优化实验数据策略 发展科学高阶思维

马水娟

[摘 要]实验数据是小学科学实验的重要表现方式，也是体现研究结果的重要证据，只有进行有效处理，才能发挥其应有的价值。高阶思维视域下的小学科学实验数据分析，可以运用大数据策略处理常态数据，发展分析思维能力;运用反思质疑策略分析异常数据，发展评价思维能力;运用自我迭代策略交流实验数据，发展创造性思维能力。

[关键词]高阶思维;策略;大数据;反思质疑;自我迭代

[中图分类号] G623.6[文献标识码] A[文章编号] 1007-9068（2021）18-0087-02

高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。小学科学高阶思维是指在小学科学学科的探究性活动中，运用分析、评价、创造思维的能力。

实验数据是小学科学体现研究结果的重要证据。实验后产生的一个个数据就像一颗颗珍珠，只有整理有序并串成项链，才能发挥其应有的价值。对实验中产生的数据进行分析是探究过程的重要一环，也是发展学生高阶思维的一个有效途径。

一、大数据策略——对比分析常态数据，发展分析思维能力

“大数据”策略指的是教师全面呈现学生通过观察、测量或实验等方法获得的数据，引导学生对“大数据”进行全面、充分的对比与关联，发现数据间的关系。这正是分析思维活动的过程。

1.全面汇总大数据

全面汇总学生记录的数据形成“大数据”是大数据策略的基础，为后续的比较、分析和揭示规律作好铺垫。因而教师在对比实验后应专门设计环节汇总全班的数据，如可以利用EXCEL表格或者实物投影展示等各种方式，呈现每一个组的实验数据。

2.借助图表分析数据规律

将汇总的数据进行比较，找出其异同，这是一个培养分析能力的过程。如在教学五年级《光和热》一课时，教师在全面汇总呈现各组数据后随机抽取一个小组的数据形成的柱状图，说明光的强弱与温度高低之间的关系。随后又对10个小组的数据进行了横向比较，发现虽然各个组的数据各不相同，但都有共同的变化规律，即随着镜子数量的增加（光增强），温度也升高。

把抽象难懂的信息、数据、数量关系与直观形象的几体图形、位置关系结合起来，通过抽象思维与形象思维的结合，可以使相对复杂的问题简单化，抽象的问题具体化。图表，能够有效地帮助学生简化信息，搭建分析的“脚手架”，便于学生发现信息之间的关系，解构信息的内在规律及其成因，提升分析思维能力。

3.设计关键问题引领概念建构

仍以《光和热》一课为例，在借助图表对全班的数据进行分析后，教师设计了两个关键问题：①温度的变化说明了什么？②10个组的数据都有相同的变化规律说明了什么？这两个问题的设计目的在于引导学生通过数据发现背后的规律，并且在教学中，教师适时展开追问，目的在于引导学生呈现思维的过程，体会比较大数据对于发现事物之间关系的重要性。

二、反思质疑策略——合理处理异常数据，发展评价思维能力

数据作为一种实验探究的证据已经越来越受到一线教师的关注，但是我们也发现，几乎每次课堂教学都可能出现一些与物理规律或生活常识相悖的异常数据，这已经成为科学实验教学的一种常态。

如《摆的研究》一课中关于“摆的快慢与摆锤轻重”之间的关系，出现异常数据是一个普遍的现象，有一位教师在执教本课时，对实验操作过程进行了细致的指导，最终出现了以下数据：

其中第6组和第8组坚持认为摆的快慢与摆锤轻重是有关系的，并且坚称他们的实验过程非常科学，教师并没有轻易否定孩子们的实验结果，而是耐心引导开展反思质疑。

师：你们认为，摆的快慢与摆锤轻重有怎样的关系？

生：摆锤重的摆摆得快。

师：第8组的摆仍旧存在0.5次这样的计数？

生：我们的轻摆锤的摆一次摆了11次，一次摆了12次，平均11.5次。

师：所以你们认为，摆的快慢与摆锤轻重有怎样的关系？

生：摆锤轻的摆摆得快。

师：看起来，第6组的摆是重摆锤的摆摆得快，而第8组是轻摆锤的摆摆得快，那你有什么想法吗？

生：我认为不太可能会有这样完全不同的结论，如果摆的快慢与摆锤轻重有关系，那这个关系應该有一定的规律，不会变来变去的。

这时，教师把第6组的摆拿了上来，把两个不同轻重摆锤的摆一起挂在了一根横杆上，然后，一起让这两个摆摆动起来。

生：一样快的，一样快的……

本课最终是拖堂了，但在这一过程中，学生不仅从自己实验的操作上进行了科学性的反思，而且通过互动，质疑，对实验进行了进一步的改进，推动课堂教学向纵深发展。

对自我开展反思，对他人的研究成果展开合理质疑，无疑是推进探究活动向纵深发展的一个有效策略。在小学科学课堂教学中，借异常数据的产生这一契机，引导学生从科学态度、实验操作、数据处理、实验设计几个方面反思质疑异常数据产生的原因，并进行合理改进，这样一次思维的过程，就是一次成长的过程。学生们在持续的反思质疑行为中真正领悟学习的思想、方法，优化自己的认知结构，发展评价思维能力。

三、自我迭代策略——分层交流实验数据，发展创造思维能力

迭代，最基本的意义是更替，即重复反馈过程的活动，不断接近目标，但这个过程不是一次性完成的，是通过不断重复的，每次重复又比之前好一点，是一种非线性的进程。自我迭代即对自己进行不断更新，以实现解决问题与自我成长。

小学科学的数据交流过程中采用自我迭代策略，即对学生的数据交流分析不追求一次完美，允许存在不足，再通过交流与思辨，引导学生对数据交流进行迭代，不断完善，持续提高学生对数据的分析交流能力，运用数据形成解释的能力，从而发展创造思维能力。

如教科版小学科学四年级天气单元《总结我们的天气观察》一课教学时，学生们在对家乡十月的天气进行了持续一个月的观察后，手中积累了大量的数据，内容涉及气温、降水、天气情况、风力等，如何引导学生分析这些数据，从大量的数据基础上进行合理分析，得出家乡十月的气候特点？

具体在教学中一般可以通过三个环节开展。

1.初次交流

四年级的孩子由于缺乏相应的数据处理手段，数据交流方式是比较单一的，例如其中一个小组的同学统计了家乡三年的天气数据，发现我们的家乡10月份天气以晴好为主，更多的孩子表现束手无策。

2.交流思辨

教师在此基础上引导学生开展了交流思辨活动。有学生认为采用数据统计的方式说明家乡的天气特点让我感觉可信度更高，但是众多的数据堆在面前比较零乱，在此基础上教师引导学生运用数学课学过的柱状图、折线图等图表来对记录的数据进行分析，寻找家乡的气候规律。

3.再次交流

通过交流思辨后，教师再一次开展了交流活动，这一次要求每一个研究小组选择自己最感兴趣的一个内容进行了数据分析与处理并作出自己的解释。孩子们认为根据内容选择合适的图表交流更能说明问题。如一个小组选择了家乡每个季节的其中一个月收集气温数据，用折线图对数据进行了分析与比较，并做出解释：我们的家乡一年四季气温变化比较明显，但基本都是零摄氏度以上。另有小组使用柱状图分析一个月的降水情况，使用扇形统计图交流一个月天气 情况……

显然，经过这样一次迭代后，学生们的数据交流质量有了明显的提升，对数据后蕴藏的规律有了更清晰的认识。在这样的迭代过程中，学生必须个性化考虑自己对数据的表达交流方式，从而发展其创造思维能力。当然在教学过程中，迭代不一定是一次，如果需要，可以再次进行，学生们正是在这样一次又一次的迭代过程中思维能力得到提升。

总之，高阶思维活动，是提升学生思维品质、培养学生科学学科核心素养的有效途径。小学科学的数据处理过程中，运用大数据策略，对比分析常态数据;运用反思质疑策略，合理处理异常数据;运用自我迭代策略，分层交流实验数据，有助于发展学生分析思维能力、评价思维能力与创造思维能力，这些能力的发展体现了知识时代对人才素质提出的新要求，是适应知识时代发展的关键能力。

（责编 韦淑红）