指向高階思維的實驗數據處理策略研究

〔摘" "要〕" 探究實驗是小學科學主要的學習方式，而數據是探究實驗成果的重要證據，當下小學科學課堂教學在實驗數據的處理中存在缺少精準獲取、有效呈現與深度論證的現象，致使高階思維培養缺基礎、少支架，缺路徑。因此需要精準獲取數據，為高階思維發展鞏固基礎；有效呈現數據，為高階思維發展搭建支架；深度論證數據，為高階思維發展拓展路徑。

〔關鍵詞〕" 小學科學；實驗數據；高階思維；策略

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 10" " 007-010

高階思維，是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力。在小學科學課堂教學中，實驗數據是體現科學探究成果的重要證據，對實驗數據進行分析是探究過程的重要組成部分，也是學生發展高階思維的有效途徑。

高階思維模型框架表明，高階思維是一個多種認知成分協同作用的復雜認知過程，具體包括三個步驟。步驟一：分析問題情境；步驟二：建立新舊知識之間的聯系；步驟三：綜合不同維度的信息，產生創新性認知，建構認知圖示（如圖1）。數據處理一般包括數據獲取、數據呈現、數據運用三個過程，是一個動態的分析問題和解決問題的過程，所以在這個科學探究實驗數據處理機制過程中，學生對數據進行分析、綜合、比較、分類、推理等，這些思維方法都是有利于高階思維能力的發展。

但當下小學科學課堂教學中學生的數據處理能力不足，存在缺少精準獲取數據的方法、有效呈現數據的方法與深度論證數據的過程，致使高階思維能力發展缺基礎、缺支架、缺路徑。在課堂教學中，如何做好實驗數據的獲取、呈現與論證，發展學生高階思維能力呢？

一、精準獲取數據，鞏固高階思維基礎

在科學探究活動中，由于測量儀器不精確、記錄不準確、實驗設計不典型等問題，常常導致學生獲得的實驗數據不精確，不利于后續的分析處理，無法得到高階思維能力的提升。那么，如何鞏固高階思維基礎呢？

（一）優化獲取方法，提高數據精確性

在教材中，有些實驗采用老舊的實驗材料進行探究，由于儀器精密性的限制導致獲取的數據不可定量，數據的精確性無法保障。隨著信息技術的不斷進步，我們可以采用現代信息技術手段與實驗教學相結合的方式得到更加精確的數據（如表1）。

（二）改進實驗記錄，提高數據有效性

用一定的實驗記錄單、學習單等方式對實驗結果進行記錄，是我們獲取實驗數據的一個重要方法，但是條理不清、煩瑣的記錄方法往往會影響到數據的有效采集。因此合理、科學、高質量的實驗記錄單能直接影響探究實驗活動的效果，并直接影響學生對數據的處理。

如在對比實驗中，我們盡可能地將變量具體化，同時在統計實驗數據時把各種因素呈現在同一張表中觀察，用復式統計表呈現數據（如表2）。

（三）優化實驗設計，保證數據科學性

要獲得科學的實驗結論，運用數據建構科學概念，優化實驗設計是前提與基礎。在小學科學探究實驗教學中經常會出現一些不符合科學規律的異常數據，而究其原因，在于材料不夠科學、內容設計與實驗設計不夠優化。教師課前通過下水實驗，合理優化內容設計，選擇有結構的實驗材料并優化實驗設計，是獲取科學數據的前提（如表3）。

二、有效呈現數據，搭建高階思維支架

在學生經過探究實驗獲取實驗數據后，將數據通過整理，用合適的方式呈現是至關重要的。小學生以形象思維為主，面對抽象復雜的信息、數據以及數量關系往往難以發現數據之間的聯系并解構信息的內在規律。搭建數據呈現的“支架”，是運用數據進行科學論證，提升高階思維能力的基礎。

（一）“大數據”法，呈現數據關系

“大數據”法是指教師借助一定的手段全面呈現數據，以更多有效的數據作為證據推理論證觀點。“大數據”法通過引導學生分析事物或現象的大數據以發現隱藏在數據背后各部分之間的關系，從而揭示規律。在這個過程中，學生需要經歷將事物或現象的各部分進行相互關聯，以發現各部分之間的相互關系，這正是分析思維活動的過程，操作流程一般如圖2。

（二）科學取值法，呈現數據差異

科學取值法是指引導學生用一定的方法對實驗數據進行合理取值，通過對取值后的數據進行分析，呈現數據差異。一般由以下幾個步驟組成（如圖3）。

[獲取數據][科學取值][核驗數據][分析數據規律]

圖3""科學取值法操作流程

步驟一：“獲取數據”，是指指導學生通過實驗等方法獲得數據。

步驟二：“科學取值”，是指將通過實驗獲得的數據用一定的取值方法進行合理取值。

步驟三：“核驗數據”，是指引導學生對匯總的全班數據進行核驗，以獲取真實可靠的數據。

步驟四：“分析數據規律”是指組織學生根據分析結果，總結出規律或規則。

如表5所示，以《讓小車運動起來》一課為例，科學取值法策略的操作流程。

（三）借助圖表法，呈現數據趨勢

借助圖表法是指引導學生將收集到的數據進行匯總與整理，轉化為合適的圖表，并利用圖表進行信息的比較，從而發現信息背后的成因或相互之間的聯系與規律，操作流程一般如圖4所示。

三、深度論證數據，拓展高階思維路徑

借助一定的方法呈現數據后，綜合不同維度信息、產生創新性認知、建構認知圖示這三步是形成深度論證的關鍵步驟，有助于形成高階思維，實現思維進階。

（一）綜合不同維度信息，發展結構化思維

結構化思維是一種邏輯嚴謹、條理清晰的思考方式，它幫助我們在面對復雜問題時，通過分解問題、分類信息和建立邏輯關系來達到清晰和有序的思考。綜合不同維度信息通過展示與比對的方法識別數據之間的聯系，以形成整體的認知，這時學生的思維就在整合、歸納、總結的過程中，促進結構化思維的發展。

對數據進行多元形態展示，將大數據采用一定的技術手段同步呈現與集體采集，并將展示的數據通過一定方法進行比對，是對數據進行分析與綜合的前提（如表7）。

（二）產生創新性認知，發展創新性思維

在綜合了不同維度的信息后，結構化的、系統性的知識還存在于大腦中，需要進一步加工內化產生一個“內在一致、功能統一的整體”，或者一個“新的模型和結構”，這個過程是最高層級的高階思維，即新知識的創造。在深度論證數據時，要引導學生產生創新性認知，發展創新性思維。

在對實驗數據論證時，通過設計有層次的“論證問題串”可以引導學生進行深入思考、發散思維，進行深度論證，由淺入深，層層遞進。通過關鍵問題的設計，引導學生研討論證環環相扣、有理有據，讓學生思維的嚴密性和完整性得到發展（如表8）。

（三）建構認知圖示，發展批判性思維

批判性思維是一種理性的、分析性的思維方式，它強調對信息的深度理解、分析和評價。在這個信息爆炸的時代，我們每天都會接觸到大量的信息。批判性思維就是我們處理這些信息的一種方式，它幫助我們分析這些信息，探究背后的原因和結果，鼓勵我們對日常所接收的信息進行質疑、分析和反思，從而達到更深層次的理解。

在實驗結果論證中，發展批判性思維應該引導學生建立這樣的認知：通過初步交流暴露學生的共性問題，通過深入思辨，學生在相互質疑、評價、批判過程中明確處理方法，通過迭代交流最后揭示數據背后規律，建構新的認知（如圖5）。

具體在每一個環節中通過以下關鍵問題設計引導學生深入思維，發展批判性等高階思維能力（如表9）。

總之，在小學科學課堂教學中，對實驗數據的處理是促進學生高階思維發展的有效手段，但對數據的處理只是促進學生高階思維發展的諸多措施之一，這就需要多措并舉，方能促進學生高階思維能力的快速發展。

參考文獻

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[3]方艷敏.小學科學實驗教學中出現的“數據異常”的思考[J].中國校外教育旬刊，2015（1）.