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小学科学实验中异常数据的成因分析及对策研究
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来源:基础教育 作者:马水娟
摘 要：小学科学实验中经常会出现一些误差比较大的，甚至与科学原理相违背的数据，我们称之为“异常数据”。本文在对当前小学科学一线教学中教师实验数据处理现状进行调查的基础上，分析小学科学实验教学中出现异常数据的原因并探讨减少异常数据的相关策略。 关键词：异常数据；成因分析；对策 小学科学课程标准明确指出，科学探究要培养学生的实证意识，数据作为一种实验探究的证据已经越来越受到一线教师的关注。但是科学实验教学中经常会出现一些与物理规律或生活常识相悖的异常数据，而教师对这些异常数据的处理存在着相当多的问题，部分教师在上教学展示课时，为了追求课堂教学的所谓顺利进行，存在随意捏造数据、忽略异常数据、截取部分“合理”数据等现象。 那么，到底是什么原因造成异常数据如此常见呢？ 一、异常数据的成因分析 1、学生的原因 （1）实验操作不够科学：《光和热》是五年级上册《光》单元的第二课，主要探究光的强弱与温度之间的关系，教师引导学生用温度计分别测量0面——4面平光镜反射下即光强弱变化时温度的变化。其中一个组的数据是这样的：
为什么会出现这样的数据呢？原来是这一组同学拿温度计到操场实验时，手拿在温度计的玻璃泡处，致使人的体温对实验数据产生了干扰。 （2）实验态度不够严谨：六年级科学《电磁铁》一课在制作一个铁钉电磁铁的基础上，引导学生探究电磁铁的南北极与什么有关。一次执教本课时，结果发现各组的数据竟出奇的一致，均为钉尖处N极，钉尾处S极。经过了解发现，原来第一个上报数据的是班长，是班里的权威，其余的组担心自己的数据出错，于是篡改实验数据。 2.教师的原因 《抵抗弯曲》是六年级上册《形状与结构》单元的第1课，其中一个实验是研究纸横梁的抗弯曲能力与厚度之间的关系。
注：实验数据为纸横梁可以承受的垫圈数。 可能有的老师会认为这个实验结果不存在异常数据，因为这个数据可以很顺利地得出纸横梁抗弯曲能力与厚度之间的关系。我在一次教学中，一个孩子的一句话引起了我的思考：“老师，为什么第4组可以承受这么多的垫圈呀？” 显然这个孩子关注到了不同组之间的数据差异，他的潜台词是，为什么不同组用了相同的材料但是实验结果却有这么大的差距。 经过分析我认为，之所以这个实验的数据组间出现这么大的差异，主要存在以下两个方面的原因： （1）材料准备不具结构性：本次教学中，教师采用的是把相同的纸用固体胶粘起来的方式，两张纸粘起为即为2倍厚，四张纸粘起为即为4倍厚，但其实两倍厚的纸是2张纸合起来厚度加上一层胶水，四倍厚是4张纸合起来厚度加上3层胶水。 （2）实验指导不够到位：在本课实验中，是用纸横梁最终可以承受的垫圈数量来作为纸横梁的抗弯曲能力，但在实验中，我们发现有的组的垫圈在纸横梁上散放成一堆，有的组则是把垫圈叠放，致使本次实验各个组出现较大差异。 那么在教学中又该如何正确处理异常数据，培养学生敏感的数据意识，促使学生严谨细致、实事求是的科学态度的养成呢？ 二、异常数据的处理策略 （一）尊重每个数据，培养科学态度 数据即科学实验的重要证据，每一个数据都是孩子们努力的结果，值得被尊重。因而我们的教学中应尽可能地用各种方法呈现每一个数据。并适当引入图表帮助孩子们分析处理数据。 1.实物投影展示：这应该是我们常用的一种展示方法，教师用实物投影把学生的实验数据投影出来，供全班观察。 2.在教室张贴实验记录：这种方法当然不适合所有的科学课，但如一年级的《起点和终点》一课，教师上课时一般会采用长约50cm的卡纸作为学生的记录纸，就较适合贴在黑板上供全班同学观察比较。 3.Microsoft Excel 工作表呈现: Microsoft Excel工作表是比较合理的呈现全班数据的一种方式，它即可以便捷的输入数据，而且可以根据数据插入相应的折线图、柱状图、饼图等各种图表，以便对数据进行分析。 下图为六年级上册《电磁铁》一课电磁铁磁力大小与线圈缠绕圈数多少的关系记录表。
注：电磁铁吸引大头针数量表示电磁铁磁力大小。  显然，这个即时呈现的柱状图，更易于引导学生直观地发现电磁铁磁力大小与线圈缠绕圈数之间的关系。 （二）提供结构材料，强化实验指导 在实验探究中教师应加强引导，尽可能地减少异常数据的出现。如前文所分析的《抵抗弯曲》一课出现的异常数据，教师可以从以下两个方面加强引导以减少异常数据的出现。 1.材料结构典型 《抵抗弯曲》一课中，不同宽度的纸是容易准备的，而不同厚度的纸则是本课材料上的一个难点，有的老师用固体胶粘，有的则把四张纸直接叠起来，实在也是不得己为而之。笔者经过多方设想，通过联系造纸厂定制了不同厚度的纸，这些纸由造纸厂用不同量的纸浆直接压制而成，减少了胶水等其他材料的影响，相对来说更具科学性。 2.实验指导有效 《抵抗弯曲》一课中出现异常数据的其中一个重要的原因是教师对纸横梁上垫圈放置方法的指导不到位，因而再次执教本课时，笔者从以下两个方面加强了指导。首先，在学生分组实验前明确垫圈要叠放，并且教师事先在纸条上放置垫圈的中间位置画上红圈标记；其次，教学前笔者反复下水实验发现，垫圈叠到一定高度时易倾斜倒塌，因而，需要选择合适重量的垫圈。通过反复调适，最终选择了纸梁合适的跨度、厚度以及适配的垫圈，把垫圈控制在30个以内，既便于叠放，又不致过于费时，经改进后实验数据如下：
 数据统计后用Microsoft Excel图表即时呈现折线图，左上图就是教师随机抽取的一个组的数据折线图，从这个折线图学生可以明确得出，纸横梁厚度与它的抗弯曲能力之间的关系。右上图是随机抽取的一个组宽度与厚度之间的比较，通过分析这张折线图，学生明确了纸横梁的宽度与厚度相比，厚度更影响它的抗弯曲能力。 （三）科学反思数据，培养质疑精神 《摆的研究》一课中“摆的快慢与摆锤之间的关系”这一对比实验，出现异常数据是一个普遍的现象。有一位老师在执教中，并没有轻易去否定学生的数据，而是引导学生针对这些数据展开反思与质疑。 师：为什么各个组出现了不同的实验结论？ 生：可能有几个组数的不够准确，我们在实验中发现，15秒摆不是正好11次，而是11次多一点，可能有的同学算11次而有的同学算12次了。 师；那你认为该如何解决这个问题呢？或者我们可以改进实验？ 生：四个人要配合好，数摆可以2个人一起数，要认真数。 生：多数几次。 生：我们把摆绳略微调短一些，正好15秒11次，计数会比较方便。 前面研究的摆绳长短影响摆的快慢在这里得到了应用，这是教师没有想到的。此时，教师犹豫了一下，因为课上到这儿，已经接近尾声，再5分钟就下课了，但是考虑到数据的科学性，教师又一次让学生分组进行了二次改进实验，这一次实验后，数据更接近了。
但是第6组和第8组坚持认为摆的快慢与摆锤轻重是有关系的，教师耐心引导学生质疑。 生1：我们的摆数出来是不一样快的。 生2：你们有没有数错？ 生1：我们数了好几次的。 师：你们认为，摆的快慢与摆锤轻重有怎样的关系？ 生：摆锤重的摆摆得快 师：第8组的摆仍旧存在0.5次这样的计数？ 生3：我们的轻摆锤的摆一次摆了11次，一次摆了12次，平均11.5次。 师：所以你们认为，摆的快慢与摆锤轻重有怎样的关系？ 生：摆锤轻的摆摆的快。 师：看起来，第6组的摆是重摆锤的摆摆得快，而第8组是轻摆锤的摆摆的快，那你有什么想法吗？ 生：我认为不太可能会有这样完全不同的结论，如果摆的快慢与摆锤轻重有关系，那这个关系应该有一定的规律，不会变来变去的。 这时，教师把第6组的摆拿了上来，把两个不同轻重摆锤的摆一起挂在了一根横杆上，然后，一起让这两个摆摆动起来。 生：一样快的，一样快的…… 本课最终是拖堂了，但我认为，偶尔这样的拖堂是值得的，在这一过程中，学生不仅从自己实验的操作上进行了科学性的反思，而且通过互动，质疑，对实验进行了进一步的改进，推动课堂教学向纵深发展，如果我们的科学课堂能经常开展这样的反思与质疑，无疑有助于学生科学素养的养成。 总之，在小学科学实验中由于教师与学生两方面的原因，会出现一些与科学原理相违背的异常数据，出现异常数据并不可怕，可怕是漠视及处理不当。作为教师在实验教学中应引导学生尊重每个数据，培养科学态度；提供结构材料，强化实验指导；引导学生科学反思数据，培养质疑精神，即通过对数据的关注，对异常数据的反思，训练学生的科学思维方式，培养科学态度与习惯以及科学探究精神，最终指向学生的科学素养。 参考文献： 1．王永会，赵敏.《小学科学课程标准》.北京师范大学出版社.2017年3月. 2.许永勇.《对小学科学实验数据分析的策略》.《中小学实验与装备》2013年第2期. 3．方艳敏.《小学科学实验教学中出现的“数据异常”的思考》.《中国校外教育旬刊》.2015年第一期. 4.郑红.《小组实验异常数据的处理原则与技巧——以“磁力大小会变化吗”一课为例》.《新课程上旬》2016年第13期. 5．费薇.《对小学科学实验数据误差处理的思考》.《小学科学教师版》2017年08期. （作者单位： |
