指向高阶思维的实验数据处理策略研究

〔摘""要〕"探究实验是小学科学主要的学习方式，而数据是探究实验成果的重要证据，当下小学科学课堂教学在实验数据的处理中存在缺少精准获取、有效呈现与深度论证的现象，致使高阶思维培养缺基础、少支架，缺路径。因此需要精准获取数据，为高阶思维发展巩固基础；有效呈现数据，为高阶思维发展搭建支架；深度论证数据，为高阶思维发展拓展路径。〔关键词〕"小学科学；实验数据；高阶思维；策略高阶思维，是指发生在较高认知水平层次上的心智活动或认知能力。在小学科学课堂教学中，实验数据是体现科学探究成果的重要证据，对实验数据进行分析是探究过程的重要组成部分，也是学生发展高阶思维的有效途径。高阶思维模型框架表明，高阶思维是一个多种认知成分协同作用的复杂认知过程，具体包括三个步骤。步骤一：分析问题情境；步骤二：建立新旧知识之间的联系；步骤三：综合不同维度的信息，产生创新性认知，建构认知图示（如图1）。数据处理一般包括数据获取、数据呈现、数据运用三个过程，是一个动态的分析问题和解决问题的过程，所以在这个科学探究实验数据处理机制过程中，学生对数据进行分析、综合、比较、分类、推理等，这些思维方法都是有利于高阶思维能力的发展。但当下小学科学课堂教学中学生的数据处理能力不足，存在缺少精准获取数据的方法、有效呈现数据的方法与深度论证数据的过程，致使高阶思维能力发展缺基础、缺支架、缺路径。在课堂教学中，如何做好实验数据的获取、呈现与论证，发展学生高阶思维能力呢？一、精准获取数据，巩固高阶思维基础在科学探究活动中，由于测量仪器不精确、记录不准确、实验设计不典型等问题，常常导致学生获得的实验数据不精确，不利于后续的分析处理，无法得到高阶思维能力的提升。那么，如何巩固高阶思维基础呢？（一）优化获取方法，提高数据精确性在教材中，有些实验采用老旧的实验材料进行探究，由于仪器精密性的限制导致获取的数据不可定量，数据的精确性无法保障。随着信息技术的不断进步，我们可以采用现代信息技术手段与实验教学相结合的方式得到更加精确的数据（如表1）。（二）改进实验记录，提高数据有效性用一定的实验记录单、学习单等方式对实验结果进行记录，是我们获取实验数据的一个重要方法，但是条理不清、烦琐的记录方法往往会影响到数据的有效采集。因此合理、科学、高质量的实验记录单能直接影响探究实验活动的效果，并直接影响学生对数据的处理。如在对比实验中，我们尽可能地将变量具体化，同时在统计实验数据时把各种因素呈现在同一张表中观察，用复式统计表呈现数据（如表2）。（三）优化实验设计，保证数据科学性要获得科学的实验结论，运用数据建构科学概念，优化实验设计是前提与基础。在小学科学探究实验教学中经常会出现一些不符合科学规律的异常数据，而究其原因，在于材料不够科学、内容设计与实验设计不够优化。教师课前通过下水实验，合理优化内容设计，选择有结构的实验材料并优化实验设计，是获取科学数据的前提（如表3）。二、有效呈现数据，搭建高阶思维支架在学生经过探究实验获取实验数据后，将数据通过整理，用合适的方式呈现是至关重要的。小学生以形象思维为主，面对抽象复杂的信息、数据以及数量关系往往难以发现数据之间的联系并解构信息的内在规律。搭建数据呈现的“支架”，是运用数据进行科学论证，提升高阶思维能力的基础。（一）“大数据”法，呈现数据关系“大数据”法是指教师借助一定的手段全面呈现数据，以更多有效的数据作为证据推理论证观点。“大数据”法通过引导学生分析事物或现象的大数据以发现隐藏在数据背后各部分之间的关系，从而揭示规律。在这个过程中，学生需要经历将事物或现象的各部分进行相互关联，以发现各部分之间的相互关系，这正是分析思维活动的过程，操作流程一般如图2。（二）科学取值法，呈现数据差异科学取值法是指引导学生用一定的方法对实验数据进行合理取值，通过对取值后的数据进行分析，呈现数据差异。一般由以下几个步骤组成（如图3）。[获取数据][科学取值][核验数据][分析数据规律]图3""科学取值法操作流程步骤一：“获取数据”，是指指导学生通过实验等方法获得数据。步骤二：“科学取值”，是指将通过实验获得的数据用一定的取值方法进行合理取值。步骤三：“核验数据”，是指引导学生对汇总的全班数据进行核验，以获取真实可靠的数据。步骤四：“分析数据规律”是指组织学生根据分析结果，总结出规律或规则。如表5所示，以《让小车运动起来》一课为例，科学取值法策略的操作流程。（三）借助图表法，呈现数据趋势借助图表法是指引导学生将收集到的数据进行汇总与整理，转化为合适的图表，并利用图表进行信息的比较，从而发现信息背后的成因或相互之间的联系与规律，操作流程一般如图4所示。三、深度论证数据，拓展高阶思维路径借助一定的方法呈现数据后，综合不同维度信息、产生创新性认知、建构认知图示这三步是形成深度论证的关键步骤，有助于形成高阶思维，实现思维进阶。（一）综合不同维度信息，发展结构化思维结构化思维是一种逻辑严谨、条理清晰的思考方式，它帮助我们在面对复杂问题时，通过分解问题、分类信息和建立逻辑关系来达到清晰和有序的思考。综合不同维度信息通过展示与比对的方法识别数据之间的联系，以形成整体的认知，这时学生的思维就在整合、归纳、总结的过程中，促进结构化思维的发展。对数据进行多元形态展示，将大数据采用一定的技术手段同步呈现与集体采集，并将展示的数据通过一定方法进行比对，是对数据进行分析与综合的前提（如表7）。（二）产生创新性认知，发展创新性思维在综合了不同维度的信息后，结构化的、系统性的知识还存在于大脑中，需要进一步加工内化产生一个“内在一致、功能统一的整体”，或者一个“新的模型和结构”，这个过程是最高层级的高阶思维，即新知识的创造。在深度论证数据时，要引导学生产生创新性认知，发展创新性思维。在对实验数据论证时，通过设计有层次的“论证问题串”可以引导学生进行深入思考、发散思维，进行深度论证，由浅入深，层层递进。通过关键问题的设计，引导学生研讨论证环环相扣、有理有据，让学生思维的严密性和完整性得到发展（如表8）。（三）建构认知图示，发展批判性思维批判性思维是一种理性的、分析性的思维方式，它强调对信息的深度理解、分析和评价。在这个信息爆炸的时代，我们每天都会接触到大量的信息。批判性思维就是我们处理这些信息的一种方式，它帮助我们分析这些信息，探究背后的原因和结果，鼓励我们对日常所接收的信息进行质疑、分析和反思，从而达到更深层次的理解。在实验结果论证中，发展批判性思维应该引导学生建立这样的认知：通过初步交流暴露学生的共性问题，通过深入思辨，学生在相互质疑、评价、批判过程中明确处理方法，通过迭代交流最后揭示数据背后规律，建构新的认知