有效利用实验数据深化课堂教学

伍朝晖

实验数据是所有科学研究者追求的宝贵资源，小小的数据对科学研究结论的得出有着决定性的意义。老师们在引领学生探究过程中，也十分在意有效的数据。但我们往往只是将数据作为得出结论的铺垫，没有挖掘数据背后的作用。我认为可以以数据为切入点，展开科学教学研究，促进教师和学生共同发展。

一、利用小数据倒逼实验改进

高年级的科学课已经从原来的定性观察发展到定量观察的阶段。注重实验数据来解释现象得出结论。探究活动常常以实验数据为载体发展学生个体。所以数据明显有效有说服力，对实验结论的得出至关重要。

实际操作中，有些数据真的不容易采集，真的不明显，真的很难说明问题，真的不容易得出科学结论。如五年级下《沉和浮》这一单元，关于“橡皮泥排开的水量”的测量；“泡沫塑料块在水中受到的浮力”的测量；“下沉物体受到的浮力”测量；“钩码在不同液体中受到的浮力大小”比较等内容。单是老师演示，也得未雨绸缪细致准备，不是轻易做一做，看一看，就“一目了然”的，更别说让学生实际操作了。学生只有在十分细心认真的情况下，才可能得到比较有效的数据。一旦有个别数据不符合规律，科学结论就会有“难产”的下场。

培养学生认真细心严谨的实验态度固然重要，但学生的科学探究并不完全等同于真正意思的科学研究。只能说是人为情境下的模拟性研究。因为已经有了老师前期的主导设计、材料限制、实验预设等，加之课堂时间和学生注意力集中时间的规律，在没有任何设计的情况，期望学生达到教材中的要求，只能是一种美好的愿望，所以针对数据的收集与有效改进，其实很有必要。

如关于“排水量的测量”实验中，学生在反复试验过程中，如何有效放置刚捏成形的橡皮泥小船，反复捞取小船的过程中，如何不带出水，这都会影响最终的数据。如何精确观察到水位的差异变化，具体的差值如何得到。这些数据倒逼着我思考，应该选择怎样的材料？500ML的大烧杯学生摆放容易，但水位上升一定不明显；100ML的小烧杯，水位上升明显，但不利于学生橡皮泥摆放操作。于是我选择了250ML，但同时打印了一把尺子贴于烧杯壁。通过观察水位上升差值比较排开的水量大小。（其实五年级同学还没有学习圆柱体积的计算，所以我认为这样也可以说明问题了。）其外我还想到采用针筒抽水的方法，将上升的水量用针筒抽取，并观测针筒中的水量得到数据。

又如“钩码在不同液体中受到的浮力大小”这一实验。一个钩码在浓盐水、浓糖水、清水、酒精中的浮力数值相差非常的小，选择最小的1N量程的测力计也并不是很明显。以下是自己实测数据：

可以看出钩码在清水与酒精中的浮力只相差0.01N；与浓盐水中的浮力也只相差0.02N。用量程最精准的1N测力计也只有1-2格的差异。这么高要求的操作，对学生着实有困难。

于是我思考能否让数据差异更大。根据F浮=P液V排g ，要想F浮这个数据差别大，P液和g是没必要考虑的，只有在V排上做做文章。也就是说我们要尽量选择排开水的体积大的物体。最直接的就是多挂几个钩码，但一挂多，必须得用2.5N或5N的测力计，细微的差别就没有办法看出。最好用的是量程比较精准的1N测力计。根据v=，V要尽可能的大的话，Ρ就要尽量的小。但如果密度太小了，如泡沫之类的材料。那它在水中直接浮，测量方法也不一样了。所以我必须选择密度比铁小，但比水大的。最终我选择了玻璃，且采用实验室中现成的载玻片。将十块左右的载玻片用橡皮筋扎起，空气中的自重，刚好在1N左右，浸入各種液体中的数据如下：

一下子让本来只有0.01N差别的数据扩大到了0.1N，0.5N。这在1N量程下的测力计是1-2大格，已经十分明显了。一下子降低了学生数据采集的难度，提高了课堂效率。

课后我进一步思考，可否进一步改进测量工具，用更加精准的电子口袋称代替（数码显示可以精准到0.01N）。通过网络搜索发现金亚军老师的设计，有很大的借鉴意义，供大家参考。

二、利用小数据促进思维发展

通过科学课的学习，让学生的思维能有所发展，我们不能让科学课上成综合实践课、劳技课、常识课。学生的思维是否发展是一个重要的衡量依据。科学课中哪些地方能很好地挖掘提升学生的思维？除了针对性的内容设计，实验现象猜测，实验方案设计外，我认为学生实验后的数据分析是一个很好的发展学生思维的契机。

如一块磁铁分别吸在钢尺的底部、中部、上端，摆线长度一样，前两种情况一分钟摆的次数分别是27次30次，预测第三种情况摆的次数？大数部学生猜测33次。理由是3次3次增加。也有的学生猜测27次，磁铁上下对称，那数据也应该是对称的。这就是典型的学生思维。实验结果是35次，与学生原有的认识形成强烈的冲突，这个由数据制造的情境，激发了学生强烈的求知欲。老师适时引导学生思考，为什么会这样？瞬间“磁铁的重量牵制影响了摆的速度”；“磁铁越向上摆的速度赶快”；“并不是规律性的加速”；“装置上下对称，数据并不会对称”。……一句句有思维含量的分析引爆课堂。

有一个老师在上 100ML水里能溶解多少食盐这课时，有如下的对话：

我们已经知道了20ML水里能溶解9勺盐，那100ML水里能溶解多少食盐呢？

生： 45勺因为9*5=45

师：数学中是这样计算的，一点也没错，那科学课中是不是这样呢？

生：我认为比45勺要多，因为水多了，它并不是分成5份来实验的，是合在一起的，可能比5份还要多。

师：我听懂你的意思了，你是说可能会出现1+1>2这种效果。是吗？

生：我认为比45勺要少。因为越到后面溶解越慢。

师：有道理，因为我们确实观察到过这种现象。

生：我认为是45勺左右。大约是45勺，因为我们小组做出来的是8勺，不是9勺。

生：我也认为是45勺左右，这可能与搅拌速度有关。

师：各有各的观点，实事是否真如你们想的，我们用实验来说明。上节课20ml水溶解食盐我们已经做了很长时间了，那这次100ml水，我们也是一勺一勺放盐吗？

生：5勺5勺地放。

生：2勺2勺地放

……

学生潜意识的思维中是按照数学思维展开的，老师有效抓住了科学实验数据与数学找规律的不同之处，一句“数学中是这样计算的，一点也没错，那科学课中是不是这样呢？”引发学生思考。结果出现了不同的想法和理由。围绕数据激发了学生的思维。

由于各级学生程度有差异，最终的实验数据也参差不齐，有的老师苦恼于学生的数据不够一致，不够完整，不能有效支持自己预设的科学结论，甚至有意识地拿取比较理想的数据代表性地展示一下。有的老师则尊重事实，从基于学生的数据出发求真务实地展开分析。

这个实验得出“垫圈个数越多小车运动速度越快”的科学结论一点都不难，五年级的孩子，不做实验都知道这一规律。难道我们花半节课的时间，就是为了这个结论？那学生走出实验室后，得到了什么发展？实验后学生都会很容易地得出“垫圈个数越多小车运动速度越快”这一结论。严格来说，第4组光光两个数据是不可以证明这一结论的；而第2组的数据因为最多，所以可靠性也最强；同时随着垫圈个数有规律地增加，小车运动的速度越来越快；为什么第8组3个垫圈明显比其他组快，甚至达到了第一组6个垫圈的速度；最后老师空的两列是什么意思？这些内容都可能引发学生思考，是很好的可以深挖的内容。而这都是基于学生一线的数据发出的声音。

三、利用小数据提升核心概念

在制定教学目标时，我们提倡三维目标。但在实际操作中，老师往往只注重科学概念。认为，随着科学实验的开展，“科学探究”目标便会自然而然得到落实。至于情感态度价值观目标，看不见摸不着，时间长了，自然形成。既然我们的科学课都是以事实，以数据来发声的，那我们何不让这声音直指核心概念呢？如教学《蚯蚓的选择》一课时得到如下的实验数据

不难看出实验后的数据并非理想的“都在湿润处”，但也能支持学生的猜想。我们的课是否就此“见好就收”？我习惯性地总结：

通过数据我们发现蚯蚓选择了湿润的环境。但我们也发现也有的蚯蚓在中间，甚至有的在干燥处。这是为什么呢？（本想让学生自我批评式地找找自己实验过程中欠科学的地方。没想到下面鸦雀无声。）

说说你们认为可能的原因！（再次启发）

生：可能这条蚯蚓就喜欢干燥。

这听似有違科学的猜想，却打开了学生的思路。

另一生马上接着说：蚯蚓喜欢干燥的环境可能性不大，我想可能进入了沙漠找不到回家的路了。

另生：可能本来身体就挺湿润的，暂时干燥一下也无所谓。

另生：领地被占领了不能去了。

另生：累了，想休息一会儿。

师：对啊，它累了，想想之前它在干吗？（一语点醒了我）

生：之前我们做明亮阴暗实验时也是用的这几条蚯蚓。

另生：它在泥土里的时候，为了数数，我们也一直在拨它。

至此，瞬间我感觉自己的课立马上了一个层次。没想到习惯性的一问，问出了大内涵，小小的个别数据隐含了这么多的内容。这节课也是一个典型的对比实验，但对比实验一般都是分两组同时进行。为什么不是一组光亮处，一组黑暗处；一组干燥处，另一组湿润处，偏偏把蚯蚓放在中间。结合今天学生的猜想，这才是这节课的核心。课题是蚯蚓的“选择”，它是一个生命，它会选择环境，如果分两组进行，那对于干燥处和明亮处的蚯蚓简直是一种酷刑。基于对生命的珍爱，教材才采用了“选择”。科学实验中，拿小白鼠做实验的情况确实存在，但对于蚯蚓的生活环境，学生基本上有足够的生活经验。故没必要非得牺牲实验样本的情况下得出结论。而上述数据中的“不和谐数据”探析更能提示本堂课的核心——生命的选择。我们利用好这些数据，会让学生有异样的感受。

围绕“数据”开展科学学习，是注重探究过程的体现，是科学研究求真务实的体现。科学探究离不开数据，如何最大限度发挥数据在科学教育中的作用，是一个值得研究的内容，以上内容只是根据自己实践工作的“抛砖引玉”，愿与广大同行进一步商榷共同提高。

【作者单位：宁波市镇海区澥浦中心学校 浙江】