实验数据的收集与处理

编者按：韦钰院士在她的《探究式科学教育教学指导》一书中指出：小学科学的本质是模拟科学知识的发现过程，是在实验之后实事求是地收集科学数据，对数据进行深入的思考分析，运用理性的思维形成科学概念，建立模型，并对假设作出解释。科学课教学要重视探究过程的科学性，要注重收集、整理数据，实事求是。数据是验证假说的依据，数据的正确程度决定探究的有效程度。实验数据要经过多次实验得出，要求具有准确性，不能随意修改。要实事求是地分析数据，在各种可能的解释中选择最合理的数据，并把数据转化为证据。可见，收集有效数据、理性分析数据对于实证性的科学探究是至关重要的。

学生在科学探究活动中利用各种方法得到的大量数据，还需要通过整理和分析，才能发现彼此之间的联系与蕴含其中的规律。有时数据可能不可靠，还需要不断地进行重复研究，以期得到可靠的且具有一定可信度的数据，不断提升数据的应用价值。良好的数据意识，能使学生努力通过实验寻求有利的数据来证明自己的观点，自觉运用数据来解释相关的问题或现象。

对于科学教师来说，不懂得数据在科学教学中的重要性，就不能充分理解科学的本质，就不能引领学生理解什么是证据，怎样获得可靠的证据去解释世界，就不可能在课堂上引领孩子们开展真实的科学探究活动。教师数据意识的高低直接影响着学生数据意识和科学素养的培养。本期专题策划，我们围绕“数据的收集、整理与分析”这个话题组织了一组文章，希望能给老师们一些启示。

姜红方

一、磨刀不误砍柴工——为收集有效数据做准备

1．材料科学——收集有效数据的前提

“巧妇难为无米之炊”，若没有科学的材料，学生就无法进行有效的科学探究，收集有效数据更无从谈起。因此，我们在上课前要充分研究教学中需要的实验材料，想方设法寻找最科学、最适于学生探究的材料。只有在材料上做足了功夫，学生实验时才有可能收集到有效的数据。

如《橡皮泥在水中的沉浮》一课，实验重点是测量不同形状的橡皮泥排开的水量。实验难度不大，可实验材料的准备却不容易：选用烧杯做实验，仪器室烧杯的刻度不够精细（两刻度之间相差25毫升甚至50毫升），小小的橡皮泥排开水量的变化根本无法用烧杯来测量。用量杯做实验，虽然解决了刻度问题，却因为操作不方便，学生的手很难伸进去。怎么办？只能自己制作教具试一试，用量杯、水、笔、小纸条、双面胶、圆桶形大杯子制作一个有精细刻度的测量排水量的杯子。办法可行，但是太花时间，全班14个小组，工作量太大，在有限的时间内根本来不及完成教具的制作，只有放弃了。最后，决定用小量杯和无刻度的大杯子一起来做实验：取一定量的水于大杯中，在水位处做记号1，放入沉的橡皮泥，水位上升后在水位处做记号2，把记号1到记号2这一段水位的水倒入量杯测量，测得的数据即为橡皮泥的排水量。办法虽然简单，学生也能理解，但是在操作上相对复杂，水倒进倒出，反复测量，加上倒水过程中水的损耗，五年级学生在有限的时间内来不及完成教材中规定的5次不同形状物体排水量的准确测量。直到下课，全班能收集到完整数据的组只有一两个。由于时间的限制，教师只能匆匆地用一两个组的数据来代替全班的数据进行分析，得出结论。如此贫乏的数据怎能推理出让人信服的结论？更重要的是，这会给学生造成错觉：实验数据不重要，缺乏数据照样能得出结论。假如教师在课前充分认识到材料的重要性，为本课的材料早做准备：到其他学校去借有比较精细刻度的烧杯或适合做实验的量筒，或及早在课外用足够的时间自制教具，学生在课堂上就能用科学的材料进行实验，收集有效的数据，就不会出现上述情况了。

2．下水实验——收集有效数据的保证

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”对于教材中的每个实验，我们都要站在学生的角度做一遍，及时发现实验中的问题和注意点，以便在课中给学生以有效的指导。

如《橡皮泥在水中的沉浮》一课要测橡皮泥的排水量。学生用学具袋里大小差不多的橡皮泥做实验，有些组测得的实验数据明显不符合科学规律，且与其他组测得的排水量差别很大。其中有个小组的实验数据如下：

沉的形状排水量为零，显然不可能。浮的形状和沉的形状排水量差不多也不符合客观事实。为什么会出现如此大的误差呢？

原来，学生在实验一开始就把200毫升填进了表格里“量杯里的水量”这一列。刚开始实验时量杯里的水量确实是200毫升，但是在测了实心团的排水量后，学生将沉在量杯底的橡皮泥捞出，这个过程损耗了大约5毫升的水，学生却没发现。他们既没往量杯里加水，也没有重测水量修改数据，而是想当然地把量杯里的水量看做200毫升。在测浮的形状时，量杯里的初始水量差不多只剩190毫升了，可学生依旧把它看作200毫升来算排水量。同样的操作失误也导致了后面的实验数据不准确。

如果教师课前做过下水实验，就能发现橡皮泥从量杯里拿出来时会导致水量损耗，这样的损耗是不能忽略不计的。这样，就能在实验前给学生必要的指导，提醒学生注意补充水量或重测初始水量，避免学生在实验操作中出现失误。

3．到位的实验指导——收集有效数据的助手

前苏联教育家维果茨基认为：有引导的探究比单纯的发现式教学要有效得多，有引导的探究会更有效地促进学生的学习和迁移。小学生由于受到知识、能力、心智的局限，他们的科学探究活动应当在教师有效指导下进行。

如《空气占据空间》一课有一个探究压缩空气的成因及性质的活动，学生要用针筒做实验来研究压缩空气，可课堂中教师实验示范的针筒太小了（5毫升），学生根本看不出实验的具体步骤和注意点，而教师没又有用语言来强调实验时的操作要点，所以，绝大部分学生对实验方法和注意事项并不清楚。等学生拿到针筒后，做法便五花八门：有的不停地推拉活塞却没有把针筒口堵上；有的先堵针筒口后拉活塞，发现活塞会被吸回去而兴奋地大叫，引起边上的小组纷纷效仿；有的把水槽里的水吸进针筒打起水枪，继而引发“水战”……只有一小部分同学在规范地做压缩空气实验。实验后，教师请学生交流针筒的活塞从哪个刻度推到哪个刻度时推不动了，放手后活塞从哪个刻度退回到哪个刻度，大多数学生一脸茫然。

试想，如果教师在示范时用个足够大的针筒来保证示范的可见度，如果教师在实验前给学生明确到位的语言指导，并板书操作要点提醒学生注意，实验效果肯定会完全不一样。只有教师对学生进行有效到位的指导，学生才能顺利地进行实验，才能收集到有效的数据。

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