刍议小学生科学课堂实验数据采集和分析能力培养的策略

【摘要】小学科学新课程标准明确提出，深化小学科学课程改革，引导学生对实验数据进行搜集、整理、分析，做出合理的判断和解释，从而获得经验，提升学生的科学素养。在科学课堂上培养学生的实验数据分析能力尤为重要。在科学课堂实验过程中，学生对采集到的实验数据进行对比、计算、分析，并得出实验结果，如此有利于学生掌握事物的变化规律，从而认识事物的本质。

【关键词】实验数据;数据分析;能力培养

作者简介：沈群英（1977.12— ），女，苏州市吴江区芦墟实验小学，中小学高级教师。

实验数据是指在实验中控制实验对象而搜集到的变量的数据。[1]关于数据分析，在小学数学课堂上比较常见，但是在科学课上有关实验数据分析的教学并不常见，大部分科学课只是将实验数据作为实验结果来看待，将数据简单地归纳为多或者少、大或者小、是或者非。科学实验是科学课的生命主旨，学生通过一系列的实验探究，得到实验数据，再通过分析数据归纳出实验结论，从而获得科学知识，提高科学素养。然而在实际的教学中，往往存在实验和分析断层的现象。如果学生能在科学课堂上学会从数据值的大小和数据呈现的规律来分析实验的本质，掌握物质变化的规律，那么这将对其科学素养的形成、终身学习习惯的培养起到至关重要的作用。

如何在小学科学课堂实验中培养学生的实验数据分析能力呢？笔者从事科学一线教学二十多年，在实验过程中注重对学生采集数据和分析数据能力的培养，通过夯实实验操作基础知识，引导学生采集数据、观察数据、对比数据，培养学生与实验数据之间的亲近感、信赖度，由表到里、由浅入深、由难到易、由繁到简地培养学生的数据分析能力，从而促进其科学 学科核心素养的发展。

一、夯实操作知识，在实验中采集数据

在常态实验教学中，学生对于实验数据的收集总会存在一些不尽如人意的地方。例如：看到别人写什么，自己就写什么;操作不规范，记录的数据不准确，自己也不知道记录的数据是对还是错;已经知道了实验结果，但发现所测得的数据与结果不符，于是修改几个能证明结果的数据，防止被其他同学笑话;在整理数据的过程中组内分工不明确，有的组员很“忙”，有的组员很“闲”;等等。笔者认为，在科学课堂教学中一定要夯实实验操作基础知识，培养学生正确的实验态度和严谨的实验作风，如此才能让数据在实验过程中发挥作用。

（一）明确分工，每个人都是实验数据准确的环

实验过程中，为了保证实验的规范性和数据的准确性，笔者平时就要求学生明确分工，让他们的四人小组“人人有活干”。这样才能保证实验的顺利进行，也可以保证数据的顺利采集。

比如在进行“不同的摆自由摆动的快慢与哪些因素有关”的实验时，笔者为四人小组安排了合理的分工：1号学生控制实验变量，让摆锤自然摆动;2号学生计时;3号学生数摆动次数;4号学生做好实验记录。明确的分工，使实验过程进行得非常顺利，学生们也发现了改变摆锤轻重并不影响摆的快慢，而改变摆绳的长短，摆在15秒内摆动的次数明显不同，并且摆绳越长，摆动越慢。

如果实验前没有进行明确的分工，那么学生在实验过程中就会手忙脚乱，就容易发生如计错时间、数错摆动次数、摆锤没有自然摆動等状况，导致实验的结果大相径庭，这样教师的40分钟课堂教学效率就差了。有了明确的分工，学生们目标一致，能够合力完成实验任务，如此就能收获良好的课堂体验。

（二）规范操作，每一环都是实验数据准确的链

有了合理的分工，每个成员都能够按照要求做实验，如此才能保障数据的准确性。实验的每个环节都很重要，谁也不能马虎。这样的要求不仅为取得准确的数据提供保障，更能培养学生严谨的科学态度和作风，使学生像科学家那样用心做实验，像科学家那样执着做实验。

如在设计制作保温杯的实验中，四人小组也有了明确的分工，但是实验过程的要求高：有盖杯子与无盖杯子进行对比，包毛巾与不包毛巾进行对比，还要嵌入塑料盒前后进行对比，而不同的变量对杯子的要求又有不同;最考验学生的环节是还要每隔一定的时间进行测量，直到24小时之后，记录实验最后的数据。这样的实验对室温、时间等都有严格的要求，只要某一个环节出现了失误，就会影响实验数据的准确性，从而影响实验的结论。

因此，笔者要求学生在实验时做到“三有三不”：脑中有实验目的，眼中有实验流程，心中有实验要点;实验时间不拖拉，实验记录不马虎，实验结果不盲从。有了这些提醒，学生在实验过程中处处严格要求自己，能够及时获取实验数据，保证了实验数据的准确合理，从而为实验结论的准确获得提供了保障。

（三）正确记录，每个数都是实验数据分析的点

每个实验环节都落到实处，保障了实验的顺利开展，但是如果最后的数据记载出现了纰漏，那么还是会导致实验前功尽弃。因此，学生在记录时要保证每个实验数据都真实准确，要让每个数据都能“说话”。

为了让学生明白每个实验数据都是实验结论得出的依据，不能出现差错，笔者还有针对性地设计了实验记载表，故意出现错误的数据，让学生运用规律来找出错误的数据。比如，在热传导实验中，笔者用酒精灯加热一根金属条，在金属条上标出A、B、C、D四个受热点，设计了不同的时间：30秒、60秒、90秒。根据热传导的规律，应该是初始时间四个点的温度都一致，随着时间的推移，越接近酒精灯火焰的地方温度越高。笔者故意将“90秒B点”的一个温度填写错误，让学生针对错误的数据进行思考，然后运用脑中的知识把它改正。通过这样的环节，笔者告诉学生：只有认真记录数据，才能在填写完成后分析正确的数据，从而得出正确的结论。通过笔者的引导和学生的亲身体验之后，他们已能一眼找出错误的数据，因为他们已经明确了“热总是从温度高的地方向温度低的地方传递”的实验结论，明显“90秒B点”的数据是不合乎规律的。

二、关注数据，在观察中分析数据

科学课堂之所以吸引学生，是因为可以做有趣的实验。至于实验中的数据，学生是忽略不计的，他们关注的是这个实验带给他们的视觉冲击，或者是能不能解答他们心中的疑问。因此，教师在实验教学中可以有意而为，通过出示数据直观地得出结论，或者是通过计算数据得出正确结论，从而突出数据的重要性，引导学生关注数据，并形成“可以通过数据来证明结论的正确或者错误”的意识，从而与数据建立一定的信任度。

（一）出示数据，直接体验数据的意义

为了让学生明确数据在实验教学中的意义，在“橡皮泥在水中的沉浮与形状的改变有关”的实验中，笔者通过数据的出示和实验的演示，让学生形成“数据就是答案”的意识。在学生了解了实心橡皮泥在水中是沉的，而碗形、船形等橡皮泥在水中是浮的之后，笔者及时引导学生探究橡皮泥沉浮的原因。笔者分别设计了两种沉的形状和三种浮的形状进行演示，让学生注意每一种橡皮泥放入水中之后液面上升了多少，再演示溢出器教具，让学生明确橡皮泥放入水杯之后，溢出来的水量就叫排开的水量，并让其及时在表格中记录数据。实验结束，笔者选取了某一小组的实验记录表，表中显示橡皮泥的形状有实心立方体、实心球体、能浮的形状1/2/3。记录表中还有几个项目，分别是量杯里初始的水量、放入橡皮泥后的水量、放入橡皮泥后排开的水量，以及橡皮泥的沉浮状态。之后，笔者让学生自主进行实验并记录。实验结束后，当所有的数据展示在学生面前时，他们兴奋极了，纷纷举起小手回答：“排开的水量越多，物体就越容易浮！”教师的数据也是一样的结论。

真实的例子、清清楚楚的数据让学生直观地发出感叹：原来数据可以告诉我们答案呢！学生与数据之间的亲近感油然而生，并开始学会用数据去寻找答案。

（二）计算数据，准确了解数据的意义

有的时候，教师的实验记录了一组或几组数据，学生却不能直接从数据上看到结果、得到答案，因为答案隐藏在数据里面。这就需要学生通过计算，或者找寻规律来获得答案。

还是以“橡皮泥在水中的沉浮”为例，探究沉在水中的物体受到的浮力与物体排开的水量之间有怎样的关系。笔者选取了一个实心球体橡皮泥，提问学生：“橡皮泥在水中受到的浮力如何计算？”学生回答：“橡皮泥在空中受到的重力减去它在水中受到的重力。”笔者追问：“那么，物体排开的水量与它在水中受到的浮力之间有关系吗？有什么关系？”有的学生很肯定，有的学生就开始迟疑了。笔者马上抛出实验记录表，让学生按照要求进行实验操作，并及时记录实验数据。学生们边做实验，边记录，边计算，几个动作快的小組马上得出了结论。笔者选取了其中一个小组的数据进行展示。这份实验记录中，物体在空气中的重量是3.2牛顿，小部分浸入水中时测力计上的读数是2.5牛顿，大部分浸入水中时测力计上的读数是1.5牛顿，全部浸入水中后测力计上的读数是0.8牛顿。笔者提醒学生根据物体的受力情况计算出物体在水中分别受到了多大的浮力。学生根据公式F浮=G空-G水，计算出物体小部分浸入水中时受到的浮力是0.7牛顿，大部分浸入水中时受到的浮力是1.7牛顿，全部浸入水中时受到的浮力是2.4牛顿。同时，笔者还出示了学生记录的排开的水量。学生也进一步明确了实验结论：物体在水中排开的水量越多，受到的浮力越大。

通过直接观察数据和计算数据之后的观察，学生一下子感受到了数据的魅力，明白了在实验过程中实验记录的数据有多么重要。

三、对比数据，在辨析中分析数据

实验数据顺利获得以后，为了得出实验结论，学生还要学会分析数据，从数据中找到规律，获得真知。不仅如此，学生也要学会分析错误的数据，如哪些数据对实验是有意义的，哪些数据一看就是错误操作的产物，哪些数据能准确说明问题，哪些数据的产生能反证实验结果，等等。提高学生对数据的敏感度能帮助他们从实验的方法、事物发展的规律、事物存在的本质等方面了解实验的意义，从而培养学生的科学素养。

（一）控制变量并分析数据，获得实验结论

为了得到准确的数据，总结出实验的结论，在实验过程中，笔者常常引导学生通过对比实验、控制实验的变量获得数据，并通过对数据的观察和分析，总结出实验的结论。

比如，在进行“不同的摆自由摆动的快慢与哪些因素有关”的实验时，学生猜测是摆绳长短、摆锤重量影响了摆的快慢，于是笔者因势利导，鼓励学生设计实验，并做好记录。第一次的实验设计为，以15秒为限，设定摆的摆绳长短、摆幅大小不变，将摆锤的重量设计成三个数值：原来重量、两倍重量、三倍重量。进行三次实验后，学生发现，摆在15秒内的摆动次数都是13次。第二个实验还是以15秒为限，设定摆锤轻重、摆幅大小不变，分别改变摆绳的长短，设计成三个变量：原来绳长、两倍绳长、三倍绳长。进行三次实验后，学生发现，摆在15秒内的摆动次数都不同：摆绳越长，摆动次数越少;摆绳越短，摆动次数越多。学生们边做实验边采集数据，然后将两组实验表格进行对比，就得出了实验结论：摆锤的重量对摆的摆动快慢没有影响;摆绳的长短对摆的摆动快慢有影响，摆绳越长，摆动次数越少，摆绳越短，摆动次数越多。像此类实验的设计就是要引导学生通过控制变量来获得数据，只要有了准确的数据，实验结果就不言而喻了。

（二）留下空白并分析数据，获得实验结论

在分析数据的过程中，采用留白的方法，能让学生通过思考填入恰当的数据，也能引导学生掌握数据之间的规律，从而得出实验结论。同样是在“摆的快慢与什么因素有关”的实验中，笔者故意隐去了某一小组的表格中的一个数据，让学生猜猜第三次实验的数据是什么，并说明原因。

学生看了该组的实验记录之后，马上就有反应快的学生大胆举手，认为第三次实验中，三倍绳长的记录数据也应该是7，而且他还说明了理由：“根据我们之前的实验数据，同一个摆在相同时间内摆动的次数是固定的。所以，这个空白处肯定填7。”很多学生也表示赞同。笔者表扬了这位发言积极的学生，并适时进行引导：“这就是摆的等时性。”此处的留白，不但吸引了学生的注意力，而且及时巩固了知识，给学生留下了深刻的印象。因此，笔者认为，在很多实验中，教师可以做一个“有心人”，通过留白、遮挡等手段，故意隐去数据，让学生动脑筋猜测，并分析结果。

在科学实验数据分析能力的培养方面，笔者认为，要通过认识数据的重要性激发学生对于实验数据的兴趣，使其研究的视角和重点直接落在数据的分析上，并通过培养学生的思辨能力、归纳整理能力，使其养成认真细致、严谨踏实的学习作风，从而提升学生的科学素养。

【参考文献】

[1]唐平，付天贵.小学生数据分析能力的测量[J].现代中小学教育，2016（07）：97-100