例谈科学实验数据的优化策略

周伟军

【摘 要】在科学探究活动中，获得实验数据并分析归纳出结论是非常重要的环节，而学生在获取数据、分析数据的过程中会出现各种问题，教师要直面这些问题，并通过课前排摸特殊数据，做到有的放矢；关注缺失数据，启迪学生多次验证，获得新知；扼制虚假数据，还原科学的本真；巧用另类数据，收获意外的惊喜；理清大量数据，化繁为简出真知。最终修正并解决问题。

【关键词】实验数据 优化 策略

科学探究要培养学生的实证意识。数据作为探究实验中常见的记录手段，对事物、现象进行定性、定量分析时，它能使我们的条理更清楚，结果更精确，有着其他方法不能替代的作用。作为一线的科学教师，应重视对学生数据意识的培养，关注学生实验数据中出现的问题，并能合理地引导、利用，使简单枯燥的数字转化为优美动听的音符，谱写一首和谐的乐章。

一、排摸“特殊数据”

课前，教师一定要认真研读教材、 了解学生、熟悉实验器材， 做好下水实验。预设学生在实验中可能会出现哪些“特殊数据”， 并对造成这些“特殊数据”的原因进行初步分析，并据此规划和设计教学过程。如2014年度省小学科学理事会活动中，笔者执教了五年级下《摆的研究》一课。为了准备实验材料，笔者进行了多次“下水实验”。第一轮是用“添加钩码”的方法探究“摆锤的重量与摆的快慢是否有关”。试了几次，并将15秒内摆动的次数统计如表一。

观察这些数据，笔者发现数据与科学理论完全不符，分析其原因是挂钩码存在着问题：一个接在另一个下面，挂成一长条，不是挂成一横排，挂法不同导致了实际摆长发生了变化，当然摆动次数就变化了。于是笔者再次实验，把钩码挂成一排，得到的数据如表二。

第二轮的实验结果较前次在准确度上有很大提升。但不难发现，3倍重量的数据仍有误差。在多次实验后笔者发现，钩码挂在一起时，摆锤的体积变大，外形更加不规则，摆动时有些晃动，从而影响了摆的重力加速度。为了既不改变摆的长度，又不改变摆锤的大小，笔者改进了实验材料，把钩码换成了两个大小一样但轻重不一样的实心球。第三轮实验，结果令人满意。从整个下水实验可以得出，要减少“特殊数据”的产生，教师要选择合适的实验仪器。

所谓工欲善其事，必先利其器。教师在“下水实验”中排摸了“特殊数据”，找到了影响因素，并有效地进行了改进：从改变挂钩码的方式到改进实验材料。合适的实验材料为学生开展真正的科学探究提供了保障。

二、关注“缺失数据”

实验数据是科学探究过程的见证，更是得出科学结论的依据。没有了这些数据，或者说缺少了部分数据，会直接影响实验的效果。然而，在科学探究活动中，学生得到的数据并不是“十全十美”的，存在着缺失现象，或遗漏，或不全，对此教师应适时引导，关注这些数据，增强学生对数据的敏感性，使学生从被动记录到主动分析数据，能自觉运用数据来解决问题，提高探究效率。

如教科版三下《磁铁有磁性》一课，笔者让学生通过实验完成磁铁能吸引哪些物体的实验记录：能被磁铁吸引的物体请打“ √”，不能被磁铁吸引的物体请打“ ×”。笔者巡视到其中一个小组时，发现了如下的实验记录：

笔者发现这个组有两项没有填，觉得很疑惑：“你们还没有完成吗？他们组都好了。”组长迫不及待地回答说：“老师，不是的。我们猜测纸片和泡沫是不会被磁铁吸引的，但实验了几次后发现有些碎纸片和小块的泡沫也会被吸引。所以我们不知道怎么填，就空在这里了。”此时，笔者引发学生思考：“为什么磁铁只吸引这些碎纸片、小泡沫呢？”此时，教师邀请他们上讲台再次进行实验验证，通过实验他们发现：“小纸片、泡沫原来不是真正被磁铁吸住，是由于天气干燥、磁铁发热等客观原因造成静电现象吸附在磁铁上面，是一种假象。”学生恍然大悟，教师顺势让学生迁移到以前学过的静电现象。

对于此表格数据缺失的原因，主要还是学生对生活的观察和体验较少，教师要引导学生通过其他渠道去观察和体验，因为只有通过比较直观的视觉体验印象才深刻。这就要求教师要能准确把握学生的原有认知，不武断地作出不合理的判断，以免抹杀学生学习的积极性，在充分了解情况的前提下，启迪学生解决问题，发现真知。

三、扼制“虚假数据”

蹲下身来，深入学生，参与学生的探究过程，了解真实的数据，对于培养学生的实证意识至关重要。这个过程，不仅能拉近师生之间的关系，让教师及时发现学生中出现的问题，还能有效避免学生在实验时敷衍了事、弄虚作假。笔者曾经在执教五年级上《蚯蚓的选择》一课时，就遇到过学生“创造”虚假数据的情况。笔者让学生同时探究土壤和光亮的条件。其中有5个组进行了“蚯蚓喜欢潮湿还是干燥的土壤观察”的实验。观察实验后，学生反馈数据记录如下：

在参与各个小组的探究实验的过程中，笔者有意识地了解了各组的实验数据，并且根据数据的特征，选择了3个组（第1组、第2组和第8组）进行汇报。其中第8组的数据比较特殊，待在中间的蚯蚓比较多。可是当第8组的代表上台汇报时，笔者却发现他们把数据改了，改得和第2组的一模一样。以下就是第8组前后数据的比较（单位：条）：

笔者问他们为什么没有如实回答，一位学生说“其他组的结果都是两边的多，我们肯定是错的！”其他组员则红着脸不说话，典型的人云亦云，从众心理。笔者再问“在实验过程中，实验的真实情况是怎样的呢？”他们的头更低了！他们的记录是实验的真实反馈，可他们却没有如实面对。对此，笔者没有在课堂上继续追究，而是选择在课后与他们小组进行了再一次的实验探究。

盲目的从众心理会影响学生的判断力，会抑制学生个性的发展，束缚思维，扼杀创造力，使人变得缺乏主见。而科学的探究活动追求的就是真实，发展的是学生的个性，这种因盲目的从众心理而“复制”出来的“虚假数据”，必须加以扼制，抹去浮华，使学生的探究回归科学的本质。当然这种扼制还应该是有节制的、委婉的、机智的，不能适得其反。

四、巧用“另类数据”

科学探究过程中，由于实验方法、实验器材以及每个人的观察力、操作能力等不同，实验观测值和标准值之间，总是存在着一定的差异，会出现一些另类的数据，有可能是错误结论，也有可能是另含玄机。这就需要教师善于捕捉这些信息，善于引导学生分析这些数据之后的科学知识。

例如六年级上《做框架》一课，要求学生设计制作一个可以支撑重物的正方体框架。各小组完成了设计图之后便开始实验承重能力。几分钟后，小组探究结束，教师将各组数据一一展现在课件中。

接着，教师让学生仔细观察这些数据，找出其中的规律。在静静地思考1分钟之后，有学生发言：“斜杠越多，承载能力越大。”教师追问：“你是根据哪些数据找到这个规律的？”这位学生继续以第3组、第5组和第8组的数据进行比较。此时，有学生进行了反驳：“我不同意你的说法，如第2组和第4组比较之后，斜杠少的反而承载能力更好。”此时，教师巧妙利用这个生成点，让第2组的学生现身说法，上台展示作品，当场实验（斜杆架在正方体框架的对角线上）。实验后的真实情况让学生心服口服。接着教师再次追问：“第2组的作品为什么承重力就大了呢？你又有什么新的发现？”学生纷纷举手，概括出了“三角形框架越多，承载能力越大”的结论。教师从“另类数据”激发了学生积极的思考，引发了冲突，继而合理地利用了这个冲突，使学生的理解更加深刻。

特级教师章鼎儿曾指出：小学科学教学过程中，学生犯“错”是难免的事，从某种意义上说，越出“错”反而越真实、越科学、越全面、越深刻。学生在探究过程中出现的各种另类数据，同样是真实的、科学的，是现实状态的反映。当科学课堂中出现另类数据时，教师要勇于直面意外，引领学生去思考、去发现：重视事实根据，合理怀疑；倾听和考虑他人的不同观点或解释；多次实验，根据新的证据，怀疑、修改自己的意见。让学生在质疑、改进的过程中得到锻炼与提升。

五、拾撷“繁杂数据”

数据收集的过程亦是学生实验、实践的过程，也是学生最喜欢的环节。学生在科学探究活动中，收集的数据有时会特别多，看上去会有些凌乱，它们就像一颗颗散落的珍珠，只有通过整理、分析——去粗取精，才能集成一串，成为项链，才能发挥数据应有的作用。同时，当学生面对大量数据时，往往会显得手足无措。教师此时就应该从学生角度出发，按照一定的方法厘清关系，寻找真知。例如在2015年浙江省小学科学特级教师网络工作室的研讨活动上，有教师执教了三年级下《磁铁的两极》一课，教学过程中该教师采用了磁感应传感器，让每个小组的学生进行充分的实验，得出了大量的实验数据，如下表。

（续表）

以上数据对于学生来说，烦琐难懂。就连台下听课的教师也为这些学生担心。课堂沉寂了一段时间之后，该执教教师进行了恰当的引导：“我们可以竖着观察一列数据，也可以横着比较一行数据。大家再观察比较一下。”方向明确了，方法了解了，学生的思路就打开了。接下来的小组讨论非常热烈，汇报环节更是精彩纷呈。学生不仅明白了不同的磁铁磁力大小不一样，而且还发现了同一块磁铁中，两端的磁力最大，中间的磁力最小。

面对数量众多的数据时，学生往往会无从下手，这就需要教师点拨引导，把有关联的数据放在一起比较，使这些“零珠碎玉”发挥价值，让学生在思考、讨论中找出数据中隐含的规律、联系，串成更有价值的珍珠项链。

在科学课堂教学中，“用数据说话，用数据验证”这一观点贯穿于整个科学课堂教学中。通过培养学生的数据意识，使学生通过探究寻求正确的数据来证明自己的观点，并自觉运用数据解释相关的问题和现象。用数据说话，有助于学生寻找规律；用数据验证，有助于学生探究，从而得出正确、科学的结论，也能使探究活动变得更真实、更准确、更有效。

参考文献：

[1] 张红霞.科学究竟是什么[M].教育科学出版社，2003.

[2] 吴利坚.不该被漠视的数据[J].科学课.2007（4）.

（浙江省龙游县桥下小学 324400）