小学科学课堂实验异常数据的处理策略与成因分析

◎韩晓艳

小学科学是体现科学本质且十分严谨的综合性基础课程。在科学课程教学中，经常需要进行探究性的实验活动，学习活动的开展则依赖于从实验操作中得来的确切数据。但从目前很多小学科学课堂实验的现状看，很多时候，学生得到的往往是与实际科学规律或生活经验不相符合的异常数据。

例如在一次随堂课中，教师带领学生做“比较水和油的吸热和散热性能”的实验。正常情况下，油温上升速度比水温上升速度快，可是温度计显示的结果却和设想的结果截然相反。如果让学生再做一遍实验，时间上来不及，于是教师只能告知学生书上的结果然后宣布下课。这种和设想不一样甚至截然相反的实验数据就是异常数据。出现异常数据并不可怕，关键是我们对待异常数据的态度。面对这样的情况，如何做到既尊重科学，又兼顾学生学习的信心和成就感，这也是很多科学教师面临的难题。

一、常用的异常数据处理策略

(一)尊重异常数据

一次在进行“弹簧拉力”的实验时，弹簧长度为6cm，学生在弹簧下端分别挂上1～5个钩码来测量弹簧伸长的长度。各小组通过实验操作获得了相关实验数据。

教师将各小组分别挂1～5个钩码的实验数据列表呈现后提问：“同学们发现了什么规律？”学生回答：“挂的钩码越多，弹簧拉得越长。”教师：“嗯，很好！”一名学生提出异议：“老师，我们组发现挂四个钩码和挂五个钩码弹簧的长度差不多。挂四个是10.8cm，挂五个是11cm。”教师问：“是吗？其他小组也是这样吗？”除该组外其余学生都摇摇头。教师说：“那肯定是你们弄错了。”

真的是学生弄错了吗？有这个可能，但也不排除这根弹簧已经到了它的测量极限。教师没有经过实际验证就断言学生错了，这说明教师对待异常数据的态度有误。科学课堂注重培养学生的实证意识，具体的表现就是用数据说话。真实的数据是学生探寻规律、总结规律、敢于质疑的事实依据，教师不仅要教会学生尊重数据，还需以身作则。现实课堂中，不少学生在完成自己组的实验后还爱去打听其他小组的实验数据，一旦发现自己小组的数据和别组差距较大就会自行更改数据，甚至根据需要编一个数据，这和科学课程求真的宗旨相背离。

(二)反推实验过程

在本文开头的实验案例中出现水升温比油升温快的结果是出乎大家意料的，下课后笔者仔细检查实验环节，在确定温度计准确、实验环节无误后，又重做了实验，发现还是这样的结果。到底是哪里出了问题呢？最后发现是因为石棉网使用时间太久了，放在装水烧杯下面的石棉网上的石棉掉了很多，变成镂空的了；而装油的烧杯下的石棉网则正常，所以出现了这样的实验结果。在更换了两块几乎一样的石棉网后，实验过程中加热后油温明显升得快了。

若实验中产生了异常数据，教师要和学生反推实验过程，寻找原因，而不是直接否定学生的数据，打击学生的积极性。反推实验的过程一般包括以下几个方面：重新检查实验的设计是否合理；变量与不变量的控制是否正确；实验过程是否与设计一致；实验器材有没有问题；有没有环境因素的干扰……这些方面逐一排查之后一般都能找到出现异常数据的原因所在。

一次在研究“磁铁不同位置的磁性强度”时，教师让学生在磁铁上等距离标注了ABCDE五个点，然后在各点上首尾相连悬挂回形针，再根据悬挂的回形针数量来判别磁铁不同位置的磁性强弱。

从学生的实验数据中发现某组在ABCDE每个点的回形针个数基本上是其他组对应点回形针个数的双倍还多，虽然实验揭示的磁铁磁性强弱情况没有问题，但这个数值明显有些异常。教师从这组数据出发引导该组学生反思其实验过程并在全班展示，其他组学生很快发现了问题：该组的回形针是横着放的，因为和磁铁的接触面积大了，所以磁力也大了，吸附的回形针也多了许多。再让他们按照与其他组一样的挂法操作，得到的数据就基本与其他组一致了。

(三)重复实验验证

找到了问题的症结所在，重复实验进行验证是检验问题的有效方法。重复实验验证一般可以通过如下两种方式来进行。

1.当众演示

当众演示的实验能够放大实验中出现的问题，有利于学生顺利找出并改正错误，同时也有利于培育师生良好的实验习惯、严谨的科学态度。

在研究“摆的快慢与摆锤重量的关系”的实验中，教师让学生将摆绳统一设置成10cm，然后分别挂一个、两个、三个钩码逐一增加摆锤重量进行实验。其中有一个小组的实验数据出现异常，在一定的时间内，每次实验摆的次数均不相同，似乎印证摆的快慢与摆锤质量相关，但实际上我们都知道，摆的快慢与摆锤重量无关。那么这组学生为什么会得到异常的数据呢？于是教师让这组学生到讲台上演示，通过演示操作，大家都发现了问题：他们挂钩码的方法与其他小组不同，该组将钩码垂直挂成一长条，而别的组都是将钩码平行挂成一长排。挂法的不同导致了实际摆长的增加，当然在一定时间内摆的次数也不同。

当众演示的方法能够很好地解决学生们的困惑，同时对全班学生有良好的启示意义。异常数据很有可能是错误数据，但不是所有的异常数据都是错误数据，让发生异常数据的小组上台演示，首先应该肯定他们所做的努力，而不能打击他们的自尊心。

2.重复实验

在研究“橡皮筋缠绕的圈数与小车运动距离的关系”时，教师根据学生的统计汇报，将各组数据记录下来，表1是其中两个小组的实验数据。

表1 有关“橡皮筋缠绕的圈数与小车运动距离的关系”实验数据统计表

教师问：“发现了什么规律？”学生回答：“缠绕的圈数越多小车运动的距离越远。”有学生站起来说：“不一定，我们组缠绕6圈时小车运动的距离比4圈时更近。”为什么会出现这样的问题呢？这组数据是偶然发生的还是普遍现象？通常我们会将一些容易出现不确定因素的实验至少重复进行三次，以取得平均值，而这个实验教师只安排学生做了一次，当然不容易准确了。重复实验的作用：一是因为有误差，需要经过多次实验校正；二是说明此实验可以重复进行，以表明结果是经得起检验的。[1]这项实验中，如果排除了其他影响实验数据的原因，最需要进行的验证方式就是重复实验。

二、异常数据的成因及教学改进

(一)学生方面：兴趣虽浓，习惯不良，方法欠妥

据调查统计，学生对科学实验课的兴趣比较浓厚，喜欢和非常喜欢科学实验课的学生占97.5%。学生喜欢上科学课的原因主要是认为可以提高自身的实践操作能力，也有少部分学生只是觉得实验课轻松好玩。

学生对科学实验课的科学性认识不足，部分学生实验态度不够端正，实验目的不太明确，基本实验操作技能不够规范。例如，有15.8%的学生在实验之前未注意倾听实验要求，有12.3%的学生在实验时不能够按实验步骤规范操作。有学生在使用酒精灯给物体加热时并非用外焰，使用天平时不用镊子夹取砝码而是直接用手拿，使用测力计前没有进行调零，另外在使用温度计、显微镜等工具时也会发生一些操作错误。能够做到小组合理分工合作的只有66.9%，还有一些小组是由组长一人操作实验，其他学生当看客；有32.7%的学生认为实验只需动手操作，无需填写实验记录单。如在“模拟昼夜变化”的实验中，部分学生没有认真聆听教师的讲解，没有搞清楚地球仪转动方向要与地球实际自转方向一致，导致实验结果出现错误。

教师应改变学生随意散漫的不良实验态度和操作习惯，让学生重视实验数据，并建立统一的标准作为参照，确保数据的准确性。教师通过规范实验纪律，讲解实验方法，观看科学家的实验视频，认识实验是一项特殊的学习过程。[2]这让学生认识到，科学家成千上万次的实验操作就是为了得到一个准确的数据，只有有了准确数据的支撑，才能进行下一步的科学探究。同时，教师要指导学生养成边实验边记录的好习惯，对待所有的数据都要客观公正，不能只挑选符合自身实验想法的数据而忽略甚至直接舍弃其他的数据。

(二)教师方面

1.实验指导不够充分

教师不仅是实验的组织者，还应是实验的指导者、合作者，学生实验正确与否很大程度上取决于教师的指导。教师需在实验之前讲明实验内容、目标、步骤和注意事项，在实验中巡视指导，这样才能使实验朝着有效探究的方向发展。教师在对学生进行实验指导时要考虑学生的认知水平和动手能力，按照从扶着走到逐步放开的过程进行。同时教师要考虑不同班级学生存在的整体性差异，充分了解学生已有的知识基础和经验，预判实验中学生可能会遇到的困难和障碍，既要避免盲目追求教学开放性、浪费时间的无效探究，也要避免指导过度的机械式探究。

2.没有足够的实验时间

据调查统计，有36.6%的学生认为课堂上实验时间不够充足，主要是科学教师过多的讲述支配和占据着大部分的课堂教学时间和空间，未能真正做到以生为本，还有少数教师为了赶超教学进度，缩减学生分组实验时间，导致学生操作仓促，以致出错。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学课程的主要途径，科学课程应向学生提供充足的器材和时间，保证学生获得充分的科学探究机会。在探究式课堂教学中，分配给学生的自主学习时间至少应有20分钟，要让学生真正成为学习的主人。

3.对实验原理的认识欠准确

少数教师对所设计实验的原理理解不透彻，导致设计不严密，学生操作易出错。教材上的观察、实验活动，教师在上课前都要亲自演练一遍。比如在“制取二氧化碳”的实验中，教师没有对装置的气密性进行认真检查，导致实验无法完成。又如在气体收集阶段，对于制取的氧气或是二氧化碳，集气瓶该正立还是倒立？采用哪种方法收集？这里所涉及的大气压原理、气体的密度及水溶性等物理性质，都是教师必须深刻理解和掌握的基本知识。假若教师自己没有做下水实验，仅凭理论上的设想，到现实课堂上就容易出现意料不到的情况，浪费学生宝贵的学习时间，有时甚至会造成严重的实验事故。因此，在每一堂科学实验课之前，教师一定要理论联系实践，做到胸有成竹。

4.课前准备工作不够充分

在实验活动教学过程中，难免会发生一些偶发性的事件。作为科学教师，我们必须明确，偶发性事件和实验活动本身有着密切的关系。因此，科学教师在实验前需做大量相关的准备工作，尤其是在实验器材的选择与准备方面要精心细致，否则会影响学生实验的效果。实验之前，教师要认真选择检查实验器材，以保证实验的正常开展和有效操作。实验研究的材料要具有多样性和结构性。比如研究“我们周围的土壤”时，教师要力求从不同的地方采集不同的土壤，通过观察，分析不同类型土壤的差异，进而认识到不同的土壤适合种植不同的植物。如果教师只是进行单一的样本采集，由数据得到的实验结论往往是有悖于科学常识的。

科学探究是一个理性的过程，科学结论的形成是一个不断修正的过程，它需要真实数据作支撑。异常数据的产生是课堂中的一段小插曲，更是一次难得的探究契机[3]，而对异常数据的处理方式则凸显了教师的教学机智。当我们面对异常数据时，需要尊重事实，切勿妄下结论；倾听不同见解，理性分析；引导学生深入探究，不随意否定学生；重复实验验证，根据新的数据不断修正、完善自己的结论，创造和谐、积极的学习氛围。