以科学课实验数据促进有效探究

陈海峰

科学课程标准指出：在让学生获得知识的同时能“形成尊重事实、善于质疑的科学态度”“不迷信权威”，这就要求学生在探究过程中要有证据意识，通过证据来推理和论证。

数据是科学探究活动的重要证据，但是在课堂教学中，学生在数据方面存在以下问题：

一、数据获取和记录方面

1.错误（失当）的操作

数据来源于操作，错误（失当）的操作带来的是无效的数据。小学生喜欢动手做实验，但却往往是兴致远高于理性，根本不按科学程序和要点来进行规范操作，这样就影响了基础数据的获取，有效性大打折扣，更使后续的分析失去其应有的价值。

2.受探究结果定向的影响

由于受认知水平限制，小学生在探究中，往往只指向于结果，而忽视过程的有效性；对于数据有一定的认识和需求，但较为模糊，往往指向于“预先的猜测结果”，期望得到与预测相一致的数据，沉迷于“我们的实验和预测的差不多”“我们的预测真准”一类的得意心境，随意修改真实数据，以使数据“好看一些”，造成数据的失真。

3.迎合教师的意图

有些探究中的实验数据多而杂，教师一般会选取几个小组进行汇报和交流，为了得到老师表扬，学生也会在一定程度上揣测老师“想要的结果”，凭空捏造、胡乱填写的事情也时有发生。

4.盲目从众的心理

由于受应试教育“标准答案”影响，汇报交流中，当自己的数据与别人有差异时，学生往往不能坚持自己的成果，反而会心生疑虑，甚至为了与他人保持一致而篡改自己的数据，使之变得“好看”“随大流”，从而失去真实有效性。

5.数据记录错位

及时、准确地记录实验数据，这是学生应该养成的良好意识和习惯。但很多时候，学生沉浸于实验操作和现象，却忽视了数据记录。而且，在课堂中一般都是由教师提供记录表，但对于表格结构和记录项目，缺少指导学生观察、理解和内化的过程，引起记录错位，使真实数据变成了无效数据。

二、數据整理和分析方面

1.对数据无从入手

对收集到的数据，学生缺乏进行初步甄别和整理的方法，缺少时间进行观察、理解和内化，表现出茫然和束手无措，造成“有米不会炊”的窘况。

2.数据的流失

对于全班数据，在交流分析阶段，教师一般也仅取几个小组的典型数据来展开，以点带面，快速解决，其他小组则不再关注，造成了数据资源的流失和浪费。

数据不是凭空产生的，而是学生通过实验获取结果的真实呈现。有效地收集记录、整理分析数据，能够从中获得事实的真相，培养学生尊重事实的科学精神和缜密的思维能力。

三、提升学生的数据观

1.认识数据的作用

首先，要让学生明确数据的证据作用，没有可靠的证据支持，结论就没有可信度；其次，要让学生明确数据与结论之间的逻辑关系，即结论是在对数据分析、比较、综合的基础上进行科学推理、概括形成的。

2.正确对待误差

由于实验器材、操作过程等原因，每个小组的数据不可能是完全一致的，误差是客观存在的，也是允许的，不需追求整齐划一，更不应盲从他人。只要是使用了符合要求的材料、按照科学步骤和方法进行的操作，所获得的数据都应该是真实有效的。

四、、真实准确地收集数据

学生参与实验，并非只是为了取得几个呆板的数据，更在于数据是如何获取的，方式是否科学合理，过程是否适当可靠，唯有如此，数据才是有血有肉和真实丰满的。

1.器材要规范

完整适用的器材是有效、高效开展实验并获取数据的基础。如“轮轴的作用”实验，可采用“用测力计测量轮上拉力等”的方法，避免教材中实验装置轮轴保持平衡必须使“轮半径为轴半径的整数倍”这样一个限制和弊端，更有利于学生的操作和数据获取。对于一些器材较多、较复杂的实验，更要讲究材料的结构性和呈现方式，通过有结构的材料和有步骤的呈现，引导学生有条理地展开实验，获取数据。

2.操作要规范

对于实验操作，教师要作相应的讲解，做到透彻、易懂；对复杂、规范性高的实验更应给予示范。若有必要，教师应先行“下水实验”，以学生的视点来进行操作，这样才能给学生以更有效的指导。如“哪杯水的温度高”的实验，一是如何混合冷热水，二是要不要搅拌。经过下水实验，相同的热水和冷水量，混合方法对温度的影响不大，关键是安全，所以指导学生采取把冷水倒入热水烧杯的做法，这样就不需直接用手去接触烫手的热水杯，保证了实验安全、快速；由于冷水比重大，混合过程中会自然沉入热水底部，一定程度也就起到了搅拌混合的作用。规范了实验操作，所取得的数据规范性、准确性程度就会大大提高。

3.方法要科学

从理论来说，任何一个被测的量，都有一个客观的真实值，即真值，但是，实验获取的，只能是一个近似于真值的数值，称为最佳值，最佳值与真值之间的误差是始终存在的。为尽可能获取到最佳数据，可采用取平均数、中位数或众数的方法。如在“不同坡度斜面的省力作用”实验中，以“取平均数”的方法获取在不同坡度斜面上的拉力数据。

4.记录要及时

以严谨的科学态度来说，每一次实验都是唯一和不可复制的，因此，每次操作所取得的数据也是唯一的，不可能、更不应该由另外的操作进行递补和替换，所以及时地记录数据尤为重要。在操作时，小组成员要有明确分工，实验过程中，各司其职，特别是负责记录的同学更要尽心尽责，与小组成员密切配合，认真及时记录好数据。

五、适当有序地整理数据

实验所取得的原始数据，在未加识别、理解和整理的情况下是零碎、无序、无意的，所以需要对数据进行甄别、归类及一定程度地编码，从而提炼其有效性。

1.审视和甄别

实验获取的系列数据，在完备的器材、规范的操作之下，取得的合规数据总是会围绕真值产生正负小范围的波动，如果数据有较大、甚至是突兀的变化，应及时予以分析、解决。如在《摆的研究》中，测试同一个摆在30秒内的摆动次数，一个小组的数据如下：

第四次的数据与前三次相差较大，引起了学生重视，通过观察实验装置，学生发现是摆绳上端松动了，导致摆绳变长了，于是便意识到这个摆不再是原来的摆了，所以第四次的数据是不符合要求的。

2.列表法整理数据

这是最常用的整理数据的方法，在数据记录的同时，就预先有目的地运用表格，同步对数据进行初步整理，从而使数据变得规范、有序。

在现行情况下，学生的记录表格一般都是教师事先设计和打印好的，分发给实验小组，只需在实验时，把数据填人对应的表格内即可。但是，教师应注意在实验记录前，要引导学生观察和理解表格结构，以使数据记录准确、到位。若学生已有一定的设计能力，教师不妨引导学生一起参与到实验和表格的设计，确定表格结构及记录项目，逐步出示和完成，把实验探究转化为自身的学习需求和学习过程。“轮轴的作用”记录表，设计步骤如下：

3.图表法呈现数据

运用图表法呈现数据更有利于学生直观地观察和对比数据，获得更为丰富的感性认识，从而也更有利于学生开展数据分析。

如“纸梁厚度与承重能力”研究实验，数据如下：

运用Excel的数据转换功能，把数据即刻转换成如下图表，学生通过观察，不仅可以对比出数据的差距，更能直观地观察到数据的变动幅度和趋势，从而更深刻地认识和体会到“增加纸梁厚度能大幅提高其承重能力”。

4.全班数据汇总

统计学理论告诉我们，数据样本越多，结论精度和可靠性也就越高。所以，教师应秉持大数据意识，尽可能地把全班数据汇总到一起来进行分析、归纳、概括和推理，以使数据全面地发挥其应有的功能和作用。

六、科学地分析数据

1.数据意义化

单纯的数字是无意义的，只有赋以其意义，才能焕发其功能。因此，应引导学生主动地理解各数据的含义，把抽象的数据内化为具体的鲜活内涵，寻找数据间的关联性，形成数据链，展开数据分析。

2.数据的分析

寻找数据的特点或联系，发现规律，从而转化成能支持相关观点的证据，实现观点与事实的对接。主要有以下几种：

数据大小对比分析。通过关联数据的大小比较，从而发现隐藏在数据背后的相关规律。如上述“轮轴的作用”研究。

数据分布区域分析。如“摆的研究”，每个小组按自己的意愿，任意选择做一个摆线长15cm/20cm/30cm的摆，并测量这个摆在20秒内的摆动次数，重复3次。教师根据全班数据，转换成了一个全班的汇总图表，如下图：

通过观察直观平台中数据的分布状态，很容易发现：不同长度摆线的摆，摆动次数是不一样的；相同长度摆线的摆，摆动次数基本是接近的；摆线长，摆动次数少，摆线短，摆动次数多。

数据变化趋势分析。还是以上面“纸梁的厚度与抗弯曲能力”图表为例，通过观察，学生发现增加纸梁的厚度，能增强它的抗弯曲能力，而且增强的幅度是远远超出自己的预料，因此带给学生的印象也是非常深刻的。

数据的获取、整理、分析，是培养学生严谨的科学态度、正确的科学方法、缜密的科学思维的过程，教师的指导应贯穿于每一堂课、每一个环节，从而使學生的科学探究活动更有效、高效，更好地培养学生的科学品质，全面提升学生的科学素养。