小误差，大问题

钮颖莹

小学科学虽然课程内容浅显，但是涉及面广泛，有较多的实验数据统计与测量活动。在科学实验中，凡有观察与测量的环节，则实验误差必然存在。中学生对实验误差已有认识体会，而在小学阶段，有关误差的问题没有明确提出。这在教学过程中，给老师和小学生们带来了一些问题，甚至阻碍着学生对科学本质的理解。

一、何为实验误差

在实验开展的过程中，由于仪器、实验条件、环境、测量者等因素的限制，我们无法使测量绝对精确，测量值与客观存在的真实值之间总会存在一定的差异，这种差异就是实验误差。

根据误差产生的原因及性质，可分为系统误差与偶然误差两类。

由于仪器结构上不够完善或仪器未经很好校准等原因会产生系统误差，例如：各种刻度尺的热胀冷缩，温度计、表盘的刻度不准确等。此外，由于对实验条件、测量方法的考虑不周也会造成误差，而测量者本身的生理特点，例如反应速度、分辨能力等同样会在测量中造成误差。

偶然误差是指在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，会出现测量值时而偏大、时而偏小的误差现象。产生偶然误差的原因很多：例如温度计读数时，视线的位置不正确;实验仪器由于环境温度、湿度等因素的影响而产生微小变化;等等。偶然误差很难找出原因加以排除，只有通过多次测量获得平均值尽量逼近真实值。

二、关注误差的重要性

在听课教研过程中，我常常关注老师对学生实验误差的处理。分组实验过程中，老师一般在巡视时已找到自己想要的数据，选取明显符合结论的结果公之于众，带领学生“归纳结论”，对不一致的数据采取“冷处理”不加理会。

为了得出结论而“趋利避害”，在科学实验中是不可取的。这种武断的做法会带来不少问题。

1.忽视了误差的客观存在，误导小学生认为实验得出的数据都应该是符合现有结论的;

2.对实验缺乏反思精神，不利于培养学生探究实验的动手和观察能力;

3.长此以往，学生的质疑精神会受压抑，仅剩对已有科学结论的崇拜，这种“信奉权威”的意识对探究科学并不有利。甚至会因为结论而篡改数据，严重违背了科学精神。

只有重视实验误差，培养学生严格控制实验变量，养成正确操作的习惯，培养学生尽可能减少误差的思维意识，才能帮助学生更好地理解什么是科学实验和科学观察。

三、引导学生正确对待实验误差

教师应该在每一次实验的测量和观察中贯彻培养学生的误差意识和正确对待误差的方法。

1.规范测量方法，减少系统误差

一般而言，测量方法是造成系统误差的主要原因。因而选取正确的测量方法，是减少误差的首要环节。

例如，曾经听过《运动与摩擦力》这一节课，教师让学生测量木块在光滑表面和粗糙表面的摩擦力，没有强调“弹簧秤使用前需要调零”，虽然在该实验中，是否调零对于实验结论影响不大，但从严谨性上来讲，大打折扣，且增加了误差。

而我自己曾在教授《抵抗弯曲》课上，让学生进行“宽度对横梁抗弯曲能力的影响”实验，过分追求由学生自主设计实验，导致学生的实验数据五花八门。课后反省，主要是我没有让学生规定好“弯曲”的标准，随心所欲，结果则是对科学实验的亵渎。而后的课上，我立即纠正这一环节的不足，引导学生规范该实验的操作要领，如此实验数据就比较理想，显而易见地得出结论。

2.严格控制实验条件，减少随机误差

严格控制实验条件才能保证实验结果的准确性。

同样是《运动与摩擦力》这节课，教师要求学生匀速拉动木块，观察读数。而如何匀速拉动小木块，这个操作难度很大。换了做实验和看读数的人，都会造成观测值的不同。教师必须要做好示范工作，要求学生按照要求实验。安排组内学生监督实验实施者，督促其规范操作;多次实验求得平均值，利用数学方法减少实验误差。

再如，测量单摆的摆动次数，这也是一个误差较多的实验。可与学生一起分析，如何减少误差，提出改进意见，如：（1）计数时不出声，避免干扰;（2）每次计数开始时摆的角度一致;（3）每一次均以摆到起始端为标准，半次则以摆到起始端的另一头为标准;（4）集中注意力;等等。

通过与学生一起分析、讨论，让学生认识到误差是无法避免的，只有规范操作、认真执行，才能让误差减到最小，才能得出科学的结论。

3.合理利用误差，生成课堂资源

曾看到一节课例《测量呼吸和心跳》，实验设计让学生先测量安静状态下1分钟的呼吸次数，再测运动后1分钟的呼吸次数。而教师因为想节省课堂时间，将“测运动后1分钟的呼吸次数”这一步骤临时改为了“测运动后30秒的呼吸次数”，而“运动后1分钟的呼吸次数”则由上述测得数据乘以2得出。怎料有调皮学生测量发现，真正的“运动后1分钟的呼吸次数”与测得的“运动后30秒的呼吸次数”数据乘以2并不相等。此时教师方才顿悟，意识到考虑不周，后悔不迭，自己的临时起意改变了原有的方法，造成了实验误差，影响了实验结构。于是他毅然选择尊重学生，正视错误，让学生由此展开讨论，合理利用这一误差，让学生探讨为何“运动后1分钟内的前后30秒呼吸次数不一致”，原本尴尬的课堂，被教师巧妙的化解，并拓展了教学内容。

类似的还有《电磁铁》这节内容，在电磁铁的线圈数、铁芯、电池型号、吸起的大头针等一致的条件下，学生测出的大头针数目却各不相同。原则上而言，大头针数目应基本一致，为何存在较大误差？教师醒悟到是由于电池的使用时间不同。电磁铁的线圈中是短路电流，电池电量消耗极大，因而使用时间稍有长短，磁力即会引起很大改变。此时教师顺水推舟，改变课题，要求学生由此来检测比较所使用的电池的电量大小情况，从另一个角度完成了本节课的教学内容，合理利用了实验中的误差。

4.学会观察与辨别异常数据

学生在实验后，获得并记录数据，教师要引导学生对实验数据进行观察与分析。注意查看是否存在異常数据，如果有，则需要重新回顾实验，看是由什么原因造成的，以便改进后重新实验。

例如，下表1是一个小组的水温测量记录表，要求学生观察记录表，看是否存在异常数据。

在第2位同学的数据中。第二次实验结果相比于其他数据要高出不少，且趋势相反，属于异常数据，表明在实验操作过程中可能存在一些问题。

在小学科学实验中，实验次数一般需要3次，所以，这样的直接观察是比较方便的，能够较容易地发现实验误差。当然，观察异常数据的目的是为了帮助学生发现实验中的问题，通过改正或改进实验操作来减小是按误差，而绝不仅仅是为了摒弃数据，直奔正确结论。