在小学科学对比实验教学中对学生数据意识的培养<br/>——以苏教版四年级《摆》为例

在小学科学对比实验教学中对学生数据意识的培养
——以苏教版四年级《摆》为例

2015-12-27梁东红

中国现代教育装备 2015年24期

文梁东红

在小学科学对比实验教学中对学生数据意识的培养
——以苏教版四年级《摆》为例

文梁东红

【案例一】

某教师在上《摆》一课时，要求学生根据实验计划，进行“摆线长短与摆的快慢”的对比实验，在其他条件不变的情况下改变摆线长短，测试摆的快慢，摆线长短分别是10 cm，20 cm，30 cm。其中有一个小组在完成前面两次实验后，由于时间关系，并没有实际测量而是根据猜测把最后一组实验数据记了上去，并得出结论：摆的快慢与摆绳长度有关，长则慢，短则快。

【案例二】

同是上《摆》一课的教学中，某教师在课堂上组织学生进行对比实验，要求只改变摆线长短，计算出10 s摆摆动的次数，教师在引导学生汇报、整理实验数据时有一组数据与其他组是完全相反的，但是教师却有意忽视这组数据，顺利得出实验结论。

从以上案例及平时对比实验教学中我们不难发现有的学生由于教师设计的实验记录单不合适、小组实验操作不规范导致数据不准确；有的教师为了达成教学目标，有意无意忽略一些“异常数据”，甚至刻意掩盖；有的学生缺少处理异常数据的能力……这些将直接影响学生对数据的整理与分析及运用数据进行解释预测的实效性。

“新课程标准”指出：科学探究要培养学生的实证意识。在我们对事物及现象进行定性或定量分析时，数据会使我们思路更清晰，结果更精确。通过收集、整理、分析数据并运用数据来解释相关的问题、现象，这将培养学生实事求是的科学精神，提高科学探究效率。现具体结合《摆》的课例分析，谈谈小学科学对比实验教学中学生数据意识的培养。

一、实验数据收集的前期准备工作

对比实验中学生需要收集更多的实验数据，对实验要求高，实验前，教师要创设平等宽松的课堂氛围，了解每一组收集数据的情况，特别是数据有异常的小组。除此之外，教师更要关注提供给学生进行数据收集的“有结构材料”。“有结构材料”是指根据一堂课的教学目标，精心选择、设计为学生探究活动所提供教学材料的有机组合。例如《摆》一课中，要研究“摆长、摆重、摆角”对摆摆动快慢的影响，一节课的时间学生不可能全部做完这些对比实验，只能有目的选择材料完成其中一组条件对摆摆动快慢的影响，然后听取其他组的汇报，使得该课的对比实验探究有一定局限性。因此，教师对实验器材进行改良，在原有方座支架上固定一根铁棍，在铁棍一端安装好刻度盘，在合适位置钻孔，穿线固定，在线上绑上磁石，制成便于且有效调节重量的摆重，这样方便操作的“摆的研究实验器材”轻松地把“摆绳、摆重、摆角”三要素都考虑在内，学生在实验过程中条件控制更精确，实验数据将更准确、有效。

在准备有结构材料过程中，教师要熟悉教材,只有吃透教材，才能更好地优化材料结构。例如《摆》一课中，教师理清了教材中横向和纵向联系，选择出具有结构性的材料。教师还可以对每个单元的材料清单进行删减，剔除一些不便操作的材料，增加一些容易准备且有典型性的材料。例如本课中我们利用增减磁石控制摆重，便于操作(如图1所示)。

图1

二、实验数据的获取要真实有效

正确规范的操作，实验中细节的考量，将保证对比实验中数据收集的真实有效，在课堂上教师还要注意培养学生及时记录数据的习惯，使学生逐渐学会记录实验数据，例如，可以引导学生用实验记录单记录实验过程中观测结果、实验数据等，把每次测得的数据填在相应的表格或图表中，使原本无序、杂乱的数据变得有序。由于对比实验只改变某个特定条件，从收集到的数据中找出某种事物或某个量在这个特定条件发生改变时的变化规律，因此优化实验记录单显得尤为重要，它将便于学生通过数据发现其中的规律，更养成学生认真负责的科学态度。如《摆》一课中，书本上的实验记录单如下：

这张记录单要求学生详细记录对比实验中要改变的条件、不变的条件及各组实验数据等内容，但是对于刚接触对比实验的四年级学生而言，这样的表格要求填写的内容太多，不够简洁，不易于学生的书写及数据的记录。基于学情分析，教师对教材中的实验记录单进行优化，设计了更符合孩子探究水平、便于整理实验数据的记录单(见表1～3)。

表1 摆的快慢与摆角的大小的关系(15s内摆动次数的记录)

表2 摆的快慢与摆重的重量的关系(15s内摆动次数的记录)

表3 摆的快慢与摆绳的长度的关系(15s内摆动次数的记录)

在引导学生充分讨论并明确本课对比实验要点的基础上，3份实验记录单清楚展现了学生进行3个对比实验的操作过程和实验结果，较之原来的实验记录单更方便学生对实验数据进行收集、整理从而得出实验结论，这3份研究摆摆动快慢实验记录表先是研究摆重、摆长相同，摆角不同时，在相同的时间内摆摆动次数是否相同；然后研究当摆长、摆角相同，摆重不同时，在相同的时间内摆摆动次数是否相同；最后只改变摆线长短，研究摆摆动快慢是否相同。从整个实验过程来看，实验安排的顺序也有难易之分。优化实验记录单时可以考虑对比实验中各个需要改变条件的变化顺序，有利于学生展开由易到难、由表及里的思维活动，也更便于学生实验操作及数据的收集整理。

三、实验数据的分析要客观有效

1.用直观化的形式处理数据

对比实验中得到的数据需要进行整理、分析，才能发现其中的联系及规律。《摆》一课以往是用表格收集各组数据，学生借助数据发现单一变化规律，但没有对别组的数据进行比较观察，缺乏大数据的意识。某位教师执教时借助展板展示各组实验数据(如图2所示)，通过“观察这些数据，你有什么发现？”的问题引导学生关注其他组数据，学生对数据进行横向对比很快发现摆摆动的快慢与摆重无关，教师再引导学生对这些数据进行整理：“当摆重相同时，观察这些数据，你又有什么收获呢？”学生对数据进行整理、分析，发现了影响摆摆动快慢的因素。

图2

2.用质疑的态度处理“可疑”数据

探究改变摆长影响摆摆快慢实验后，学生继续进行改变摆重重量对摆快慢影响的实验操作，得到以下实验数据(见表4)。

表4 摆动的时间记录(单位：s)

表4(续)

教师让学生观察哪些数据可以作为进一步分析时使用，哪些数据“可疑”。为了便于发现，教师让学生算出两列数据的差。学生很快发现第七组数据有问题，因为其他组的两组数据差别在0.3 s之内，而第七组相差1.14 s，第七小组把测量的3次数据拿出来，发现挂一个钩码3次测量时间分别是11.22 s，13.54 s，12.95 s，在同一条件下测量的数据差别较大，所以一致认为第七组数据不可信，要剔除。学生对第八组数据也产生了疑问，因为其余七组数据都是在11秒和12秒之间，但第八组数据是13 s和14 s之间。通过第八组和其他组实验装置的对比，发现第八组的摆长比其他组的摆长长，所以摆动时间也比其他组要多一些，这组数据是可以考虑的。

当“可疑数据”出现时，能正确对待的教师比较少，往往教师更关注“正常”数据，从“正常”数据中总结出本课结论，但如果数据本身有问题，那依靠数据得出的结论也不正确。因此当数据出现错误或偏差时，教师要引导学生质疑数据，排除可疑数据，指导和纠正错误的实验方法，甚至鼓励学生大胆质疑实验操作的规范性，找到影响实验数据准确性的因素。