王世力
【摘 要】實驗數(shù)據(jù)是學生在探究活動中觀察并記錄的第一手證據(jù),能幫助學生建立自己的觀點,培養(yǎng)用事實說話、用證據(jù)解釋的科學實證精神。但在實際教學中多存在著實驗數(shù)據(jù)不準確,缺乏對實驗數(shù)據(jù)的剖析,個別小組的特殊數(shù)據(jù)常常被教師忽略,最終以標準答案代替學生的實驗結果等情況。長此以往,對學生的科學思維的培養(yǎng)是不利的。這就要求教師在日常的教學中要有意識地改進器材排除干擾,借助圖表直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù),利用數(shù)據(jù)深入剖析論證,幫助學生獲得有效的實驗數(shù)據(jù),建立科學探究的精神。
【關鍵詞】實驗數(shù)據(jù) 獲取數(shù)據(jù) 呈現(xiàn)數(shù)據(jù) 推理論證
學生做實驗后的討論交流環(huán)節(jié),是學生運用探究獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)進行分析解釋、推理與論證的過程,也是學生認知沖突與思維碰撞提升科學概念的過程。但實際教學中,好多教師卻只讓學生以小組為單位陳述或展示獲得的現(xiàn)象或數(shù)據(jù),并沒有對數(shù)據(jù)進行剖析,組與組之間沒有互動交流,沒有集體的相互論證,對個別小組的特殊數(shù)據(jù)亦以“可能你們小組測量的時候出了問題”等個人的經(jīng)驗感受來回避,最后以教師的小結作為結論而結束。其帶來的不良后果有三:一是學生對自己的觀察與實驗結果缺乏信心,久而久之容易產(chǎn)生為了順應大流而篡改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象;二是缺乏分析與解釋,使學生對數(shù)據(jù)與結論之間難以建立關聯(lián),難以使概念真正內化于心;三是缺乏對學生科學邏輯思維能力的培養(yǎng)。本文以《熱起來了》一課為例,就數(shù)據(jù)的獲取、呈現(xiàn)與論證談談認識。
一、改進器材,科學獲取數(shù)據(jù)
基于數(shù)據(jù)論證的前提是學生獲取科學的數(shù)據(jù)。在學生的探究活動中,有許多因素會影響學生實驗數(shù)據(jù)的獲得,如實驗儀器的不精確、實驗材料的不典型以及周圍環(huán)境的影響等,都會造成學生獲取的實驗數(shù)據(jù)的不合理。在此數(shù)據(jù)基礎上的解釋與論證就會偏離預定目標,與構建核心概念背道而馳。因此,教師首先要做的是對實驗器材的改進與優(yōu)化。
(一)改進儀器,避免估值影響數(shù)據(jù)
小學科學中有好多測量數(shù)據(jù)是需要學生進行估計的,如量筒測量液體的體積、玻棒式溫度計測量液體的溫度、彈簧測力計測量力的大小等,學生在利用這些儀器進行測量,記錄數(shù)據(jù)時會有估上估下的誤差值,單獨一個數(shù)據(jù)或兩個數(shù)據(jù)對比明顯的情況下,不會受影響。但如果是一組連續(xù)的數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)變化不大的情況下,估值的上與下就會對數(shù)據(jù)的分析與解釋造成直接的影響。
《熱起來了》一課教材安排的是采用玻棒式溫度計測量一本字典的溫度。玻棒式溫度計只能精確到1攝氏度,每一小格之間的0.1至0.9攝氏度的值是需要學生來進行估計的,這個值的大小有人為的主觀因素,甚至同一個學生在前后幾次的估值中都有差異,這就使得個別小組記錄的數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了“裹了衣服后溫度升高了零點幾攝氏度”的情況,這為后面基于數(shù)據(jù)的解釋與推理帶來了麻煩,哪怕是增加了0.1攝氏度,學生也認為是衣服增加的熱量。
溫度能否不用估計就直接顯示出來呢?基于本課核心概念建構的需要,我們對儀器進行了升級,用數(shù)字溫度計代替玻棒式溫度計,解決了學生人為估值影響數(shù)據(jù)的問題,也符合新科技產(chǎn)品走進科學課堂的理念。使用數(shù)字溫度計后顯示出了明顯的優(yōu)勢:一是靈敏度提高,節(jié)省了溫度變化的等待時間;二是誤差更小,數(shù)據(jù)更準確;三是溫度不需要估算,消除了人為估值對數(shù)據(jù)的影響,更便于學生的記錄,為后續(xù)的論證環(huán)節(jié)做好了鋪墊。
(二)改進材料,防止他因干擾數(shù)據(jù)
受小學生年齡特點的影響,學生在探究活動中往往對探究材料特別感興趣,領到材料后,經(jīng)常會不自覺地把弄材料,如對材料進行“親密接觸”,而這些材料又對“接觸”比較敏感的話,就會對實驗數(shù)據(jù)進行干擾。
《熱起來了》一課中,部分小組學生在領到溫度計以后不是先記錄起始溫度,而是用手握住了溫度計的下端玻璃泡部分,致使溫度升高,這時再記錄起始溫度,顯然數(shù)據(jù)不科學。特別是在測量幾分鐘內的溫度變化過程中,有些同學把溫度計取出來放進去反復操作,致使數(shù)據(jù)上下波動。另外,早上的科學課容易受室內溫度逐漸上升的影響等。在如此多因素的干擾下,好多組的數(shù)據(jù)出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象。
要解決這一問題,除了在實驗前對學生的操作進行強調以外,可以對選用的材料進行改進。在本課中,可用一瓶接近人體溫度的溫水來模擬身體,代替教材中安排的字典。數(shù)字溫度計一開始就插入瓶中,學生領到材料后,主觀上不容易接觸到溫度計敏感的下部。另外,周圍的室溫遠低于溫水的溫度,根據(jù)熱量的傳遞特點,環(huán)境溫度變化自然也不會再干擾數(shù)據(jù)。由此,干擾數(shù)據(jù)的問題也就迎刃而解了。
二、借助圖表,直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù)
在學生獲取實驗數(shù)據(jù)之后,把數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來以供解釋與論證所用尤為重要。常見的方式有三:一是學生根據(jù)記錄表讀、報數(shù)據(jù);二是小組成員把記錄表在實物投影儀上邊展示邊宣讀;三是各組把數(shù)據(jù)填寫在教師準備的匯總表中。顯然,第一種方式失去了數(shù)據(jù)的價值,第二種方式比較常見,但缺乏全班整體數(shù)據(jù)的橫向比較;第三種方式相對比較理想,但需要教師準備一張大的匯總表,且不利于數(shù)據(jù)的直觀處理。在數(shù)字化時代,我們完全可以利用Excel等軟件以數(shù)據(jù)圖表的形式呈現(xiàn),同時可以對數(shù)據(jù)進行直觀處理。
(一)借助柱形圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)整體
Excel中有個數(shù)據(jù)透視圖功能,經(jīng)過簡單的設置就可以將數(shù)據(jù)匯總并以我們需要的圖表形式直觀呈現(xiàn)。《熱起來了》一課采用柱形圖的方式直觀形象地呈現(xiàn)全班所有小組的實驗數(shù)據(jù),效果比較明顯。數(shù)據(jù)的輸入、呈現(xiàn)與學生的探究活動同步,在學生用數(shù)字溫度計測量溫度的過程中,每獲得一個數(shù)據(jù),各組就可以指定一名同學到臺上電腦圖表中輸入數(shù)據(jù),實時呈現(xiàn)在大屏幕上。有了全班學生的監(jiān)督,避免了個別學生對數(shù)據(jù)的任意篡改。同時,學生在測量溫度的間隙也不再無事可干,可通過大屏幕隨時觀察各組同學測得的實時數(shù)據(jù),初步地進行分析與思考。等全班學生實驗完畢,數(shù)據(jù)也同時輸入完畢,一張全班各組數(shù)據(jù)的柱形圖便呈現(xiàn)在大家面前。如圖1,上半部是直觀圖,下半部是數(shù)據(jù)。
此柱形圖充分利用了Excel數(shù)據(jù)處理模塊,直觀形象地呈現(xiàn)了12組學生的實驗數(shù)據(jù),使學生面對全班大量的數(shù)據(jù)不再眼花繚亂,通過圖形與具體數(shù)據(jù)的結合,有助于學生對數(shù)據(jù)的觀察與分析、推理與論證,實際效果很好。
(二)借助折線圖呈現(xiàn)數(shù)據(jù)趨勢
有時候我們并非需要對所有數(shù)據(jù)進行呈現(xiàn)與對比分析,而是顯現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢,這時候,我們就可以借助折線圖來達成目的?!稛崞饋砹恕芬徽n中學生在對數(shù)據(jù)整體分析后發(fā)現(xiàn),衣服不能給身體增加熱量,同時發(fā)現(xiàn)這樣一個問題:裹了衣服溫度還在降低,那衣服還有作用嗎?學生自然會產(chǎn)生這樣的問題,而對這個問題教師可以進行預設,在學生探究活動中事先在其中一個小組預增一個對比實驗,這時就可以把這個小組的對比數(shù)據(jù)以折線圖(見圖2)呈現(xiàn),使學生對裹了衣服和沒裹衣服的溫度變化趨勢一目了然,也使學生對保溫的概念有一個新的認識:保溫并不是能一直保持溫度不降,而是減緩熱量的散失,使溫度降低的速度減慢。
三、利用數(shù)據(jù),深入剖析論證
科學獲取數(shù)據(jù)并借助圖表直觀呈現(xiàn),其目的是幫助學生建立自己的觀點,用事實說話,用證據(jù)解釋,培養(yǎng)實證精神。因此,在交流研討環(huán)節(jié),教師要組織學生充分利用數(shù)據(jù)來說話、來解釋,使課堂交流成為學生對話的平臺,成為學生推理論證的契機,在個體到集體的論證中,得到思維的發(fā)展、概念的完善與提升。
(一)自我分析,個體論證
個體論證是本人或本組成員對自己或本組的實驗數(shù)據(jù)進行分析與解釋、交流與分享的過程,是學生基于自己的觀點尋求證據(jù)進而發(fā)展自己觀點的過程,有助于學生從證據(jù)上升到解釋,促進思維的發(fā)展。
《熱起來了》一課中,全班學生在探究活動前就已經(jīng)借助生活經(jīng)驗與感受建立了兩種不同的觀點:“衣服能給身體增加熱量”和“衣服不能給身體增加熱量”。但由于這兩個觀點都是建立在學生主觀感受基礎上,誰也說服不了誰。于是教師要引導學生用事實來說話,用證據(jù)來解釋?!笆聦崱焙汀白C據(jù)”就在學生實驗觀察到的數(shù)據(jù)里。因此,研討交流的首要任務就是組織學生開展個體論證,要讓學生觀察圖1柱形圖中自己小組的數(shù)據(jù),從起始溫度、1分鐘后的溫度、2分鐘后的溫度、3分鐘后的溫度這幾個數(shù)據(jù)作縱向的觀察與分析,用數(shù)據(jù)來佐證自己的觀點。在觀察分析中,有些小組發(fā)現(xiàn)自己組數(shù)據(jù)中的四個溫度沒有一個上升,說明衣服不能給身體增加熱量,與自己當初的觀點一致;而起初持不同觀點的有些小組也發(fā)現(xiàn)自己組四個數(shù)據(jù)的溫度也沒有上升,與自己當初的觀點不一致,從而產(chǎn)生了認知沖突。在這里,是堅持自己原先的觀點,還是尊重事實,尊重數(shù)據(jù),體現(xiàn)了科學態(tài)度和精神的滲透與培養(yǎng)。
(二)全班互動,集體論證
在個體論證的基礎上,教師組織學生開展集體論證,讓全班同學對其他小組的數(shù)據(jù)進行比較分析、質疑批駁或解釋評價,通過不同觀點的相互“交鋒”,產(chǎn)生思維碰撞,在實現(xiàn)從個體表征到集體建構的飛躍過程中理解科學概念和科學本質。
《熱起來了》一課,教師一方面要求學生對自己小組數(shù)據(jù)進行分析論證,另一方面則要求學生對其他小組的實驗數(shù)據(jù)進行觀察。這時,有些學生就會對一些特殊的數(shù)據(jù)進行關注,并提出自己的分析、質疑與推理。在此基礎上,教師還要引導學生從全班的角度觀察數(shù)據(jù),從上升、下降或者是基本一致幾個方面進行數(shù)據(jù)分析。學生就會發(fā)現(xiàn),圖1中沒有一個小組溫度上升,解釋說明了衣服不能增加熱量。同時還發(fā)現(xiàn)絕大部分小組數(shù)據(jù)有下降的現(xiàn)象,這是在學生的意料之外,更促使學生去進一步分析原因,去聯(lián)想生活實際來思考。在相互的交流論證中,知道了溫水在不斷地向外界散發(fā)熱量,而衣服只是起到了保溫的作用,使溫度下降的速度減慢。這里,對數(shù)據(jù)的分析與交流、推理與解釋,既驗證了衣服不能給身體增加熱量的問題,又產(chǎn)生了新的問題。這樣,學生的匯報交流就不再是數(shù)據(jù)的簡單呈現(xiàn)與結果的主觀臆斷,而是一個不斷對話、交互的理性過程,更注重概念建構與思維發(fā)展的有效融合。
綜上所述,引導學生基于數(shù)據(jù)的分析與解釋,能有效解決匯報交流單純呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的問題,能幫助學生改變?yōu)橛涗浂涗洝閰R報而匯報的現(xiàn)狀,慢慢引領學生對數(shù)據(jù)的尊重,對數(shù)據(jù)的利用,以及運用數(shù)據(jù)來推理與論證的能力,更好地促進學生思維的發(fā)展。
(浙江省奉化市實驗小學 315500)