科学实验数据处理与概念构建

摘要：整理和分析实验数据，得出科学概念，是科学探究的有效行为。小学生的概括能力较弱，需要将实验探究数据与多种形象、有序的图表结合，提高对数据处理的敏感性，结合对话开展分析交流，可以清晰地展示学生的思维和准确概念的形成过程，以追求思维的广泛性与深刻性，用思维的发展与增质来检测学生的探究行为，达到数据伴思维同行，体现科学探究的有效价值。

关键词：科学教学；数据实验数据；处理；探究思维

美国著名教育心理学家加德纳强调，让学生研究各种学科的目的，不是企望他们变成该领域的小专家，而是让学生在揭示真理认识真理的过程中训练他们的思维模式，让他们用该学科特有的思考方式而非直觉来了解现象。科学课程标准明确指出，“科学探究不能只停留在形式上，在关注学生动手的同时，更要关注学生的思维发展”。科学探究中，实验数据的整理和分析正是训练学生思维模式有效的载体。因而整理和分析实验数据得出科学的概念，是科学探究的有效行为，也是培养学生成为具有理性思维的人的一种途径。为此，在科学探究活动时，在寻求证据――得出结论阶段，对得到的数据，尽可能借助多种形象、有序图表，形成想象画面来分析数据和整理信息，能更好地帮助学生理解问题，改善探究思维状况，达到良好的学习效果。

运用有序表格数据

当前教学中有一些教师，把课堂中学生的气氛活跃当作思维活跃，认为学生已经能从杂乱的数据中分析问题，然后从中找到规律，因而轻视了通过实验数据的整理分析过程。其实在现实的课堂上，很多课到最后，学生还是找不出结果，此时教师往往会草率地将科学结论硬塞给学生，学生也只好在一片迷茫中接受你塞给的知识，违背了发展思维的目的。提高学生对数据处理的敏感性，是强化思维训练的有效途径。因此，在设计探究活动表时应尽可能让表格数据有序、指向明确，且承载的规律少一点，方便学生根据探究数据进行整理和分析，帮助学生开动思维。

例如，教科版《科学》六年级上册《工具和机械》一章第2节《杠杆的科学》一课，在数据分析和研究规律这一环节，先师生集体交流在杠杆左右只选一个位置挂钩码，怎样使杠杆平衡。然后让学生以小组为单位开展“在杠杆上的左边一个位置挂钩码，在右边一个不同的位置，挂上钩码，使杠杆尺平衡”的实验。实验时间6分钟左右，尽量多地做不同的摆法，把实验结果填在记录表中。由于学生记录的数据是无序，且承载着杠杆中的好几个规律，加上学生对数据的不敏感，在分析时又脱离了刚才直观的实验器材，思维难度过大，结果学生很难从中分析出杠杆中存在的现象，到最后只好将其中的规律告知学生。

通过改变操作的表格，将上表改成三张实验探究记录表，即改成“用力情况（省力）”“用力情况（费力）”“用力情况（不省力也不费力）”三张。每项实验分开做，做3次以上，然后开展猜想并验证，同时想一想在什么情况下杠杆省力、费力、不省力也不费力？让学生在大量的操作基础上，收集数据，分析数据，接着抽象地模拟实验推理，最后根据数据结合示意图得出科学概念，这样改变以后的效果比先前的效果好了很多。

再如在讨论省力的杠杆中，对汇报的数据，不能学生说一个教师抄一个，而应该特别要注意对数据有序的编排，以便学生能从一系列数据中寻找到规律。其中汇报的三个环节：第一让学生任意报然后填写。第二让学生报一个填写，然后相对应的问“在左边不变的情况下，右边还有哪些也是省力的？”，以让学生来验证数据，增加思考力。如当学生汇报到“左边阻力点到支点的距离2格，钩码数1个，右边用力点到支点的距离3格，钩码数1个，省力”时。问哪些组右边还有不同的挂法也是省力的？此时让学生根据数据讨论省力杠杆的省力的原因，初步得出当阻力点到支点的距离小于用力点到支点的距离时，杠杆省力。第三为了加深印象，继续开展模拟推理演示实验。“要使杠杆平衡，当在阻力点到支点的距离一格处挂1个时，另一个钩码应该挂在用力点到支点距离（ ）格处？”接着“在阻力点到支点的距离一格处挂2个时，另一个钩码应该挂在用力点到支点距离（ ）格处？”然后继续演示“当在阻力点到支点的距离一格处挂3个时，另一个钩码应该挂在用力点到支点距离（ ）格处？接着教师指着杠杆尺问“在阻力点到支点的距离一格处挂4、5、6、7、20、100、1000……个时，用手势来表示另一个钩码应该挂在用力点到支点的距离（ ）格处？”这样在不断的追问中，让学生思考为什么阻力点到支点的距离一格处挂的钩码越来越多，用力点却仍然是一个，杠杆尺还是平衡？为了能清晰地展示学生的实验过程，提高学生的思维度，让学生将刚才的实验过程用示意图来表示刚才的实验结论。最后讨论如下图，这样让学生更加明白省力杠杆的理由，如果学生今后忘记了其中的结论，只要回忆起刚才的示意图，就会重回刚才的实验过程。

如此改变探究表格，学生不但有充分的时间做实验，实验中边猜想边验证，取得大量的实验数据，而且在有序的表格中开展数据分析，加上直观的示意图，能够更加清楚明白杠杆的三种情况，准确地落实科学概念，同时激活学生的思维，增加思维的条理性。

组织数据交流对话

学生对实验中获得的数据，往往通过简单整理，就进行分析总结，这样或许是直观但是表面的，也往往不完整，此时应组织开展交流，通过相互启发、补充，让学生自己归纳出数据里蕴涵的科学规律，形成准确的科学概念。

如在教科版《科学》五年级上册《运动和力》一章第4节《测量力的大小》一课中，要“探究弹簧伸长长度与拉力关系”时，可以采用增加数据记录的方式（表一），然后引导学生进行互动交流，使科学概念能有效得出。以下是较有效的交流教学片段：

学生：把勾码挂在弹簧下，我们组的数据是（见上表），同时发现勾码越多，弹簧伸得越长；勾码越少，弹簧伸得越短。

教师：弹簧伸长中的数字表示什么呢？

学生：表示弹簧伸长的长度，数字越大表示伸得越长。

教师：勾码的数量表示什么？

学生：弹簧受到的拉力。

教师：这个实验你发现什么？

学生：弹簧受到的拉力越大，伸得越长；弹簧受到的拉力越小，伸得越短。

接着教师（手指着“……”）：假如勾码是5个，那弹簧伸长多少？勾码是6个，那弹簧伸长多少？勾码是20个，那弹簧伸长多少？50个呢？100个呢？对于这样的结论，大家有意见吗？

学生：我有意见。弹簧的伸长是有限度的，不会这样无限制的挂下去。

老师：这个你都发现了，很了不起。

……

学生对实验数据和各种信息的分析，往往会考虑不周，此时对实验结论，教师切不可直接点明，应通过师生的对话互动，将探究过程中，未出现的数据以采用想象推理的体验方式，开展交流对话，增加对数据的感悟过程，以培养学生思维的严谨性，探究的客观性。

制作数据直观图表

研究表明，人的第一印象作用是最强的，持续的时间也长。人们对于事物的整个印象，一般是以第一印象为中心形成的。教师应充分抓住这个特征，将实验得出的数据，通过动手制作一些直观、形象的图表，用图表记录的数据展开充分的讨论，以帮助学生借助图表将实际发生的情境同思维发展联系起来，形成想象画面来分析数据和整理信息，以便学生能准确形成科学概念。

数据与柱状图 如教科版《科学》五年级下册《时间的测量》第2节《太阳钟》一课，为了落实阳光下物体影子在一天的变化规律这一科学概念，我让学生课前收集一天中杆影变化的数据后，再让他们动手制作柱状图（表二）。通过将数据表换成柱状图，学生就很形象、直观的看出从上午9时到12时太阳影子在逐渐缩短，12时以后，太阳影子的长度逐渐变长；中午影子最短这一科学概念，解决了许多学生面对这些数据看不出其中的内隐规律。

（表二是学生用10厘米高的木条，测得一天各个时段太阳下影子的长度。）

数据与折线统计图 为了培养学生的估测意识，让学生有一种及时验证猜想的欲望，可以继续对数据进行处理。

如在学校五年级下学期的一次《牛顿乐园》自主课中，我将课本《热》一章中第2节《给冷水加热》进行了拓展，让学生“探究水加热过程中的秘密”时，给一烧杯冷水加热，加热记录4分钟后，让学生想一想，如果这样加下去，这杯水的温度会到几摄氏度？每隔2分钟记录一次温度（注意保持火焰的稳定性），并记录结果（表三）。

为了让学生能很好的验证自己的猜测，就将上述表格中的数据，用折线统计图表来显示，然后结合图表中的数据，说说你在实验过程中的想法。

通过这张图表，学生能对最后4分钟的印象会记忆犹新，会更加形象、直观的感受到此时水加热到一定温度是不会再上升的。

通过这种图与表的结合，学生就能很快判断出事物的发展趋势，能在头脑中留下一定的印象，形成头脑表象。这对于一些抽象概括能力弱的学生很有帮助，他们往往可以借助大脑表象来准确表述科学概念，提高科学教学的实效性。当然，在这个过程中，也要提醒学生：用数据预测，是对未来的一种估计，是发现问题的基础，可能符合实际，也可能出现错误，不能把预测当作绝对正确的科学概念，应结合实际情况开展有限度的预测。

科学探究过程中，应注重实验数据的收集与整理。将测量所得的数据与多种形式的图表结合，让数据变得“鲜活”，同时注入探究者更多的感悟经历，将思维与实际的探究情境有效联系起来，实事求是地开展分析和推理，能让学生形象地认识到事物的变化之间是有联系和规律的，从而真正实现探究过程中学生思维广泛性与深刻性，真正达成探究培养思维能力，提升学生核心素养。

【本文为2016年度绍兴市教育科学规划学科课题《基于科学概念建构改进小学实验探究活动的课例研究》（编号：sjg16300）成果之一。】

（作者单位：浙江省诸暨市店口镇弘毅小学）