運用實驗數據發展學生思維能力

◇張 漢（浙江：溫州市南浦小學）

在小學科學教學中，倡導以科學探究為主的學習方式，而科學探究中很重要的環節就是制訂計劃，收集、分析證據，得出結論。收集證據很重要的途徑是收集實驗數據，科學概念的建構往往就是在數據的基礎上完成的。《浙江省小學科學學科教學基本要求》指出：“科學課的重要特性表現為對證據的追求和對證據的尊重。在教學中開展論證活動，要注重證據，突出證據來源正確，證據運用恰當，體現科學本質。做到所收集的數據的準確性，不能隨意修改數據，把數據轉化為證據。”《義務教育科學課程標準》明確提出，“基于證據與邏輯，運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據與解釋之間的關系并提出合理見解”。可見實驗數據是學生進一步加工的原材料。如何利用好這些數據，培養學生的科學思維能力？

下面，我結合教學實踐及相關課例，談談運用實驗數據發展學生科學思維的幾種有效策略。

一、追溯數據來源，培養求真意識

在平常的教學中，發現有的學生在做實驗的時候，為了迎合教師的想法，對實驗數據作假，或者當本小組與其他組實驗數據不一樣的時候，就懷疑自己的數據，舉棋不定，結果胡亂寫下數據。這樣不客觀記錄數據，使科學探究失去了真實性，不利于培養學生尊重事實的科學態度。盡管學生“造”得比較像，但只要細心分析數據，還是會發現蛛絲馬跡。我們要抓住契機，不要急于批評學生，而是要引導學生形成科學獲取數據的意識，即求真意識。

如《測量水的溫度》一課，把課堂教學聚焦在學生科學記錄上，關注實驗數據的獲取來源。學生通過每隔2 分鐘連續10 分鐘測量4 杯水的溫度，獲取了一系列數據。在匯報環節，一小組展示的數據，其中水的溫度10 分鐘內每過2 分鐘依次為：9℃、43℃、40℃、39℃、36℃、35℃（開始溫度比2 分鐘后還低）。教師就問學生為什么開始溫度比2 分鐘后的溫度還低，學生說是在第一次記錄的時候，溫度計剛一放進去就記錄下來。顯然第一個數據是由于沒有及時將溫度計放在熱水中出現的誤操作。

再讓學生觀察上面的一組數據，說說還有什么發現。就有學生質疑：為什么43℃到40℃降3℃，40℃到39℃降1℃，39℃到36℃又是降3℃？于是就讓記錄數據的學生闡述數據的來歷，該小組的一位學生說，他們在第6 分鐘時忘記記錄溫度，為了使表格完整就寫上一個比40℃小一點的數據39℃了。教師以此為契機，引導學生注意數據獲取的真實性，假如真的沒有及時記，該欄的記錄就空著，比想當然記錄下來更科學、嚴謹。

在教學中，應該強調“尊重事實”的重要性，通過滲透科學家尊重事實、尊重證據的案例，培養學生實證意識，引導學生將觀察到的客觀現象如實地記錄下來。在與學生分析不一樣數據的時候，要讓學生明白，在實驗過程中出現不同的數據是很正常的事情，并不是每一次實驗都必須是準確的。教師的評價不應只是看學生的實驗結果，更應關注數據獲取過程、關注學生科學態度等過程性評價，避免學生隨意更改實驗數據。

二、利用不完全數據，引導歸納推理

科學課從設計實驗到獲取數據再到形成科學概念，一環扣一環，思路清晰，過程流暢。這固然是好的，但有時不“流暢”的課不一定就是不好的課。很多時候，學生獲取的數據不足以馬上形成科學概念，甚至一些數據不支持本課將要形成的概念。這時教師不要急于將科學結論強加給學生，而是應該順著學生的思路，從學生的角度出發，對數據進行分析，當學生認為數據不夠或不充分時，我們可以鼓勵學生通過不同的途徑獲取更多數據。如課堂上時間不允許，可以安排下一課時，也可以鼓勵學生在課外做。當然，課外繼續探究，教師要做好跟進，如設計一些表格進行反饋等等。

如《聲音是怎樣產生的》一課，教師通過各種實驗讓學生觀察體驗物體產生聲音時都有振動的現象。

物體發聲尺子橡皮筋水槽音叉是否振動是是是鼓 是是

教師追問學生：“你們覺得聲音都是由振動產生的嗎？”學生舉了很多的例子，如自己在塑膠跑道上跑步時，聽到聲音但沒有觀察到振動；風吹過時聽到聲音沒看到振動；等。學生認為聲音是由摩擦產生。因為有些物體發聲時產生的振動現象學生不能親眼見到，又沒有更精密的儀器讓他們來觀察，學生是難以在思維上接受所有的聲音都是由振動產生的這一概念。盡管在課堂上做的橡皮筋、音叉等都可以觀察到振動，但學生還是堅持認為有些聲音是由振動產生，有些聲音是由摩擦或其他方式產生。這時教師沒有急于糾正學生的觀點，也沒有給予學生一個明確的觀點，而是鼓勵學生在課外或者下一課時繼續就這一問題進行深入研究。

聲音是怎樣產生的，對于四年級學生來說是較難理解的。教材讓學生觀察橡皮筋、尺子等物體在發聲時的振動現象，歸納聲音是由物體振動產生的概念。但學生仍會想辦法通過反例獲取數據，來支持自己的觀點。我們應該鼓勵學生進行“證偽”，更要鼓勵學生收集更多的數據。聲音是由物體振動產生的科學概念不應是告知學生的，而應該通過分類、歸納讓學生逐步建構起來。我們也不要急于處理學生獲得的數據，而是給予學生一定的空間與時間，在后繼課堂或是課外繼續進行研究，尋找證據，讓學生收集更多的證據，形成更多的不完全證據，開展從具體事例到一般規律的歸納推理，從而推導建構聲音是由物體振動產生的概念。

三、綜合多組數據，運用重組思維

抓住數據，沿著數據進行分析，在科學課上數據用得很多，這是一個很重要的科學方法。在學生學習過程中會遇到難點問題，比如多個變量的實驗，我們通過變多變量為單變量來做實驗，獲取多組數據進行分析，運用重組思維綜合多個變量幫助學生突破難點。

如五上的《制作鐘擺》一課，通過實驗學生獲取了金屬圓片在不同位置時擺動快慢是不同的數據。

加上金屬圓片的擺10厘米處20厘米處30厘米處第一次15 14 13 15秒內擺動的次數第二次16 15 13第三次16 14 13

通過分析獲得的數據，學生知道金屬圓片每往下10 厘米，15 秒內擺就慢1 次。最后是做一個1 分鐘擺動30 次的擺，全班學生一起算出擺長應該要多長。教師追問學生：你的依據是什么？學生都會找出依據。

擺線的長度50厘米40厘米30厘米15秒內擺動次數11 12 13

因為擺線每長10 厘米，15 秒內就慢1 次，1分鐘就會慢4 次，所以要使擺1分鐘擺動30次左右，擺線長約90 厘米。教師引導學生，如果擺動次數與30 次差一點點怎么辦？學生想到前面的實驗金屬圓片的位置不同擺動快慢也不同，就想到調金屬圓片。

制作每分鐘擺30 次的擺，是這一節課學生學習的難點，學生學習的有效性也將在這一個環節中暴露無遺。怎樣突破這一難點，完成挑戰，教師在備課中也是經過了深思熟慮。引導學生思考分析：1.根據前面測得的數據，1 分鐘擺30次的擺，擺長大概是多少？2.擺動快了1 次，或者慢了1 次，應該怎樣調整？3.如果擺動次數只差一點，又怎么調整？保證制作活動在重組思維的引領下進行，充分利用前面實驗所獲得的數據，分析得出規律：金屬圓片的位置與擺線長度都影響擺動的快慢。做一個1 分鐘擺動30 次的擺，調整擺線長度與調整金屬圓片位置結合起來進行重組，完成挑戰任務，學生既體驗了實驗成功的喜悅，也提升了重組思維能力。

四、利用“異常數據”，突破思維定式

課堂上經常會出現一些與科學事實明顯不符合的“異常數據”。這并不一定是學生操作問題，有可能是材料本身問題，也有可能是實驗設計或其他問題。這時，如果教師在課堂上現場給學生重新做的機會，對于他們自己或是其他小組，都是一次重新審視數據、重新反思實驗過程的機會，會大大提高他們探究的有效性，更是學會科學思考數據的機會。學生會突破思維定式，提出合理觀點，并進行初步的科學分析。

如《磁力的大小會變化嗎》一課，學生完成異極相吸疊加磁鐵磁力大小實驗后匯報。

第一組：首先用1 塊磁鐵吸回形針，結果吸4枚；接著用2 塊磁鐵吸回形針，結果吸7 枚；用3塊磁鐵吸回形針，結果吸9 枚。我們的結論是：隨著磁鐵個數的增加，磁力也會變大。

第二組：我們一開始磁鐵個數增加，吸回形針個數也增加，但到第5 塊磁鐵疊加時，吸回形針個數減少，至于原因還不知道。

教師小結：看來你們對磁鐵疊加數量增加到一定程度磁力的變化還有爭議。這樣，你們組可以重新做剛才的實驗。

當學生通過增加疊加磁鐵的數量來測磁力大小時，其他組都是以磁鐵異極相吸的方式，疊加越多，磁力越強，其中有一組的數據是磁鐵疊加到5 塊時，磁力就不再增大了。這時教師讓學生先分析共性的數據，讓“異常數據”小組的學生換材料重新做，再讓這個小組在全班學生面前匯報重新獲得的數據，反思自己的兩次數據并推測可能的原因。很多時候，我們重在收集數據，而忽視對數據的分析利用。要引導學生反思：為什么會出現與眾不同的數據？知道下一步應該進行重復實驗，反復驗證。

在本課中，通過讓學生收集“異常數據”，幫助學生整理磁力大小變化概念，突破磁鐵疊加越多磁力越強的思維定式。通過整理，期望在學生頭腦中形成這樣的磁力大小變化概念：磁鐵相吸疊加，起初磁力會明顯變大，隨著疊加數的增加，磁力變大越來越不明顯，直至用回形針測不出來。

總之，作為科學教師，應在教學中注重引導學生科學獲取實驗數據，綜合分析數據，運用重組思維、歸納整理、突破定式等創造性思維，提出合理性觀點，提升學生科學思維能力。