文 梁東紅
在小學科學對比實驗教學中對學生數(shù)據意識的培養(yǎng)
——以蘇教版四年級《擺》為例
文 梁東紅
【案例一】
某教師在上《擺》一課時,要求學生根據實驗計劃,進行“擺線長短與擺的快慢”的對比實驗,在其他條件不變的情況下改變擺線長短,測試擺的快慢,擺線長短分別是10 cm,20 cm,30 cm。其中有一個小組在完成前面兩次實驗后,由于時間關系,并沒有實際測量而是根據猜測把最后一組實驗數(shù)據記了上去,并得出結論:擺的快慢與擺繩長度有關,長則慢,短則快。
【案例二】
同是上《擺》一課的教學中,某教師在課堂上組織學生進行對比實驗,要求只改變擺線長短,計算出10 s擺擺動的次數(shù),教師在引導學生匯報、整理實驗數(shù)據時有一組數(shù)據與其他組是完全相反的,但是教師卻有意忽視這組數(shù)據,順利得出實驗結論。
從以上案例及平時對比實驗教學中我們不難發(fā)現(xiàn)有的學生由于教師設計的實驗記錄單不合適、小組實驗操作不規(guī)范導致數(shù)據不準確;有的教師為了達成教學目標,有意無意忽略一些“異常數(shù)據”,甚至刻意掩蓋;有的學生缺少處理異常數(shù)據的能力……這些將直接影響學生對數(shù)據的整理與分析及運用數(shù)據進行解釋預測的實效性。
“新課程標準”指出:科學探究要培養(yǎng)學生的實證意識。在我們對事物及現(xiàn)象進行定性或定量分析時,數(shù)據會使我們思路更清晰,結果更精確。通過收集、整理、分析數(shù)據并運用數(shù)據來解釋相關的問題、現(xiàn)象,這將培養(yǎng)學生實事求是的科學精神,提高科學探究效率?,F(xiàn)具體結合《擺》的課例分析,談談小學科學對比實驗教學中學生數(shù)據意識的培養(yǎng)。
對比實驗中學生需要收集更多的實驗數(shù)據,對實驗要求高,實驗前,教師要創(chuàng)設平等寬松的課堂氛圍,了解每一組收集數(shù)據的情況,特別是數(shù)據有異常的小組。除此之外,教師更要關注提供給學生進行數(shù)據收集的“有結構材料”。“有結構材料”是指根據一堂課的教學目標,精心選擇、設計為學生探究活動所提供教學材料的有機組合。例如《擺》一課中,要研究“擺長、擺重、擺角”對擺擺動快慢的影響,一節(jié)課的時間學生不可能全部做完這些對比實驗,只能有目的選擇材料完成其中一組條件對擺擺動快慢的影響,然后聽取其他組的匯報,使得該課的對比實驗探究有一定局限性。因此,教師對實驗器材進行改良,在原有方座支架上固定一根鐵棍,在鐵棍一端安裝好刻度盤,在合適位置鉆孔,穿線固定,在線上綁上磁石,制成便于且有效調節(jié)重量的擺重,這樣方便操作的“擺的研究實驗器材”輕松地把“擺繩、擺重、擺角”三要素都考慮在內,學生在實驗過程中條件控制更精確,實驗數(shù)據將更準確、有效。
在準備有結構材料過程中,教師要熟悉教材,只有吃透教材,才能更好地優(yōu)化材料結構。例如《擺》一課中,教師理清了教材中橫向和縱向聯(lián)系,選擇出具有結構性的材料。教師還可以對每個單元的材料清單進行刪減,剔除一些不便操作的材料,增加一些容易準備且有典型性的材料。例如本課中我們利用增減磁石控制擺重,便于操作(如圖1所示)。
圖1
正確規(guī)范的操作,實驗中細節(jié)的考量,將保證對比實驗中數(shù)據收集的真實有效,在課堂上教師還要注意培養(yǎng)學生及時記錄數(shù)據的習慣,使學生逐漸學會記錄實驗數(shù)據,例如,可以引導學生用實驗記錄單記錄實驗過程中觀測結果、實驗數(shù)據等,把每次測得的數(shù)據填在相應的表格或圖表中,使原本無序、雜亂的數(shù)據變得有序。由于對比實驗只改變某個特定條件,從收集到的數(shù)據中找出某種事物或某個量在這個特定條件發(fā)生改變時的變化規(guī)律,因此優(yōu)化實驗記錄單顯得尤為重要,它將便于學生通過數(shù)據發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律,更養(yǎng)成學生認真負責的科學態(tài)度。如《擺》一課中,書本上的實驗記錄單如下:
這張記錄單要求學生詳細記錄對比實驗中要改變的條件、不變的條件及各組實驗數(shù)據等內容,但是對于剛接觸對比實驗的四年級學生而言,這樣的表格要求填寫的內容太多,不夠簡潔,不易于學生的書寫及數(shù)據的記錄?;趯W情分析,教師對教材中的實驗記錄單進行優(yōu)化,設計了更符合孩子探究水平、便于整理實驗數(shù)據的記錄單(見表1~3)。
表1 擺的快慢與擺角的大小的關系(15s內擺動次數(shù)的記錄)
表2 擺的快慢與擺重的重量的關系(15s內擺動次數(shù)的記錄)
表3 擺的快慢與擺繩的長度的關系(15s內擺動次數(shù)的記錄)
在引導學生充分討論并明確本課對比實驗要點的基礎上,3份實驗記錄單清楚展現(xiàn)了學生進行3個對比實驗的操作過程和實驗結果,較之原來的實驗記錄單更方便學生對實驗數(shù)據進行收集、整理從而得出實驗結論,這3份研究擺擺動快慢實驗記錄表先是研究擺重、擺長相同,擺角不同時,在相同的時間內擺擺動次數(shù)是否相同;然后研究當擺長、擺角相同,擺重不同時,在相同的時間內擺擺動次數(shù)是否相同;最后只改變擺線長短,研究擺擺動快慢是否相同。從整個實驗過程來看,實驗安排的順序也有難易之分。優(yōu)化實驗記錄單時可以考慮對比實驗中各個需要改變條件的變化順序,有利于學生展開由易到難、由表及里的思維活動,也更便于學生實驗操作及數(shù)據的收集整理。
1.用直觀化的形式處理數(shù)據
對比實驗中得到的數(shù)據需要進行整理、分析,才能發(fā)現(xiàn)其中的聯(lián)系及規(guī)律?!稊[》一課以往是用表格收集各組數(shù)據,學生借助數(shù)據發(fā)現(xiàn)單一變化規(guī)律,但沒有對別組的數(shù)據進行比較觀察,缺乏大數(shù)據的意識。某位教師執(zhí)教時借助展板展示各組實驗數(shù)據(如圖2所示),通過“觀察這些數(shù)據,你有什么發(fā)現(xiàn)?”的問題引導學生關注其他組數(shù)據,學生對數(shù)據進行橫向對比很快發(fā)現(xiàn)擺擺動的快慢與擺重無關,教師再引導學生對這些數(shù)據進行整理:“當擺重相同時,觀察這些數(shù)據,你又有什么收獲呢?”學生對數(shù)據進行整理、分析,發(fā)現(xiàn)了影響擺擺動快慢的因素。
圖2
2.用質疑的態(tài)度處理“可疑”數(shù)據
探究改變擺長影響擺擺快慢實驗后,學生繼續(xù)進行改變擺重重量對擺快慢影響的實驗操作,得到以下實驗數(shù)據(見表4)。
表4 擺動的時間記錄(單位:s)
表4(續(xù))
教師讓學生觀察哪些數(shù)據可以作為進一步分析時使用,哪些數(shù)據“可疑”。為了便于發(fā)現(xiàn),教師讓學生算出兩列數(shù)據的差。學生很快發(fā)現(xiàn)第七組數(shù)據有問題,因為其他組的兩組數(shù)據差別在0.3 s之內,而第七組相差1.14 s,第七小組把測量的3次數(shù)據拿出來,發(fā)現(xiàn)掛一個鉤碼3次測量時間分別是11.22 s,13.54 s,12.95 s,在同一條件下測量的數(shù)據差別較大,所以一致認為第七組數(shù)據不可信,要剔除。學生對第八組數(shù)據也產生了疑問,因為其余七組數(shù)據都是在11秒和12秒之間,但第八組數(shù)據是13 s和14 s之間。通過第八組和其他組實驗裝置的對比,發(fā)現(xiàn)第八組的擺長比其他組的擺長長,所以擺動時間也比其他組要多一些,這組數(shù)據是可以考慮的。
當“可疑數(shù)據”出現(xiàn)時,能正確對待的教師比較少,往往教師更關注“正常”數(shù)據,從“正常”數(shù)據中總結出本課結論,但如果數(shù)據本身有問題,那依靠數(shù)據得出的結論也不正確。因此當數(shù)據出現(xiàn)錯誤或偏差時,教師要引導學生質疑數(shù)據,排除可疑數(shù)據,指導和糾正錯誤的實驗方法,甚至鼓勵學生大膽質疑實驗操作的規(guī)范性,找到影響實驗數(shù)據準確性的因素。
數(shù)據是小學科學對比實驗教學中最重要的實證之一,是對比實驗中得出結論、做出解釋最重要的依據。在對比實驗教學中,教師要引導學生正確收集、整理數(shù)據,充分利用數(shù)據說話,從而推進學生的科學探究活動,以建立正確的科學認識。
作者信息
梁東紅,本科,一級教師。福州市倉山區(qū)教師進修學校,350007