有效減少對比實驗中的異常數據

◇馬水娟（浙江：奉化龍津實驗學校）

對比實驗是小學科學的一種重要實驗類型，教科版小學科學大量的內容涉及對比實驗。據統計，教科版小學5～6 年級實驗教學中對比實驗占比37%。筆者通過課堂觀察與問卷調查發現，在對比實驗課堂教學中，出現一些與科學規律或生活常識相悖的異常數據，是一種非常普遍的現象。

教師如能在數據的收集、呈現與反思環節做好文章，將有效減少異常數據的產生，促使課堂教學向縱深發展。

一、數據產生前——精準實驗，收集數據

精準的實驗是對比實驗產生科學數據的前提，那么何為精準實驗呢？簡而言之，就是實驗要有科學性，包括選擇有結構的材料與實驗操作過程科學。

以六年級“形狀與結構”單元的《抵抗彎曲》一課為例，通過墊圈測試不同寬度與厚度的紙橫梁的抗彎曲能力，可以發現寬度會影響紙橫梁的抗彎曲能力，但厚度更會大大影響紙橫梁的抗彎曲能力。本課由于材料與實驗操作的原因，較易產生異常數據，筆者通過以下方法大大降低了異常數據的產生。

（一）精準準備，提高實驗科學性

在《抵抗彎曲》一課中，不同寬度的紙容易準備，而不同厚度的紙則是本課材料準備的一個難點。筆者嘗試了多種方法，如膠水粘貼法、紙條折疊法、訂書釘固定法等，皆不盡如人意，最后經過與淘寶店主協商，聯系造紙廠定制了不同厚度的紙。這些紙由造紙廠用不同量的紙漿直接壓制而成，減少了膠水等其他材料的影響，相對來說更具科學性，大大提高了實驗效果。

本課中，鐵墊圈的數量代表了紙橫梁抵抗彎曲能力的強弱，但鐵墊圈的大小選擇非常重要，過大過小的鐵墊圈均無法精確呈現紙橫梁的抵抗彎曲能力，因為過小的鐵墊圈疊放很費時，而且放到一定高度時就會傾斜倒塌，而過大的鐵墊圈誤差會比較大。經過反復試驗，筆者發現疊放到30 個左右倒塌的鐵墊圈大小比較合適，既不易倒，又能比較準確地顯示紙橫梁的抵抗彎曲能力強弱。

（二）精準指導，減少人為誤差

在《抵抗彎曲》一課中，學生在紙橫梁上放鐵墊圈大多采用散放的形式，即使個別組采用疊放的形式也是不規范的，這是導致本課出現異常數據的一個重要原因。筆者在這方面進行了以下精準的指導。

一是在紙橫梁的中間位置畫了一個與鐵墊圈大小相似的圓圈；二是在學生分組實驗前，教師明確指出，墊圈不能散放，要在紙橫梁中間畫著的小圓圈中進行疊放，疊放時不能隨便亂扔，要小心地一個一個疊放，盡可能整齊疊放上去；三是加強巡視指導，及時糾正學生的不規范操作，提高了實驗效果。下表是經過改進后測出來的實驗數據。

組別1倍厚2倍厚4倍厚1 1 11 2 1 12 3 1 11 4 1 11 5 1 11 6 1 10 7 1 10 8 1 13 9 1 11 25 21 26 20 20 29 20 27 21

二、數據產生中——可視呈現，發現規律

數據作為證據，呈現是使用數據發現規律的重要過程，小學生由于邏輯思維能力有待養成，對數據的應用能力還有待提升。那么在教學中，教師如何引導學生合理選擇數據并可視呈現、發現數據背后的規律呢？

（一）運用數學思維，合理選擇數據

小學科學對比實驗一般要求學生至少3 次重復實驗，每一個組在實驗后會出現6～9 個數據，學生們面臨選擇，即把哪一個數據作為自己組的研究成果匯報給全班同學。但由于他們的邏輯思維能力還有待發展，因此，面對大量的數據學生往往比較迷茫，缺乏有效處理數據的方法，常易出現信息過多難以聚焦、難以厘清各種關系、不能發現背后隱藏的規律等困難。

筆者通過調查發現，五六年級的學生在數學學習中已經學會了一定的數學方法，并初步掌握了一些數學技能。因而筆者認為，在小學科學對比實驗的數據處理環節適當引入數學方法與數學思維，無疑有助于學生對大量的數據進行合理處理。小學階段一般常用平均數、中位數與眾數這幾種數據選擇方法，那么哪一種取值方法適用于自己的研究成果呢？這肯定需要根據實際情況合理選擇。如在《我們的小纜車》一課中，學生使用秒表對不同拉力下小車運動的時間進行了記錄，下表是其中一個小組的實驗數據。

拉力大小（墊圈個數）實驗次數選擇最能代表小組實驗結果的數據1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3小車行駛時間8秒23 8秒96 8秒55 6秒12 6秒25 6秒24 5秒12 5秒05 4秒96 8秒55 6秒24 5秒05

本記錄表選擇了取中間數的方法。這是因為根據本課的實驗數據，如果取平均數，計算量較大，花時較多，眾數出現的可能性也比較小，而取中間數則不僅取值迅速，而且也容易被學生所接受。

（二）合理運用圖表，呈現可視數據

把抽象難懂的數據與直觀形象的幾何圖形、位置關系結合起來，通過抽象思維與形象思維的結合，能夠有效地幫助學生簡化信息，搭建分析的“腳手架”，便于學生發現信息之間的關系，解構信息的內在規律及其成因，提升分析思維能力。小學科學常用的有柱狀圖、折線圖、扇形統計圖這幾種圖表。

在實際教學中，我們需根據教學內容合理選擇圖表。例如在五年級《怎樣得到更多的光和熱》一課中，學生測試不同顏色紙袋的吸熱能力，其中一個組得到如下表中的數據。這種數據表示的是氣溫的變化。

紙的種類黑紙紅紙白紙起始溫度28 28 28 2分鐘31 31 29 4分鐘35 34 31 6分鐘39 35 31 8分鐘39 35 30 10分鐘39 35 30

三、數據產生后——及時反思，改進探究方法

反思，即回顧思考過去的事情，從中總結經驗得失。從心理學角度來說，反思是指對自己思維和學習過程的自我意識和自我監控，是思維的一種高級形式，反思有利于人的成長。小學生由于年齡與經歷的限制，反思能力還有很大的提升空間。而在小學科學課堂教學中，借助異常數據產生的契機，引導學生反思自己的探究過程，有助于學生發現錯誤與不足，改進探究方法，提高思維能力，有效建構科學概念。

（一）反思科學態度是否實事求是

數據即證據，基于自己實驗的證據發表觀點是培養學生科學態度的一個重要方面。但在教學中，發現還是有許多學生唯書唯權威。

六年級科學上冊《電磁鐵》一課，引導學生在制作一個鐵釘電磁鐵的基礎上，再通過實驗研究電磁鐵的南北極與什么有關。教學的設想是各個組自行組裝電磁鐵，用指南針檢測南北極，利用各個組出現的不同數據引導學生用實驗探究電磁鐵南北極與什么因素有關。

組別釘尖釘尾1 N S 2 N S 3 N S 4 N S 5 N S 6 N S 7 N S 8 N S 9 N S

一次執教本課時，我請學生在Excel 表格上輸入各個組的檢測結果，結果發現各個組的數據出奇地一致。為什么會有這種現象？難道真的是全班不約而同采用了相同的電池連接方法與導線纏繞方法，還是學生存在謊報數據的現象呢？

于是，我請全班學生思考這份數據記錄，提出疑問。他們提出了兩種思路：第一種，電磁鐵的南北極與釘子方向有關，所有電磁鐵的釘尖即為N，釘尾即為S；第二種，有不真實的數據存在。那怎么判別呢？有學生提出請幾個組上臺演示，在實物投影下請全班觀察指南針，并判斷鐵釘電磁鐵兩極的南北極。演示結果顯示，有個別組出現的現象并不一致。那么，黑板上呈現的各個組相同的數據是如何出現的呢？經過了解，原來第一個上報數據的是班長，他是班里的權威，其余的個別組擔心自己的數據出錯，于是改掉實驗數據，出現了前面的結果。

我認識到，這是一個非常好的教育契機，于是引導學生就此現象開展了反思。

師：我們再來看剛才各組上報的數據，現在你有什么想法？

學生們沉默下來，很多學生不好意思地低下了頭。

生：以后不能隨意更改自己的數據。

師：為什么不能改動自己的數據？

生：這是自己實驗的結果。

師：是啊，每一個數據都是我們自己辛苦實驗的結果，都是值得尊重的，即使是錯的，也是值得尊重的。那么怎么看待別人的數據，比如說班長的數據？

生：我們要尊重他的數據，但是不能抄襲他的數據。

生：別人的數據不管是對的還是錯的，我們都要尊重。

經過這樣的討論，學生對于數據有了進一步的認識。相信經過這樣的一次討論，學生會更尊重數據，也會在實驗中更謹慎科學地進行數據記錄。

（二）反思實驗操作是否認真嚴謹

正確科學的實驗操作是建構科學概念的基礎。但是，小學生由于年齡特點，往往對實驗操作的動手部分比較感興趣，而缺乏嚴謹的實驗操作態度，實驗操作過程中往往重動手而輕思維，對于一些實驗規則的態度比較隨意。

在教學三年級上冊《水能溶解多少物質》一課中，教師在課前把20 克的食鹽與小蘇打平均分成了8 份，引導學生把小蘇打與食鹽分別逐份放入50ml 的水中，比較它們的溶解能力。教師匯總了全班的實驗數據。

組別食鹽（份）小蘇打（份）1 7 7 2 8 8 3 8 7 4 7 7 5 8 3 6 8 2 7 8 7 8 8 7 9 7 6

實驗后，教師組織學生進行了討論。

師：你認為食鹽與小蘇打哪個溶解能力更強？

生1：食鹽溶解能力強。

師：你為什么這么認為？

生1 指著匯總數據：食鹽的溶解份數多，小蘇打少。

師：其他同學有不同的意見嗎？

生2：我感覺食鹽與小蘇打的溶解能力差不多。

生3：第2 組溶解了8 份小蘇打是錯誤的，我看到他們組杯子底部還有許多小蘇打。

教學至此發生了轉折，教師意識到現在引導學生進一步反思數據比得出科學結論更重要。于是，教師讓學生再次觀察自己組溶解了食鹽與小蘇打的燒杯，并展示第2 組與第6 組溶解了小蘇打的燒杯，區別非常明顯，第2 組的燒杯底部留有很多未溶解的小蘇打。至此，教師引導學生對實驗要求進行了明確，并讓學生進行二次實驗。可以發現這一次他們的實驗更認真了，教室里很安靜，不斷有學生把燒杯舉起來對著光仔細觀察有沒有完全溶解。以下為二次實驗的數據：

組別食鹽（份）小蘇打（份）1 7 2 2 7 3 3 7 2 4 7 2 5 6 2 6 7 2 7 7 3 8 6 2 9 7 2

當這個數據呈現時，全班響起了熱烈的掌聲，實驗結論不言而喻。

總之，數據即證據，在小學科學教學中，經常需要通過觀察實驗收集數據，并對數據進行分析整理從而得出科學結論。但在教學實踐中，面對頻發的“異常數據”，如果處理不當，會讓課堂陷入尷尬的境地，甚至影響學生科學素養的發展。教師在對比實驗教學中，需特別關注在數據產生前引導學生精準實驗，減少異常數據的產生；在數據產生中可視呈現，揭示數據背后的規律；在數據產生后因勢利導，使之成為一種更能體現科學精神和科學價值觀的教學方式。