运用实验数据发展学生思维能力

◇张 汉（浙江：温州市南浦小学）

在小学科学教学中，倡导以科学探究为主的学习方式，而科学探究中很重要的环节就是制订计划，收集、分析证据，得出结论。收集证据很重要的途径是收集实验数据，科学概念的建构往往就是在数据的基础上完成的。《浙江省小学科学学科教学基本要求》指出：“科学课的重要特性表现为对证据的追求和对证据的尊重。在教学中开展论证活动，要注重证据，突出证据来源正确，证据运用恰当，体现科学本质。做到所收集的数据的准确性，不能随意修改数据，把数据转化为证据。”《义务教育科学课程标准》明确提出，“基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解”。可见实验数据是学生进一步加工的原材料。如何利用好这些数据，培养学生的科学思维能力？

下面，我结合教学实践及相关课例，谈谈运用实验数据发展学生科学思维的几种有效策略。

一、追溯数据来源，培养求真意识

在平常的教学中，发现有的学生在做实验的时候，为了迎合教师的想法，对实验数据作假，或者当本小组与其他组实验数据不一样的时候，就怀疑自己的数据，举棋不定，结果胡乱写下数据。这样不客观记录数据，使科学探究失去了真实性，不利于培养学生尊重事实的科学态度。尽管学生“造”得比较像，但只要细心分析数据，还是会发现蛛丝马迹。我们要抓住契机，不要急于批评学生，而是要引导学生形成科学获取数据的意识，即求真意识。

如《测量水的温度》一课，把课堂教学聚焦在学生科学记录上，关注实验数据的获取来源。学生通过每隔2 分钟连续10 分钟测量4 杯水的温度，获取了一系列数据。在汇报环节，一小组展示的数据，其中水的温度10 分钟内每过2 分钟依次为：9℃、43℃、40℃、39℃、36℃、35℃（开始温度比2 分钟后还低）。教师就问学生为什么开始温度比2 分钟后的温度还低，学生说是在第一次记录的时候，温度计刚一放进去就记录下来。显然第一个数据是由于没有及时将温度计放在热水中出现的误操作。

再让学生观察上面的一组数据，说说还有什么发现。就有学生质疑：为什么43℃到40℃降3℃，40℃到39℃降1℃，39℃到36℃又是降3℃？于是就让记录数据的学生阐述数据的来历，该小组的一位学生说，他们在第6 分钟时忘记记录温度，为了使表格完整就写上一个比40℃小一点的数据39℃了。教师以此为契机，引导学生注意数据获取的真实性，假如真的没有及时记，该栏的记录就空着，比想当然记录下来更科学、严谨。

在教学中，应该强调“尊重事实”的重要性，通过渗透科学家尊重事实、尊重证据的案例，培养学生实证意识，引导学生将观察到的客观现象如实地记录下来。在与学生分析不一样数据的时候，要让学生明白，在实验过程中出现不同的数据是很正常的事情，并不是每一次实验都必须是准确的。教师的评价不应只是看学生的实验结果，更应关注数据获取过程、关注学生科学态度等过程性评价，避免学生随意更改实验数据。

二、利用不完全数据，引导归纳推理

科学课从设计实验到获取数据再到形成科学概念，一环扣一环，思路清晰，过程流畅。这固然是好的，但有时不“流畅”的课不一定就是不好的课。很多时候，学生获取的数据不足以马上形成科学概念，甚至一些数据不支持本课将要形成的概念。这时教师不要急于将科学结论强加给学生，而是应该顺着学生的思路，从学生的角度出发，对数据进行分析，当学生认为数据不够或不充分时，我们可以鼓励学生通过不同的途径获取更多数据。如课堂上时间不允许，可以安排下一课时，也可以鼓励学生在课外做。当然，课外继续探究，教师要做好跟进，如设计一些表格进行反馈等等。

如《声音是怎样产生的》一课，教师通过各种实验让学生观察体验物体产生声音时都有振动的现象。

物体发声尺子橡皮筋水槽音叉是否振动是是是鼓 是是

教师追问学生：“你们觉得声音都是由振动产生的吗？”学生举了很多的例子，如自己在塑胶跑道上跑步时，听到声音但没有观察到振动；风吹过时听到声音没看到振动；等。学生认为声音是由摩擦产生。因为有些物体发声时产生的振动现象学生不能亲眼见到，又没有更精密的仪器让他们来观察，学生是难以在思维上接受所有的声音都是由振动产生的这一概念。尽管在课堂上做的橡皮筋、音叉等都可以观察到振动，但学生还是坚持认为有些声音是由振动产生，有些声音是由摩擦或其他方式产生。这时教师没有急于纠正学生的观点，也没有给予学生一个明确的观点，而是鼓励学生在课外或者下一课时继续就这一问题进行深入研究。

声音是怎样产生的，对于四年级学生来说是较难理解的。教材让学生观察橡皮筋、尺子等物体在发声时的振动现象，归纳声音是由物体振动产生的概念。但学生仍会想办法通过反例获取数据，来支持自己的观点。我们应该鼓励学生进行“证伪”，更要鼓励学生收集更多的数据。声音是由物体振动产生的科学概念不应是告知学生的，而应该通过分类、归纳让学生逐步建构起来。我们也不要急于处理学生获得的数据，而是给予学生一定的空间与时间，在后继课堂或是课外继续进行研究，寻找证据，让学生收集更多的证据，形成更多的不完全证据，开展从具体事例到一般规律的归纳推理，从而推导建构声音是由物体振动产生的概念。

三、综合多组数据，运用重组思维

抓住数据，沿着数据进行分析，在科学课上数据用得很多，这是一个很重要的科学方法。在学生学习过程中会遇到难点问题，比如多个变量的实验，我们通过变多变量为单变量来做实验，获取多组数据进行分析，运用重组思维综合多个变量帮助学生突破难点。

如五上的《制作钟摆》一课，通过实验学生获取了金属圆片在不同位置时摆动快慢是不同的数据。

加上金属圆片的摆10厘米处20厘米处30厘米处第一次15 14 13 15秒内摆动的次数第二次16 15 13第三次16 14 13

通过分析获得的数据，学生知道金属圆片每往下10 厘米，15 秒内摆就慢1 次。最后是做一个1 分钟摆动30 次的摆，全班学生一起算出摆长应该要多长。教师追问学生：你的依据是什么？学生都会找出依据。

摆线的长度50厘米40厘米30厘米15秒内摆动次数11 12 13

因为摆线每长10 厘米，15 秒内就慢1 次，1分钟就会慢4 次，所以要使摆1分钟摆动30次左右，摆线长约90 厘米。教师引导学生，如果摆动次数与30 次差一点点怎么办？学生想到前面的实验金属圆片的位置不同摆动快慢也不同，就想到调金属圆片。

制作每分钟摆30 次的摆，是这一节课学生学习的难点，学生学习的有效性也将在这一个环节中暴露无遗。怎样突破这一难点，完成挑战，教师在备课中也是经过了深思熟虑。引导学生思考分析：1.根据前面测得的数据，1 分钟摆30次的摆，摆长大概是多少？2.摆动快了1 次，或者慢了1 次，应该怎样调整？3.如果摆动次数只差一点，又怎么调整？保证制作活动在重组思维的引领下进行，充分利用前面实验所获得的数据，分析得出规律：金属圆片的位置与摆线长度都影响摆动的快慢。做一个1 分钟摆动30 次的摆，调整摆线长度与调整金属圆片位置结合起来进行重组，完成挑战任务，学生既体验了实验成功的喜悦，也提升了重组思维能力。

四、利用“异常数据”，突破思维定式

课堂上经常会出现一些与科学事实明显不符合的“异常数据”。这并不一定是学生操作问题，有可能是材料本身问题，也有可能是实验设计或其他问题。这时，如果教师在课堂上现场给学生重新做的机会，对于他们自己或是其他小组，都是一次重新审视数据、重新反思实验过程的机会，会大大提高他们探究的有效性，更是学会科学思考数据的机会。学生会突破思维定式，提出合理观点，并进行初步的科学分析。

如《磁力的大小会变化吗》一课，学生完成异极相吸叠加磁铁磁力大小实验后汇报。

第一组：首先用1 块磁铁吸回形针，结果吸4枚；接着用2 块磁铁吸回形针，结果吸7 枚；用3块磁铁吸回形针，结果吸9 枚。我们的结论是：随着磁铁个数的增加，磁力也会变大。

第二组：我们一开始磁铁个数增加，吸回形针个数也增加，但到第5 块磁铁叠加时，吸回形针个数减少，至于原因还不知道。

教师小结：看来你们对磁铁叠加数量增加到一定程度磁力的变化还有争议。这样，你们组可以重新做刚才的实验。

当学生通过增加叠加磁铁的数量来测磁力大小时，其他组都是以磁铁异极相吸的方式，叠加越多，磁力越强，其中有一组的数据是磁铁叠加到5 块时，磁力就不再增大了。这时教师让学生先分析共性的数据，让“异常数据”小组的学生换材料重新做，再让这个小组在全班学生面前汇报重新获得的数据，反思自己的两次数据并推测可能的原因。很多时候，我们重在收集数据，而忽视对数据的分析利用。要引导学生反思：为什么会出现与众不同的数据？知道下一步应该进行重复实验，反复验证。

在本课中，通过让学生收集“异常数据”，帮助学生整理磁力大小变化概念，突破磁铁叠加越多磁力越强的思维定式。通过整理，期望在学生头脑中形成这样的磁力大小变化概念：磁铁相吸叠加，起初磁力会明显变大，随着叠加数的增加，磁力变大越来越不明显，直至用回形针测不出来。

总之，作为科学教师，应在教学中注重引导学生科学获取实验数据，综合分析数据，运用重组思维、归纳整理、突破定式等创造性思维，提出合理性观点，提升学生科学思维能力。