有效减少对比实验中的异常数据

◇马水娟（浙江：奉化龙津实验学校）

对比实验是小学科学的一种重要实验类型，教科版小学科学大量的内容涉及对比实验。据统计，教科版小学5～6 年级实验教学中对比实验占比37%。笔者通过课堂观察与问卷调查发现，在对比实验课堂教学中，出现一些与科学规律或生活常识相悖的异常数据，是一种非常普遍的现象。

教师如能在数据的收集、呈现与反思环节做好文章，将有效减少异常数据的产生，促使课堂教学向纵深发展。

一、数据产生前——精准实验，收集数据

精准的实验是对比实验产生科学数据的前提，那么何为精准实验呢？简而言之，就是实验要有科学性，包括选择有结构的材料与实验操作过程科学。

以六年级“形状与结构”单元的《抵抗弯曲》一课为例，通过垫圈测试不同宽度与厚度的纸横梁的抗弯曲能力，可以发现宽度会影响纸横梁的抗弯曲能力，但厚度更会大大影响纸横梁的抗弯曲能力。本课由于材料与实验操作的原因，较易产生异常数据，笔者通过以下方法大大降低了异常数据的产生。

（一）精准准备，提高实验科学性

在《抵抗弯曲》一课中，不同宽度的纸容易准备，而不同厚度的纸则是本课材料准备的一个难点。笔者尝试了多种方法，如胶水粘贴法、纸条折叠法、订书钉固定法等，皆不尽如人意，最后经过与淘宝店主协商，联系造纸厂定制了不同厚度的纸。这些纸由造纸厂用不同量的纸浆直接压制而成，减少了胶水等其他材料的影响，相对来说更具科学性，大大提高了实验效果。

本课中，铁垫圈的数量代表了纸横梁抵抗弯曲能力的强弱，但铁垫圈的大小选择非常重要，过大过小的铁垫圈均无法精确呈现纸横梁的抵抗弯曲能力，因为过小的铁垫圈叠放很费时，而且放到一定高度时就会倾斜倒塌，而过大的铁垫圈误差会比较大。经过反复试验，笔者发现叠放到30 个左右倒塌的铁垫圈大小比较合适，既不易倒，又能比较准确地显示纸横梁的抵抗弯曲能力强弱。

（二）精准指导，减少人为误差

在《抵抗弯曲》一课中，学生在纸横梁上放铁垫圈大多采用散放的形式，即使个别组采用叠放的形式也是不规范的，这是导致本课出现异常数据的一个重要原因。笔者在这方面进行了以下精准的指导。

一是在纸横梁的中间位置画了一个与铁垫圈大小相似的圆圈；二是在学生分组实验前，教师明确指出，垫圈不能散放，要在纸横梁中间画着的小圆圈中进行叠放，叠放时不能随便乱扔，要小心地一个一个叠放，尽可能整齐叠放上去；三是加强巡视指导，及时纠正学生的不规范操作，提高了实验效果。下表是经过改进后测出来的实验数据。

组别1倍厚2倍厚4倍厚1 1 11 2 1 12 3 1 11 4 1 11 5 1 11 6 1 10 7 1 10 8 1 13 9 1 11 25 21 26 20 20 29 20 27 21

二、数据产生中——可视呈现，发现规律

数据作为证据，呈现是使用数据发现规律的重要过程，小学生由于逻辑思维能力有待养成，对数据的应用能力还有待提升。那么在教学中，教师如何引导学生合理选择数据并可视呈现、发现数据背后的规律呢？

（一）运用数学思维，合理选择数据

小学科学对比实验一般要求学生至少3 次重复实验，每一个组在实验后会出现6～9 个数据，学生们面临选择，即把哪一个数据作为自己组的研究成果汇报给全班同学。但由于他们的逻辑思维能力还有待发展，因此，面对大量的数据学生往往比较迷茫，缺乏有效处理数据的方法，常易出现信息过多难以聚焦、难以厘清各种关系、不能发现背后隐藏的规律等困难。

笔者通过调查发现，五六年级的学生在数学学习中已经学会了一定的数学方法，并初步掌握了一些数学技能。因而笔者认为，在小学科学对比实验的数据处理环节适当引入数学方法与数学思维，无疑有助于学生对大量的数据进行合理处理。小学阶段一般常用平均数、中位数与众数这几种数据选择方法，那么哪一种取值方法适用于自己的研究成果呢？这肯定需要根据实际情况合理选择。如在《我们的小缆车》一课中，学生使用秒表对不同拉力下小车运动的时间进行了记录，下表是其中一个小组的实验数据。

拉力大小（垫圈个数）实验次数选择最能代表小组实验结果的数据1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3小车行驶时间8秒23 8秒96 8秒55 6秒12 6秒25 6秒24 5秒12 5秒05 4秒96 8秒55 6秒24 5秒05

本记录表选择了取中间数的方法。这是因为根据本课的实验数据，如果取平均数，计算量较大，花时较多，众数出现的可能性也比较小，而取中间数则不仅取值迅速，而且也容易被学生所接受。

（二）合理运用图表，呈现可视数据

把抽象难懂的数据与直观形象的几何图形、位置关系结合起来，通过抽象思维与形象思维的结合，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。小学科学常用的有柱状图、折线图、扇形统计图这几种图表。

在实际教学中，我们需根据教学内容合理选择图表。例如在五年级《怎样得到更多的光和热》一课中，学生测试不同颜色纸袋的吸热能力，其中一个组得到如下表中的数据。这种数据表示的是气温的变化。

纸的种类黑纸红纸白纸起始温度28 28 28 2分钟31 31 29 4分钟35 34 31 6分钟39 35 31 8分钟39 35 30 10分钟39 35 30

三、数据产生后——及时反思，改进探究方法

反思，即回顾思考过去的事情，从中总结经验得失。从心理学角度来说，反思是指对自己思维和学习过程的自我意识和自我监控，是思维的一种高级形式，反思有利于人的成长。小学生由于年龄与经历的限制，反思能力还有很大的提升空间。而在小学科学课堂教学中，借助异常数据产生的契机，引导学生反思自己的探究过程，有助于学生发现错误与不足，改进探究方法，提高思维能力，有效建构科学概念。

（一）反思科学态度是否实事求是

数据即证据，基于自己实验的证据发表观点是培养学生科学态度的一个重要方面。但在教学中，发现还是有许多学生唯书唯权威。

六年级科学上册《电磁铁》一课，引导学生在制作一个铁钉电磁铁的基础上，再通过实验研究电磁铁的南北极与什么有关。教学的设想是各个组自行组装电磁铁，用指南针检测南北极，利用各个组出现的不同数据引导学生用实验探究电磁铁南北极与什么因素有关。

组别钉尖钉尾1 N S 2 N S 3 N S 4 N S 5 N S 6 N S 7 N S 8 N S 9 N S

一次执教本课时，我请学生在Excel 表格上输入各个组的检测结果，结果发现各个组的数据出奇地一致。为什么会有这种现象？难道真的是全班不约而同采用了相同的电池连接方法与导线缠绕方法，还是学生存在谎报数据的现象呢？

于是，我请全班学生思考这份数据记录，提出疑问。他们提出了两种思路：第一种，电磁铁的南北极与钉子方向有关，所有电磁铁的钉尖即为N，钉尾即为S；第二种，有不真实的数据存在。那怎么判别呢？有学生提出请几个组上台演示，在实物投影下请全班观察指南针，并判断铁钉电磁铁两极的南北极。演示结果显示，有个别组出现的现象并不一致。那么，黑板上呈现的各个组相同的数据是如何出现的呢？经过了解，原来第一个上报数据的是班长，他是班里的权威，其余的个别组担心自己的数据出错，于是改掉实验数据，出现了前面的结果。

我认识到，这是一个非常好的教育契机，于是引导学生就此现象开展了反思。

师：我们再来看刚才各组上报的数据，现在你有什么想法？

学生们沉默下来，很多学生不好意思地低下了头。

生：以后不能随意更改自己的数据。

师：为什么不能改动自己的数据？

生：这是自己实验的结果。

师：是啊，每一个数据都是我们自己辛苦实验的结果，都是值得尊重的，即使是错的，也是值得尊重的。那么怎么看待别人的数据，比如说班长的数据？

生：我们要尊重他的数据，但是不能抄袭他的数据。

生：别人的数据不管是对的还是错的，我们都要尊重。

经过这样的讨论，学生对于数据有了进一步的认识。相信经过这样的一次讨论，学生会更尊重数据，也会在实验中更谨慎科学地进行数据记录。

（二）反思实验操作是否认真严谨

正确科学的实验操作是建构科学概念的基础。但是，小学生由于年龄特点，往往对实验操作的动手部分比较感兴趣，而缺乏严谨的实验操作态度，实验操作过程中往往重动手而轻思维，对于一些实验规则的态度比较随意。

在教学三年级上册《水能溶解多少物质》一课中，教师在课前把20 克的食盐与小苏打平均分成了8 份，引导学生把小苏打与食盐分别逐份放入50ml 的水中，比较它们的溶解能力。教师汇总了全班的实验数据。

组别食盐（份）小苏打（份）1 7 7 2 8 8 3 8 7 4 7 7 5 8 3 6 8 2 7 8 7 8 8 7 9 7 6

实验后，教师组织学生进行了讨论。

师：你认为食盐与小苏打哪个溶解能力更强？

生1：食盐溶解能力强。

师：你为什么这么认为？

生1 指着汇总数据：食盐的溶解份数多，小苏打少。

师：其他同学有不同的意见吗？

生2：我感觉食盐与小苏打的溶解能力差不多。

生3：第2 组溶解了8 份小苏打是错误的，我看到他们组杯子底部还有许多小苏打。

教学至此发生了转折，教师意识到现在引导学生进一步反思数据比得出科学结论更重要。于是，教师让学生再次观察自己组溶解了食盐与小苏打的烧杯，并展示第2 组与第6 组溶解了小苏打的烧杯，区别非常明显，第2 组的烧杯底部留有很多未溶解的小苏打。至此，教师引导学生对实验要求进行了明确，并让学生进行二次实验。可以发现这一次他们的实验更认真了，教室里很安静，不断有学生把烧杯举起来对着光仔细观察有没有完全溶解。以下为二次实验的数据：

组别食盐（份）小苏打（份）1 7 2 2 7 3 3 7 2 4 7 2 5 6 2 6 7 2 7 7 3 8 6 2 9 7 2

当这个数据呈现时，全班响起了热烈的掌声，实验结论不言而喻。

总之，数据即证据，在小学科学教学中，经常需要通过观察实验收集数据，并对数据进行分析整理从而得出科学结论。但在教学实践中，面对频发的“异常数据”，如果处理不当，会让课堂陷入尴尬的境地，甚至影响学生科学素养的发展。教师在对比实验教学中，需特别关注在数据产生前引导学生精准实验，减少异常数据的产生；在数据产生中可视呈现，揭示数据背后的规律；在数据产生后因势利导，使之成为一种更能体现科学精神和科学价值观的教学方式。