小學科學探究活動中實驗數據的處理和應用

【摘?? 要】數據是科學實驗、測量活動、情況調查的結果呈現。借助數據可以揭示事物發展的規律，推導科學結論，建構科學概念。為了充分發揮實驗數據的科學價值，提升學生的數據意識和思維能力，教師應帶領學生“獲取精準數據，處理原始數據，解析實驗數據”。

【關鍵詞】實驗數據；數據處理；小學科學；探究活動

數據是科學實驗、測量活動、情況調查的結果呈現。借助數據可以揭示事物發展的規律，推導科學結論，建構科學概念。《義務教育科學課程標準（2022年版）》要求學生利用統計圖表等記錄和整理信息，得出科學結論，并利用測量獲得的數據描述物體的某些特點和某些系統的結構、關系及變化過程。數據的重要性不言而喻。

實驗數據是數據的一種，處理和應用實驗數據是科學學習的重要過程，有助于學生理解探究活動的意義。課堂中，教師應關注實驗數據的獲取、分析和應用過程，切實培養學生的數據意識，提升學生的綜合能力。然而，科學探究活動中，由于測量工具不精準、實驗設計不合理、數據呈現不到位等，數據常常無法準確反映探究過程，影響教學活動的有序推進。對此，教師可嘗試改進實驗，優化測量工具，充分發揮實驗數據的科學價值，提升學生的數據意識和思維能力。本文以教科版《科學》的教學為例，闡述具體的做法。

一、精雕細琢，獲取精準數據

獲取數據是處理和分析數據的首要條件。教師應設計合理的實驗步驟，準備精確的測量工具，引導學生使用正確的測量方法，確保獲得的實驗數據準確有效，為后續數據的分析應用做準備。

（一）精其道，實驗設計合理有序

合理的實驗步驟是獲得精準數據的基礎條件。在探究實驗的設計階段，要考慮探究活動的內在邏輯，排除無關因素的影響，保證學生明晰實驗的步驟和方法，確保操作要求符合學生的能力水平。

三年級上冊“天氣”單元的“測量降水量”活動中，教師試圖通過模擬實驗證明用不同口徑的直筒杯可以獲取相同的降水量，讓學生通過直觀體驗，理解雨量器的工作原理。然而，在實際操作中，利用灑水壺模擬降水很難做到區域均衡，導致直筒杯內的水位高度不同。降水量的模擬實驗涉及的干擾因素太多，不僅沒有起到助力作用，反而給學生理解雨量器的工作原理帶來了困惑。調整灑水壺的出水密度、出水高度、直筒杯的擺放位置，可以讓各個直筒杯中的水位更為接近，但始終無法保證水位高度基本相同。為了避免模擬實驗造成認知偏差，教師通過動畫演繹雨量器的工作原理，符合三年級學生的認知水平。在此基礎上，教師指導學生制作雨量器，體驗收集雨水的過程，順利完成探究目標。小學階段獲取實驗數據的重點在于設計契合學生思維水平和操作能力的探究活動，給予學生足夠的探究時間，讓學生體驗科學過程，初步理解科學原理。

（二）精其器，測量工具精準無誤

工欲善其事，必先利其器。精確的測量工具是獲取精準實驗數據的必要條件。測量工具不到位容易導致實驗結果出現偏差，影響科學結論的得出。教學三年級上冊“水”單元時，學生要利用酒精溫度計測量水沸騰時的溫度。由于酒精溫度計的精度不高，學生測得水的沸點普遍高于100℃，難以建構正確的沸點概念。同樣，在“天氣”單元中，由于溫度計無法快速感知氣溫變化，學生難以準確測出氣溫，教學活動無法當堂完成。事實上，隨著現代教育技術的快速發展，測量工具也日趨進步。圍繞數字傳感器構成的新型實驗系統能夠克服傳統測量工具的諸多弊端，使得測量過程更加簡單便捷。在數字傳感器的助力下，新型實驗系統能按固定頻次將溫度的數據傳輸到電腦上，提高數據的精準度，降低學生的讀數難度。數字傳感器已經覆蓋了力學、電學等多個板塊。該技術使測量工具得到了優化，便于學習者獲取精準數據，明晰探究結果，突破認知難點。

（三）精其力，探究操作準確到位

科學探究活動中，學生是最重要的因素。學生明晰活動步驟，熟練使用測量工具是獲取精準數據的前提條件。如：測量水溫時，溫度計不能碰到杯底或杯壁；使用測力計時，須先進行調零；使用計時器時，須及時按下開關按鈕。然而，實際教學中，并非所有學生都熟悉測量工具。以彈簧測力計為例，大部分學生只在課堂上使用，真正接觸彈簧測力計的時間非常有限。對此，教師要多為學生提供操作器材的機會，在探究活動中增加器材的發放數量。或將學校的閑置器材以借用的方式提供給學生，鼓勵他們在課后繼續操作，并完成相應的探究任務。

二、精打細算，處理原始數據

測量獲得的實驗數據有時不能直接使用，需要進行初步處理，通過甄選、取值等相關操作，并以恰當的方式呈現，便于后續的解析應用。

（一）甄選：優劣對比，形成共性認知

受各種因素影響，通過相同實驗獲取的數據也可能會有不同。學生需要重復實驗，獲取更為精準的數據。如何從多個數據中選擇最終數據，需要深入研討。學生在三、四年級的數學課上，學習過平均數的計算方法，但平均數的計算需要花費較多時間，難以快速得出結果。對此，教師可引導學生根據實際情況，選用眾數或中位數作為參考。教學五年級上冊“計量時間”單元的《機械擺鐘》時，學生測量自制擺鐘1分鐘的擺動次數，將數據匯總（如表1）。教師借此機會組織學生討論平均數、眾數和中位數的特點。

對于第一組數據，學生認可采用平均數（恰好是中位數）代表測量結果。對于第二組數據，學生普遍認可用眾數代表測量結果。對于第三組數據，學生存在爭議，因為平均數不是整數，又不存在眾數。經過討論，學生決定采用中位數作為最終數據。需要注意的是，數據的甄選沒有統一的標準，教師應給予學生更多的自主權。

（二）取值：活動熱身，理解測量誤差

誤差對實驗數據的獲取和分析有較大影響。小學生不容易理解誤差的概念，容易糾結數據的細微變化。對此，教師可設置合適的探究活動，針對誤差進行“熱身”。教學四年級上冊“運動和力”單元時，學生利用秒表測量小車的運動時間。當數據精確到百分之一秒后，學生發現，每次測量的數據都不相同，由此產生了困惑。因此，教師設置了熱身活動“比一比誰的反應快”，要求學生先按秒表的開始鍵，再迅速按結束鍵，測試自己的反應時間。學生發現每次測試的時間都有細微的偏差，要做到反應時間完全相同非常困難。有了親身體驗后，學生就容易理解誤差的概念，對數據的取值更合理，對數據的分析和應用也更順利。

（三）呈現：計算內置，凸顯變化規律

得出數據后，學生須對數據進行初步處理，通過計算、換算等方式將數據蘊含的規律呈現出來，為后續的數據分析打下基礎。以測試“不同紙張在陽光下的吸熱能力”的探究活動為例，學生測試了鋁箔紙、蠟光紙等，研究紙張的顏色、表面光滑程度等因素對吸熱能力的影響。學生每隔兩分鐘記錄一次溫度上升的數值，將變化規律用折線統計圖呈現出來。這比直接記錄溫度更便于比較。教學六年級下冊“小小工程師”單元時，為了評估塔臺模型的優劣，教師從多個維度進行考量，設置相應的分值，比較各個模型分值的高低，給出綜合成績。然后合理設計記錄表單，確保數據能反映事物的本質特點，便于后續的數據分析。

三、精思細研，解析實驗數據

數據能夠揭示研究對象的內在規律。通過合理的分析和解釋，學生能夠得出正確的科學推論，獲得對客觀世界的正確認識。

（一）聚焦注意，呈現可視化數據

小學生正處于從形象思維向抽象思維過渡的階段。面對大量的數據，他們往往不知從何下手。對此，教師要帶領學生對數據進行可視化處理。如，先帶領學生分塊處理數據，圈畫重點數據，將后續需要對比的數據集中呈現出來。接著引導學生聚焦局部數據，基于一行或一列的數據展開研討，降低數據分析的難度。隨后讓學生將數據傳輸到電腦上，借助統計工具，將數據轉化為各種圖表，以更直觀的方式呈現出來。合適的統計圖表可以直觀展示事物的變化規律，便于學生得出相關結論。

（二）歸納推理，展開聚焦式分析

從數據中發現規律并推導研究結論，是數據分析的核心目標，也是學生面臨的難點。教師嘗試采用聚焦式分析的方式，幫助學生完成歸納推理，形成研究結論。五年級上冊“計量時間”單元的《擺的快慢》一課中，學生預測“擺動幅度變大，擺來回一次的時間會變長”。然而，實驗數據卻顯示，當幅度變化時，擺來回一次的時間并不會發生變化。在數據的支持下，學生聚焦假設，容易得出“擺幅大小不影響擺的快慢”這一結論。在驗證過程中，學生梳理研究問題的因果關系，建立數據與問題之間的聯系。歸納推理前，教師鼓勵學生獨立閱讀數據，嘗試自己解析數據，鍛煉歸納推理能力。

（三）結果演繹，證實可預測結論

得出結論之后，需要將結果應用到實踐中，以此驗證結論的可靠性。學生在探究活動中獲取的數據僅代表小組的研究結果。但數據之間是否存在差異、基于小組探究數據得出的結論是否具有普適性等問題，仍需進一步驗證。將研究結果反饋給其他小組，通過組間對比驗證實驗數據的可靠性，是探究結果的演繹過程。教學五年級上冊“計量時間”單元時，當學生得出“擺長越短，擺來回一次的時間越短”這一結論后，教師要求他們繼續縮短擺長，測試擺動時間是否會繼續縮短，以此檢驗結論的正確性。學習四年級上冊“運動和力”單元中的《讓小車運動起來》一課時，學生根據數據得出以下結論：動力越大（以墊圈重力作為動力），小車運動速度越快。教師鼓勵學生增加動力，繼續檢測小車的運動速度。學生發現，當重力足夠大時，小車的運動速度和墊圈重力之間的關系會發生變化。基于結果展開演繹推理，可證實實驗現象，強化研究結論。

（四）解析異常，列舉干擾性因素

在探究活動中，往往會出現一些異常數據。這些數據往往是學生操作失誤造成的。它們不支持結論，不包含其他數據所反映的規律。面對異常數據，許多教師會選擇忽視。事實上，這是幫助學生突破認知障礙的良好契機，應得到教師的關注。學習五年級上冊“計量時間”單元中《擺的快慢》一課時，當擺的長度縮短后，有小組匯報“擺的次數在減少”。對此，教師組織學生展開研討，思考為什么會產生這一現象。在“用橡皮筋驅動小車”的活動中，當橡皮筋的圈數達到一定數量后，繼續增加圈數反而會減少小車的運動距離。通過分析異常數據，學生綜合考慮影響小車運動距離的因素，為后續設計和制作小車打下了基礎。學生列舉干擾性因素及可能出現的各種錯誤，進一步明確實驗操作的注意事項，逐漸建立正確的數據意識。

通過探究活動獲取實驗數據，而后分析數據得出結論，是小學科學學習的常態模式。課堂中，教師應引導學生正確認識數據的意義和價值，助力學生在獲取、處理、分析數據的過程中提升邏輯思維能力，形成數據意識。當然，這一目標不可能在短時間內達成，需要讓學生不斷經歷學習過程，逐漸突破認知障礙。

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（浙江省杭州市競舟第二小學）