小学科学探究活动中实验数据的处理和应用

【摘   要】数据是科学实验、测量活动、情况调查的结果呈现。借助数据可以揭示事物发展的规律，推导科学结论，建构科学概念。为了充分发挥实验数据的科学价值，提升学生的数据意识和思维能力，教师应带领学生“获取精准数据，处理原始数据，解析实验数据”。

【关键词】实验数据；数据处理；小学科学；探究活动

数据是科学实验、测量活动、情况调查的结果呈现。借助数据可以揭示事物发展的规律，推导科学结论，建构科学概念。《义务教育科学课程标准（2022年版）》要求学生利用统计图表等记录和整理信息，得出科学结论，并利用测量获得的数据描述物体的某些特点和某些系统的结构、关系及变化过程。数据的重要性不言而喻。

实验数据是数据的一种，处理和应用实验数据是科学学习的重要过程，有助于学生理解探究活动的意义。课堂中，教师应关注实验数据的获取、分析和应用过程，切实培养学生的数据意识，提升学生的综合能力。然而，科学探究活动中，由于测量工具不精准、实验设计不合理、数据呈现不到位等，数据常常无法准确反映探究过程，影响教学活动的有序推进。对此，教师可尝试改进实验，优化测量工具，充分发挥实验数据的科学价值，提升学生的数据意识和思维能力。本文以教科版《科学》的教学为例，阐述具体的做法。

一、精雕细琢，获取精准数据

获取数据是处理和分析数据的首要条件。教师应设计合理的实验步骤，准备精确的测量工具，引导学生使用正确的测量方法，确保获得的实验数据准确有效，为后续数据的分析应用做准备。

（一）精其道，实验设计合理有序

合理的实验步骤是获得精准数据的基础条件。在探究实验的设计阶段，要考虑探究活动的内在逻辑，排除无关因素的影响，保证学生明晰实验的步骤和方法，确保操作要求符合学生的能力水平。

三年级上册“天气”单元的“测量降水量”活动中，教师试图通过模拟实验证明用不同口径的直筒杯可以获取相同的降水量，让学生通过直观体验，理解雨量器的工作原理。然而，在实际操作中，利用洒水壶模拟降水很难做到区域均衡，导致直筒杯内的水位高度不同。降水量的模拟实验涉及的干扰因素太多，不仅没有起到助力作用，反而给学生理解雨量器的工作原理带来了困惑。调整洒水壶的出水密度、出水高度、直筒杯的摆放位置，可以让各个直筒杯中的水位更为接近，但始终无法保证水位高度基本相同。为了避免模拟实验造成认知偏差，教师通过动画演绎雨量器的工作原理，符合三年级学生的认知水平。在此基础上，教师指导学生制作雨量器，体验收集雨水的过程，顺利完成探究目标。小学阶段获取实验数据的重点在于设计契合学生思维水平和操作能力的探究活动，给予学生足够的探究时间，让学生体验科学过程，初步理解科学原理。

（二）精其器，测量工具精准无误

工欲善其事，必先利其器。精确的测量工具是获取精准实验数据的必要条件。测量工具不到位容易导致实验结果出现偏差，影响科学结论的得出。教学三年级上册“水”单元时，学生要利用酒精温度计测量水沸腾时的温度。由于酒精温度计的精度不高，学生测得水的沸点普遍高于100℃，难以建构正确的沸点概念。同样，在“天气”单元中，由于温度计无法快速感知气温变化，学生难以准确测出气温，教学活动无法当堂完成。事实上，随着现代教育技术的快速发展，测量工具也日趋进步。围绕数字传感器构成的新型实验系统能够克服传统测量工具的诸多弊端，使得测量过程更加简单便捷。在数字传感器的助力下，新型实验系统能按固定频次将温度的数据传输到电脑上，提高数据的精准度，降低学生的读数难度。数字传感器已经覆盖了力学、电学等多个板块。该技术使测量工具得到了优化，便于学习者获取精准数据，明晰探究结果，突破认知难点。

（三）精其力，探究操作准确到位

科学探究活动中，学生是最重要的因素。学生明晰活动步骤，熟练使用测量工具是获取精准数据的前提条件。如：测量水温时，温度计不能碰到杯底或杯壁；使用测力计时，须先进行调零；使用计时器时，须及时按下开关按钮。然而，实际教学中，并非所有学生都熟悉测量工具。以弹簧测力计为例，大部分学生只在课堂上使用，真正接触弹簧测力计的时间非常有限。对此，教师要多为学生提供操作器材的机会，在探究活动中增加器材的发放数量。或将学校的闲置器材以借用的方式提供给学生，鼓励他们在课后继续操作，并完成相应的探究任务。

二、精打细算，处理原始数据

测量获得的实验数据有时不能直接使用，需要进行初步处理，通过甄选、取值等相关操作，并以恰当的方式呈现，便于后续的解析应用。

（一）甄选：优劣对比，形成共性认知

受各种因素影响，通过相同实验获取的数据也可能会有不同。学生需要重复实验，获取更为精准的数据。如何从多个数据中选择最终数据，需要深入研讨。学生在三、四年级的数学课上，学习过平均数的计算方法，但平均数的计算需要花费较多时间，难以快速得出结果。对此，教师可引导学生根据实际情况，选用众数或中位数作为参考。教学五年级上册“计量时间”单元的《机械摆钟》时，学生测量自制摆钟1分钟的摆动次数，将数据汇总（如表1）。教师借此机会组织学生讨论平均数、众数和中位数的特点。

对于第一组数据，学生认可采用平均数（恰好是中位数）代表测量结果。对于第二组数据，学生普遍认可用众数代表测量结果。对于第三组数据，学生存在争议，因为平均数不是整数，又不存在众数。经过讨论，学生决定采用中位数作为最终数据。需要注意的是，数据的甄选没有统一的标准，教师应给予学生更多的自主权。

（二）取值：活动热身，理解测量误差

误差对实验数据的获取和分析有较大影响。小学生不容易理解误差的概念，容易纠结数据的细微变化。对此，教师可设置合适的探究活动，针对误差进行“热身”。教学四年级上册“运动和力”单元时，学生利用秒表测量小车的运动时间。当数据精确到百分之一秒后，学生发现，每次测量的数据都不相同，由此产生了困惑。因此，教师设置了热身活动“比一比谁的反应快”，要求学生先按秒表的开始键，再迅速按结束键，测试自己的反应时间。学生发现每次测试的时间都有细微的偏差，要做到反应时间完全相同非常困难。有了亲身体验后，学生就容易理解误差的概念，对数据的取值更合理，对数据的分析和应用也更顺利。

（三）呈现：计算内置，凸显变化规律

得出数据后，学生须对数据进行初步处理，通过计算、换算等方式将数据蕴含的规律呈现出来，为后续的数据分析打下基础。以测试“不同纸张在阳光下的吸热能力”的探究活动为例，学生测试了铝箔纸、蜡光纸等，研究纸张的颜色、表面光滑程度等因素对吸热能力的影响。学生每隔两分钟记录一次温度上升的数值，将变化规律用折线统计图呈现出来。这比直接记录温度更便于比较。教学六年级下册“小小工程师”单元时，为了评估塔台模型的优劣，教师从多个维度进行考量，设置相应的分值，比较各个模型分值的高低，给出综合成绩。然后合理设计记录表单，确保数据能反映事物的本质特点，便于后续的数据分析。

三、精思细研，解析实验数据

数据能够揭示研究对象的内在规律。通过合理的分析和解释，学生能够得出正确的科学推论，获得对客观世界的正确认识。

（一）聚焦注意，呈现可视化数据

小学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段。面对大量的数据，他们往往不知从何下手。对此，教师要带领学生对数据进行可视化处理。如，先带领学生分块处理数据，圈画重点数据，将后续需要对比的数据集中呈现出来。接着引导学生聚焦局部数据，基于一行或一列的数据展开研讨，降低数据分析的难度。随后让学生将数据传输到电脑上，借助统计工具，将数据转化为各种图表，以更直观的方式呈现出来。合适的统计图表可以直观展示事物的变化规律，便于学生得出相关结论。

（二）归纳推理，展开聚焦式分析

从数据中发现规律并推导研究结论，是数据分析的核心目标，也是学生面临的难点。教师尝试采用聚焦式分析的方式，帮助学生完成归纳推理，形成研究结论。五年级上册“计量时间”单元的《摆的快慢》一课中，学生预测“摆动幅度变大，摆来回一次的时间会变长”。然而，实验数据却显示，当幅度变化时，摆来回一次的时间并不会发生变化。在数据的支持下，学生聚焦假设，容易得出“摆幅大小不影响摆的快慢”这一结论。在验证过程中，学生梳理研究问题的因果关系，建立数据与问题之间的联系。归纳推理前，教师鼓励学生独立阅读数据，尝试自己解析数据，锻炼归纳推理能力。

（三）结果演绎，证实可预测结论

得出结论之后，需要将结果应用到实践中，以此验证结论的可靠性。学生在探究活动中获取的数据仅代表小组的研究结果。但数据之间是否存在差异、基于小组探究数据得出的结论是否具有普适性等问题，仍需进一步验证。将研究结果反馈给其他小组，通过组间对比验证实验数据的可靠性，是探究结果的演绎过程。教学五年级上册“计量时间”单元时，当学生得出“摆长越短，摆来回一次的时间越短”这一结论后，教师要求他们继续缩短摆长，测试摆动时间是否会继续缩短，以此检验结论的正确性。学习四年级上册“运动和力”单元中的《让小车运动起来》一课时，学生根据数据得出以下结论：动力越大（以垫圈重力作为动力），小车运动速度越快。教师鼓励学生增加动力，继续检测小车的运动速度。学生发现，当重力足够大时，小车的运动速度和垫圈重力之间的关系会发生变化。基于结果展开演绎推理，可证实实验现象，强化研究结论。

（四）解析异常，列举干扰性因素

在探究活动中，往往会出现一些异常数据。这些数据往往是学生操作失误造成的。它们不支持结论，不包含其他数据所反映的规律。面对异常数据，许多教师会选择忽视。事实上，这是帮助学生突破认知障碍的良好契机，应得到教师的关注。学习五年级上册“计量时间”单元中《摆的快慢》一课时，当摆的长度缩短后，有小组汇报“摆的次数在减少”。对此，教师组织学生展开研讨，思考为什么会产生这一现象。在“用橡皮筋驱动小车”的活动中，当橡皮筋的圈数达到一定数量后，继续增加圈数反而会减少小车的运动距离。通过分析异常数据，学生综合考虑影响小车运动距离的因素，为后续设计和制作小车打下了基础。学生列举干扰性因素及可能出现的各种错误，进一步明确实验操作的注意事项，逐渐建立正确的数据意识。

通过探究活动获取实验数据，而后分析数据得出结论，是小学科学学习的常态模式。课堂中，教师应引导学生正确认识数据的意义和价值，助力学生在获取、处理、分析数据的过程中提升逻辑思维能力，形成数据意识。当然，这一目标不可能在短时间内达成，需要让学生不断经历学习过程，逐渐突破认知障碍。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］余京华.小学科学实验材料选择与改进：以《温度不同的物体相互接触》一课为例［J］.教学月刊·小学版（综合），2024（1/2）：61-63.

［3］舒俊波.小学科学探究“热身活动”的设计与实施［J］.中国教师，2021（7）：63-66.

［4］陈甜.促进学生差异化发展的实践探索：以小学科学资源库的建设为例［J］.教学月刊·小学版（综合），2023（1/2）：25-28.

（浙江省杭州市竞舟第二小学）