实验数据的获取和分析

黄平

〔摘    要〕  实证是科学的本质之一。科学学习一般要求学生遵从事实，在寻求证据中探求结果，因此，培养学生实证意识具有极其重要的教育意义。教学中，要以学生为本、以生活为本、以发展为本，立足本真的科学课堂，从实验数据的获取、实验数据的分析以及实验数据的反思三个方面，培养学生的实证意识，培育科学精神。

〔关键词〕  小学科学；实验数据；实证意识

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  03    052-054

《义务教育科学课程标准》（2022年版）指出：倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程；重视师生互动和生生互动，引导学生对所学知识和方法进行总结、反思、 应用和迁移，促进学生自主学习和合作学习。充分发挥科学教育独特的育人价值，科学课堂需要提高实证意识，引领学生从事实、证据出发去探求真知，进而发现科学认知的规律和本质。

在科学探究活动中，我们经常需要用数据来作为实验推导的证据，这是一种体现实证意识的重要方法。那么，如何合理利用客观数据培养学生的实证意识呢？

一、多措并举，获取数据

（一）掌握技能，巧用工具

在科学探究过程中，学生主要经历观察现象、实验操作、思维推理、合作交流、自我反思等学习行为，围绕客观现象展开活动，获取客观事实。观测工具的准度及学生运用工具技能的精度，其正确性和技巧性都会直接影响到实验中的思维判断并决定最终结果。因此，在实验数据获取前，学生必须具备运用工具的技能，如苏教版四年级上册《冷热与温度》一课，连续测量一杯水的温度，实验前学生掌握正确使用温度计和秒表的技能，学会正确地认读温度计的读数。如苏教版四年级下册《摩擦力的秘密》一课，实验前学生须掌握正确使用弹簧测力计的技能，学会正确认读测力计读数。此外，如量筒、酒精灯、滴管、放大镜等工具的使用都是学生必须掌握的运用工具的技能，如果学生不具备这些技能，那么实验的数据无法获取，实验数据的有效性也无从谈起。

（二）分组探究，引导合作

实验中，要获得准确的实验数据，学生不仅要具备一定的动手能力和运用工具的技能，还要有小组合作的意识。课堂教学中，教师可综合考虑学生的个性特点、认知水平、学习能力等的相似性，依此将学生分成4～6人学习小组。在探究过程中，教师可及时根据小组学习质量及时调整成员，最终形成组内同质、组间异质的课堂学习结构。

同质组内，其小组成员更多的相似性能最大限度地发挥每个学习个体的潜能，促使学生的思维发生碰撞，激发创新思维，较为高效地完成探究实验等学习任务，从而使小组成员收获学习的愉悦，建立自信。异质组间，更利于发现、比较，帮助其他小组开闊视野，增进探究。

教学时，教师要重视学生合作技能的培养，帮助小组明确学习任务，且小组内部有清晰的个人任务安排。在组长的带领下，学生形成一定的协助规范，更利于顺利展开小组合作探究，实验数据才相对有效。我们还应该根据知识探究的实际需要，合理选择并阶段安排小组合作，在小组内设立相应岗位。如：组长要负责组内成员的实验分工，围绕探究主题维持小组活动秩序，带领组员对实验现象展开讨论以及及时归纳实验结论，保证每个成员都能积极参与。记录员：在积极思维参与探究活动的同时，及时准确地记录本组实验中获得的数据及实验的结论。实验员：一般可分配2～3人，由其负责实验的实际操作。汇报员：负责把本组的实验结果、现象、存在问题进行汇报交流，不足时再由小组内其他成员补充。当然，教学中还可视任务要求和组员人数，灵活设岗，及时轮换岗位，让每个学生都有不同岗位的体验，助力素养发展。

（三）合理猜想，形成态度

磨刀不误砍柴工。教学中，要获得准确的实验数据，教师还应帮助学生树立操作前的思辨意识，“想好了再做”，既对实验操作过程要了然于胸，又能针对现象进行思考，这不仅是学生形成科学态度和科学探究能力的关键，也是获取准确实验数据的前提。

如在教苏教版四年级上册《冷热与温度》一课时，探究一杯热水变凉的实验过程，让学生先预测水的降温过程，是均匀下降，还是先快后慢；是先慢后快，还是没有规律。接着让学生观察实验记录单（见下图表1），引导学生思考：①在0分钟时，记录的是水的什么温度？（水的最高温度）②秒表在什么时候开始计时？（读出水的最高温度时，开始计时）③测水温时，每隔几分钟记录水的温度？（2分钟）④在记录2，4，6，8，10各个不同时间段水的温度时，秒表要按暂停吗？（秒表不能停，连续计时，10分钟到停表）学生经过这一系列问题的思考后，不仅明确了实验中的细节，还意识到计时员、实验员、记录员需要紧密配合。即实验员读出水的最高温度时，记录员要及时记下水的温度，同时计时员则要开始计时。2分钟前，记录员要提醒实验员。2分钟到，实验员读出此时水的温度，记录员及时记录。

二、分析数据，深入探究

准确记录数据后，引领学生深入思考，继续探究，学会科学分析数据是科学探究活动后提升思维能力的重要阶段。分析数据既是一个共享与分析、整理的过程，也是培养学生核心科学素养的关键时机。

（一）图表分析

图表是一种能让数据以直观方式体现差异的有效方法。大多数情况下，数据是有一定规律的，教学中要及时引导学生观察发现和直观呈现其变化，借助直观、适合的图表，把所得的连续数据和对比数据用统计图等形式予以呈现，更清晰地看出数据之间的变化关系，也更加容易发现其中隐藏的规律，从而得出较为科学的探究结论。例如苏教版四年级上册《冷热与温度》一课，表2是学生在实验中按规定时间操作测试获得的一组水温数据，直观地表现出热水先快后慢的降温过程。

再如苏教版五年级上册《测量呼吸和心跳》一课，在教师引领下，学生可分别测量“安静状态”“运动结束时”“休息3分钟后”的1分钟呼吸次数和心跳次数，再将获得的第一手数据绘制成柱形图（表3：三种状态下，每分钟呼吸和脉搏次数）。通过柱形图的分析，学生就能清晰地发现：人体在运动后，呼吸次数和脉搏次数会明显增加。休息3分钟后，人体的呼吸次数和脉搏次数又会减少，渐渐接近于安静时的状态，进而身体力行地了解其背后隐藏的科学：人体在运动时，需要更多的氧气来维持生命活动。

（二）和均计算

和均计算是指用计算总和或平均数的方法来分析数据。如《小车的运动》一课，在探究“小车运动的快慢与小车载重量”和“小车的运动快慢与拉力大小”两个实验中，均可采用取平均数的方法来分析实验数据。

三、实验数据的反思

在科学探究中，有时会出现不支持假设的数据，有的教师为了得出与假设一致的数据，往往对于这些意外的数据视而不见，这是一种不好的现象。这样不利于对学生科学理性思维的培养，这与我们的科学教育的目的是相违背的。其实，这些意外的数据，对我们教师而言，虽然无法得出自己想要的数据，但却可以成为学生体验本质、培养学生理性态度和实证精神的良好契机。教学中，教师要及时利用好这些意外的数据，引领学生本着“尊重事实，合理怀疑”的态度，学会在实践中反思，在反思中再实验，在实验中再发现。避免在证据不充分的情况下做出过于主观且不够准确的判断，在多次实验中获取新的证据，勇于怀疑、修改自己的意见，最终形成较为科学的结论。

如探究“摆的快慢与摆锤的重量有无关系”这一实验中，摆线长度一致、摆角大小固定、摆动时间保持不变，通过改变摆锤的重量，小组分别测1个螺帽、2个螺帽、3个螺帽在15秒内摆动的次数。表4是学生在实验中获得的数据。

教师在组织学生讨论交流后得出结论：摆的快慢与摆锤的重量无关。上表中，对于“11”这个“意外数据”，教师要引导学生学会发现和思考，帮助学生回顾实验探究的详细过程，可设计以下的教学路径：一是反思实验前设计的操作流程有无问题；二是回顾是否严格按照既定设计进行了规范的操作；三是思考在实验过程中，计时是否精准……如果学生能找到出现问题的蛛丝马迹，他们就能在较为缜密的思维后及时调整失误，进行再次实验，以实际的测试验证实验的结果会不会回到“12”这个次数。最后，实事求是地根据全班各组的研究数据，形成共同的研究结论。当然，如果在实验后续的反思中没有发现问题所在，那就说明自己的数据可能是正确的。即便如此，本着科学探究的精神也该再多次实验，验证实验结论的准确性，体悟实践是检验真理的唯一标准，培养科学探究的品质。

再如苏教版五年级上册《心脏与血液循环》一课中，学生在实验中使用听诊器测心跳后，在组内算出小组平均数，教师汇总全班数据以后，再引领学生算出全班的平均数。此时，教师再让学生把手放在自己脉搏的位置，用同样的方法测出全班脉搏的次数。在学生汇报数据的时候，我们也发现了一些“意外数据”，如有的学生的心跳次数低于40次，有的学生的心跳次数高达180次。一般来说，少年儿童正常的心跳次数在60～100之间。对于这些特殊的数据，教师要适时引导其他学生提出疑问，及时帮助这些特殊数据的学生分析原因，是不是自己太紧张，导致心跳次数过快？或是自己数错了次数？还是借助听诊器测量时，听得不清楚？……只有帮助学生找到错误的原因所在，才能帮助学生建立正确的科学概念。否则，学生就可能会出现错误的认知或印象：测量获得的数据不十分准确也不打紧。大体、差不多，甚至自己编一个数据等则是科学探究最要不得的态度。

四、结语

科学是追求严谨和准确的，它是一个实证的系统。我们要培养学生的实证意识，需要在课堂上关注教学中的细节、关心学生对信息的处理，引领学生勇于自我追问、勤于实践反思、积极实践探索——“证据是什么”。引导学生在实验中通过认真细致的观察，规范熟练地实验，及时准确地捕捉，并学会获取准确的数据，采用合适的方式科学地分析，在科学探究中培养学生的科学思维，在观察与思考、分享与质疑、探究與发展中，不断培养他们的实证意识。当然，我们也要敢于直面“意外数据”，发现其中的教学契机，引导学生合理怀疑，再思考、再发现、再验证。这既是实证意识最好的体现方式，也是学生需要的科学核心素养。

参考文献

[1]喻伯军.《义务教育科学课程标准》课例式解读[M].北京：教育科学出版社，2022.

[2]中华人民共和国教育部.关于加强和改进中小学实验教学的意见[S]北京：教基〔2019〕16号，2019.11.