实验数据的获取、呈现与论证

王世力

【摘 要】实验数据是学生在探究活动中观察并记录的第一手证据，能帮助学生建立自己的观点，培养用事实说话、用证据解释的科学实证精神。但在实际教学中多存在着实验数据不准确，缺乏对实验数据的剖析，个别小组的特殊数据常常被教师忽略，最终以标准答案代替学生的实验结果等情况。长此以往，对学生的科学思维的培养是不利的。这就要求教师在日常的教学中要有意识地改进器材排除干扰，借助图表直观呈现数据，利用数据深入剖析论证，帮助学生获得有效的实验数据，建立科学探究的精神。

【关键词】实验数据 获取数据 呈现数据 推理论证

学生做实验后的讨论交流环节，是学生运用探究获得的现象或数据进行分析解释、推理与论证的过程，也是学生认知冲突与思维碰撞提升科学概念的过程。但实际教学中，好多教师却只让学生以小组为单位陈述或展示获得的现象或数据，并没有对数据进行剖析，组与组之间没有互动交流，没有集体的相互论证，对个别小组的特殊数据亦以“可能你们小组测量的时候出了问题”等个人的经验感受来回避，最后以教师的小结作为结论而结束。其带来的不良后果有三：一是学生对自己的观察与实验结果缺乏信心，久而久之容易产生为了顺应大流而篡改数据的现象；二是缺乏分析与解释，使学生对数据与结论之间难以建立关联，难以使概念真正内化于心；三是缺乏对学生科学逻辑思维能力的培养。本文以《热起来了》一课为例，就数据的获取、呈现与论证谈谈认识。

一、改进器材，科学获取数据

基于数据论证的前提是学生获取科学的数据。在学生的探究活动中，有许多因素会影响学生实验数据的获得，如实验仪器的不精确、实验材料的不典型以及周围环境的影响等，都会造成学生获取的实验数据的不合理。在此数据基础上的解释与论证就会偏离预定目标，与构建核心概念背道而驰。因此，教师首先要做的是对实验器材的改进与优化。

（一）改进仪器，避免估值影响数据

小学科学中有好多测量数据是需要学生进行估计的，如量筒测量液体的体积、玻棒式温度计测量液体的温度、弹簧测力计测量力的大小等，学生在利用这些仪器进行测量，记录数据时会有估上估下的误差值，单独一个数据或两个数据对比明显的情况下，不会受影响。但如果是一组连续的数据且数据变化不大的情况下，估值的上与下就会对数据的分析与解释造成直接的影响。

《热起来了》一课教材安排的是采用玻棒式温度计测量一本字典的温度。玻棒式温度计只能精确到1摄氏度，每一小格之间的0.1至0.9摄氏度的值是需要学生来进行估计的，这个值的大小有人为的主观因素，甚至同一个学生在前后几次的估值中都有差异，这就使得个别小组记录的数据中出现了“裹了衣服后温度升高了零点几摄氏度”的情况，这为后面基于数据的解释与推理带来了麻烦，哪怕是增加了0.1摄氏度，学生也认为是衣服增加的热量。

温度能否不用估计就直接显示出来呢？基于本课核心概念建构的需要，我们对仪器进行了升级，用数字温度计代替玻棒式温度计，解决了学生人为估值影响数据的问题，也符合新科技产品走进科学课堂的理念。使用数字温度计后显示出了明显的优势：一是灵敏度提高，节省了温度变化的等待时间；二是误差更小，数据更准确；三是温度不需要估算，消除了人为估值对数据的影响，更便于学生的记录，为后续的论证环节做好了铺垫。

（二）改进材料，防止他因干扰数据

受小学生年龄特点的影响，学生在探究活动中往往对探究材料特别感兴趣，领到材料后，经常会不自觉地把弄材料，如对材料进行“亲密接触”，而这些材料又对“接触”比较敏感的话，就会对实验数据进行干扰。

《热起来了》一课中，部分小组学生在领到温度计以后不是先记录起始温度，而是用手握住了温度计的下端玻璃泡部分，致使温度升高，这时再记录起始温度，显然数据不科学。特别是在测量几分钟内的温度变化过程中，有些同学把温度计取出来放进去反复操作，致使数据上下波动。另外，早上的科学课容易受室内温度逐渐上升的影响等。在如此多因素的干扰下，好多组的数据出现温度升高的现象。

要解决这一问题，除了在实验前对学生的操作进行强调以外，可以对选用的材料进行改进。在本课中，可用一瓶接近人体温度的温水来模拟身体，代替教材中安排的字典。数字温度计一开始就插入瓶中，学生领到材料后，主观上不容易接触到温度计敏感的下部。另外，周围的室温远低于温水的温度，根据热量的传递特点，环境温度变化自然也不会再干扰数据。由此，干扰数据的问题也就迎刃而解了。

二、借助图表，直观呈现数据

在学生获取实验数据之后，把数据呈现出来以供解释与论证所用尤为重要。常见的方式有三：一是学生根据记录表读、报数据；二是小组成员把记录表在实物投影仪上边展示边宣读；三是各组把数据填写在教师准备的汇总表中。显然，第一种方式失去了数据的价值，第二种方式比较常见，但缺乏全班整体数据的横向比较；第三种方式相对比较理想，但需要教师准备一张大的汇总表，且不利于数据的直观处理。在数字化时代，我们完全可以利用Excel等软件以数据图表的形式呈现，同时可以对数据进行直观处理。

（一）借助柱形图呈现数据整体

Excel中有个数据透视图功能，经过简单的设置就可以将数据汇总并以我们需要的图表形式直观呈现。《热起来了》一课采用柱形图的方式直观形象地呈现全班所有小组的实验数据，效果比较明显。数据的输入、呈现与学生的探究活动同步，在学生用数字温度计测量温度的过程中，每获得一个数据，各组就可以指定一名同学到台上电脑图表中输入数据，实时呈现在大屏幕上。有了全班学生的监督，避免了个别学生对数据的任意篡改。同时，学生在测量温度的间隙也不再无事可干，可通过大屏幕随时观察各组同学测得的实时数据，初步地进行分析与思考。等全班学生实验完毕，数据也同时输入完毕，一张全班各组数据的柱形图便呈现在大家面前。如图1，上半部是直观图，下半部是数据。

此柱形图充分利用了Excel数据处理模块，直观形象地呈现了12组学生的实验数据，使学生面对全班大量的数据不再眼花缭乱，通过图形与具体数据的结合，有助于学生对数据的观察与分析、推理与论证，实际效果很好。

（二）借助折线图呈现数据趋势

有时候我们并非需要对所有数据进行呈现与对比分析，而是显现数据变化的趋势，这时候，我们就可以借助折线图来达成目的。《热起来了》一课中学生在对数据整体分析后发现，衣服不能给身体增加热量，同时发现这样一个问题：裹了衣服温度还在降低，那衣服还有作用吗？学生自然会产生这样的问题，而对这个问题教师可以进行预设，在学生探究活动中事先在其中一个小组预增一个对比实验，这时就可以把这个小组的对比数据以折线图（见图2）呈现，使学生对裹了衣服和没裹衣服的温度变化趋势一目了然，也使学生对保温的概念有一个新的认识：保温并不是能一直保持温度不降，而是减缓热量的散失，使温度降低的速度减慢。

三、利用数据，深入剖析论证

科学获取数据并借助图表直观呈现，其目的是帮助学生建立自己的观点，用事实说话，用证据解释，培养实证精神。因此，在交流研讨环节，教师要组织学生充分利用数据来说话、来解释，使课堂交流成为学生对话的平台，成为学生推理论证的契机，在个体到集体的论证中，得到思维的发展、概念的完善与提升。

（一）自我分析，个体论证

个体论证是本人或本组成员对自己或本组的实验数据进行分析与解释、交流与分享的过程，是学生基于自己的观点寻求证据进而发展自己观点的过程，有助于学生从证据上升到解释，促进思维的发展。

《热起来了》一课中，全班学生在探究活动前就已经借助生活经验与感受建立了两种不同的观点：“衣服能给身体增加热量”和“衣服不能给身体增加热量”。但由于这两个观点都是建立在学生主观感受基础上，谁也说服不了谁。于是教师要引导学生用事实来说话，用证据来解释。“事实”和“证据”就在学生实验观察到的数据里。因此，研讨交流的首要任务就是组织学生开展个体论证，要让学生观察图1柱形图中自己小组的数据，从起始温度、1分钟后的温度、2分钟后的温度、3分钟后的温度这几个数据作纵向的观察与分析，用数据来佐证自己的观点。在观察分析中，有些小组发现自己组数据中的四个温度没有一个上升，说明衣服不能给身体增加热量，与自己当初的观点一致；而起初持不同观点的有些小组也发现自己组四个数据的温度也没有上升，与自己当初的观点不一致，从而产生了认知冲突。在这里，是坚持自己原先的观点，还是尊重事实，尊重数据，体现了科学态度和精神的渗透与培养。

（二）全班互动，集体论证

在个体论证的基础上，教师组织学生开展集体论证，让全班同学对其他小组的数据进行比较分析、质疑批驳或解释评价，通过不同观点的相互“交锋”，产生思维碰撞，在实现从个体表征到集体建构的飞跃过程中理解科学概念和科学本质。

《热起来了》一课，教师一方面要求学生对自己小组数据进行分析论证，另一方面则要求学生对其他小组的实验数据进行观察。这时，有些学生就会对一些特殊的数据进行关注，并提出自己的分析、质疑与推理。在此基础上，教师还要引导学生从全班的角度观察数据，从上升、下降或者是基本一致几个方面进行数据分析。学生就会发现，图1中没有一个小组温度上升，解释说明了衣服不能增加热量。同时还发现绝大部分小组数据有下降的现象，这是在学生的意料之外，更促使学生去进一步分析原因，去联想生活实际来思考。在相互的交流论证中，知道了温水在不断地向外界散发热量，而衣服只是起到了保温的作用，使温度下降的速度减慢。这里，对数据的分析与交流、推理与解释，既验证了衣服不能给身体增加热量的问题，又产生了新的问题。这样，学生的汇报交流就不再是数据的简单呈现与结果的主观臆断，而是一个不断对话、交互的理性过程，更注重概念建构与思维发展的有效融合。

综上所述，引导学生基于数据的分析与解释，能有效解决汇报交流单纯呈现数据的问题，能帮助学生改变为记录而记录、为汇报而汇报的现状，慢慢引领学生对数据的尊重，对数据的利用，以及运用数据来推理与论证的能力，更好地促进学生思维的发展。

（浙江省奉化市实验小学 315500）