优化课堂实验教学 提升数据分析能力

鲍春林

新义务教育科学课程标准（2022年版）立足素养发展，凝练了科学课程要培养学生的核心素养，增加了科学思维，提出了探究实践，强调科学课程具有综合性、基础性和实践性。其中“科学思维是关键能力，是素养核心；探究实践是关键能力，是主要途径”。学生通过在小学科学课堂上亲历探究，体验实验探究的各个环节，逐渐形成正确的科学观念，发展科学思维、探究实践，提升科学核心素养。科学基于实证，实证源于数据，数据出自探究实践。下面以教科版科学五年级上册《摆的快慢》为例，希望通过优化课堂实验教学，从而提升学生的数据分析能力。

一、教材分析

《摆的快慢》是一节经典的实验探究课，本课探究内容明确，教学环节清晰。本课承接上一节课《机械摆钟》的学习，通过引导学生从实验探究中自主发现“不同的摆，摆动快慢不同”，由此提出“影响摆的快慢的因素有哪些？”通过做出合理的假设，在教师的帮扶下，借助控制变量法，最终能自主设计实验并验证假设。从而依据实验数据得出合理的结论，并能应用到实际生活中。

五年级的学生，没有正式学习过在探究实验中如何进行变量的控制，教师只是在平时的实验中进行了简单渗透。本课的教学难点是学会控制实验中的可变因素，即对控制变量法的理解；获得精确的实验数据。对于实验操作的严谨性、数据的整理分析、科学结论的完整得出，学生都还存在一定的困难，因此需要教师课上进行有效引导。

二、课堂教学中发现的问题

（一）课堂导入不高涨

本节课的导入，常规的方法是采取直接复习的形式。如通过出示上节课小组自制摆的摆动数据，从图表数据上，学生能很顺利地发现“不同的摆，摆动快慢不同”。或者，为了体现课堂数据的真实性，我也和其他老师一样，直接现场演示：以两个上节课学生自制的摆为例，请两位学生上台直接操作，再次观察两个不同摆的摆动。虽然在演示操作时，可以顺势复习摆的结构以及实验操作注意事项，但是从课堂教学效果来看，主要是两位演示实验的学生参与度较高，而在座大部分作为观察员的学生的学习兴趣不够高涨，学生的探究欲望没有快速、充分地调动。

（二）实验器材不便捷

研究摆的快慢实验时，都是选用以铁架臺作为支架，再挂上线绳，用钩码或金属垫片等重物作为摆锤。探究过程中，绝大多数铁架台因为使用时间比较长远，都不稳固，晃动严重，支架与铁环之间距离较近，容易撞杆。线绳直接缠绕在铁环上，导致支点不稳定，也容易撞杆。摆幅的大小，在实际操作时较难控制，容易误导学生，影响探究实验的严谨性。摆锤的悬挂，利用回形针挂取，在多个钩码同时悬挂时，容易脱落，并且用钩码悬挂还会产生不同的悬挂方式，影响实验数据的准确性。不便的实验器材，导致学生探究实验时，用时长、效率低，原始数据的可靠性低，干扰后续对数据的整理与分析，不利于培养学生良好的科学素养。

（三）小组分工不明确

本课中，实验操作内容较多，相对烦琐，需要学生收集的数据也不少。从实际教学效果看来，虽然有平时科学课的实验探究训练，组间划分是明确的，但组内分工仍不够清晰，各组员的职责没有严格遵守：计时员、观察员、记录员的工作没有很好的分工、衔接。出现整组在做完一次实验后，记录员一人记录数据，其他成员无事可做、等待的现象。大大增加了探究实验用时，导致在规定时间内没有完成全部的探究活动。

（四）思维碰撞不显著

研讨环节，“我们是通过什么实验方法知道摆的快慢与摆绳长度有关的？”对于这个问题的回答，学生没有很迅速地回答到点上，说明学生对控制变量法的实质掌握得不够扎实，本节课的教学难点没有很好地突破。课堂教学时，学生探究实验看似很充实、很热闹，在本课的3个探究实验中，学生也都能很好地得出相关实验结论，但仍然缺乏学习自主性，没有理解本课设计探究实验的要点，教师扶得过多。从而致使学生的科学思维没有得到有效地训练，思维的深度和广度都不到位。

三、原因初探

（一）教学设计缺乏灵活性

在正式上公开课之前，教师往往有很多的磨课或试教经历。每一次教学，教师不仅要仔细研读教材、课标，还应该充分了解学情，要预设到所教班级学生的情况、班情。以此，基于教材、课标、学情，设计不同的教案，一班一教案。新版义务教育科学课程标准重视教学方式的改革，更加注重突出科学探究的本质，明确要求：科学教学要在创设学习情境的基础上，引发学生的认知冲突，充分激发内在学习动机。因此，教学设计作为课堂教学的文字载体，教师应在吃透教材、课标、学情的基础上，针对不同班级有不同的方案。

（二）课堂教学需把握细节

在试教的过程中，教师能明显地感受到不同学生之间科学素养的差别：有些小组分工很明晰，组内探究井井有条；有些小组，组员们个个情绪高涨，导致小组实验时过于“热闹”，争先恐后，人人都想做；极个别小组，存在一些组员对探究实验不感兴趣、不愿参与的现象。教师是课堂教学的引导者，要善于捕捉课堂教学的细节，以小见大，夯实基础，将学生科学素养的培养落实到细微之处。

四、相关教学策略

（一）重构教学设计

课堂教学以学生的学为主体，教师应充分了解学生，基于真实、现实的教学场景，努力践行“用教材教”的理念。新课标将科学思维和探究实践明确于核心素养内涵之中，因此，教师更需要在教案中落实。因为是借班上课，本课内容与上一节课内容的学习，由于客观原因，学习间隔时间有点长，关于摆的结构，学生大多有遗忘。在这样的学情下，为了充分调动学生的学习兴趣，教师在导入环节可以从玩摆开始（让小组自主设计不同的摆），既能体现学生学的主体地位，也能熟悉实验器材、复习摆的结构，同时在玩中又有发现：各个摆的快慢是不一样的，自然过渡到影响摆的快慢的研究中。通过设计动手活动，来顺应学生好动的天性，创设生动的学习情境，引发认知冲突。

科学结论的得出基于数据，而数据来源于严谨的实验操作。虽然新版教材中关于摆幅大小对摆动快慢的影响没有做具体的探究，但是遵从实验的严谨性，仍需要用直观的数据来验证。考虑到课堂时间的限制，摆幅的探究可以作为第一个实验，通过小组上台演示实验，教师有效地引导学生设计探究实验步骤，从而明白控制变量法的实质。而后续的两个实验，考虑到课堂上学生的学习情绪，让学生有一个情绪高涨的过程，可以先探究摆的快慢与摆绳长度的关系，再探究摆的快慢与摆锤质量的关系。学生能有充足的时间研究摆绳长度是如何影响摆的快慢的，在获得成功的喜悦之后，再来研究摆锤质量与摆的快慢的关系，能先满足学生的探究情绪，先摘到果子，得到甜头。

在拓展环节，为了与后续科学知识的衔接，通过小视频的方式，出示摆绳长度相同，摆锤悬挂方式不同的两个摆。从而发现这两个摆的摆动快慢不同，再次引起思维冲突，设置悬念，请学生在课后继续探究，将学习延伸到课后。借此进一步激发学生的探究欲望，引导学生对新知进行迁移和应用。

（二）优化实验材料

在家常课中，《摆的快慢》研究优选的支架仍是铁架台，虽然有些创新材料中舍弃了铁架台，用夹子直接固定在实验桌上保证了摆的稳定性，但是实验操作时，学生观察角度低，加上桌子的遮挡，不便于小组成员有效观察和操作。因此，教师对实验器材进行改良，在铁架台底座下垫抹布，小组内安排一位学生扶住铁架台，确保铁架台的稳定性，同时也增加了组内学生的参与度。通过使用量角器来精确调整摆幅，确保实验的严谨性。用带凹槽的塑料杆（膨胀钉保护套）精确确定摆绳支点，将摆绳卡在凹槽中，削弱支点不稳定引起的摆绳晃动情况。用可增减数量的单个重10克的金属垫片作为摆锤，以垫片叠加的方式固定在一起，避免因使用钩码导致悬挂方式的不同而带来不必要的实验误差。在摆绳每隔10厘米处提前做好标记，最后利用燕尾夹固定摆绳，便于快速、有效改变摆绳长度。

通过选择有结构的实验材料，教师能更好地指导学生，从而突破教学重难点，有效完成本課的教学目标。学生在使用有结构的实验器材时，也能形成严谨的探究态度，从而获得可靠的原始数据，为后续数据分析提供可靠的数据支撑，有效突破本课的学习重点和难点。

（三）规范实验操作

科学素养的形成是一个长期累积的过程，需要教师在平时的课堂教学中点滴渗透。小学科学课堂更加注重小组合作，讲究团队意识、互助意识。

1.在小组探究中，充分调动合作意识

首先，明确组内职责。每组小组长一名、材料员一名、记录员一名、汇报员一名，采取定期轮换制度。每位成员明确各自的责任，通过岗位轮换，得到平等的锻炼和提高。其次，有效指导，培养团队意识。五年级的学生，通过三四年级时教师的半扶半放，此时具有一定的团队合作能力，但仍需要教师给予有效指导。本课中，在指导学生设计好第一个探究实验（摆的快慢与摆幅大小的关系）步骤之后，采取一组上台做演示实验的形式。因为是第一次遇到控制变量法，在实验操作时，教师需提醒小组内每位同学合理分工：组长指导小组实验操作，观察实验的规范性，同时负责记录实验数据；两名观察员（其中一名是操作员）认真操作、观察，明确摆如何摆动算一次等；计时员熟练使用计时器，准确计时。在进行第二次重复实验时，提醒操作员不需要等待记录员记录，应在结束一次实验后接着继续第二次操作，减少中间等待的时间，从而节约探究时间，提高探究效率。

2.借助信息化设备，有效规范实验操作

本课中使用的实验材料不少，为了获得精确有效的数据，需要教师注意实验细节处的指导。用量角器如何精确把控摆幅；用凹槽嵌入摆绳时，如何有效调节摆绳的长度；摆锤重量如何改变等。这些需要在教师讲解的同时，出示具体的操作方法。教师可以借助事先录制好的小视频以及拍摄的照片，或者课堂上直接利用实物展台等这些信息化设备，现场讲解，从而直观地解决问题。

3.巧用记录单

实验记录单是记录数据的载体，教师要充分利用好记录单，为学生搭建探究脚手架。本课的实验探究遵循由扶到放的规律，在后面两个自主探究实验时，让学生在记录单上填一填实验步骤。通过手写的方式，让学生对控制变量法只能改变一个因素有更加深刻的印象。通过优化实验记录单，使杂乱的数据变得有序。本课中修改后的部分实验记录单如下：

实验记录单中，关键字用加粗字体的方式达到提醒的目的。通过统一明确不变的因素具体采用什么数值，有序、规范实验操作，同时让全班的数据有可比性。表中摆锤质量和摆幅的选取，都是经过精心选择的：30克属于比较重的摆锤，确保摆锤在摆动过程中的稳定性，减少摆在摆动过程中因为摆锤太轻而发生旋转等干扰现象；摆幅40°是为了提高学生实验时的可操作性，角度太小，摆容易在15秒测量时间之前就停止摆动。记录表中删减了原教材中“中摆绳”这一栏，以及将每次测量时间由30秒改为15秒。这样，在保证能获得有效实验数据的同时，为后续探究实验增加时间，让学生经历完整、充分的探究。

提升学生的数据分析能力，需要优化小学科学课堂的实验教学，通过重构教学设计、优化实验器材、规范实验操作、巧用记录单等形式，提高科学课堂实验教学效率，获得正确的第一手数据，为后续的数据分析作保障，落实科学素养培养。教师更需要牢牢把握住课堂这一主阵地，在细节之处做研究。