摘 要 通過實驗收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)是科學探究過程中的重要一環(huán)，但從目前很多小學科學課堂實驗的具體情況來看，學生有時得到的是與實際科學規(guī)律或者生活經(jīng)驗不相符合的異常數(shù)據(jù)。如何做到既尊重科學，又兼顧學生學習的信心和成就感，這是很多科學教師面臨的難題。本文主要圍繞小學科學實驗中異常數(shù)據(jù)的處理策略和成因進行討論分析。

關(guān)鍵詞 小學科學實驗；異常數(shù)據(jù)；策略與成因

中圖分類號 G623.9

文獻標識碼 A

文章編號 2095-5995（2022）08-0061-03

小學科學是體現(xiàn)科學本質(zhì)且十分嚴謹?shù)木C合性基礎(chǔ)課程。在科學課程教學中，經(jīng)常需要進行探究性的實驗活動，學習活動的開展則依賴于從實驗操作中得來的確切數(shù)據(jù)。但從目前很多小學科學課堂實驗的現(xiàn)狀看，很多時候，學生得到的往往是與實際科學規(guī)律或生活經(jīng)驗不相符合的異常數(shù)據(jù)。

例如在一次隨堂課中，教師帶領(lǐng)學生做“比較水和油的吸熱和散熱性能”的實驗。正常情況下，油溫上升速度比水溫上升速度快，可是溫度計顯示的結(jié)果卻和設(shè)想的結(jié)果截然相反。如果讓學生再做一遍實驗，時間上來不及，于是教師只能告知學生書上的結(jié)果然后宣布下課。這種和設(shè)想不一樣甚至截然相反的實驗數(shù)據(jù)就是異常數(shù)據(jù)。出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)并不可怕，關(guān)鍵是我們對待異常數(shù)據(jù)的態(tài)度。

面對這樣的情況，如何做到既尊重科學，又兼顧學生學習的信心和成就感，這也是很多科學教師面臨的難題。

一、常用的異常數(shù)據(jù)處理策略

（一）尊重異常數(shù)據(jù)

一次在進行“彈簧拉力”的實驗時，彈簧長度為6cm，學生在彈簧下端分別掛上1～5個鉤碼來測量彈簧伸長的長度。各小組通過實驗操作獲得了相關(guān)實驗數(shù)據(jù)。

教師將各小組分別掛1～5個鉤碼的實驗數(shù)據(jù)列表呈現(xiàn)后提問：“同學們發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？”學生回答：“掛的鉤碼越多，彈簧拉得越長?！苯處煟骸班?，很好！”一名學生提出異議：“老師，我們組發(fā)現(xiàn)掛四個鉤碼和掛五個鉤碼彈簧的長度差不多。掛四個是10.8cm，掛五個是11cm?！苯處焼枺骸笆菃?？其他小組也是這樣嗎？”除該組外其余學生都搖搖頭。教師說：“那肯定是你們弄錯了?！?/p>

真的是學生弄錯了嗎？有這個可能，但也不排除這根彈簧已經(jīng)到了它的測量極限。教師沒有經(jīng)過實際驗證就斷言學生錯了，這說明教師對待異常數(shù)據(jù)的態(tài)度有誤?？茖W課堂注重培養(yǎng)學生的實證意識，具體的表現(xiàn)就是用數(shù)據(jù)說話。真實的數(shù)據(jù)是學生探尋規(guī)律、總結(jié)規(guī)律、敢于質(zhì)疑的事實依據(jù)，教師不僅要教會學生尊重數(shù)據(jù)，還需以身作則?，F(xiàn)實課堂中，不少學生在完成自己組的實驗后還愛去打聽其他小組的實驗數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)自己小組的數(shù)據(jù)和別組差距較大就會自行更改數(shù)據(jù)，甚至根據(jù)需要編一個數(shù)據(jù)，這和科學課程求真的宗旨相背離。

（二）反推實驗過程

在本文開頭的實驗案例中出現(xiàn)水升溫比油升溫快的結(jié)果是出乎大家意料的，下課后筆者仔細檢查實驗環(huán)節(jié)，在確定溫度計準確、實驗環(huán)節(jié)無誤后，又重做了實驗，發(fā)現(xiàn)還是這樣的結(jié)果。到底是哪里出了問題呢？最后發(fā)現(xiàn)是因為石棉網(wǎng)使用時間太久了，放在裝水燒杯下面的石棉網(wǎng)上的石棉掉了很多，變成鏤空的了；而裝油的燒杯下的石棉網(wǎng)則正常，所以出現(xiàn)了這樣的實驗結(jié)果。在更換了兩塊幾乎一樣的石棉網(wǎng)后，實驗過程中加熱后油溫明顯升得快了。

若實驗中產(chǎn)生了異常數(shù)據(jù)，教師要和學生反推實驗過程，尋找原因，而不是直接否定學生的數(shù)據(jù)，打擊學生的積極性。反推實驗的過程一般包括以下幾個方面：重新檢查實驗的設(shè)計是否合理；變量與不變量的控制是否正確；實驗過程是否與設(shè)計一致；實驗器材有沒有問題；有沒有環(huán)境因素的干擾……這些方面逐一排查之后一般都能找到出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的原因所在。

一次在研究“磁鐵不同位置的磁性強度”時，教師讓學生在磁鐵上等距離標注了ABCDE五個點，然后在各點上首尾相連懸掛回形針，再根據(jù)懸掛的回形針數(shù)量來判別磁鐵不同位置的磁性強弱。

從學生的實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)某組在ABCDE每個點的回形針個數(shù)基本上是其他組對應(yīng)點回形針個數(shù)的雙倍還多，雖然實驗揭示的磁鐵磁性強弱情況沒有問題，但這個數(shù)值明顯有些異常。教師從這組數(shù)據(jù)出發(fā)引導該組學生反思其實驗過程并在全班展示，其他組學生很快發(fā)現(xiàn)了問題：該組的回形針是橫著放的，因為和磁鐵的接觸面積大了，所以磁力也大了，吸附的回形針也多了許多。再讓他們按照與其他組一樣的掛法操作，得到的數(shù)據(jù)就基本與其他組一致了。

（三）重復實驗驗證

找到了問題的癥結(jié)所在，重復實驗進行驗證是檢驗問題的有效方法。重復實驗驗證一般可以通過如下兩種方式來進行。

1.當眾演示

當眾演示的實驗能夠放大實驗中出現(xiàn)的問題，有利于學生順利找出并改正錯誤，同時也有利于培育師生良好的實驗習慣、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

在研究“擺的快慢與擺錘重量的關(guān)系”的實驗中，教師讓學生將擺繩統(tǒng)一設(shè)置成10cm，然后分別掛一個、兩個、三個鉤碼逐一增加擺錘重量進行實驗。其中有一個小組的實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，在一定的時間內(nèi)，每次實驗擺的次數(shù)均不相同，似乎印證擺的快慢與擺錘質(zhì)量相關(guān)，但實際上我們都知道，擺的快慢與擺錘重量無關(guān)。那么這組學生為什么會得到異常的數(shù)據(jù)呢？于是教師讓這組學生到講臺上演示，通過演示操作，大家都發(fā)現(xiàn)了問題：他們掛鉤碼的方法與其他小組不同，該組將鉤碼垂直掛成一長條，而別的組都是將鉤碼平行掛成一長排。掛法的不同導致了實際擺長的增加，當然在一定時間內(nèi)擺的次數(shù)也不同。

當眾演示的方法能夠很好地解決學生們的困惑，同時對全班學生有良好的啟示意義。異常數(shù)據(jù)很有可能是錯誤數(shù)據(jù)，但不是所有的異常數(shù)據(jù)都是錯誤數(shù)據(jù)，讓發(fā)生異常數(shù)據(jù)的小組上臺演示，首先應(yīng)該肯定他們所做的努力，而不能打擊他們的自尊心。

2.重復實驗

在研究“橡皮筋纏繞的圈數(shù)與小車運動距離的關(guān)系”時，教師根據(jù)學生的統(tǒng)計匯報，將各組數(shù)據(jù)記錄下來，表1是其中兩個小組的實驗數(shù)據(jù)。

教師問：“發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？”學生回答：“纏繞的圈數(shù)越多小車運動的距離越遠。”有學生站起來說：“不一定，我們組纏繞6圈時小車運動的距離比4圈時更近?！?/p>

為什么會出現(xiàn)這樣的問題呢？這組數(shù)據(jù)是偶然發(fā)生的還是普遍現(xiàn)象？通常我們會將一些容易出現(xiàn)不確定因素的實驗至少重復進行三次，以取得平均值，而這個實驗教師只安排學生做了一次，當然不容易準確了。重復實驗的作用：一是因為有誤差，需要經(jīng)過多次實驗校正；二是說明此實驗可以重復進行，以表明結(jié)果是經(jīng)得起檢驗的。^[1]這項實驗中，如果排除了其他影響實驗數(shù)據(jù)的原因，最需要進行的驗證方式就是重復實驗。

二、異常數(shù)據(jù)的成因及教學改進

（一）學生方面：興趣雖濃，習慣不良，方法欠妥

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，學生對科學實驗課的興趣比較濃厚，喜歡和非常喜歡科學實驗課的學生占97.5%。學生喜歡上科學課的原因主要是認為可以提高自身的實踐操作能力，也有少部分學生只是覺得實驗課輕松好玩。

學生對科學實驗課的科學性認識不足，部分學生實驗態(tài)度不夠端正，實驗目的不太明確，基本實驗操作技能不夠規(guī)范。例如，有15.8%的學生在實驗之前未注意傾聽實驗要求，有12.3%的學生在實驗時不能夠按實驗步驟規(guī)范操作。有學生在使用酒精燈給物體加熱時并非用外焰，使用天平時不用鑷子夾取砝碼而是直接用手拿，使用測力計前沒有進行調(diào)零，另外在使用溫度計、顯微鏡等工具時也會發(fā)生一些操作錯誤。能夠做到小組合理分工合作的只有66.9%，還有一些小組是由組長一人操作實驗，其他學生當看客；有32.7%的學生認為實驗只需動手操作，無需填寫實驗記錄單。如在“模擬晝夜變化”的實驗中，部分學生沒有認真聆聽教師的講解，沒有搞清楚地球儀轉(zhuǎn)動方向要與地球?qū)嶋H自轉(zhuǎn)方向一致，導致實驗結(jié)果出現(xiàn)錯誤。

教師應(yīng)改變學生隨意散漫的不良實驗態(tài)度和操作習慣，讓學生重視實驗數(shù)據(jù)，并建立統(tǒng)一的標準作為參照，確保數(shù)據(jù)的準確性。教師通過規(guī)范實驗紀律，講解實驗方法，觀看科學家的實驗視頻，認識實驗是一項特殊的學習過程。^[2]這讓學生認識到，科學家成千上萬次的實驗操作就是為了得到一個準確的數(shù)據(jù)，只有有了準確數(shù)據(jù)的支撐，才能進行下一步的科學探究。同時，教師要指導學生養(yǎng)成邊實驗邊記錄的好習慣，對待所有的數(shù)據(jù)都要客觀公正，不能只挑選符合自身實驗想法的數(shù)據(jù)而忽略甚至直接舍棄其他的數(shù)據(jù)。

（二）教師方面

1.實驗指導不夠充分

教師不僅是實驗的組織者，還應(yīng)是實驗的指導者、合作者，學生實驗正確與否很大程度上取決于教師的指導。教師需在實驗之前講明實驗內(nèi)容、目標、步驟和注意事項，在實驗中巡視指導，這樣才能使實驗朝著有效探究的方向發(fā)展。教師在對學生進行實驗指導時要考慮學生的認知水平和動手能力，按照從扶著走到逐步放開的過程進行。同時教師要考慮不同班級學生存在的整體性差異，充分了解學生已有的知識基礎(chǔ)和經(jīng)驗，預判實驗中學生可能會遇到的困難和障礙，既要避免盲目追求教學開放性、浪費時間的無效探究，也要避免指導過度的機械式探究。

2.沒有足夠的實驗時間

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，有36.6%的學生認為課堂上實驗時間不夠充足，主要是科學教師過多的講述支配和占據(jù)著大部分的課堂教學時間和空間，未能真正做到以生為本，還有少數(shù)教師為了趕超教學進度，縮減學生分組實驗時間，導致學生操作倉促，以致出錯。親身經(jīng)歷以探究為主的學習活動是學生學習科學課程的主要途徑，科學課程應(yīng)向?qū)W生提供充足的器材和時間，保證學生獲得充分的科學探究機會。在探究式課堂教學中，分配給學生的自主學習時間至少應(yīng)有20分鐘，要讓學生真正成為學習的主人。

3.對實驗原理的認識欠準確

少數(shù)教師對所設(shè)計實驗的原理理解不透徹，導致設(shè)計不嚴密，學生操作易出錯。教材上的觀察、實驗活動，教師在上課前都要親自演練一遍。比如在“制取二氧化碳”的實驗中，教師沒有對裝置的氣密性進行認真檢查，導致實驗無法完成。又如在氣體收集階段，對于制取的氧氣或是二氧化碳，集氣瓶該正立還是倒立？采用哪種方法收集？這里所涉及的大氣壓原理、氣體的密度及水溶性等物理性質(zhì)，都是教師必須深刻理解和掌握的基本知識。假若教師自己沒有做下水實驗，僅憑理論上的設(shè)想，到現(xiàn)實課堂上就容易出現(xiàn)意料不到的情況，浪費學生寶貴的學習時間，有時甚至會造成嚴重的實驗事故。因此，在每一堂科學實驗課之前，教師一定要理論聯(lián)系實踐，做到胸有成竹。

4.課前準備工作不夠充分

在實驗活動教學過程中，難免會發(fā)生一些偶發(fā)性的事件。作為科學教師，我們必須明確，偶發(fā)性事件和實驗活動本身有著密切的關(guān)系。因此，科學教師在實驗前需做大量相關(guān)的準備工作，尤其是在實驗器材的選擇與準備方面要精心細致，否則會影響學生實驗的效果。實驗之前，教師要認真選擇檢查實驗器材，以保證實驗的正常開展和有效操作。實驗研究的材料要具有多樣性和結(jié)構(gòu)性。比如研究“我們周圍的土壤”時，教師要力求從不同的地方采集不同的土壤，通過觀察，分析不同類型土壤的差異，進而認識到不同的土壤適合種植不同的植物。如果教師只是進行單一的樣本采集，由數(shù)據(jù)得到的實驗結(jié)論往往是有悖于科學常識的。

科學探究是一個理性的過程，科學結(jié)論的形成是一個不斷修正的過程，它需要真實數(shù)據(jù)作支撐。異常數(shù)據(jù)的產(chǎn)生是課堂中的一段小插曲，更是一次難得的探究契機^[3]，而對異常數(shù)據(jù)的處理方式則凸顯了教師的教學機智。當我們面對異常數(shù)據(jù)時，需要尊重事實，切勿妄下結(jié)論；傾聽不同見解，理性分析；引導學生深入探究，不隨意否定學生；重復實驗驗證，根據(jù)新的數(shù)據(jù)不斷修正、完善自己的結(jié)論，創(chuàng)造和諧、積極的學習氛圍。

（韓曉艷，江蘇省南通市韜奮小學，江蘇 南通 226352）

參考文獻：

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[2]宋斌，趙啟安.基于數(shù)據(jù)分析的小學科學實驗[J].中小學數(shù)字化教學.2019（5）：21-23.

[3]徐芳芳.基于科學精神培養(yǎng)兒童的數(shù)據(jù)分析觀念[J].江蘇教育.2021（1）：47-50.

責任編輯：毛盼盼