剖析实验数据，为教学把脉问诊——《热起来了》两组实验数据引发的思考

天宁小学    陈建秋 

［摘要］实验数据是最有说服力的科学证据之一，它可以帮助学生寻找规律、得出结论，使科学课堂变得严谨、简练、高效。遗憾的是，实际教学中许多老师对数据的处理很不到位，忽略了数据中蕴含着的科学教育内涵。有鉴于此，本文以某课的原始实验数据为例，对“如何面对不符合‘正确结论’的数据”、“如何面对数据和结论的不一致”、“如何面对缺失的数据和结论”、“如何面对小组综合能力不强”和“如何优化实验设计”等方面展开思考，按实例呈现、原因推测、教学启示的形式进行剖析，了解学生真实的思维状态，反思教师课堂教学中存在的问题，从而调整和改进教学策略，让教学更有实效。

[关键词]实验  数据  结论  剖析  原因  启示

 

《浙江省小学科学教学建议》第17条明确指出，要让学生及时地把有关的数据收集起来，要求学生实事求是地分析数据，并把数据转化为证据。目前，大家对此已有了足够的认识，在小学科学教学中十分注重定量研究，让学生运用测量、调查、统计等实验方法，收集实验数据，并对数据进行分析，得出科学概念和实验结论。

遗憾的是，实际教学中许多老师对数据的处理很不到位。学生辛辛苦苦收集的实验数据，没有给予充足的时间进行交流分析，往往是从中挑选一两个数据轻易地推导出结论，对那些不符合“正确结论”的数据肆意否决，忽略了数据中蕴含着的科学教育内涵。

前些时候，我参加区小学科学教研活动，听了一位老师执教《热起来了》一课。课堂上，老师组织学生开展了两个探究活动，分别是“衣服能给身体增加热量吗”和“衣服能保温吗”。课后，我把各小组的实验记录单都收集在一起，将所有的实验数据输入汇总表。

实验一：衣服能给身体增加热量吗

实验二：衣服能保温吗

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

思考一：如何面对不符合“正确结论”的数据

两个实验中，得出结论为“衣服能给身体增加热量”和“衣服不能保温”的各有3个小组，相关组别和具体数据如下：

结论为“衣服能给身体增加热量”的3个实验小组数据

结论为“衣服不能保温”的3个实验小组数据

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

1℃。第二个实验中的6、8、10小组包毛巾和不包毛巾的烧瓶水温的降低情况基本上同步，可见有没有衣服包裹对烧瓶水温的变化影响不大。当然，这样的结论和我们的“正确结论”是相违背的。

★原因推测：

1．实验器材的问题

说实话，我们教学中所用的温度计一般是玻棒温度计，其测量的精密程度往往很不理想。比如，同一时刻同一地点的气温，用不同的温度计测出的数值往往是不一样的。温度变化时，不同温度计的变化数值也往往会有差别。

2．实验操作不规范

做第一个实验时，有些组的衣服是原来穿在身上的外套，虽然提前几分钟脱下，但多少残留了一些身体的热量，所以测量时衣内温度时出现了温度下降的趋势。另外，在用衣服包裹温度计时，有些同学把手按在温度计的液泡处，虽然隔了层衣服，但还是会对实验结果产生一定的影响。

☆教学启示：

1．做好实验器材的准备

实验器材是影响实验成功与否的重要因素，本课中的温度计教师应该要进行挑选，事先把所有的温度计放在热水中观察它们的温度变化情况，然后再把比较接近的温度计提供给同一小组。学生实验用的热水，不仅要控制容器里水量的一致性，还要保持初始温度尽可能相同。

2．教师“下水”做实验

要让学生做的实验，课前教师要先去做一做，不是一遍，而是反复多遍尝试，发现实验中较难控制的无关变量，分析难以控制的原因所在，一一寻求对策。比如，用怎样的衣服做实验效果比较明显，用衣服包温度计时采用怎样的方式比较合理，烧瓶的水量多少更有利于观察和测量……

3．引导学生寻求解决对策

当违背“正确结论”的数据出现时，我们要勇于引领孩子去思考、去发现：重视事实根据，合理怀疑；倾听和考虑他人的不同观念或解释；避免在证据不充分的情况下作出判断；避免或将某结论不恰当地进行推广；注意考察任一数据来源的可靠性及重现性；多次实验，根据新的证据，怀疑、修改自己的意见。直到找到问题的结症所在，再进行重复实验，看看实验的结果有否变化。

思考二：如何面对数据和结论的不一致

实验一有七个小组得出“衣服不能增加热量”的结论，实验二有五个小组得出“衣服能保温”的结论，但两个实验都有几例数据和结论不一致的情况：

实验一：衣服能给身体增加热量吗

实验二：衣服能保温吗

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

1℃温差这一因素，无论是在烧瓶外包裹毛巾还是不包裹毛巾，其温度下降变化出现惊人的一致，故只能说“衣服不能保温”。而第7小组则出现更戏剧的现象，包裹毛巾的烧瓶里水温下降比不包裹毛巾的更快，也许后面的结论说“衣服能降温”可能更合适。

★原因推测：

1．用已知概念代替结论

在现实的科学课堂教学中，学生常常在探究的同时进行直觉思维，凭着自己的主观意念任意得出结论。在本课学习中，有些学生早就有了“衣服不能给身体增加热量，但可以防止热量的流失”的前概念，故他们没有真正把实验数据当回事，填上与实验数据相违背但符合常理的结论。

2．缺乏数据分析能力

在科学记录中，有些实验的数据显得相当复杂，对于这样的数据，学生就不容易把握了。比如第二个实验中的数据，不仅要考虑到初始温度的不同，还要考虑变量控制下的两个烧瓶水温变化，若学生不进行纵向对比和横向比较，就很难发现其中隐含的内在联系，自然无法得出科学的结论。

☆教学启示：

1．培养学生实事求是的科学态度

良好的科学态度是造就栋梁的重要条件，而科学态度的核心是实事求是。在日常的教学中，我们要注重培养学生尊重数据、实事求是的科学态度。比如，让学生作结论时，教师应强调结论应从探究数据出发，而不是依据自己的直觉，也不是依据自己的某种想法。应鼓励学生把自己的证据和结论记录下来，对自己的结论进行整理，三思而后言。经过长期的训练，让学生逐步认识到，科学结论需要依据探究数据，结论与数据之间是有逻辑关系的。

2．培养学生逻辑推理能力

科学的结论是理性思维的结果，结论是建立在证据的基础之上：实验获得充分的事实证据，逻辑推理获得理论上的证据。整理数据，是一个审视收集的资料是否观察事实、选择相关数据、排除不可靠信息的过程，是一个运用批判性和逻辑性思维分析证据与解释之间关系的过程。学生应学习如何分析、总结从简单实验中得到的数据，并正确运用逻辑思维，对结果作出解释，同时考虑如何选择相关的证据及解释奇异数据。

思考三：如何面对缺失的数据和结论

第一个实验中，第8小组没有记录衣外温度，也就是我们所说的室温。在第二个实验中，第8小组没有记录一分钟后的不包裹毛巾的烧瓶水温，1、9组没有写出实验结论，如下表：

实验一：衣服能给身体增加热量吗

实验二：衣服能保温吗

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

1．没有及时采集原始数据

在进行定量实验研究时，学生常常会出现顾此失彼的毛病，不是没有按规范进行实验操作，就是忘记了相关数据的测量，有时干脆胡乱写个数据充数。从这点上看，该组学生还是比较诚实的，不过实验数据的缺失对实验结论会造成一定的影响。

2．缺乏概括能力或时间不够

1、9小组没有实验结论，原因就比较复杂，也许是学生无法分析数据，也许是时间不够不能及时进行概括。若按照常理去分析，第1小组的结论是衣服能保温，第9小组的结论是衣服不能保温。

☆教学启示：

1．提高数据重要性的认识

从现象到分析比较、推导得出结论，是一个从具体到抽象的思维过程，是思维从感性到理性的质的飞跃，只有完成了这个飞跃，才算真正获得了知识。在这个过程中，要提高学生对数据重要性的认识具体要求如下：（1）认真记录每一个信息和数据，不随意修改；（2）不在观察测量数据中挑选符合自己想法的内容，不随意丢失资料；（3）重视测量工具的准确性和使用工具的正确性，以确保数据来源的可靠；（4）明确数据越充分、样本越大，与越多的事实相一致，越令人信服；（5）可以采用多种方式，多人或多次重复实验，以寻求尽可能多的支撑自己假说的证据。

2．给予学生充足的探究时间

时间是保证科学探究有效性的一个重要指标。在课堂中，要减少不必要的讲解时间，把课堂时间的支配权给学生，给学生以充足的时间沉浸在科学活动中。学生的猜想一定要在课堂内进行分析和正确的引导归类，不能为了完成教学任务，只按照教师的意图去验证规定的猜想轻易地否定学生的猜想，这样不仅扼杀了学生的积极性，还让学生暴露的问题得不到及时的解决。

思考四：如何面对小组综合能力不强

细心的朋友也许已经发现，在前面的几个思考中，第8小组经常被提及，这到底是怎么回事呢？现在让我们对第8小组的实验记录单进行个案分析。

实验一：衣服能给身体增加热量吗

实验二：衣服能保温吗

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

★原因推测：

和学生个体之间存在差异的道理一样，在“小组合作学习”过程中，各小组的参与程度是不均衡的。有些小组成员的学习基础薄弱，参与性主动性欠缺，思维的敏捷性稍逊，很难完成共同的学习任务，也达不到共同发展的要求。

☆教学启示：

处理好小组间的差异性问题

不同的探究实验需要的时间是不同的。参与同一个实验，每一个实验小组所需的时间又不尽相同，所以教师要处理好小组间的差异性问题。多关注进度慢的小组，引导速度快的小组进行整理实验结果，否则的话必然有些小组在完成任务后注意力分散，关注一些与探究内容相去甚远的信息，这对研究过程的体验和结果起到了削弱的现象。

思考五：如何优化实验设计

本课实验中，学生的实验数据出现了如此之多的问题，我觉得很大原因就是教师的实验设计存在着问题，让我们来看一下两个表格的第一行：

实验一：衣服能给身体增加热量吗

实验二：衣服能保温吗

（第一行：包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：不包毛巾烧瓶里的热水温度。）

我们都知道，温度计是根据液体的热胀冷缩原理制成的，要测量水温的变化，需要把温度计放入其中并有一定的时间，如果仅仅是一两分钟，测量出的数据往往是不准确的。

★原因推测：

我区的科学教师大多数是普通师范毕业，没有经过专业知识学习和技能培训，教师的科学素养和教学能力都急需提升。即使有个别新教师是相关专业毕业，但因缺乏实践经验，对教材的钻研理解不到位，无法有效开展教学活动。

☆教学启示：

提高教师自身的科学素养

教师的素质直接影响着学生科学素养的形成和发展。只有一个真正具有科学素养的教师，才有可能指导学生通过各种活动和学习形成自己的科学素养。教师应努力使自己从专业型教师走向综合型教师，能用一种广阔的视野来审视课程和教学，通过学习和研究不断扩充自身的知识体系，提升教育教学能力，并在自己的教育教学工作中运用科学的方法来促进学生科学素养的发展。

 

参考资料：

1．浙江省教育厅教研室：《浙江省小学科学教学建议30条》

2．吴利坚：不该被漠视的数据

3．王海花：关于小学科学探究活动中数据收集及分析的探讨

从上表可以看出，第8小组的实验记录单存在着诸多问题，比如缺失部分原始数据，实验结论和实验数据不符合，实验数据之间的变化有些不合常理等。

★原因推测：

实验一中的2、4、8三个小组测量的衣服内温度是逐渐上升的，若根据这些数据应该是指向“衣服能给身体增加热量”的结论，与“衣服不能给身体增加热量”的结论显然是不相符合的。实验二的3、7两个小组也存在着数据和结论不一致的问题，不过这些数据比较隐性，需要细心辨析才能发现。让我们先来分析第3小组的数据，排除两个烧瓶里的初始水温存在着

让我们来分析这些数据。随着时间的推移，第一个实验中的1、6、9小组衣内温度确实有所增加，每次测量的温度增加值大约是

对这两个实验的数据进行分析、比较和统计，我们会发现有许多值得关注的的问题，比如：学生的结论和“正确结论”不一致，学生的结论和自己的实验数据不符合，学生的实验数据不能清晰地推导出科学概念……剖析这些问题，可以让我们了解学生真实的思维状态，还可以反思教师课堂教学中存在的问题，从而调整和改进教学策略，让教学更有实效。