小学科学数据处理类实验的实践研究

舒俊波

数据处理类实验是小学科学探究的常态模式。数据是实验、测量、观察、调查结果的呈现，蕴含着研究对象的内在规律。通过整理和分析数据，我们可以揭示规律，形成结论，建构概念。因此，数据处理类实验是指利用探究活动获取实验数据，分析实验数据揭示事物规律，推导探究结论，验证实验假设，其在小学科学教学中极为普遍。获取、呈现、分析实验数据，是小学科学探究的重要过程，其主要的探究活动形式是利用实验数据揭示规律，在学生数据意识提高的基础上培养学生的实证意识，这一切都需要有数据处理类实验的教学情境。“橡皮泥在水中的沉浮” 一课的核心活动是测量橡皮泥实心团沉浮时的排开水量。通过对三种状态的数据进行比较分析，从而得出橡皮泥上浮时排开水量大，橡皮泥下沉时排开水量少，进而讨论排开水量和物体沉浮之间的关系。本文以此课内容为例，探讨学生在做数据处理类实验时进行数据获取与分析时常常会出现的问题，提出一些可行性的基本教学策略。

一、数据处理类实验存在的问题

小学科学教学中，实验数据的获取和分析看似水到渠成，其实内有玄机。学生在科学探究活动中获取数据时常会出现纰漏，难以得出结论，或得出错误的结论，这会阻碍探究活动的有序进行。

1.数据无理

在初次小组分组教学时，教师会发现部分小组测得的数据不符合常理，可能会发现第二小组测得的上浮状态数据相同，但下沉状态数据显著大于上浮状态，第五小组测得的数据呈递减规律，第六小组所有的数据相同。我们会发现这些数据违背物体沉浮的自然规律，如采用这些数据进行分析，无法得出正确结论，探究活动也会戛然而止。

2.数据偏差

数据偏差往往会干扰学生思维，这会给分析带来困难。在课堂教学过程中，我们会发现有些小组测得的数据基本上能够反映沉浮规律，但由于小学生的思维更为直观，要让他们理解误差，寻找数据蕴含的规律，就显得更为困难。数据有所偏差，学生在分析时，就容易把注意力放在偏差上，利用偏差数据得出的结论，就会显得牵强，不够有说服力。

3.呈现繁乱

数据蕴含着研究对象的内在规律，排列无序，就很难得到内在规律。对认知发展处于形式运算阶段的小学生来说，用数据分析揭示规律本身就存有困难。数据无序，容易导致学生思维停顿，陷入茫然之中。面对大体一致的数据，弄明白都存在一定的难度，更谈不上进行分析。这会导致学生不知从何下手，虽然会进行多次尝试，但效果可能均不佳，结果只能草率了事。

4.规律难寻

在课堂上，我们会尝试让学生聚焦一组数据自行进行分析，从而得出简单的结论，但要想让学生进一步地挖掘数据中的规律，就显得更为困难。虽然有教师的多次“点拨”，但依旧困难重重，最后费尽“千辛万苦”得出的数据，也没有发挥其应有的功能。

二、数据处理类实验问题归因分析

1.探究目标不清晰

“汝果欲学诗，功夫在诗外。”在探究时出现失误，自然就无法获得真实数据。在测量橡皮泥排开水量的活动中，我们会发现有的小组会把橡皮泥一分为四，每次试验橡皮泥大小不同;也有小组当橡皮泥浮起时，会往中间添加橡皮、笔套等小物件，再测量其排开的水量;还有的小组压的橡皮泥过宽，卡在烧杯的内壁上，无法判定其沉浮状态。这些都是因为学生对探究目标了解得不够清晰，所以无法测得准确数据，无法进行数据分析。

2.实验操作不当

小学生处于具体运算向抽象运算的转变阶段，容易忽视细节，在把橡皮泥浸入水中后取出，难免会带出一些水，使原有的水量已经发生变化。如此一来，所有的实验数据都会偏小，且会越来越小，如果在教学中没有强调这一环节，就容易导致测量结果出现偏差，无法得出正确结论。此外，不恰当的材料也会让实验误入歧途，费时费力，得出错误的结论。例如，采用实验室烧杯（250毫升）进行测试，我们会发现这一烧杯的最小刻度为25毫升，但橡皮泥沉浮状态排开水量的差距往往低于25毫升，使得学生只能用“估”的方法获取数据，自然也就不够准确。

3.关注线索过多

小学五年级学生的抽象思维能力正处于起步阶段，过多关注线索会影响他们思维的发展。教材中记录了5种数据，希望学生能够通过数据分析得出“实心排开水量最少、空心下沉排开水量略大、上浮排开水量最大”的结论，进而得出“橡皮泥排开水量越大，越容易上浮”。此外，教材中也希望学生比较上浮橡皮泥的3种不同状态，从而得出“橡皮泥上浮时，排开的水量相同”这一结论。这么多的线索，即使是成年人都需要一一理顺，何况是小学生呢？

4.数据分析不力

掌握数据分析的方法，是得出探究结论的重要因素，但是让小学生从抽象数据中获取结论存在不小的难度，需要不同组、不同行数据之间的比较，从而得出橡皮泥沉浮状态排开水量不同，或者橡皮泥上浮时排开水量不变。数据分析的过程是比较复杂的，学生若不会看数据、比较数据，在发现规律、得出结论方面就会遇到不小的困难。此外，还有时间问题。教学过程中，需要在课堂上提出问题，讨论方法，实验操作，收集数据，进行数据分析，使得时间很紧张，最后只能匆匆忙忙地写出结论。

三、数据处理类实验的基本教学策略

在教学“橡皮泥在水中的沉浮”时，教师要对遇到的问题进行反思和分析，从而改进课堂教学，提高课堂教学效果。

1.明确过程—求简

学生是否明确了解探究的过程和方法，这是获得准确数据的关键。他们越明确地了解探究目的，其获得数据、分析数据的过程就会越简单。

第一，强化问题。问题是探究的起点，强化问题可以激发学生明确方法。教师设置情境，让学生快速聚焦问题，引发思考，进而明确问题，推进探究。教师可以在上课之初就呈现出透明玻璃杯，把橡皮泥放入水中，让学生清楚地观察到水位的上升。然后，把橡皮泥做成船形，再放入水中，再一次让学生观察水位上升。之后，直接抛出本课核心问题：对比两种情况，哪一次排开的水量更多。这就让研究问题得以强化，基本上也确定了本节课的探究流程。此外，教师还可以在随后的探究活动中，把橡皮泥切开测试，或把其他物体放入进行观察。

第二，简化环节。整合环节，让活动变得精致，既节省时间，又提高课堂效率。40分钟的课堂时间，承载内容较多，要想让学生有充足地获取与分析数据的时间，必须简化环节。在改进教学中，教师可以把教材中“观察橡皮泥沉浮”和“让橡皮泥浮在水上”这两个环节合并，以一个演示实验引入课堂，让学生猜橡皮泥在水中是沉是浮，然后观察橡皮泥沉入水中的水位变化，从而引出探究问题，时间控制在5分钟，并将猜测和讨论实验注意事项时间控制在8分钟，探究活动用时12分钟，最后进行数据观测和分析的时间大约为15分钟。这样，在时间上有了保证，才有可能更好地锻炼学生的数据分析能力。

第三，演化过程。在探究活动展开前，教师可以让学生尝试演示或述说这一探究过程，对他们明确探究方法大有裨益，能使学生的想法外显化，而且教师也不需要过多讲述注意事项。例如，教师可以让学生思考如何测量橡皮泥浸入水中排开的水量，学生就会出现不同的想法，或是说将橡皮泥放入水中后观察水位上升情况，或是说要知道之前水位情况才会了解上升情况。通过演示，发现学生的认知差距，及时进行补充和丰富，避免他们在探究活动中出现疏漏，防患于未然。

2.关注细节—求精

细节决定成败。探究活动的细节决定这一实验数据是否准确，也会影响探究规律的发现。教师可以在下列方面进行改进。

第一，改进教具。工欲善其事，必先利其器。合适的教具可以帮助学生更有效地关注细节。本次实验采用实验室烧杯（250毫升）进行测试时，发现不能准确测得数据。在改用量筒进行实验时，又会发现量筒口径比较小，而橡皮泥又比较大，则容易卡住筒壁。通过不断的尝试发现，我们可以对烧杯刻度进行改良，自制刻度表，使500毫升的大烧杯能精确到两毫升，这样我们就能够观察到细微的变化，提高实验的精度。

第二，精选材料。我们在做实验时可以采用带颜色的油性橡皮泥，通过杯壁清楚地看到橡皮泥在水中的状态。此外，也要对橡皮泥的大小做出严格设定，其上浮和下沉时排开的水量就会有显著差异，同时不会卡在杯壁。之后，为学生准备一小杯水，随时调整大烧杯中的水位，并提醒学生进行实验时，将每次实验前的水位严格控制在500毫升。由于材料比较完备，学生的探究过程会更为顺利，数据获取也更为准确。

第三，巧用演示。润物细无声。合适的演示可以潜移默化地影响学生，引导他们关注细节，提高数据获取的准确性。在教学中，教师可以将水放在讲台高处，演示实验时，小心取放橡皮泥，减少从杯中带出的水量。在学生进行探究活动时，他们也会按照教师取放橡皮泥的方法，大大地提高实验数据的精确性。

3.聚焦呈现—求晰

数据呈现要简洁、合理，这样学生在分析数据、得出结论时就会比较顺利。

第一，改进表格。教师可以对教材中的表格进行改进，决定其舍弃内容，如可以将空心且下沉的部分内容去除，便于数据的收集和对比，而且物体的沉浮状态也不需要再次重复。削减相关环节可以让探究活动更加深入，能够有时间进行多次实验，从而提高数据的精确度。仔细推敲表格，对其进行合理优化，不仅便于我们进行数据填写和统计，还能迅速地从数据中发现规律，得出结果。

第二，精选数据。俗话说，贪多嚼不烂。小学生的注意力分配还处于快速发展阶段，把所有的数据呈现给学生，会干扰他们的思维，效果不佳。教师要对全班学生的实验情况进行全面了解，选择有针对性的数据给予呈现。在汇报数据时，有意识地把有针对性的数据排列在一起。轻松突破本课的核心概念，且形成深刻的印象。

第三，前后呼应。小学生的注意持续性较弱，经历长时探究后，其对探究目的会有所遗忘，会造成面对实验数据无从下手的情况，陷入僵局。教学中，教师可以先呈现一些数据，让学生尝试发现其中的规律，在学生茫然无措时，要引导他们回顾探究活动的目标，打开他们的思路，形成数据分析的方向，得出结果。前后呼应，不仅会让数据分析变得轻松，也有助于提高科学概念的建构速度。

第四，醒目标示。适当的标示是引导学生“看”数据的好方法。标示可以吸引学生的注意力，使规律变得更为突出。对处于形象思维向抽象思维过渡的学生来说，运用不同颜色的横线、图标，或借助电子设备进行展示，可以充分利用学生的无意注意，让他们对数据有所侧重与取舍，提升数据分析的效率。

4.深入挖掘—求拓

教师应该最大限度地发挥数据的作用，并利用实验数据拓展学生的思维，拓宽他们的认知，实现用数据说话，让他们养成实证意识和科学精神。

第一，及时追问。学生的想法有时很难表达得很清楚，教师应抓住学生发言的精髓，进行引导和追问，帮助他们发现问题，形成认知。例如，在本课中，有学生就会说他发现各组的实心团排开的水量是一样的。这时教师要及时追问这说明什么问题，并层层引导，让学生不断地发现问题，归纳探究结果，最后形成结论。

第二，穷举原因。如何让学生感受误差、直面误差、理解误差，穷举原因是一种合适的手段，可以让学生更全面地看问题，最终形成科学的实验数据观念。通过穷举原因，学生会列举更多的可能影响实验结果的因素，他们的思维严密性和完整性都会得到很好发展。

第三，聚焦分析。合理的方法可以快速地发现规律，得出结论。当数据数量增加后，学生往往会茫然而不知所措。如何教会学生合理观察分析数据呢？聚焦是数据分析的基本方法。教师可以先要求学生只关注一组的数据，聚焦比较橡皮泥上浮和下沉时排开水量的不同，再观测其他组是否有相同的规律。学生学会聚焦后，这一探究活动就可以化繁为简，变难为易，轻松找到规律，得出结论。

第四，关注异常。对于异常数据，很多教师会选择放弃或遗忘，以免带来“麻烦”。异常数据的解释是验证意识培养的契机，不可轻言放弃。合理的解释可以加深学生探究意识的发展。在课堂巡视时，教师如果发现有小组的数据与众不同，或者该数据得出的结论和其他小组的正好相反，要把该小组的数据呈现给学生，引导他们分析原因，通过分析引发学生进一步思考，深入挖掘数据，真正达成实验效果。

数据处理类实验是小学科学探究的常态模式。数据是事实，把数据中的信息集中、提炼出来，就可以找到研究对象的内在规律。分析数据可以使数据成为信息，帮助人们做出判断，以便采取适当行动。任何策略都不能适用于所有的情境，在具体的、不同的新情境中，总会不断遇到新的问题。我们要相信，学生分析与处理数据能力的加强，可以有效地促进他们的全面发展和快乐成长。

（作者单位： 浙江省杭州市周浦小学）

（责任编辑：孙建辉）