉到數據的特點。

2.借助柱狀統計圖，呈現數據差異

在科學教學中，經常會有一些實驗要求學生收集比較多的數據，比如對植物生長變化情況的觀察、對氣溫和降雨量的觀察，都會涉及到多項數據，并且每項數據的數據量比較多，學生通常會先通過統計表記錄相關數據，但是沒有辦法進行后續的整理分析。因此，教師可以引導學生采用統計圖來整理、呈現數據。

例如在教科版《科學》三年級上冊“整理我們的天氣日歷”一課中，學生用統計表對一個月的各項天氣指標進行記錄后，可以將其中的氣溫和降雨量兩個指標用柱狀統計圖的方式呈現出來（如圖7、圖8）。柱狀統計圖的優勢在于既可以直觀展示各個數據的大小，又可以比較各個數據之間的差別，所以學生得到降雨量和氣溫的柱狀統計圖后，就可以快速搜索有用信息，分析一個月內氣溫和降雨量的特點和變化。如發現該月份有幾天氣溫高于30℃？其中最高氣溫是多少？這個月氣溫變化的規律是什么？該月份降雨的天數是多少天？其中最大降雨量為多少毫米？這個月降雨量變化的規律是什么？

3.借助折線統計圖，呈現數據趨勢

科學是一門綜合性學科，內容涉及物理、化學、生物、地理，實驗中獲得數據的特點也不盡相同，所以不同的數據應該按照不同的情況選擇不同的統計圖（表）。統計表適合數據的記錄，體現整體性;柱狀統計圖則適合進行數據之間的比較。當實驗的目的是為了分析趨勢變化時候，則需要采用折線統計圖，更有利于學生分析實驗數據，得出相應的實驗結論[3]。

例如，在學習教科版《科學》四年級下冊“鳳仙花的一生”時，學生經過對鳳仙花的長期觀察，通過測量植株高度得到了一組數據，如果單獨使用統計表來分析，學生只能得到“鳳仙花在生長，高度在不斷變化”的結論，不利于學生更深層次的思考。所以，這一節課中教師可以引導學生明確折線統計圖的作圖要領，然后將統計表數據轉化成更加直觀的折線統計圖（如圖9）。最終學生可以借助該統計圖分析鳳仙花一生的生長變化規律：在鳳仙花發芽之后，開花之前，有一個生長高峰期，植株會迅速長高，葉子的數量也會快速增加。在長出花蕾之后，它生長的速度會逐漸變慢。這主要與植物開花有關系。因為開花之后，葉片所產生的營養幾乎都供給了鳳仙花的繁殖器官，如花朵、果實和種子。經過折線圖的展示，學生對植物生長的理解更加具體和深入。

三、深度論證數據，為思維提升拓展路徑

借助合適的圖表呈現數據后，應當給予學生充分交流、分析數據的機會，展現他們分析整理數據的思維過程。因此，教師要引導學生從局部到整體對數據進行分析，通過對比實驗、辯證分析和邏輯推理等方法，初步運用圖表對數據進行整理和分析，找出信息之間的聯系，從而發現數據背后隱藏的科學本質。在深度論證中，讓學生的思維得到發展，概念得以完善與提升。

1.聚焦分析，引出整體規律

合理的方法有助于高效分析數據，快速總結規律。然而當觀察記錄的數據量不斷增加后，學生通常會茫然不知所措，不知道如何合理觀察分析數據。針對這個問題，可以引導學生從橫向和縱向分別進行聚焦，先關注同一行的數據特點，再觀察每一縱列的數據變化，最后結合研究的問題，得出整體規律。

如在教科版《科學》五年級上冊“怎樣得到更多的光和熱”一課中，一組學生在對“物體的顏色與吸熱能力的關系”進行探究實驗后，得到了一組數據（見表2）。在研討環節中學生能通過橫向觀察數據，發現相同時間內，黑色紙的溫度上升最多且最快，而白色紙的溫度上升最少且最慢。通過簡單的分析，學生基本能得出“物體顏色越深，吸熱能力越強”這一結論。如果我們的研討只停留在這個程度是遠遠不夠的，教師可以繼續引導學生聚焦于每一縱列數據，通過對比，繼續討論以下問題：粉色紙為什么會比顏色比較接近的紅色蠟光紙吸熱能力強？白紙與錫箔紙吸熱能力的差異是什么原因造成的？怎樣才能得到更多的熱？

實驗數據包含了豐富的信息，學生學會了橫向和縱向聚焦后，就可以化繁為簡，輕松找到整體規律，得出結論。

2.關注異常，引導二次論證

學生在實驗中，有時會獲得一些與眾不同或是出乎意料的異常數據[4]。在不影響整體規律的情況下，很多教師和學生會回避這些數據，認為一兩個異常數據對得出結論沒什么影響。實際上，關注異常數據是培養學生驗證意識的良好契機，對異常情況的合理解釋有助于增強學生思維的深度。

當出現異常數據時，應當引導學生認識異常產生的原因，如果只是由于學生操作失誤引起的，需要重復實驗，提高學生的操作能力[5]。但是，有一些特殊數據的出現，卻可以為學生建構新的科學概念提供切入點。如在教科版《科學》二年級下冊“磁鐵的磁性”一課中，學生在探究了磁鐵各部分的磁性大小后，得到12組數據（見表3）。

在研討過程中，全班12組同學根據他們獲得的數據都認為磁鐵的中間是沒有磁性的，進而認為：磁鐵的磁性兩邊強，但中間無磁性。此時，教師以問題 “磁鐵的中間真的沒有磁性嗎？”啟發學生，有部分能力較強的學生開始思考，并提出“根據數據來看，磁鐵兩頭較強，越往中間越弱，會不會磁鐵中間的磁性太弱了，所以掛不住”。根據學生的回答，教師拿出比回形針更輕巧的大頭針，讓學生二次實驗，重新論證，發現磁鐵中間是有磁性的，修正之前的錯誤觀點，也明確了數據里的“0”指的是吸引回形針，并不意味不能吸引比回形針輕的物體。

在科學探索過程中，借異常數據，引導學生從實驗操作、科學態度、數據處理等多方面反思異常數據產生的原因，并進行二次論證，就是一次思維提升的過程。

3.及時追問，引發深層思考

小學生在表達自己想法時，通常詞不達意，不能準確地將自己的思路展現出來，從而影響了論證的效果。因此，在對實驗數據進行論證時，應當通過設計有層次的“論證問題串”引導學生進行思考，促進有效論證。問題串的設計應該緊扣教學目標，由淺入深、層層遞進。如表4所示，在小組內討論時，引導學生先使用階段1的問題串，分析本組證據。在全班交流匯報時，采用階段2、階段3、階段4的問題串，引導學生評價別組數據、運用整體數據，最后依據數據反思自己的想法。

通過論證問題串的引導，學生的研討論證不再混亂，而是環環相扣、有理有據，思維的嚴密性和完整性得到了很好發展。

學生的數據意識和處理能力需要在探究活動中不斷培養和發展，因此，教師要改進教學的方式和方法，鼓勵學生科學地獲取數據、采用多種方式呈現數據、深度論證數據，使他們從被動記錄數據到主動分析數據，能自覺運用數據來解決問題，提高學生的科學探究能力，提升高階思維水平[6]。

參考文獻

[1] 李玲玲.小學科學實驗數據的收集整理與分析[J].教學與管理，2018（08）：47-49.

[2] 黃斯婧.Phyphox軟件在初中聲現象教學中的應用[J].湖南中學物理，2019，34（09）：72-74.

[3] 孫文鈺.小學科學教學中學生數據素養的培養研究[D].曲阜：曲阜師范大學，2019.

[4] 胡鳳娟.小學生“數據處理”能力的層次研究[D].北京：首都師范大學，2009.

[5] 文雙.促進高中生高階思維能力發展的生物學教學研究[D].長沙：湖南師范大學，2016.

[6] 王世力.小學科學實驗數據的獲取、呈現與論證[J].教學與管理，2016（26）：48-50.