小学科学实验误差的教学应对

王继伟

在实验和观察中，由于测量者、仪器、实验条件、环境等因素的限制，对任何一个量进行测量都不可能无限精确，测量值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异，这种差异就是误差。在科学课的学生实验中经常会出现实验误差。正确认识实验误差并在教学中科学应对，对培养学生严谨细致的科学态度具有十分重要的意义。

一、 实验误差的产生原因

从实验误差的来源看，小学科学实验中的误差大多为系统误差和偶然误差。

1.系统误差

在相同条件下多次测量同一物理量时测量误差的大小和符号都不变，而在改变测量条件时它又按照某一确定规律而变化的测量误差称为系统误差。系统误差和偶然误差不同，它不具有抵偿性，即在相同条件下重复多次测量，系统误差无法相互抵消。在小学科学实验中，产生系统误差的因素一般有：

（1） 仪器构造不完善。例如小学科学课中常常出现因温度计刻度不够准确导致实验中测得的水温与实际水温有误差。又如使用弹簧秤测力，因弹簧具有弹性滞后的特性，且易受温度等外界条件变化的影响，故其准确度、灵敏度较低，此外其称重结果还因重力加速度的不同而有所差异。

（2） 测量方法本身的影响。例如研究空气成分的实验，由于实际实验中蜡烛燃烧消耗的氧气不足21%，同时燃烧又生成了一些二氧化碳，所以依据该实验并不能正确地得出氧气在空气中所占的比例。再如研究电磁铁磁力大小与线圈匝数有关的实验，为了节约实验成本，实验中所用电池经常会重复使用，这就导致该对比实验会因电池的供电量难以保持不变而产生误差。

（3） 测量者个人操作习惯的影响。例如测气温一课的实验，由于小学生习惯盯着气温表观察温度变化而导致测得的气温常常高于实际气温。

此外，实验中所用化学试剂纯度不够和实验环境等因素也会导致系统误差的产生。

2.偶然误差

在实验时即使采用了最完善的仪器、选择了最恰当的方法、经过了十分精细的观测，但依然难以避免误差的产生。例如测量小车的运动，有些学校应用了传感器技术以提高测量的精确性，但实际实验时所测得的数据在末尾的一或两位上仍会有差别，即存在着一定的误差，这是由于小车运动时需要克服的摩擦力的大小会有变化等偶然因素所造成的。

所以说，偶然误差的存在是不可避免的，它是由于相互制约、相互作用的一些偶然因素所造成的，它有时大、有时小、有时正、有时负，方向不一定，大小和符号一般服从正态分布规律。偶然误差可采取多次测量、取平均值的办法来消除，而且测量次数越多（在没有系统误差存在的情况下），平均值就越接近于真值。

二、 实验误差的教学应对

1.实验误差的教学现状

在现实的科学课堂中，对学生分组实验中存在的或可能出现的误差，教师大多采用以下两种方法加以应对。

（1）想办法规避实验误差对教学的干扰。教师会在学生实验操作前给予细致的指导，除了精心引导实验方案的设计，还会组织讨论如何控制实验的条件，在动手实验前再以“温馨提示”把学生实验中可能出错的路径一条条地堵死，从而确保实验数据尽可能接近真值。这种做法保证了实验的成功，但同时又生成了新的问题，即由于教师指导太多太细，把学生思维牢牢地束缚在教师的预设当中，使得学生的自主探究难以落到实处。

（2）对实验过程中产生的误差不予理会。当测量结果与标准答案有差异时，或有数据与大多数数据不一致时，教师就直接告诉学生“你这个数据不准确”而直接删除，然后直接带着学生奔着“归纳结论”去了，至于为什么不准确往往不予理会。这种做法带来的问题显而易见：一是忽视了误差的客观存在，让学生以为实验得出的都应该是标准答案，否则就是错的；二是对实验过程不加反思，不利于发展学生的实验能力和培养学生严谨的实验作风。在教学中，教师应尽量避免采用这种方法去应对学生实验中出现的误差。

分析上述两种方法，都是把实验误差作为实验教学的不利因素来看待，为了实验成功，所以想方设法地回避。其实，实验教学和科学实验是有区别的：科学实验必须尽可能回避误差，确保实验成功；实验教学则不同，其实验可以成功，让学生通过实验获得知识，也可以失败，让学生在失败的实验中获得教育。所以，教师在组织实验教学时不妨胆大些，尽可能多地放手让学生亲历自主探究，虽然这样的教学过程略显粗糙，实验误差更为明显。但是，其好处也是不言而喻的，不单单是这种自主探究对培养学生探究能力有作用，更重要的是因为只有重视误差，我们才有可能培养学生严格控制实验变量的意识，使他们想办法尽可能减小误差。懂得这点对于学生更好地理解什么是科学实验，进而理解科学的本质是大有裨益的。

2.实验误差的教学建议

实验误差出现时，在教学中如何应对才能做到有的放矢，化不利为有利呢？

（1）放手——让学生自主选择分析数据的方法。在实验数据得出后，我们的教师习惯指导学生用计算平均数的方法分析数据。应该说，当所测得的一组实验数据都比较接近客观存在的真值时，用计算平均数的方法分析数据是合理的。然而不能忽视的是，在科学课堂中，由于实验者实验水平、实验条件和环境等因素的限制，所获得的实验数据往往会与客观存在的真值存在一定距离。还会出现一种情况，学生所获得的一组数据中大多都比较接近客观存在的真值，但其中却有个别数据由于测量者未关注的某个原因而与客观存在的真实值相距较大，这时，再用计算平均数的方法来分析数据就不见得科学了。因此，我们要指导学生学会多种分析数据的方法，在实验数据得出后，放手让学生自主选择分析数据的方法。

案例：一位教师执教的《测试载重车的运动》教学片断。

学生分组实验，在车上先后放2个、1个和不放木块，测试小车在相同拉力的作用下跑完相同距离所需的时间，并用涂色的方法在记录纸上记下实验结果。教师展示一组学生的实验记录。（如图1）

师：科学实验需要重复多次，会有多个结果，例如第1次用2个木块时的实验结果。这时要找一个数据来代表这一组数。

生：选4秒。

师：为什么选4秒？

生：因为它在中间。

师：第2次用1个木块时的实验结果应该怎么办？

生：选3秒。

师：为什么？

生：因为3秒的次数多于2秒。

师：其他组也可以像他们这样做。

（2）反思——让学生寻找实验误差产生的原因。当实验数据存在误差时，不能急着直奔结论而去，而应教会学生对实验过程进行反思，及时寻找实验误差产生的原因，这是培养学生实验分析能力和严谨的科学态度的重要途径。

例如《折形状》一课，学生用同样的纸做成不同形状的纸筒，粘好后竖直放，用书本做重物，比较它们的承受力，得到如下实验数据。

面对这一数据，许多教师只是让学生简单得出结论了事。其实，如果引导学生反思实验数据，他们能够发现数据中存在的问题：用同样的纸做成同样形状的纸筒，为什么不同小组的承受力会不一样呢？这样的反思，能够让学生意识到实验过程中严谨细致的重要性。

（3） 感悟——让学生在失败的实验中获得启示。一味追求实验结果展现，以得出实验结论为唯一目的，当然会使学生畏实验失败如“虎”而避之不及。但换个角度来看问题，我们会发现失败的实验并没有那么糟糕：对于实验结论的顺利得出，它可能是一个拦路虎；但对于学生的科学学习，它却未尝不能是一种教学资源，通过对实验失败原因的追问和反思，学生就能在这种真实的经历中获得更多对科学本质的感悟。

例如，我们在几年前开发的一个做中学案例《测量呼吸和心跳》。

最初的设想是：教师创设问题情境，引导学生猜想心跳与脉搏之间的联系，然后，学生通过实验证实自己的猜想。然而现实却是：因为种种原因，学生在实验中获得的数据达不到验证猜想的要求。

按照传统课堂评价理念，学生的实验毫无疑问是失败的。但如果把评价的视野从实验的结果扩展到学生实验的参与状态、交往状态和情感状态等领域，做到知、情、意、行综合评价，这一实验误差就可以作为有效教学资源来开发。因此，我们设计了这样几个问题来引导学生感悟，让学生在失败的实验中获得一些启示：

第一，实验数据能证明我们的假设吗？怎么办？这是让学生自主选择——是坚持自己的假设还是放弃自己的假设。

第二，那么心跳和脉搏之间到底有没有联系呢？教师结合多媒体动画讲解二者的关系，这是让学生知道自己的假设是正确的。

第三，实验为什么会失败呢？这是引导学生反思实验失败的原因——是实验态度不够严谨？是实验技术过于原始？还是其他原因。

第四，在这次失败的实验中能获得哪些启示？这是让学生在感悟中成长——通过感悟，学生懂得了实验态度决定实验的精度，当实验失败时，不能轻言放弃，知道了技术水平决定实验的精度与效率……

上述案例中的学生实验，作为一次探究实验可以说是失败的，因为实验数据不能支持学生得出正确的结论，但作为一次探究实验的教学过程，却无疑是成功的，因为学生在这一次失败的实验中得到了很多启示，而这种收获比单纯的得到实验结论更有价值。

【责任编辑：陈国庆】