科学课堂-因“数据”而精彩

科学课堂，因“数据”而精彩纷呈我对科学课堂教学中数据处理的思考与探索【摘要】学生在科学探究活动中，根据观察、测量、实验等收集的大量数值（数字、文字等），一般称为数据。在小学科学课堂教学中，不可避免要用到各种类型的数据。当学生通过搜集、整理、分析得到的数据，还应合理、恰当、有效地运用到科学观察、实验验证等探究活动中，让学生自觉利用真实、准确、有效的数据证明自己观点，运用数据来解释相关的问题或现象数据收集与分析能力是科学探究活动中的核心能力，是培养学生实事求是、用事实说话的科学态度，也是培养学生科学精神的重要途径。可见，关注科学数据，对于培养学生的实证意识、求实态度、科学精神以及科学概念的形成具有重要的意义。【关键词】数据；证据意识；探究效率；探究动机；科学概念【正文】科学新课程标准指出：科学探究要培养学生的实证意识。数据作为探究实验中常见的记录手段，对事物、现象进行定性、定量分析，它能使我们的条理更清楚，结果更精确，有着其它方法不能替代的作用。科学课的核心目标是引领学生懂得什么是证据、怎样获得可靠的证据去解释现实世界。对学生来说，数据是他们在科学探究过程中最真实的记录，是他们通过观察、测量、实验、记录等方式获得的真实信息，是他们科学探究的依据；对教师来说，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“严谨和证据”，就不能引领学生理解什么是证据，什么是科学。在科学课堂教学中，教师引导学生合理、科学的理解、运用科学探究活动中接触到的实验数据，修正学生对待数据的心理倾向，可以推进学生的思维发展，不断提高学生学习效率。因此，培养学生敏感的数据意识，对严谨细致、实事求是的科学态度的形成，对科学知识的掌握、概念的形成、探究能力的提高，都有着非常积极的作用。但我们留意平常的课堂教学，发现学生在记录和交流实验现象和结论时，不尊重事实，常常会发生实验数据虚假的现象。这不能不引起我们的重视。一、科学数据不真、不准、不全的几种现象（一）高度关注结果，导致数据不真实由于受到自身认知水平的限制，学生获取充当证据的数据的需求也变得更加明确，他们需要“符合猜测依据”的证据。这种猜测观点不是建立在事实基础上，而是沿着他们预先猜测的方向进行实验，他们期望得到与猜测相一致的证据。在这种心理的影响下，学生的注意力高度集中于这一结果，从而形成了带有“预知性”的观察或实验，即使面对完全相反的数据，他们也会按照期望得出结论。这影响了实验数据的真实性，造成了实验数据的失真。如有趣的磁现象磁铁能吸起哪些物体的实验记录，能被磁铁吸引的物体打“”，不能被磁铁吸引的物体打“”。竟然有学生的实验记录单上赫然显示“磁铁能吸住小纸片、泡沫、头发”等实验数据。有学生洋洋得意地说：“老师，我们的实验数据跟猜测的差不多。” 有的还武断地说：“我们这一组的实验数据丝毫不差，和我们猜测的完全一样。”学生为了得到老师的肯定，进而揣摩老师的需要，根据他们认为的正确结论去填写实验数据，从而放弃自己真实的实验数据。（二）盲目从众心理，导致数据不准确有了明确的探究目标，学生才能进行有意义、有价值的探究。在实验过程中，学生会遇到很多意想不到的难题。当自己的研究数据与别人不同时，这些学生往往倾向于别人的结果，特别是一些优秀学生的结果，很容易因从众心理而改变自己的实验结果，造成实验数据的不准确。这种人云亦云、盲目从众的心理在小学生身上表现的尤为突出。如在温度与温度计中，当学生拿着温度计读数时，由于学生在教室中所处的位置不同，学生测量的温度出现了多种数值：如果拿高了往上看就会使得出的数据偏高，如果拿低了往下看就会使得出的数据偏低，只有拿到让红色液柱与眼睛一样平的高度时读出的数据是准确的。这时，有的学生开始怀疑自己的测量数据是否准确，就去看看其他学生的数据，发现自己的数据与别人的数据有差异。于是，这组学生对实验数据进行了挑选和修改，只留下那些他们认为最准确的数据，涂改了那些“不太好”的数据，从而“掩盖”了自己准确数据。面对这些有差异的数据，这些学生没有分析造成这些差异的原因，而是选择了盲目从众，造成了实验数据的不准确。（三）迎合教学需要，导致数据不全面由于科学探究中学生发现的现象多而杂，而且学生的回答常常说不到点子上。在日常的教学中，教师经常用个别学生的意见代替全体学生的意见，只要有某个学生答对了标准答案或说出了教师心里想要说的话，教师就会草草收兵，开展下一环节的教学，生怕节外生枝而打乱预设的教程。时间长了，学生为了能得到教师的肯定，就努力猜测教师的意图去填写实验数据，导致数据不全面。在教学纸的观察一课时，要求学生观察一张打印纸。一位学生把纸撕开后观察到了纸边的纤维。在汇报时，许多学生分别从颜色、形状、厚薄、轻重、光洁度等方面描述纸的外部特点。这位学生看到其他学生只汇报了纸的外部特征，自己与众不同的发现却没有汇报。他为了迎合教师的教学，努力猜测教师的意图，从而隐瞒了自己独特的发现，放弃了真实的实验数据，导致数据不全面。二、获取真实数据，巧妙合理利用（一）巧用无效数据，引发证据意识在科学探究中，很多问题的解决都依赖于数据，没有有效的数据，就不能证明自己的观点。我们要有效利用学生通过观察、实验而获取的数据，让学生自觉运用数据解释相关的科学问题与现象，不断利用数据证明科学结论，培养实事求是、用事实说话、用有效数据论证的科学精神和态度，引发证据意识，提高科学探究的效率。例如教学蚯蚓喜欢潮湿的泥土吗的实验中，有个小组进行了5次实验，得出如右图数据。面对这样的探究数据，教者要引起注视了。因为此表格的数据信息显示存在着“无效数据”问题，这就要让学生进行再次实验和观察。通过实验和观察，该组同学通过自己的反思，并没有发现自己的数据有问题，就根据自己的数据得出了“蚯蚓不喜欢潮湿的泥土”结论。然而，通过交流，与其他组的泥土比较，就发现了问题。原来他们把潮湿的泥土弄成了糊状，蚯蚓当然不喜欢生活在糊泥里。因此，讨论和交流是获得正确的探究结果的重要步骤，也是发现无效探究数据的好方法。当无效数据出现的时候，我们要有效利用学生的观察、实验而获取“有效”数据，让学生自觉运用正确而有效数据解释问题与现象，证明结论与观点，从而培养实事求是、用事实说话、用有效数据论证的科学精神和态度，引发证据意识，端正科学求实态度。（二）重视不同数据，激发探究动机没有问题就没有科学探究，没有问题就不会有皆是问题的思想方法！问题是科学探究的前提，是开启任何一门科学的钥匙。可见，发现问题比解决问题更重要，发现问题并能提出问题对科学教学具有重要意义。一个真实的科学任务，引发质疑问难，激发探究思维，驱动提出问题的猜想、假设。在数据收集中，我们可以根据学生实验得出的不同数据，启发学生提出探究的问题，激发学生学习的兴趣，从而主动投入到科学探究中，激发学生的科学探究动机。例如在教学有趣的磁现象，让学生通过实验，记录磁铁能吸引哪些物体的实验记录：能被磁铁吸引的物体请打“ ”不能被磁铁吸引的物体请打“ ”。有一小部分学生的实验数据显示“纸片、泡沫”也能被磁铁吸住。针对这种不同数据，教者引发学生思考：“是原因导致什么了塑料片、纸片、泡沫被磁铁吸住？”一石激起千层浪，这部分学生为了验证自己的结论，我请他们上讲台再次通过实验验证。通过实验他们发现：“小纸片、泡沫原来不是真正被磁铁吸住，是由于天气干燥、磁铁发热等客观原因造成静电现象吸附在磁铁上面，是一种假象。”学生恍然大悟，教师“顺手牵羊”，让学生迁移到以前学过的静电现象。教者“顺学而启”如果磁铁通电了，也会发生奇迹呢？你们课外进行探究，我们学校的电铃为什么会那么准时响起呢？教者的“顺学而启，寻思而导”，不仅启发学生去探究的问题，激发学生学习的兴趣，引导学生主动投入到科学探究中。 科学探究活动中，数据是得出是科学概念形成的重要依据，亦是激发研究动机的“内驱力”。在实际教学中，常常会出现一组或者几组不同于师生的预测、不符合“正确结论”的数据。传统教学中老师们常常认为它是影响教学目标顺利达成的干扰和差错。分析原因，“不同数据”正是探究活动科学本质的一种体现。应该正确看待这些“不同数据”并实施有效的教学策略。例如在教学有趣的磁现象，探究磁铁性质磁铁两端的磁性，让学生用磁铁的中间、两端去吸回形针，说观察，说发现。教者是这样处理“不同数据”的：师：你们发现了什么？生：很明显，A点和E点吸引回形针的个数不一样。师：怎样看待这两个不同位置的不同数据信息呢？生：位置不同，吸引回形针的数量不一样。生：虽然数量不同，但是吸的数量大致相当。师：你们观察得很仔细，说得也很好！其实磁铁这两个不同位置吸的不同回形针的数量都很多，说明了什么？生：磁铁的两端吸的“力量”都最大。生：磁铁的两端磁性很强大，所以才吸得都很多。师：这就是磁铁的特性，两端称为磁铁的“两极” 磁铁两极的磁性最强。毋庸置疑，其实这是很容易解释的。因为，A点和E点属于磁铁的南北极，磁性最强，吸的回形针的数量无疑是最多的，但不是说吸的数量一定要一致的、相等的，大致相当就能说明磁铁的特性磁铁两极的磁性最强。所以，同学们实验的数据信息是正确的。在科学教学中，我们要把小学生当成小学生，把科学探究活动当成科学探究活动，就会明白在探究过程中“不同数据”的出现不仅是很正常的，更是对儿童进行尊重事实、尊重数据科学本质教育的良好契机，有着特殊的教学意义。当出现“不同数据”时，教师不应惊慌和排斥，而应用健康的心态、积极的教学态度、合理的教学策略来应对这些意外数据。引发质疑问难，激发探究思维，驱动提出问题的猜想、假设。（三）关注缺失数据，提高探究效率数据就是证据，就是科学结论的依据，是解释客观现象或规律的凭证，对事物的描述、现象的解释、规律的阐述有独到的作用。然而，在科学探究活动中，学生得到的数据并不是“十全十美”的，存在着“缺失”现象。或是遗漏，或是不全，反此种种，我们必须高度关注。教师应适时引导，关注这些数据，增强学生对数据的敏感性，使学生从被动记录到主动分析数据，能自觉运用数据来解决问题，提高探究效率。例如教学看不见的空气，探究“空气在哪里”。通过学生对于此问题收集的数据，我们可以发现：学生虽然能用手摸，用眼看，用鼻闻，用嘴尝，用耳听，用皮肤感觉空气的存在，但是对于空气存在与否不清楚。唯有通过很明显的视觉效果才可直观感受。其实无论是挥动风车、扇动扇子、吹哨子还是冬天呼气，空气不会因为任何举动而消失于空气之中。对于此表格数据的缺失，主要还是学生对生活的观察和体验较少，教师要引导学生通过其他渠道去观察和体验，因为小学生只有对比较直观的视觉体验印象才深刻。如果教者在此表格上再设计一些与学生生活实际有关的方法，可能收集的数据就比较全面了。如在此表格上加上“可以动手利用塑料袋去捕捉空气，吹气球，观察折纸飞机飞翔，动手把小砖块轻轻放到水里观察异样情况，亲眼观察高空中降落伞像一朵盛开的花”等数据收集，可能就效果就比较理想了。因为这些直观的感受，能让学生真实地观察、感觉、感受到空气的“颜色、味道、气味”的特征。教师在引导的过程中，要时刻关注这些数据信息，对于缺失的数据要启发学生补上，再通过“望、闻、触”等感觉器官去增强学生对数据的敏感性和真实性，那么学生对数据信息将从被动记录到主动分析，从而能通过自觉运用数据来“窥见”物质的特性并很好地去解决问题。（四）妙用准确数据，形成科学概念数据收集的过程亦是学生实验、实践的过程，也是学生最喜欢的环节。学生在科学探究活动中，收集的数据就像一颗颗珍珠，只有整理、分析去粗取精，才能整理成一串，才可成为项链，也才能发挥数据应由的作用。数据整理成证据，才能支撑结论的形成，佐证科学真理的存在，才能形成科学概念。例如教学看不见的空气，探究空气的性质。“你用什么方法证明空气具有这一性质的”？并填写好下表。如右表所示：从右表，不难发现，学生对于空气的性质不能用自己的语言科学的表述出来，这时因为学生的数据没有按照老师的要求填写，造成数据错误。正确的数据是科学概念形成的前提，试想，例表一的填写，学生是无法总结出科学概念的。如果老师换一种方式引导学生收集数据、处理数据，就可以避免这样的问题了。师：之所以你们感觉很清凉、凉爽，看到炊烟一下子就飞走了、气球瘪了，听到很响亮的声音，那是因为生：感觉到很清凉、凉爽，好像有什么从我们的手、皮肤擦过师：那是空气在流动。生：看到炊烟一下子就飞走了说明炊烟很轻，气球瘪了说明里面有东西跑出来了。师：被风吹走了空气跑出来了。生：哨子里的气体推动了里面的珠子产生了声音。师：看来这气体有很大的力量哟。好，把这些数据信息都写在表格，你就会得到答案了。从左表来看，学生对空气的性质就比较清楚了无处不在；无色、无味、透明的气体；占据空间。采取这样的数据妙用策略，课堂气氛活跃了，学生深入探究问题的兴趣也被激发了，学生思维也打开了。唯有数据整理成证据看得见，闻得着，听得见，才是事实！才能支撑结论的形成，佐证科学真理的存在，才能形成科学概念。因为让学生自己对数据进行整理、分析，比单纯的讲授更有效。在科学课堂教学中，“用数据说话，用数据验证”这一观点贯穿于整个科学课堂教学中。通过培养学生的数据意识，使学生通过探究寻求正确的数据来证明自己的观点，并自觉运用数据解释相关的问题和现象。用数据说话