【摘 要】本文以教科版五年級上冊“擺的認(rèn)識”為例,以問題驅(qū)動統(tǒng)計、記錄驅(qū)動分析、反思驅(qū)動推理等策略,幫助學(xué)生提高數(shù)據(jù)意識。
【關(guān)鍵詞】統(tǒng)計圖表 學(xué)科融合 數(shù)據(jù)意識
數(shù)據(jù)意識是當(dāng)前公民不可或缺的基本素質(zhì),也是新時代每個學(xué)生都必須具備的科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)中,教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察統(tǒng)計數(shù)據(jù)信息,用不同的方式分析與解讀相關(guān)信息,對實驗現(xiàn)象進(jìn)行合理解釋。為了更好地觀察數(shù)據(jù)信息,我們通常會用到統(tǒng)計圖表。當(dāng)前,統(tǒng)計圖表在科學(xué)教育教學(xué)中得到深入、廣泛的應(yīng)用,成為一種重要的學(xué)習(xí)方式。
教科版五年級上冊“計量時間”單元《機械擺鐘》《擺的快慢》《制作鐘擺》三課中關(guān)于擺的知識點有5份統(tǒng)計表,每張統(tǒng)計表邊上基本都呈現(xiàn)了提示性操作圖片、實驗規(guī)范性語言,也隱藏著實驗方法與注意事項。筆者結(jié)合實際教學(xué)所需,將以上三課知識系統(tǒng)整合為“擺的認(rèn)識”,并以此為例,探究如何利用統(tǒng)計圖表培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識。
一、問題驅(qū)動統(tǒng)計——激發(fā)數(shù)據(jù)的洞察力
在《機械擺鐘》教學(xué)中,筆者將教材中“測量鐘擺1分鐘擺動的次數(shù)”的任務(wù)改編為“1分鐘之內(nèi),你想測出鐘擺多長時間里擺動的次數(shù)呢”。開放性問題將學(xué)生的思維打開了。學(xué)生提出可以分別測鐘擺10秒、15秒、20秒、30秒、60秒所擺動的次數(shù)。學(xué)生兩兩一組,自選三個不同時長,一人計時一人計數(shù),分別測三次。集體匯報時,學(xué)生在觀察對比中發(fā)現(xiàn),機械鐘擺動秒數(shù)與擺動的次數(shù)一致,即每秒擺1次,一分鐘共擺60次。這樣的觀察避免了三次均觀察1分鐘時長所造成的費時且數(shù)據(jù)單一的缺陷,自然催發(fā)了學(xué)生自覺收集數(shù)據(jù)的需求,提高精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的洞察力,增強學(xué)生對古人發(fā)明機械擺鐘所體現(xiàn)出來的智慧的自豪感,激發(fā)后續(xù)的探究欲望。
二、記錄驅(qū)動分析——練就數(shù)據(jù)的思考力
同一單擺在相同時間內(nèi),擺動次數(shù)相同,那么不同的單擺在相同時間里擺動的次數(shù)相同嗎?《機械擺鐘》的實驗二是:自制一個擺,觀察擺運動的特點。這一實驗涉及繩子與重物兩種材料,結(jié)構(gòu)簡單、材料易得。但是,在教學(xué)中,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生自備材料過于豐富多樣,分散了關(guān)于擺的快慢因素的猜想,不利于《擺的快慢》的教學(xué)。因此,筆者進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn),設(shè)立材料區(qū),放置不同長短、粗細(xì)的擺繩與不同輕重、大小的擺錘的材料,并進(jìn)行編號,讓小組學(xué)生自選材料、組合制擺、規(guī)范實驗步驟、進(jìn)行實驗觀測、填寫統(tǒng)計表。接著,展示匯報統(tǒng)計表時,學(xué)生再呈現(xiàn)數(shù)據(jù)的整體分析過程。
1. 用不同方式分析解讀統(tǒng)計圖表,感受科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性。
五年級學(xué)生在數(shù)學(xué)課程教學(xué)中對收集整理數(shù)據(jù)與單式、復(fù)式統(tǒng)計表知識有一定的了解,對柱狀統(tǒng)計圖、條形統(tǒng)計圖、折線統(tǒng)計圖、韋恩圖、氣泡圖等也有一定的知識基礎(chǔ)。1分鐘擺的次數(shù)觀測實驗統(tǒng)計后,各小組根據(jù)統(tǒng)計表數(shù)據(jù)生成條形統(tǒng)計圖。此時,教師可以提問:“觀察小組測量結(jié)果,你們發(fā)現(xiàn)了什么?”各小組從條形統(tǒng)計圖上感知到三次數(shù)據(jù)基本一致,再次感受擺的等時性。但是,學(xué)生還發(fā)現(xiàn)第4小組所測的1分鐘擺的次數(shù)是57下、46下、56下,46下。這些異常數(shù)據(jù),引發(fā)了學(xué)生的思考:可能是什么原因造成的。學(xué)生紛紛剖析可能存在的原因:擺繩碰壁、計數(shù)錯誤、報時不準(zhǔn)。這樣的“意外”引領(lǐng)學(xué)生去思考發(fā)現(xiàn)、重視事實、合理懷疑,傾聽和考慮他人的不同想法或解釋。以上調(diào)整數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式,直觀讀取數(shù)據(jù)的過程可讓學(xué)生在追求數(shù)據(jù)質(zhì)量中感受到科學(xué)的真實性與嚴(yán)謹(jǐn)性。
2. 從不同角度分析解讀統(tǒng)計圖表,發(fā)現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)性。
獲得更為可靠、科學(xué)、全面的證據(jù),是科學(xué)課中驗證猜想的關(guān)鍵。在小組數(shù)據(jù)分析后,教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行全班數(shù)據(jù)匯總:“看一看全班的數(shù)據(jù),哪組數(shù)據(jù)跟你們小組一樣?你發(fā)現(xiàn)了什么?”從各小組數(shù)據(jù)到全班數(shù)據(jù)的對比觀察中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)小組之間所測的擺動次數(shù)不盡相同。于是,教師提出問題:“相同時間內(nèi),不同的單擺擺動次數(shù)不同。你們覺得擺的快慢跟什么有關(guān)?”學(xué)生提出擺的快慢與擺繩長短、擺錘質(zhì)量、擺動幅度大小有關(guān)。教師順勢讓各小組代表上講臺一起高舉自制擺,臺下學(xué)生興趣高漲,紛紛一看究竟,發(fā)現(xiàn)這些擺繩、擺錘有相同也有差異。教師進(jìn)而順勢引出下節(jié)課《擺的快慢》的教學(xué)。
三、反思驅(qū)動推理,提升數(shù)據(jù)的應(yīng)用力
《擺的快慢》是典型的對比實驗探究教學(xué),學(xué)生通過實驗探究擺的快慢與擺繩長短關(guān)系后,經(jīng)過簡單分析,明確得出“擺繩越短,擺得越快;擺繩越長,擺得越慢”這個結(jié)論是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。教師可以精準(zhǔn)細(xì)化實驗數(shù)據(jù),有目的性地設(shè)置短擺繩、中擺繩、長擺繩的擺繩長度,比如第一種,10 cm、15 cm、20 cm;第二種,30 cm、35 cm、40 cm;第三種,20 cm、30 cm、40 cm;第四種,40 cm、45 cm、50 cm。每種長度都由兩小組分別進(jìn)行1分鐘擺動次數(shù)實驗觀測統(tǒng)計,相同實驗若出現(xiàn)不完全一致的數(shù)據(jù),則剔除個別誤差數(shù)據(jù)后,將相同擺繩長度的平均數(shù),利用Excel表格匯總形成柱狀統(tǒng)計圖。
師:觀察這幅統(tǒng)計圖,你發(fā)現(xiàn)了什么?
生1:擺繩越短,擺的次數(shù)越多;擺繩越長,擺的次數(shù)越少。
生2:擺繩50cm擺得最慢,擺繩10cm擺得最快。
生3:我從10cm擺43次、20cm擺32次、30cm擺27次發(fā)現(xiàn),擺的快慢與擺繩長短不成倍數(shù)關(guān)系。
學(xué)生還指出,單擺正如人腿,可以認(rèn)為自然速度下腿的長短和跑步快慢之間存在一定關(guān)系。對此,學(xué)生展開激烈討論,發(fā)現(xiàn)有些情況下腿長的話邁的步伐大,腿短走的頻率快。我們拉長研討的時空,讓科學(xué)學(xué)習(xí)與生活接軌,于是學(xué)生對擺繩長短與擺的快慢規(guī)律性變化的趨勢有了深入思考。
僅有以上思考是不夠的,學(xué)生細(xì)致觀察統(tǒng)計圖后就會發(fā)現(xiàn):25 cm的擺繩在這節(jié)課中沒有出現(xiàn),它正好是下節(jié)課《制作鐘擺》的基本理想長度。此時,教師可以提問學(xué)生:“你覺得25 cm的擺繩可能擺多少下?為什么?”學(xué)生根據(jù)之前擺繩對應(yīng)的擺的次數(shù)進(jìn)行猜想,在介于20 cm與30 cm之間做出合理推理,擺繩長20cm的時候擺動32次,擺繩長30 cm時擺動27次,那么25 cm時擺動次數(shù)可能在28-31次之間問題。該數(shù)據(jù)反映的是一種概率和區(qū)間問題,學(xué)生需要猜想并說明推理的依據(jù)。接著,教師當(dāng)場進(jìn)行25 cm擺繩1分鐘擺動次數(shù)的演示測試實驗。當(dāng)現(xiàn)場全體學(xué)生聚精會神觀測并得出數(shù)據(jù)時,推測正確的學(xué)生歡呼雀躍。而后,教師再拋出問題:“25 cm的擺繩真的擺30次嗎?”并請兩個學(xué)生進(jìn)行第二次、第三次擺動擺錘。教師及另兩個學(xué)生結(jié)果一致,引發(fā)了大家的思考:“擺幅大小明顯不同,但結(jié)果一致,說明了什么?”學(xué)生得出結(jié)論,擺的快慢與擺幅大小并無關(guān)系,而與擺繩長短有關(guān)系。如此教學(xué)中,學(xué)生自然而然地借助統(tǒng)計圖所展示的規(guī)律性趨勢,在彌補數(shù)據(jù)缺失中無痕反思,有序推理,學(xué)生對數(shù)據(jù)的應(yīng)用力自然得到提高。
總之,《擺的認(rèn)識》的教學(xué)讓學(xué)生經(jīng)歷問題驅(qū)動收集數(shù)據(jù)、及時記錄分析數(shù)據(jù)、合理推理運用數(shù)據(jù),幫助學(xué)生建立模型建構(gòu)和推理論證,有效提高學(xué)生對數(shù)據(jù)的洞察力、思考力、應(yīng)用力,促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提升。
(作者單位:福建省寧德師范學(xué)院第二附屬小學(xué) 本專輯責(zé)任編輯:蘇少偉)
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在教學(xué)中,教師必須以學(xué)生為中心,確立學(xué)生的主體地位,注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),以期最大限度地激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。其中,立足于課堂,提升學(xué)生的思維、意識方式,有助于學(xué)生素養(yǎng)的培育。本專輯的幾篇文章,就此進(jìn)行了探索,并提供些許經(jīng)驗。
本文系福建省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年“研究共同體”專項課題“單元整體教學(xué)視域下小學(xué)科學(xué)周末微項目作業(yè)設(shè)計與實施的研究”(課題編號:Fjygzx23-054)的研究成果。