巧用統(tǒng)計圖表培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識

【摘 要】本文以教科版五年級上冊“擺的認識”為例，以問題驅(qū)動統(tǒng)計、記錄驅(qū)動分析、反思驅(qū)動推理等策略，幫助學生提高數(shù)據(jù)意識。

【關鍵詞】統(tǒng)計圖表 學科融合 數(shù)據(jù)意識

數(shù)據(jù)意識是當前公民不可或缺的基本素質(zhì)，也是新時代每個學生都必須具備的科學素養(yǎng)。教學中，教師可引導學生觀察統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息，用不同的方式分析與解讀相關信息，對實驗現(xiàn)象進行合理解釋。為了更好地觀察數(shù)據(jù)信息，我們通常會用到統(tǒng)計圖表。當前，統(tǒng)計圖表在科學教育教學中得到深入、廣泛的應用，成為一種重要的學習方式。

教科版五年級上冊“計量時間”單元《機械擺鐘》《擺的快慢》《制作鐘擺》三課中關于擺的知識點有5份統(tǒng)計表，每張統(tǒng)計表邊上基本都呈現(xiàn)了提示性操作圖片、實驗規(guī)范性語言，也隱藏著實驗方法與注意事項。筆者結合實際教學所需，將以上三課知識系統(tǒng)整合為“擺的認識”，并以此為例，探究如何利用統(tǒng)計圖表培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)意識。

一、問題驅(qū)動統(tǒng)計——激發(fā)數(shù)據(jù)的洞察力

在《機械擺鐘》教學中，筆者將教材中“測量鐘擺1分鐘擺動的次數(shù)”的任務改編為“1分鐘之內(nèi)，你想測出鐘擺多長時間里擺動的次數(shù)呢”。開放性問題將學生的思維打開了。學生提出可以分別測鐘擺10秒、15秒、20秒、30秒、60秒所擺動的次數(shù)。學生兩兩一組，自選三個不同時長，一人計時一人計數(shù)，分別測三次。集體匯報時，學生在觀察對比中發(fā)現(xiàn)，機械鐘擺動秒數(shù)與擺動的次數(shù)一致，即每秒擺1次，一分鐘共擺60次。這樣的觀察避免了三次均觀察1分鐘時長所造成的費時且數(shù)據(jù)單一的缺陷，自然催發(fā)了學生自覺收集數(shù)據(jù)的需求，提高精準數(shù)據(jù)的洞察力，增強學生對古人發(fā)明機械擺鐘所體現(xiàn)出來的智慧的自豪感，激發(fā)后續(xù)的探究欲望。

二、記錄驅(qū)動分析——練就數(shù)據(jù)的思考力

同一單擺在相同時間內(nèi)，擺動次數(shù)相同，那么不同的單擺在相同時間里擺動的次數(shù)相同嗎？《機械擺鐘》的實驗二是：自制一個擺，觀察擺運動的特點。這一實驗涉及繩子與重物兩種材料，結構簡單、材料易得。但是，在教學中，筆者發(fā)現(xiàn)學生自備材料過于豐富多樣，分散了關于擺的快慢因素的猜想，不利于《擺的快慢》的教學。因此，筆者進行相應改進，設立材料區(qū)，放置不同長短、粗細的擺繩與不同輕重、大小的擺錘的材料，并進行編號，讓小組學生自選材料、組合制擺、規(guī)范實驗步驟、進行實驗觀測、填寫統(tǒng)計表。接著，展示匯報統(tǒng)計表時，學生再呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的整體分析過程。

1. 用不同方式分析解讀統(tǒng)計圖表，感受科學嚴謹性。

五年級學生在數(shù)學課程教學中對收集整理數(shù)據(jù)與單式、復式統(tǒng)計表知識有一定的了解，對柱狀統(tǒng)計圖、條形統(tǒng)計圖、折線統(tǒng)計圖、韋恩圖、氣泡圖等也有一定的知識基礎。1分鐘擺的次數(shù)觀測實驗統(tǒng)計后，各小組根據(jù)統(tǒng)計表數(shù)據(jù)生成條形統(tǒng)計圖。此時，教師可以提問：“觀察小組測量結果，你們發(fā)現(xiàn)了什么？”各小組從條形統(tǒng)計圖上感知到三次數(shù)據(jù)基本一致，再次感受擺的等時性。但是，學生還發(fā)現(xiàn)第4小組所測的1分鐘擺的次數(shù)是57下、46下、56下，46下。這些異常數(shù)據(jù)，引發(fā)了學生的思考：可能是什么原因造成的。學生紛紛剖析可能存在的原因：擺繩碰壁、計數(shù)錯誤、報時不準。這樣的“意外”引領學生去思考發(fā)現(xiàn)、重視事實、合理懷疑，傾聽和考慮他人的不同想法或解釋。以上調(diào)整數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式，直觀讀取數(shù)據(jù)的過程可讓學生在追求數(shù)據(jù)質(zhì)量中感受到科學的真實性與嚴謹性。

2. 從不同角度分析解讀統(tǒng)計圖表，發(fā)現(xiàn)科學本質(zhì)性。

獲得更為可靠、科學、全面的證據(jù)，是科學課中驗證猜想的關鍵。在小組數(shù)據(jù)分析后，教師再引導學生進行全班數(shù)據(jù)匯總：“看一看全班的數(shù)據(jù)，哪組數(shù)據(jù)跟你們小組一樣？你發(fā)現(xiàn)了什么？”從各小組數(shù)據(jù)到全班數(shù)據(jù)的對比觀察中，學生發(fā)現(xiàn)小組之間所測的擺動次數(shù)不盡相同。于是，教師提出問題：“相同時間內(nèi)，不同的單擺擺動次數(shù)不同。你們覺得擺的快慢跟什么有關？”學生提出擺的快慢與擺繩長短、擺錘質(zhì)量、擺動幅度大小有關。教師順勢讓各小組代表上講臺一起高舉自制擺，臺下學生興趣高漲，紛紛一看究竟，發(fā)現(xiàn)這些擺繩、擺錘有相同也有差異。教師進而順勢引出下節(jié)課《擺的快慢》的教學。

三、反思驅(qū)動推理，提升數(shù)據(jù)的應用力

《擺的快慢》是典型的對比實驗探究教學，學生通過實驗探究擺的快慢與擺繩長短關系后，經(jīng)過簡單分析，明確得出“擺繩越短，擺得越快；擺繩越長，擺得越慢”這個結論是遠遠不夠的。教師可以精準細化實驗數(shù)據(jù)，有目的性地設置短擺繩、中擺繩、長擺繩的擺繩長度，比如第一種，10 cm、15 cm、20 cm；第二種，30 cm、35 cm、40 cm；第三種，20 cm、30 cm、40 cm；第四種，40 cm、45 cm、50 cm。每種長度都由兩小組分別進行1分鐘擺動次數(shù)實驗觀測統(tǒng)計，相同實驗若出現(xiàn)不完全一致的數(shù)據(jù)，則剔除個別誤差數(shù)據(jù)后，將相同擺繩長度的平均數(shù)，利用Excel表格匯總形成柱狀統(tǒng)計圖。

師：觀察這幅統(tǒng)計圖，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生1：擺繩越短，擺的次數(shù)越多；擺繩越長，擺的次數(shù)越少。

生2：擺繩50cm擺得最慢，擺繩10cm擺得最快。

生3：我從10cm擺43次、20cm擺32次、30cm擺27次發(fā)現(xiàn)，擺的快慢與擺繩長短不成倍數(shù)關系。

學生還指出，單擺正如人腿，可以認為自然速度下腿的長短和跑步快慢之間存在一定關系。對此，學生展開激烈討論，發(fā)現(xiàn)有些情況下腿長的話邁的步伐大，腿短走的頻率快。我們拉長研討的時空，讓科學學習與生活接軌，于是學生對擺繩長短與擺的快慢規(guī)律性變化的趨勢有了深入思考。

僅有以上思考是不夠的，學生細致觀察統(tǒng)計圖后就會發(fā)現(xiàn)：25 cm的擺繩在這節(jié)課中沒有出現(xiàn)，它正好是下節(jié)課《制作鐘擺》的基本理想長度。此時，教師可以提問學生：“你覺得25 cm的擺繩可能擺多少下？為什么？”學生根據(jù)之前擺繩對應的擺的次數(shù)進行猜想，在介于20 cm與30 cm之間做出合理推理，擺繩長20cm的時候擺動32次，擺繩長30 cm時擺動27次，那么25 cm時擺動次數(shù)可能在28-31次之間問題。該數(shù)據(jù)反映的是一種概率和區(qū)間問題，學生需要猜想并說明推理的依據(jù)。接著，教師當場進行25 cm擺繩1分鐘擺動次數(shù)的演示測試實驗。當現(xiàn)場全體學生聚精會神觀測并得出數(shù)據(jù)時，推測正確的學生歡呼雀躍。而后，教師再拋出問題：“25 cm的擺繩真的擺30次嗎？”并請兩個學生進行第二次、第三次擺動擺錘。教師及另兩個學生結果一致，引發(fā)了大家的思考：“擺幅大小明顯不同，但結果一致，說明了什么？”學生得出結論，擺的快慢與擺幅大小并無關系，而與擺繩長短有關系。如此教學中，學生自然而然地借助統(tǒng)計圖所展示的規(guī)律性趨勢，在彌補數(shù)據(jù)缺失中無痕反思，有序推理，學生對數(shù)據(jù)的應用力自然得到提高。

總之，《擺的認識》的教學讓學生經(jīng)歷問題驅(qū)動收集數(shù)據(jù)、及時記錄分析數(shù)據(jù)、合理推理運用數(shù)據(jù)，幫助學生建立模型建構和推理論證，有效提高學生對數(shù)據(jù)的洞察力、思考力、應用力，促進學生科學素養(yǎng)的全面提升。

（作者單位：福建省寧德師范學院第二附屬小學 本專輯責任編輯：蘇少偉）

［1］宋斌，趙啟安.基于數(shù)據(jù)分析的小學科學實驗［J］.中小學數(shù)字化教學，2019（05）：21-23．

［2］徐春建，吳中君.表達·關聯(lián)·論證：小學科學課堂深度研討的優(yōu)化策略［J］.中小學教材教學，2021（10）：72-76.

［3］徐芳芳.基于科學精神培養(yǎng)兒童的數(shù)據(jù)分析觀念［J］.江蘇教育，2021（01）：47-51．

在教學中，教師必須以學生為中心，確立學生的主體地位，注重培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，以期最大限度地激發(fā)學生的積極性和創(chuàng)造性。其中，立足于課堂，提升學生的思維、意識方式，有助于學生素養(yǎng)的培育。本專輯的幾篇文章，就此進行了探索，并提供些許經(jīng)驗。

本文系福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2023年“研究共同體”專項課題“單元整體教學視域下小學科學周末微項目作業(yè)設計與實施的研究”（課題編號：Fjygzx23-054）的研究成果。