避免小学科学实验产生“异类数据”的策略

章杰

【摘   要】小学科学实验中的“异类数据”会影响实验结论，影响科学概念的建构。教师在科学教学中要强调实验数据的重要性，引导学生从客观条件、材料使用、实验方法、心理作用等方面分析 “异类数据”产生的原因及规避策略，从而保证实验结论的真实性、科学性，帮助学生形成证据意识，培养学生严谨、科学、实事求是的探究精神。

【关键词】小学科学实验;异类数据;策略;证据意识

實验数据是学生得出实验结论所依赖的佐证，是小学科学教学的重要内容。如果学生得到的实验数据存在问题，将会影响科学概念的建构。异类数据，是指在科学实验过程中，因客观条件或人为因素造成某个学生或某组学生获得与其他学生存在明显差异的实验数据，是影响实验结论得出的因素之一。

因此，教师在教学中要强调实验数据的重要性，引导学生从客观条件、材料使用、实验方法、心理作用等方面分析“异类数据”产生的原因，并积极探索避免“异类数据”产生的策略，帮助学生树立证据意识，培养学生严谨、科学的探究精神。

一、避免客观条件引发异类数据的策略

（一）保证工具精确，预防隐形“杀手”

小学科学实验离不开各种实验器材，而测量工具就是常用的实验器材之一。如果测量工具出现了问题，不但会引发异类数据，且往往很难发现这个隐形“杀手”。以三年级上册第四单元第4课《比较水的多少》为例，教师给10个实验小组各准备了两个体积相似的塑料瓶——1号瓶、2号瓶，课前用量筒分别在瓶子中装了85毫升和92毫升的水，请学生用量筒现场测量水量，看看两个瓶子里的水哪个多，多多少。各小组的测量数据如下表所示。

学生注意力一下子聚集在第五小组上，都认为他们的数据是错误的。教师的想法也是如此，认为第五组实验不够认真。可是，第五组的学生觉得很委屈。为了查找产生异类数据的原因，教师亲自用第五组的量筒进行测量，结果发现这个量筒是个次品，标注的刻度存在较大误差，以至于产生了异类数据，冤枉了第五组的学生。因此，教师在实验前要检查工具的精确性，预防隐形“杀手”造成异类数据。

（二）关注环境变化，赶走无形“操控手”

实验环境是一个无形的“操控手”，也会悄然无声地影响实验数据。例如，五年级下册第二单元第1课《热起来了》要求学生测量科学教室里的空气温度。教师事先亲自检查每一支温度计，它们的原始温度都是相同的，且环境一致，学生测量的数据差距比较小。接着，教师让学生用毛巾代替衣服包裹在温度计上，每1分钟查看一次温度计。谁知，大多数小组的测量数据比第一次有所上升，与教材所说的“衣服不能增加温度”相反。是哪个“操控手”造成了那么多的异类数据呢？原来是教师忽视了教室中的温室效应。因为那么多的学生长时间待在教室这个相对密封的小空间里，造成室温比刚上课时上升了一些。学生应该在明显通风的情况下做实验，才能得出比较科学的数据。

此外，有些实验需要在室外完成，势必会受到自然环境的影响。如五年级上册第二单元第5课《光和热》中，学生分别用1面、3面、5面镜子产生的反光去照射温度计，探究镜子的数量与温度上升的关系。实验结果显示，所有小组的数据出奇的一致，使用3面镜子时，温度明显上升，但使用5面镜子时，大部分小组的温度与使用3面镜子时是一样的，其中有两个小组的温度还下降了。突然，有一个学生解开了谜底：原来在测量5面镜子时，云层挡住了太阳光，从而导致了异类数据的产生。

由此可见，小学科学实验往往会遇到专业实验室不会出现的客观因素，教师要关注这些因素的变化，及时做出调整，以避免异类数据的产生。

二、避免材料使用引发异类数据的策略

（一）严禁增加“小”材料，清除细微“失真源”

材料是科学实验课的必备条件，但使用不当也会引发异类数据的产生。例如六年级上册第二单元第2课《形状与抗弯曲能力》要求学生尝试使用各种形状的纸张比较抗弯曲能力。L形、U形、波浪形的材料都比较容易操作，但圆形和三角形容易散开，难以操作。于是，教师用同一型号的16k纸做成各种形状，只是用了少量胶带固定圆形和三角形。结果实验数据显示，圆形和三角形的抗弯曲能力特别好，承受垫圈的数量特别大。教师在正常使用材料的同时增加了一点小“材料”——少量胶带，却导致了异类数据的产生，真是好心办坏事。

（二）严禁重复用材料，减少数据“错误源”

为了保证实验数据的科学性，同一材料不能反复使用，因而材料的消耗量较大。如果为了节约而重复使用材料，就会导致异类数据的产生。以六年级上册第二单元第3课《拱形的力量》为例，在 “一”字形和拱形（不抵住拱足的情况下）的抗弯曲能力的比较实验中，第1次的实验数据显示：拱形的抗弯曲能力确实比“一”字形强。但随着实验次数的增加，拱形和“一”字形的抗弯曲能力几乎差不多了，实验出现的异类数据与“拱形的抗弯曲能力比‘一字形强”的科学结论相违背。实验材料——同一型号的16k纸具有质轻、吸水性强、硬度小、柔韧性较差、易折叠等特性。在第1次实验中，拱形被垫圈破坏后，纸张的材质发生了改变，如果重复使用第1次实验用过的拱形，材料承受力已被破坏，异类数据就此产生。因此，每一次实验都要及时更换材料，这样才能避免异类数据的出现，确保证据的可靠性。

三、避免操作方法引发异类数据的策略

（一）追查操作错误，消灭隐身“捣乱者”

有些异类数据并非由工具、环境、材料造成，而是因为实验操作方法不当引起的。但这种操作错误往往隐藏较深，学生难以发现。

以五年级下册第二单元第6课《摆的研究》为例，各小组要运用测量与比较的方法探究影响摆的快慢的因素。在保证摆绳长度相同的情况下，学生在挂钩上分别依次挂上1个钩码，2个钩码，3个钩码，测量15秒钟内钩码摆动的次数（精确到半次）。从各小组实验数据来看，大部分小组三次实验测得15秒钟内摆动的次数都是9次;个别小组的三组实验数据略有差异，为9次、9.5次、9次;一个小组的三组实验数据差异较大，为9次、9.5次、10次，属于异类数据。问题出现在哪里呢？15秒内相差0.5次，可以理解为误差，因为学生的操作不一定每次都那么精确，如掐表和摆动计时的同步性。但是短暂的15秒内相差1次，它就是个错误。经过对比发现，问题出在挂钩码的方式上。其他小组钩码之间采用水平挂，即垂直串联悬挂（见图1），而出现异类数据的小组则采取并列挂（见图2）。由于钩码悬挂方式不同，变相造成了摆长的差异，由此引发异类数据的产生。

（二）规范操作方法，揪出失实的“差异者”

规范的操作方法能保证实验数据真实、准确、完整，有助于科学概念的建构。例如，六年级上册第三单元第4课《电磁铁的磁力（二）》要研究电磁铁磁力与电流的关系，学生需要依次用1节电池，串联2節电池，串联3节电池的方式进行实验，通过比较不同电流的电磁铁吸起大头针的个数得出结论。实验数据表明，大部分小组串联3节电池吸起的大头针个数反而比个别小组串联2节电池的要少。这一异类数据是如何产生的呢？经研究发现，这与电磁铁在大头针中的放置方法有关，大多数小组是把电磁铁平放在大头针上（见图3），个别小组是把电磁铁插进甚至埋在大头针里（见图4），是操作方法导致电磁铁与大头针的接触面不同而产生了异类数据。可见，不规范的操作方法是造成数据失实的罪魁祸首。

四、避免心理作用引发异类数据的策略

（一）规范处理数据，克服负面从众心理

小学科学强调用事实、证据说话。但在日常科学实验中，发现学生实验数据造假，观察记录与事实不符的现象，影响了科学探究的有效性，也违背了科学课的培养目标。

还是以《电磁铁的磁力（二）》为例，学生完成了“电磁铁磁力大小与线圈、铁芯关系”的实验后，逐个把实验数据写在黑板上。结果12个小组的数据都显示“铁芯粗大则磁力强，铁芯细小则磁力弱”，明明刚才教师在巡视时发现有些小组记录的实验数据是说明“铁芯小则磁力强”，为什么现在却清一色地出现相同结论呢？原来，最先板演数据的两个小组提出了“铁芯大则磁力强”的结论，虽然后面小组的实验数据与之相反，但认为可能是自己的数据有误。于是，他们临时篡改、放弃了真实的实验数据。这样一来，异类数据就产生了。为了避免负面从众心理对实验数据的干扰，教师要求各小组上交实验记录单，实事求是地将数据输入电脑。结果发现数据说明“铁芯小则磁力强”“铁芯大则磁力强”的小组各一半，从而得出“电磁铁磁力的大小与铁芯的大小无关”的有效结论。

（二）科学推测数据，树立实事求是精神

在科学实验的观察、记录、取证的过程中，教师要让学生明白，真理来源于实践，需要树立实事求是精神，对证据进行随意捏造和推测是一种伪科学。

例如，五年级下册第三单元第3课《用水测量时间》要求学生重复做3次滴漏实验，观察从100毫升水中缓慢流出10毫升、30毫升水的时间，其中有两个小组完成得特别快。教师发现大多数小组呈现的实验数据是不成倍数规律的，因为水在下流过程中不是匀速的，流掉前10毫升水的时间与流完后30毫升水的时间并不完全对等。可是那两个小组的数据却刚好成2倍关系，显然是个异类数据。在教师的追问下，两个小组长说出了“实情”。原来他们的确实事求是地观察和记录了前10毫升水流出的时间，但他们觉得实验很耗时，于是就“收了工”，后30毫升水流出的时间是根据前10毫升的数据推测计算出来的，并非实验所得。于是，教师请全体学生对这一事例进行反思，使学生明确科学来不得半点虚假，实践是检验真理的唯一标准。

实验过程中出现一些异类数据是不可避免的，但教师不能只关注合理数据而忽视异类数据，也不能简单应付，直接得出结论，否则将会降低实验活动的有效性，也不利于学生科学素养的培养。因此，教师要重视异类数据，客观理性地进行归因分析，找到避免异类数据产生的策略，从科学实验中培养学生的证据意识和科学精神。

参考文献：

[1]杨春晖.评价活了 学生乐了[EB/OL].http：//www.xsxxkx.com/a/sucaifengxiang/keyanlunwen/20170503/2760.html.

[2]龚汉平.实验中的意外[J].上海教育，2006（2）.

（浙江省长兴县第二实验小学   313100）