實驗數據的獲取和分析

黃平

〔摘? ? 要〕? 實證是科學的本質之一。科學學習一般要求學生遵從事實，在尋求證據中探求結果，因此，培養學生實證意識具有極其重要的教育意義。教學中，要以學生為本、以生活為本、以發展為本，立足本真的科學課堂，從實驗數據的獲取、實驗數據的分析以及實驗數據的反思三個方面，培養學生的實證意識，培育科學精神。

〔關鍵詞〕? 小學科學；實驗數據；實證意識

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 03? ? 052-054

《義務教育科學課程標準》（2022年版）指出：倡導以探究和實踐為主的多樣化學習方式，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗，經歷科學探究以及技術與工程實踐的過程；重視師生互動和生生互動，引導學生對所學知識和方法進行總結、反思、?應用和遷移，促進學生自主學習和合作學習。充分發揮科學教育獨特的育人價值，科學課堂需要提高實證意識，引領學生從事實、證據出發去探求真知，進而發現科學認知的規律和本質。

在科學探究活動中，我們經常需要用數據來作為實驗推導的證據，這是一種體現實證意識的重要方法。那么，如何合理利用客觀數據培養學生的實證意識呢？

一、多措并舉，獲取數據

（一）掌握技能，巧用工具

在科學探究過程中，學生主要經歷觀察現象、實驗操作、思維推理、合作交流、自我反思等學習行為，圍繞客觀現象展開活動，獲取客觀事實。觀測工具的準度及學生運用工具技能的精度，其正確性和技巧性都會直接影響到實驗中的思維判斷并決定最終結果。因此，在實驗數據獲取前，學生必須具備運用工具的技能，如蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課，連續測量一杯水的溫度，實驗前學生掌握正確使用溫度計和秒表的技能，學會正確地認讀溫度計的讀數。如蘇教版四年級下冊《摩擦力的秘密》一課，實驗前學生須掌握正確使用彈簧測力計的技能，學會正確認讀測力計讀數。此外，如量筒、酒精燈、滴管、放大鏡等工具的使用都是學生必須掌握的運用工具的技能，如果學生不具備這些技能，那么實驗的數據無法獲取，實驗數據的有效性也無從談起。

（二）分組探究，引導合作

實驗中，要獲得準確的實驗數據，學生不僅要具備一定的動手能力和運用工具的技能，還要有小組合作的意識。課堂教學中，教師可綜合考慮學生的個性特點、認知水平、學習能力等的相似性，依此將學生分成4～6人學習小組。在探究過程中，教師可及時根據小組學習質量及時調整成員，最終形成組內同質、組間異質的課堂學習結構。

同質組內，其小組成員更多的相似性能最大限度地發揮每個學習個體的潛能，促使學生的思維發生碰撞，激發創新思維，較為高效地完成探究實驗等學習任務，從而使小組成員收獲學習的愉悅，建立自信。異質組間，更利于發現、比較，幫助其他小組開闊視野，增進探究。

教學時，教師要重視學生合作技能的培養，幫助小組明確學習任務，且小組內部有清晰的個人任務安排。在組長的帶領下，學生形成一定的協助規范，更利于順利展開小組合作探究，實驗數據才相對有效。我們還應該根據知識探究的實際需要，合理選擇并階段安排小組合作，在小組內設立相應崗位。如：組長要負責組內成員的實驗分工，圍繞探究主題維持小組活動秩序，帶領組員對實驗現象展開討論以及及時歸納實驗結論，保證每個成員都能積極參與。記錄員：在積極思維參與探究活動的同時，及時準確地記錄本組實驗中獲得的數據及實驗的結論。實驗員：一般可分配2～3人，由其負責實驗的實際操作。匯報員：負責把本組的實驗結果、現象、存在問題進行匯報交流，不足時再由小組內其他成員補充。當然，教學中還可視任務要求和組員人數，靈活設崗，及時輪換崗位，讓每個學生都有不同崗位的體驗，助力素養發展。

（三）合理猜想，形成態度

磨刀不誤砍柴工。教學中，要獲得準確的實驗數據，教師還應幫助學生樹立操作前的思辨意識，“想好了再做”，既對實驗操作過程要了然于胸，又能針對現象進行思考，這不僅是學生形成科學態度和科學探究能力的關鍵，也是獲取準確實驗數據的前提。

如在教蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課時，探究一杯熱水變涼的實驗過程，讓學生先預測水的降溫過程，是均勻下降，還是先快后慢；是先慢后快，還是沒有規律。接著讓學生觀察實驗記錄單（見下圖表1），引導學生思考：①在0分鐘時，記錄的是水的什么溫度？（水的最高溫度）②秒表在什么時候開始計時？（讀出水的最高溫度時，開始計時）③測水溫時，每隔幾分鐘記錄水的溫度？（2分鐘）④在記錄2，4，6，8，10各個不同時間段水的溫度時，秒表要按暫停嗎？（秒表不能停，連續計時，10分鐘到停表）學生經過這一系列問題的思考后，不僅明確了實驗中的細節，還意識到計時員、實驗員、記錄員需要緊密配合。即實驗員讀出水的最高溫度時，記錄員要及時記下水的溫度，同時計時員則要開始計時。2分鐘前，記錄員要提醒實驗員。2分鐘到，實驗員讀出此時水的溫度，記錄員及時記錄。

二、分析數據，深入探究

準確記錄數據后，引領學生深入思考，繼續探究，學會科學分析數據是科學探究活動后提升思維能力的重要階段。分析數據既是一個共享與分析、整理的過程，也是培養學生核心科學素養的關鍵時機。

（一）圖表分析

圖表是一種能讓數據以直觀方式體現差異的有效方法。大多數情況下，數據是有一定規律的，教學中要及時引導學生觀察發現和直觀呈現其變化，借助直觀、適合的圖表，把所得的連續數據和對比數據用統計圖等形式予以呈現，更清晰地看出數據之間的變化關系，也更加容易發現其中隱藏的規律，從而得出較為科學的探究結論。例如蘇教版四年級上冊《冷熱與溫度》一課，表2是學生在實驗中按規定時間操作測試獲得的一組水溫數據，直觀地表現出熱水先快后慢的降溫過程。

再如蘇教版五年級上冊《測量呼吸和心跳》一課，在教師引領下，學生可分別測量“安靜狀態”“運動結束時”“休息3分鐘后”的1分鐘呼吸次數和心跳次數，再將獲得的第一手數據繪制成柱形圖（表3：三種狀態下，每分鐘呼吸和脈搏次數）。通過柱形圖的分析，學生就能清晰地發現：人體在運動后，呼吸次數和脈搏次數會明顯增加。休息3分鐘后，人體的呼吸次數和脈搏次數又會減少，漸漸接近于安靜時的狀態，進而身體力行地了解其背后隱藏的科學：人體在運動時，需要更多的氧氣來維持生命活動。

（二）和均計算

和均計算是指用計算總和或平均數的方法來分析數據。如《小車的運動》一課，在探究“小車運動的快慢與小車載重量”和“小車的運動快慢與拉力大小”兩個實驗中，均可采用取平均數的方法來分析實驗數據。

三、實驗數據的反思

在科學探究中，有時會出現不支持假設的數據，有的教師為了得出與假設一致的數據，往往對于這些意外的數據視而不見，這是一種不好的現象。這樣不利于對學生科學理性思維的培養，這與我們的科學教育的目的是相違背的。其實，這些意外的數據，對我們教師而言，雖然無法得出自己想要的數據，但卻可以成為學生體驗本質、培養學生理性態度和實證精神的良好契機。教學中，教師要及時利用好這些意外的數據，引領學生本著“尊重事實，合理懷疑”的態度，學會在實踐中反思，在反思中再實驗，在實驗中再發現。避免在證據不充分的情況下做出過于主觀且不夠準確的判斷，在多次實驗中獲取新的證據，勇于懷疑、修改自己的意見，最終形成較為科學的結論。

如探究“擺的快慢與擺錘的重量有無關系”這一實驗中，擺線長度一致、擺角大小固定、擺動時間保持不變，通過改變擺錘的重量，小組分別測1個螺帽、2個螺帽、3個螺帽在15秒內擺動的次數。表4是學生在實驗中獲得的數據。

教師在組織學生討論交流后得出結論：擺的快慢與擺錘的重量無關。上表中，對于“11”這個“意外數據”，教師要引導學生學會發現和思考，幫助學生回顧實驗探究的詳細過程，可設計以下的教學路徑：一是反思實驗前設計的操作流程有無問題；二是回顧是否嚴格按照既定設計進行了規范的操作；三是思考在實驗過程中，計時是否精準……如果學生能找到出現問題的蛛絲馬跡，他們就能在較為縝密的思維后及時調整失誤，進行再次實驗，以實際的測試驗證實驗的結果會不會回到“12”這個次數。最后，實事求是地根據全班各組的研究數據，形成共同的研究結論。當然，如果在實驗后續的反思中沒有發現問題所在，那就說明自己的數據可能是正確的。即便如此，本著科學探究的精神也該再多次實驗，驗證實驗結論的準確性，體悟實踐是檢驗真理的唯一標準，培養科學探究的品質。

再如蘇教版五年級上冊《心臟與血液循環》一課中，學生在實驗中使用聽診器測心跳后，在組內算出小組平均數，教師匯總全班數據以后，再引領學生算出全班的平均數。此時，教師再讓學生把手放在自己脈搏的位置，用同樣的方法測出全班脈搏的次數。在學生匯報數據的時候，我們也發現了一些“意外數據”，如有的學生的心跳次數低于40次，有的學生的心跳次數高達180次。一般來說，少年兒童正常的心跳次數在60～100之間。對于這些特殊的數據，教師要適時引導其他學生提出疑問，及時幫助這些特殊數據的學生分析原因，是不是自己太緊張，導致心跳次數過快？或是自己數錯了次數？還是借助聽診器測量時，聽得不清楚？……只有幫助學生找到錯誤的原因所在，才能幫助學生建立正確的科學概念。否則，學生就可能會出現錯誤的認知或印象：測量獲得的數據不十分準確也不打緊。大體、差不多，甚至自己編一個數據等則是科學探究最要不得的態度。

四、結語

科學是追求嚴謹和準確的，它是一個實證的系統。我們要培養學生的實證意識，需要在課堂上關注教學中的細節、關心學生對信息的處理，引領學生勇于自我追問、勤于實踐反思、積極實踐探索——“證據是什么”。引導學生在實驗中通過認真細致的觀察，規范熟練地實驗，及時準確地捕捉，并學會獲取準確的數據，采用合適的方式科學地分析，在科學探究中培養學生的科學思維，在觀察與思考、分享與質疑、探究與發展中，不斷培養他們的實證意識。當然，我們也要敢于直面“意外數據”，發現其中的教學契機，引導學生合理懷疑，再思考、再發現、再驗證。這既是實證意識最好的體現方式，也是學生需要的科學核心素養。

參考文獻

[1]喻伯軍.《義務教育科學課程標準》課例式解讀[M].北京：教育科學出版社，2022.

[2]中華人民共和國教育部.關于加強和改進中小學實驗教學的意見[S]北京：教基〔2019〕16號，2019.11.