浅谈分析实验数据的策略

【摘 要】 分析探究数据是科学探究活动中的一个重要环节。在引导学生分析实验数据时，可以采取三看实验数据的策略：一看可疑数据，二看过滤后的数据，三看特殊数据和误差数据。这样的数据分析过程能够促进学生的思考，促进学生科学素养的形成和发展。

【关键词】 科学探究；实验数据；分析

中图分类号：G620 文献标识码：A 文章编号：1671-0568 （2014） 22-0067-03

分析探究数据是科学探究活动中的一个重要环节，数据分析有助于学生寻找规律、得出结论，同时也最具说服力。科学地分析探究数据能使课堂探究变得更真实、准确，提高科学探究的效率，对于培养学生的实证意识以及科学概念的形成具有重要的意义。所以，在科学教学中教师要重视引导学生科学地分析实验数据。下面就以《形状与抗弯曲能力》一课为例，谈谈如何引导学生分析实验数据。

《形状与抗弯曲能力》是通过实验来探究纸的形状与其抗弯曲能力的关系，实验的方法是把纸折成不同的形状，然后在纸上放螺母，直到纸弯曲接触到桌面。这是一个变量控制实验，实验除了纸的形状外，其他条件需要保持不变，如“桥墩”两边距离、“桥梁”的架空高度、纸的长度、纸的厚度。学生在实验后得到以下的实验数据：

在引导学生分析实验数据时，笔者采取了三看实验数据的策略。

一看：可疑数据

在不少情况下，学生在实验过程中会出现偏差或者错误，对错误的、不具有科学性的数据进行分析，有可能会得出南辕北辙的结论，甚至使学生形成不科学的概念。因此，在对数据进行分析前，要引导学生对数据进行辨别，思考这些数据是否有效，排除可疑数据。

对全班学生收集到的八组数据，先让学生初步分析，哪些数据是可以作下一步分析的，哪些数据是可能存在问题的。学生经过观察提出第8组 形状的数据有问题，因为这组的纸平均能承受6～7个螺母，与其他组的数据相差比较大。那究竟是怎么一回事呢？笔者请这组的学生把纸拿出来，然后在实物投影下重新做一次给全班同学看。当他们演示完，同学们都举起了手，大家都发现他们组的问题所在，就是把纸朝横向折了，这样纸的架空距离就变窄了，和没有折过的纸相比，架空距离就不一样了，这样就没有可比性了。学生一致认为第8组的数据不可信，需要重新实验后才能使用这些数据。

那是不是平均值接近，那就说明都是可信的数据呢？这方面学生往往会忽视，因此需引导学生再分析各组三次的数据，有个别认真观察数据的学生对第6组 的数据提出了质疑，虽然这组的平均数和其他组的平均数相比，差别不大，但这组在同样条件下的三次实验数据差别还是比较大的，第一次 能承受7个，第二次10个，第三次15个。那么为什么三次的数据会相差那么大呢？他们认为是因为在实验时不小心会推动桥墩，从而改变了纸的架空距离。那这样的数据我们还能采纳吗？学生都认为只有在纸的架空距离一样、纸的架高距离一样的前提下得出的数据才是可信的数据，才能采纳，所以这组的数据也要重新实验后才能使用。

【反思】

在实际教学中，学生通过实验得到的“可疑数据”时有出现。而能够从容面对 “可疑数据”的教师比较少。教师经常关注的是那些“正常”的数据，从“正常”数据中总结出我们所需要的规律。但事实上实验得出的数据都需要我们去关注，不能仅关注部分数据，因为如果实验的数据本身都有问题，那我们依靠数据得出的结论也就可能不正确。所以，教师在让学生分析数据前先要让学生思考“我们得出来的数据都能使用吗”，排除可疑数据不仅培养了学生思维的严谨性，还能让学生对实验有更充分地认识。

那怎样知道哪些是可疑数据呢？要先引导学生对数据进行分类，把相近和差别较大的数据分成两类。然后再来分析差别大的数据，这时可以先让小组对得出数据的实验设计、实验材料的选择、实验过程的操作等方面进行反思。如果该组学生还是不清楚问题所在，可以采用实验重现的方法，让学生在全班重新做一次，由其他学生帮助他们找出问题。其实，在这个过程中除了这个小组能正确认识到自己问题外，其他同学也是在反思自己实验有没有按要求操作、为什么要按要求操作的过程。

另外，在让学生展示数据、分析数据的过程中，我们往往只是让他们把实验的平均数展示出来，然后对平均数进行分析，其实有些操作不当的数据也会混在其中，就像上面的第6组 的数据，如果只看平均数不看三次的数据是发现不了他们的问题，学生可能也不会意识到自己组在实验中没有控制好变量这个问题，那对他们以后进行变量控制实验是不利的。所以，除了分析平均数以外还要引导学生分析三次实验的数据，分析后再排除可疑数据。

二看：过滤后的数据

在排除了可疑数据后，就可以先对其余的七组数据作分析，面对纷繁复杂的数据，让学生先对数据进行分类，把每一类数据看成一个小的整体，归纳出它们的范围。从上面的七组数据，学生归纳出―形纸能承受0个螺母， 形纸能承受2～3.7个螺母， 形纸能承受8～11个螺母，接着通过层层深入的问题“不同形状的纸承受的螺母数相同吗”、“螺母数的多少与抗弯曲能力有怎样的关系”、“纸的抗弯曲能力与什么有关”来引导学生用数据来说明问题，最终学生能得出“不同形状的纸抗弯曲能力不同”、“改变形状能增强抗弯曲能力”这样的结论。

很多教师在教学时得出核心结论后就会结束对数据的分析，学生得出这么多的数据就只为说明核心结论吗？在课上，笔者会继续让学生对数据进行思考：你还有进一步的发现吗？你有什么疑问？在短暂的思考后，学生提出 形纸的抗弯曲能力比 形纸的要强，这是为什么呢？为什么改变纸的形状能增强纸的抗弯曲能力？学生的发现和问题都是很有价值的，于是笔者引导学生先回顾在实验过程中当把螺母放在没有折的纸、 形纸和 形纸上看纸的变化是怎样的，再引导学生分析螺母的力在不同形状的纸上是怎样作用的。

【反思】

当我们把全班的数据展示出来，往往有几十个数据，分析时就显得很复杂，为了把数据化繁为简可以把数据分类归纳出它们的范围，然后在各个范围之间做纵向比较，也可以让学生把每类数据输入excel表计算出这么多个小组这类数据的平均数再作比较，这样把数据从复杂变简单，学生分析起来就轻松多了，更容易发现规律，建构起科学概念。

很多教师在让学生分析数据时通常会问“通过这些数据你有什么发现”，这些问题太空泛了，学生要么是不知道怎么回答，要么就是简单复述数据。教师应该把问题分解，通过逻辑性的细问题串引导学生分析数据。另外，教师在引导学生分析数据时不能只为了得到正确结论而匆匆做出分析。深挖数据的内涵，学生的思考就会更深，收获也会更多。像上例中的深入分析，学生得到的就不仅仅是“改变形状能增强抗弯曲能力”这个结论，他们还知道了 形纸的抗弯曲能力比 形纸的要强，还懂得了从力的作用这个角度来思考原因。

在分析过滤后的数据时，为了更直观地看出数据的分布，可以让学生把数据制成柱状图或折线图，这样更易于学生发现数据变化规律。科学教材中，就有许多呈现数据的方式，如表格、柱状图、饼形图等。在引导学生分析数据时，应根据不同的数据来选择不同的数据呈现方式。

三看：特殊数据和误差数据

除了纵向看数据，教师还应该继续引导学生对数据作横向分析。横向分析自己组的三次数据，自己组的数据和别人的数据，以此分析自己的实验过程有没有出现问题。

横向比较数据后，学生发现 形的纸抗弯曲能力最多的组能承受11个螺母，最少的组能承受8个，相差有3个螺母的重量，大家都很好奇，为什么第4小组的 形纸能承受那么多，笔者让第4组和第3组的同学把他们 的纸拿上来展示，学生发现虽然都是-形，但是第4组折的波浪比第3组要多，那是不是波浪数越多纸的抗弯曲能力越强呢？学生提出这个问题后，教师便鼓励他们课后自己来做实验，来解决新的问题。

除此以外，学生发现很少有一组三次的数据都是一致的，为什么在同样条件下进行实验，数据还是会有误差呢？让学生围绕误差产生开展讨论，学生认为有可能是在放螺母的时候用力没有做到一样，有时大力些放螺母，纸的抗弯曲能力就会受到影响。也有些小组提到可能是放螺母的时候没有注意到都集中放在中间，有些螺母散开放，那得出的数据就不一样了。那怎样才能减少误差呢？笔者继续让学生思考，这时学生提出可以用镊子夹着螺母轻轻放在纸上，这样就可以避免用手放用力过大的问题，还有学生提出可以用小杯子装着螺母，这样螺母就不会散开。学生提出的这些建议都非常好，下节课再让学生用改进后的方法来进行实验，得出的数据误差就小很多了。

【反思】

当我们强调观察过滤后的实验数据时，千万别忽视对特殊数据的观察。这里说的特殊数据是指可信但又与众不同的数据，它很容易被人忽视，但它的背后同样蕴藏着科学的价值。就像学生发现了 形的纸抗弯曲能力最多的组与最少的组相差了3个螺母的重量，如果教师一笑而过，觉得不值一提，那便会失去探究发现的一个良好时机。课后不少学生继续进行了探究，他们发现纸的波浪数越多，纸的抗弯曲能力越强，还有学生发现波浪形结构可以看成是多个三角形组成的，三角形数量越多纸的承受力就越强。通过对特殊数据的观察，引发学生提出新的问题，进行更深入的探究，就能使学生更好地建构科学概念。

学生在动手之前对实验要控制的变量有了一定的认识，但实际中还是会出现这样或那样的问题，导致数据出现误差。及时引导学生对自己活动进行跟进反思就显得尤为重要。可组织学生进行反思：我们组三次的实验数据一样吗？我们组的实验数据和其他组的数据一样吗？问题可能出在哪里？ 实验怎样才能做得更好？通过这样的反思、交流，学生就会有新的发现、新的问题，对实验的操作和误差的产生也会有新的认识。虽然分析误差数据花了时间，但这些时间花得是很有价值的，学生在这个过程中懂得实验操作不规范、不严谨就会影响实验的数据，那他们以后做实验就会更认真，在变量控制实验中也会更懂得去控制变量。

由此可见，当数据展示在学生面前时，学生不一定马上能够从数据中找到规律，教师适当地引导是很重要的。教师除了给时间让学生学着自己分析数据，还可以有指向性地引导学生对数据先进行观察，让学生把每一个数据的特点认清楚，再比较、分析、排除可疑数据，然后纵向分析数据，总结出规律，最后横向比较数据，思考实验过程中有没有控制好变量，操作是否得当。

通过三看实验数据，学生经历着对自己探究过程的整理、分析和反思过程，深刻地感受到科学研究应该持严谨的态度，实验数据的价值也大大提高，而不仅仅是为了得出结论服务。这样的数据分析过程不但能够促进学生的思考，还可以让学生对于探究活动有更深刻的认识，帮助学生建构科学概念，让学生意识到操作严谨的重要性，从而促进学生科学素养的形成和发展。