诚实的数据

张陈江

在小学科学课探究活动中，收集实验数据、记录实验现象是常用的手段。从实验中获得的数据和现象，对于分析事物的特征和变化有着特别重要的作用。基于数据的定性、定量分析，能使我们的探究思路更明晰，结论更精确。同时，让学生经历获取、整理、分析实验数据，可以更好地理解科学实验的意义和特征，更有效地提高学生的科学探究技能，提升学生的科学素养。

一、科学探究活动中数据收集与分析中的问题

尽管实验数据对于科学实验、探究过程，对于学生都有着很重要的价值，然而通过听课观课、访谈和其他调查手段，我们发现许多日常课堂上的实验数据和现象都出现了问题，学生对于数据的获取和处理有一些并不诚实的方式。

1. 有意删改数据，以迎合事先的判断。

【案例1】《连续测量一杯热水温度的变化》

一位教师在执教苏教版科学四年级上册《冷热与温度》时，组织学生连续测量一杯热水温度的变化。为了让测量活动尽可能提高效率，教师在实验前进行了详细的实验步骤的辅导。正如教师期望的那样，整个实验过程井然有序，各个小组的学生都测量出了不同时间点的热水温度，并且详细地记录了下来。其中，一个小组的记录是这样的：

实验结束后，各个小组的学生在整理实验器材的同时，有部分学生就在观察和交流自己的实验数据。这个小组中有个学生突然产生了疑惑的神情，观察了一阵后，他拿起橡皮把一个数据给擦掉了。犹豫了片刻，提起笔写上了一个新的数据：

课后，笔者和这个学生进行了短暂的交流，问他为什么要改10分钟时的数据。他这样回答：“我观察了我们测量到的温度，发现56.5应该是不对的。因为6分钟和8分钟之间相差2℃，8分钟和10分钟之间只差1℃，而且10分钟和12分钟之间又相差2.5℃了，这个数不正常啊！”笔者问他：“那为什么要改成55.5呢？”他想了想说：“只有55.5℃的时候， 6分钟和8分钟之间、8分钟和10分钟之间都相差2℃，10分钟和12分钟之间、12分钟和14分钟之间都相差1.5℃。”

从这位学生的话中，我们可以得到这样的信息：他在观察了实验数据后，头脑中进行了简单的整理和分析，得到了一个初步的结论——热水降温的趋势是比较平缓的、均匀的。但是，他又很细心地发现了56.5℃这个数据对这个结论的形成造成了影响。为了让自己的结论顺利得出，就用“数学”的方法让实验数据变得“完美”起来。

2. 刻意拼凑数据，以应证预期的结论。

【案例2】《影响电磁铁磁力大小的因素》

在执教苏教版科学五年级上册《电磁铁》一课时，学生对“影响电磁铁磁力大小的因素”进行了假设。有一组学生的假设是“电磁铁磁力大小与导线的长度有关。导线越长，磁力越大；导线越短，磁力越小。”在后面的实验环节，各个小组对各自的假设进行了验证。在交流时，这个组也公布了他们的实验数据：

从他们公布的数据看，其真实性值得怀疑。在查看了他们的记录单后，笔者发现下面两行数据都有涂改的痕迹。为了给学生一个正确的认识，还原事实真相，笔者让他们恢复原来的数据：

在后面的单独交流时，笔者问他们为什么要把测量出来的数据改掉。他们都面有愧色，不应声。笔者又问：“是不是觉得实验测量出来的数据和你们的假设不一致，所以就把数据改了改？”他们轻轻地点了点头。笔者告诉他们：“虽然修改以后的数据和你们的结论看起来一致了，但是它和事实不相符了啊！”

3. 精心杜撰数据，以构建理想的论断。

【案例3】《观察月相》

在教学苏教版五年级上册《看月亮》一课时，教师布置学生用一个月时间完成一份月相观察记录。漫长的一个月后，孩子们都把自己的成果进行了汇总。有些作品都有些皱、有些脏，甚至有些破了。不过也有一些非常整洁的记录纸，比如有这样一份观察记录（图1），从图中我们可以看到从农历八月初四（9月8日）到农历九月初三（10月7日）这一个月里月亮圆缺变化的完整过程。

图1

然而，当笔者向学生展示这份作品的时候，他们纷纷提出异议，说这是不可能的。事实上，从9月22日到10月7日这段时间一直都阴雨不断，不太可能用肉眼看到月相变化。相比大部分学生的作品（如图2），这份记录显然缺乏真实性，也反映出作者没有用实事求是的态度进行这次长时观察活动。这份“应该是这样”却实际无法观察到的月相记录，只是用来构建一个从其他资料中获取到的月相变化规律的结论。

美国哈佛大学教授兰本达 （B.Lansdown）曾提醒我们注意两点：小学生的科学探究与科学家的研究有基本的相似之处，也有重要的区别。尽管小学生的科学探究和科学家的研究比起来无论是规范性、科学性和创新性都有很大差异，但是重视探究过程中证据的收集和处理都是极其重要的。我们有必要让学生明白，坚持探究过程的真实性比仅仅得到完美结论具有更重要的价值和意义。

二、教学对策

1. 树立诚实的数据观念。诚实是进行科学探究必须具备的科学品格。在小学科学课的实验探究中，由于实验环境、实验材料、实验器具、实验方法、学生操作技能等方面的局限，往往会在收集到的实验数据与实验真值之间出现或大或小的差异。虽然这是我们力求避免的，但也是客观存在的事实。在学生进行实验探究的时候，教师要引导学生正视这样的误差，不能为了迎合理论上的结论而刻意修改、拼凑、捏造数据。尽力引导学生产生这样的认识：要忠于科学实验中得来的数据和现象。

首先，教师可以收集科学史上一些典型的事例，用具体的案例让学生了解真实的数据对于科学研究的重要意义和价值。比如1963年的一次试验中，美国麻省理工学院气象学家洛伦兹用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果，在一次科学计算时，洛伦兹对初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入。他把一个中间值0.506取出，提高精度到0.506127再送回。而当他喝了杯咖啡以后，回来再看时大吃一惊：本来很小的结果差异，经过再次计算，结果却偏离了十万八千里！前后结果的两条曲线相似性完全消失了。洛伦兹发现，由于误差会以指数形式增长，在这种情况下，一个微小的误差随着不断推移会造成巨大的后果。

其次，教师要给学生做正面示范，用诚实、顶真的态度感染学生。比如，在用大小不同的球模拟陨石撞击月面（沙盘），研究“环形山的大小和深浅与什么因素有关”的实验中，学生通过测量统计出了这样的数据：

他们在汇报的时候交流了结论：“环形山大小与陨石大小有关，陨石越大环形山越大，陨石越小环形山越小；环形山深度与陨石撞击速度有关，速度越快深度越深，速度越慢深度越浅。”看到学生的结论与数据并不相符，教师立刻要求学生再次观察数据，讨论可以得到怎样的结论。由于学生对该实验结论并不认同，教师组织学生进行了重复实验进行验证。经历了这个看似多余的过程，学生感受到了教师对实验数据的尊重，从而逐渐建立起诚实的数据观。

再次，可以选取学生身边的事例，用同伴对科学实验一丝不苟的态度影响学生。同伴榜样发挥的影响作用比教师一味的要求要有用得多。因此，教师要对在实验中自始至终坚持收集实验数据的学生、发现异常数据反复检验的学生、能对其他学生实验中的数据进行积极质疑的学生进行表扬和鼓励。通过教师的表扬，向其余学生传达一个信息：老师欣赏的是对实验数据充分尊重的学生，老师喜欢实事求是态度的学生。在短时间内，可能是学生为了讨取老师肯定这一功利的动机，但时间长了，就渐渐成为学生的习惯了。

2. 指导正确的实验方法。

（1）精心选择实验材料。小学科学实验的材料多来自生活，所以通常有多种选择。比如研究水的毛细现象时，需要让学生观察到水沿着有缝隙的材料向上或向四周“爬”。生活中有缝隙的材料随处可见，究竟哪些材料才能让实验现象明显？是毛巾？是砖块？还是木块？这就需要教师事先进行试验，选出最佳的实验材料。教学中，笔者选择了材质较为细密的干纸巾。将纸巾对折或三折成长条状，一端浸入水中，水会很快朝干的一段“爬”去。还可以用红墨水将水染色，把水和纸巾的色差尽量放大，对比观察，实验现象就更明显了。

（2）精准确定实验方法。小学生的科学学习中有个重要的组成部分是设计探究问题、验证结论的操作策略，即实验方法。实验方法是否恰当也会影响实验数据的真实性。比如研究声音高低的时候，要让橡皮筋发出高低不同的声音。通常，声音的高低都是靠主观判断。对于学生来说，比较差别不明显的声音的高低有些难度。在教学中，笔者引入了“频谱”软件（如图3），用麦克风采集拨橡皮筋发出的声音，通过软件上的数据来进行比较，可以直观地知道声音的高低变化。如今，随着电脑软件、传感器等数字化设备进入课堂，我们的实验数据采集方法会更加多样化，得到的数据也会更加精确。

（3）精密设计实验过程。有了适合的实验方法，还需要对实验过程进行周密的部署。比如在测量一分钟呼吸和心跳的次数的实验中，需要学生分别测量出以下数据：静止状态下一分钟心跳和呼吸的次数，剧烈运动一分钟后的呼吸和心跳次数，休息三分钟后的呼吸和心跳的次数。看似简单的六个数据，让学生在测量时犯了难。一个人不能同时测量自己的呼吸和心跳次数，所以要一个一个来测，可是剧烈运动后是先测呼吸还是心跳？如果先测心跳再测呼吸，那么测呼吸时就已经休息了一分钟了。如果再次做运动继续测，两次运动的剧烈程度就难以把握了。同样，休息三分钟后的呼吸和心跳数据也很难测量。经过讨论，学生们商量出了这样一个解决方案：同桌合作，自己测量呼吸次数，同时由同伴帮助测量心跳次数，老师根据时间发布测量指令。

3. 培养严谨的实验习惯。

（1）检查实验器材的习惯。实验器材对于实验结果的影响是显而易见的。目前实验室里的部分测量仪器由于生产工艺方面的问题，容易导致测量出现误差。比如烧杯、量筒、量杯等玻璃器皿，不同厂家、不同批次生产的仪器，它们的直径、高度、刻度等都可能出现差异。比如常用的红水温度计也常出现测量温度数值不准的情况，甚至在测量热水温度的时候，液柱也没有明显变化的情况。再比如托盘天平在使用中偶尔会出现无法调平的情况。由于每个天平上的托盘重量有差异，一旦把托盘搞混了，左右盘重量差异过大，就会使天平无法平衡了。

这些意外情况的出现固然是产品质量的缘故，但如果教师在准备材料和工具的时候能细心些，在开始实验前让学生先把器材检查一下，就可以有效地避免在课堂中出现学生测量数据失准、观察不到实验现象的尴尬了。

（2）正确实验操作的规范。即使实验器材没有问题，但如果操作规范或程序上出错的话，也会让数据失真。比如在测量一杯热水温度变化的实验中，有学生将温度计倾斜着搁置在烧杯里，让液泡接触杯底，测量出来的数据就会和实际数据有明显的差异。在教学中，教师需要提醒学生注意测量的规范：温度计不可以离开液面，液泡不能接触杯底和杯壁等。如果再为学生周到地考虑，可以提供一个铁架台和一根细线，让他们把温度计挂在铁架台上，这样可以避免学生长时间手持温度计出现的手臂酸麻，进而保证了实验数据的准确。

（3）及时记录数据的习惯。学生由于年龄小和原有习惯的原因，在接触科学实验的初期，很少具备记录数据的意识，也会因为对实验现象过度关注而忘记记录数据。比如在测量一杯热水温度变化的实验过程中，有学生观察到两分钟内温度计液柱明显下降的现象，觉得十分惊奇，兴奋之余只顾交流彼此的发现和感受而忘记了记录数据。针对这种现象，教师需要辅导学生学会小组内的合理分工，安排专门的学生负责记录实验数据，并且将这些分工的角色在不同的实验中进行有序的轮换，让每个学生都能体验到自己在一个实验中所承担角色的重要性，同时感受到实验中每个分工都是不可或缺的。通过一段时间的强化练习，学生自然就能养成及时记录数据的习惯。

4. 激励敢于认错的勇气。小学生在科学探究中出现的一些捏造数据的现象，有时候是由于一些实验以外的原因。有的在规定的实验时间内没有成功获取数据或现象，有的在长期探究活动中没能坚持下来，等到提交作业的时候匆忙应付了事。以案例3中的那份“完美”作业为例。笔者在课后单独和这个孩子进行了交流。

我说：“我觉得这份记录好像不太真实啊。”说完，我故意对着那份记录表作思考状，用余光偷偷地观察他的神情。他用狐疑地目光看看我，然后把头低了下去。我想他可能是猜不透我是根据什么来判断他的记录不真实的，于是换了个角度继续问：“你在家观察月相时，是用肉眼直接观察呢？还是用了什么仪器啊？”

他抬头看了看我，迟疑地说：“用眼睛直接看的。”“哦……”我微微抬起头，“你看，这个月中，有好多天都是阴雨连绵的，有厚厚的云层遮着，我们怎么能看到月亮呢？”他有了种谎言被戳穿了的尴尬，把头低得更往下了。我继续向他了解情况：“是不是平时作业比较多，就把这个观察的作业给忘记了啊？”“嗯。”他低低的声音回答我。我劝慰他：“还记得在开学的第一课中，我曾经给大家讲的那个科学家的故事吗？霍金那么著名的科学家都勇于承认自己的错误，我们作为小学生也应该坚持实事求是地进行科学探究。你说对吗？”他咬着唇，用力点了点头……

我们期望学生在经历科学探究中，能获取科学知识，能锻炼探究技能。我们还希望学生在科学探究活动中形成对科学的端正态度，养成实事求是的科学精神。从一定程度上说，实事求是的研究态度更能让孩子终生受益。