借助数据推进学生科学概念建构叶军

1、借助数据，推进学生科学概念建构安吉县实验小学叶军摘要数据是学生科学探究活动中的观察由具体形象思维向抽象逻辑思维发展的桥梁，在教学中，教师要化学生形象观察为数据观察、化感性描述为数据描述、化结论分析为数据分析、化简单分析为直观分析，发展和培养学生的数据意识，从而建构正确的科学概念。数据，科学，概念建构科学课程标准（3-6）科学探究具体内容标准中明确指出：科学观察、实验、制作“能用简单测量工具（尺、测力计、天平、量筒、温度计、秒表等）对物体进行定量观察，数据，并作简单。”然而，学生在观察活动中，往往以具体形象思维为主，虽有抽象逻辑思维，但这种抽象逻辑思维在很大程度上仍是与直接和感性经验相的，仍然具

2、有很大成分的具体形象性。因此，在学生科学探究活动中，要着力培养学生的数据意识，推进学生的思维由具体形象思维向抽象逻辑思维发展，建构正确的科学概念。一、化形象观察为数据观察，培养学生的数据意识小学生在具体现象的观察中，往往以直观的感觉作为观察的结果，而这种观察结果往往受学生的前概念影响，在学生的认知过程中建构的新概念并不稳固，会随着时间的推移又会模糊不清。如：五下橡皮泥在水中的沉浮一课中橡皮泥排开的水量的观察比较，学生的前概念是：形状不同的橡皮泥小船体积大小不一样，排开的水量也不一样，因此，能浮的三种小船排开的水量是不同的。教师在教学中，让学生把同一块橡皮泥做成三种不同形状能浮的小船，测量它的排

3、开的水量并下来。学生感觉排开的水量是变化的，因此数据也是有大小的。因为用来测量的烧杯的刻度值比较大（300ml，一小格是 25ml），同时受前概念的影响，而且学生采取的不精确的形象化观察，仅凭估计测量，因此很难信服排开的水量一样的结论。图一如果教师在数据的测量上做点文章，用溢水杯溢出排开的水量，用刻度比较精确的小量杯来测量，或者用 50ml 注射器抽取排开的水量至标定的刻度线（如图一），那么，学生经过精确的数据观察比较，发现能浮的橡皮泥小船尽管形状、大小不一，但是排开的水量是一样的，与前概念之间产生，而且这种会伴随着新概念的建构完全替代前概念，给学生留下深刻的印象，因为他们是用实实在在的数据作

4、为证据来得出结论的。又如：五下热是怎样传递的一课中测量铁丝传热的实验观察，一般教师会要求学生用 1、2、3、4 来粘在铁丝上的四根火柴掉落的顺序，关注的是热传递的方向，实验的结果和学生的前概念是一致的。但是，热在铁丝中传递的速度是否会发生变化？学生的前概念是匀速的，因为教师只要求学生对热传递现象进行形象观察，而且学生后面也关注热在金属圆片中的传递速度。如果教师在学生的观察中要求学生用秒表时间，并让学生对数据进行观察和分析（见下表）：每根火柴的掉落学生在数据的观察中所关注的就不仅仅是前概念已知的热传递方向，而且关注火柴掉落的时间，如果能够对平均距离的四根火柴掉落的时间间隔作进一步的分析，学生就会

5、发现热传递的速度越来越慢了，而且这个证据可以进一步作为推测和观察热在金属圆片中传递速度变化的证据。形象化的观察是学生科学观察的初级阶段，反映的是学生的具体形象思维，如果我们在学生观察中引导学生通过数据进行观察，并以数据引导学生认识现象的本质，无疑把学生以数据作为证据的实证意识向前推进了一大步。二、化感性描述为数据描述，发展学生的数据意识学生在现象观察的描述中，往往是感性化的描述，这是由学生的认知和思维发展的特点所决定的。同时，粗略不精确的感性描述，往往也忽略了许多观察到的现象背后所隐藏的有价值的信息。如：五下液体的热胀冷缩一课观察烧瓶中的水在受热、受冷时的体积变化（如图二），教师往往只要求学生

6、细致观察细管中液柱的升降变化，从而得出水受热时体积膨胀，受冷时体积缩小的结论，这样的观察是感性的、粗略的，忽略了很多有价值的信息。如果教师要求学生在观察时标出细管中液面上升的初始高度和终止高度，用尺量出并下液面上升的高度，让学生对全班这一高度数据进行观察分析，那么学生在现象描述时，会进一步关注为什么有的组液面上升的高度高，有的组液面上升的高度低，可能和什么因素有关系？进而认识到水受热时体积膨胀的程图二度随着温度的变化而变化。学生通过数据的描述分析，获得的就不仅仅是表面的现象结论，而是液体体积变化与温度之间的本质。又如：六下太阳系一课建一个太阳系模型的活动，中提供了八大行星与太阳的平均距离和赤道

7、直径的数据，要求学生把表中行星与太阳的距离按相同比例缩小，试着在桌面上用模型建太阳系模型。其实，这个太阳系模型的建造是感性化的，也是不科学的。学生在建造太阳系模型的过程中仅仅排列了八大行星的顺序，与真实的太阳系情景相去甚远，学生无法通过模型的建构体验太阳系的浩渺、行星的渺小和行星间距离的遥远。如果，教师在学生建构模型的过程中，对数据进行逐步处理（见下表）：小组第一根火柴第二根火柴第三根火柴第四根火柴110 秒22 秒36 秒59 秒25 秒12 秒45 秒118 秒312 秒30 秒65 秒125 秒学生在模拟建造的过程中，通过对数据进行描述和分析就会发现，真实的太阳系模型根本没法完成建造，从

8、而在学生头脑中建立一个大太阳系的概念，发展了学生的空间宇宙观念。而且，学生通过对数据的分析，也明白了中的插图仅仅是一张太阳系的示意图。以数据作为学生现象描述的依据，能使学生的描述更为精确，而且，学生在运用数据的过程中，也逐步培养了对数据的敏感性，从而发展了学生运用数据作为证据的意识。三、化结论分析为数据分析，增强学生的数据意识学生科学探究的过程中，了很多有效的数据，教师在组织学生研讨的过程中，往往引导学生通过观察、分析数据，得出结论。但是，在分析过程中，往往直指实验的结论，而忽略了数据中包含的有用的信息。如：如一位教师执教五上运动与摩擦力一课，教师要求学生在探究活动过程中及时把有关数据汇总到黑

9、板上：教师在组织学生研讨时，只是关注从数据中可以得出什么结论，忽略了数据本身与学生思维发展的价值。如果，教师在学生交流研讨前，先让学生静静地观察数据 2 分钟，写下个人的发现和想法、问题，再小组内交流个人的发现与想法，然后全班交流、研讨，那么，学生经过个人、组内交流后，汇集到全班的交流观点将会有：（1）摩擦力大小与接触面状况有关，接触面光滑，摩擦力小，接触面越粗糙，摩擦力越大；（2）摩擦力大小与物体重量有关，物体轻，运动时摩擦力小，物体重，运动时摩擦力越大；（3）光滑桌面上的摩擦力都小于 0.25N，沙皮纸上的摩擦力都大于 1.5N，空钩码盒运动时的摩擦力都小于 0.2N，加 4 个钩码时的摩

10、擦力都大于 0.3N；（4）物体越轻，接触面越光滑，运动时摩擦力越小，物体越重，接触面越粗糙，摩擦力越大；（5）同样重的物体在沙皮纸上运动，第 1 组和第 5 组测得的摩擦力相差 1N，是什么造成的这些结论与问题的提出，学生都是以数据为支撑的，都能通过对数据小组摩擦力与接触面状况的关系（钩码盒+2 个钩码）摩擦力与物体重量的关系（光滑接触面）光滑桌面毛巾面沙皮纸面空钩码盒2 个钩码4 个钩码10.2N0.8N1.5N0.1N0.2N0.5N20.3N0.9N1.6N0.2N0.3N0.6N30.25N0.8N2N0.15N0.25N0.4N40.15N0.7N1.9N0.05N0.15N0.5

11、N50.2N0.9N2.5N0.1N0.2N0.3N6金星水星地球火星木星土星星海王星缩小 20 亿倍的直径（cm）0.2440.60520.63780.33967.156.0252.5562.475缩小 20 亿倍的距离（m）295475114389714.51435.52252缩小 500 亿倍的直径（cm）0.009760.0242080.0255120.0135840.2860.2410.102240.099缩小 500 亿倍的距离（m）1.162.1634.5615.5628.5857.4290.08的解读作出合理的解释。数据分析的目的是促进学生认知与思维的再发展，是学生的感性认识上

12、升到理性认识的过程。学生在研讨中思维参与的成分越多，形成的结论也越明确，同时，由于思维的介入，学生在研讨、分析过程中发现的问题也就越多，激发学生进一步探究的欲望。正如老师所说的“学生科学探究的标志，不是把所有问题都解决了，而是越探究问题越多”简单分析为直观分析，完善学生的数据意识学生在数据分析的过程中，由于面对的是一个个数字，缺乏动态直观性，因此要从数据中发现规律趋势比较难。如果，我们能恰当地运用统计图表对学生的数据进行再处理，那么， 学生将在直观的数据图分析中，得到抽象逻辑思维的再发展。如：三下磁力大小会变化吗一课测量环形磁铁吸合后磁力大小的变化。学生发现一个环形磁铁能吸 6 个小螺帽，推测

13、 2 个环形磁铁能吸 12 个，4 个环形磁铁能吸 24 个， 学生的前概念是不仅吸引的小螺帽个数增加，而且随着磁铁倍数的增加而倍增。但是，学生在实际的测量过程中获得的数据是：学生通过对数据的分析，发现随着环形磁铁个图三数的增加，吸引的小螺帽的个数并不是成倍地增加，而是吸引的个数越来越少了。教师以此数据让学生去推测 16 个、32 个环形磁铁吸合在一起，小螺帽的个数将会是多少个，学生还是很难推测的。如果，教师将学生的数据转换成图表（上图三），那么学生会更直观地感觉到螺帽的个数增加到一定个数以后将不再增加，从而降低了对数据推测的难度。同样，六上抵抗弯曲一课中纸梁的宽度、厚度与抗弯曲能力的测试实验中，学生从数据中可以发现增加厚度比增加宽度增强抗弯曲能力的作用更明显，但宽度、厚度与抗弯曲的能力之间有什么隐含着的关系，学生数字中难以发现，如果转换成图表（图四），学生就能很直观地发现：（ 1）增加厚度的抗弯曲能力大大超过增加宽度的抗弯曲能力；（2）增加宽度的抗弯曲能力与宽度成正比，增加厚度的抗弯曲能力与厚度的平方成正比。图四形象直观的图表简化了学生对数据内在的数学分析，而且