教师论文 小学科学实验教学中出现“数据异常”的思考

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文章内容提要：学生在进行科学探究中常常出现一些与物理规律或者生活常识相悖的“数据异常”，当面对这些时，教师应该尊重前人总结的经验和真理，还是应该尊重学生手里的实验数据？教师面对学生实验中出现的“数据异常”既不能无视，也不能直接予以否定，作为实验的组织者、指导者的教师该做怎么做呢？如何因势利导，让学生发现“数据异常”背后的东西，是更加能够体现科学精神和科学价值观的教学方式。

关键词：小学科学；实验；数据异常


1．问题的提出

笔者曾执教过《热水变凉》这节课，当时安排学生先预测温度降低的规律，然后分9个小组实验：把热水倒入烧杯用温度计测量，待温度计液柱停止上升时记录初始温度，然后每隔两分钟记录一次热水温度。10分钟后实验结束，填写“温度降低曲线图”，汇报交流各个小组的发现。

汇报时发现，其中4个小组填写的实验数据中最开始减低的温度偏少，然后逐步变多，再变低；2个小组每两分钟减低的温度是一样的；2个小组每两分钟减低的温度规律是先慢后快；而每两分钟减低的温度规律是先快后慢的只有1组。

数据的差异导致学生的结论出现了比较大的分歧，可惜因为教学时间紧张，笔者没来得及给他们分析数据背后的问题，只是由自己给了他们一个标准答案──温度减低的规律是先快后慢直到完全停止，然后以“降低到室温的水不会继续降温”为例说明了该观点。

这堂课结束了，学生们带着一个正确的标准答案和一肚子对数据的怀疑离开了课堂。

2．问题的分析

学生在进行科学探究中常常出现一些与物理规律或者生活常识相悖的“数据异常”，当面对这些时，教师应该尊重前人总结的经验和真理，还是应该尊重学生手里的实验数据？这是一个两难的问题，因为学生手中的实验数据中的“数据异常”的确是存在，当然不能坐视不管；可如果只是生硬地给予他们标准答案，那么为什么我们还要做实验呢？科学，就是一门用数据说话，最讲究真凭实据的学科。要是连数据都不能说明问题，学生对实验还会有兴趣吗？他们还会重视实验吗？甚至，他们连对科学这门学科都会产生怀疑，进而失去学习的兴趣。

那么，现在就很清楚了，教师面对学生实验中出现的“数据异常”既不能无视，也不能直接予以否定，那么作为实验的组织者、指导者的教师该怎么做呢？科学，本身就是一门不断从错误中发现真理，在错误中不断进步的学科，那么实验中出现各种“数据异常”的原因肯定是可以变成有效教学的一种条件。

上次实验后，通过搜集整理，笔者猜想学生们在测量时可能有以下几种行为导致了数据异常：

（1）没等到液柱停止上升就开始记录

（2）负责计算时间的同学和负责观察温度的同学没能很好地配合

（3）温度计碰到了杯壁

（4）负责拿温度计的同学可能搅拌了热水或者有其他导致热水降温速度变化的行为

很明显，这些都是由于学生实验操作中出现失误造成的“数据异常”。但是，这毕竟只是一群小学三年级的学生，要求他们在刚接触科学课程不到一年的时间就能把实验中的每个细节都做到位是不太可能的。事实上，即使是经过长期实验操作的锻炼，也不可能完全避免实验中出现“数据异常”现象。小学科学实验的主要目的在于培养学生良好的实验习惯和发现问题、解决问题的能力。针对此，注重因势利导，让学生发现“数据异常”背后的东西，是更加能够体现科学精神和科学价值观的教学方式。

3．问题解决的策略

学生实验中出现“数据异常”的原因，除了实验原理不正确这个不可控制的原因外，主要是实验仪器不精确、实验过程不正确、操作方法不正确等可控制的因素造成的。笔者认为，减少不可控制因素的出现，正是我们科学教师应当注重思考的方面。

3．1减少出现实验“数据异常”可能性的方法

3．1．1勤动手，多实践。

实验操作跟所有的工作一样，也有一个熟练度的问题。通过各年级段和同年级班级间的比较，我们可以比较清楚地发现，高年级学生比低年级学生在实验操作上出现较大“数据异常”的概率小，同年级段内常进行实验操作的学生比不常进行实验操作的学生出现较大“数据异常”的概率小。虽然有一些智力发展方面的原因，但是长期进行实验操作还是可以减少很多实验过程和操作方法上的不正确。例如，学生对如何正确读出烧杯、量筒、温度计的刻度，就应该是贯穿在整个小学科学实验操作练习的始终：三年级比较水的多少，四年级测量降水量、100ml水能溶解多少食盐，五年级测量温度、制作水钟等。如果能坚持带领学生做好这些实验，那么随着操作次数的增加，较大“数据异常”出现的概率必然会大大减少。

3．1．2培养良好的实验习惯。

学生对实验的兴趣通常都很浓厚，但是其中倾向于玩的成分远大于探索的成分。常常可以看见学生实验时嬉笑玩耍，对于实验操作中的注意事项容易疏忽；也有的学生在实验时无所事事，仿佛实验都是别人的事，与自己没有关系；还有的学生对于实验数据采取无所谓的态度，人云亦云，不能坚持自己测量的数据。针对这些情况，就要求教师在安排实验时给每个学生进行具体分工，保证他们有事可干；强调科学实验是严谨的活动，必须细致、细心地进行每一步操作；演示实验要求学生仔细留意教师的每个细节，实际操作中教师也时刻留意学生的操作细节并适时进行指导。长期这样坚持，特别是严谨地要求学生注重细节，不但可以端正他们学习科学的态度，也能使实验中出现较大“数据异常”的概率变小。例如，笔者曾从三年级开始任教的某班级，因为能够坚持实验态度的严谨性，所以到六年级时已经能够比较准确地进行一些基本实验操作，很少出现因仪器原因或操作不当造成的较大“数据异常”。

3．1．3反复测量，养成实证意识

科学实验得到的数据是具有偶然性的，为了避免偶然性对实验结论的影响，只有反复测量并强调实验的可重复性才能算作是科学的结论。有的学生在进行实验时比较草率，常常进行一次实验就匆匆下定论，实际上这是很不可取的。教师应该把“科学实验应反复多做几次，然后取数据的平均值”这个意识贯穿在教学的始终，这样才能保证实验受偶然性影响所造成的误差值达到最小。需要注意的是，有些实验因为时间上的局限，比较难在课堂上完成重复，于是有教师习惯说：“大家回家后可以多做几次来检验。”实际上这是不可能的，因为回家后会这样去做的学生很少，而且有些实验也不是家里有条件去做的。遇到这种实验时，就需要引导学生把各个小组得出的数据进行平均，这样也能一定程度地避免较大“数据异常”的出现。

3．2出现“数据异常”后的处理方法

3．2．1对数据和结论进行推敲，适当提出质疑

大多数时候，学生因为错误的数据而产生错误的结论是很正常的，而且也可以通过简单的分析得出这一结论的荒谬性。但是，直接指出学生数据出错的方式很不可取，这不但会打击学生的学习积极性，更会令他们对实验的必要性产生怀疑。那么，当出现这种情况时，最好的方式是先肯定他们的结论，再引导他们对结论进行质疑，从生活中的现象去判断自己结论是否能够成立；在学生产生疑问后在带领他们回顾自己的实验过程，去发现自己在设计实验和操作实验中是否有什么疏失。这样，既可以从实验方法上对学生进行有效指导，也能避免学生坚持自己的错误结论，最重要的是无意间让学生对问题进行了新的探究，增加了学习科学的趣味性。例如在先溶解再分离食盐与水的实验中，学生推导出食盐变少的结论后，笔者就引导学生提出质疑：盐去哪里了？有学生说盐蒸发了，那么我们在第二次蒸发食盐水的时候增加了一个蒸馏水收集装置，把蒸发出的水收集起来一尝就发现了问题。到这个时候再去回顾前面实验中哪些地方出现了失误就顺理成章了，学生的学习兴趣也大大增强，以后的实验中出现的操作失误少了很多。

3．2．2对数据和结论进行肯定，在后面教学中再进行反证

科学的发展历程，本身就是一个不断否定已有认知的过程，有些错误的结论本身就是一个很好的教学内容，甚至还能为下一阶段的教学进行服务。例如，五年级《沉与浮》这一课，学生很容易形成一个结论：纯粹的木头总是浮在水上的。这个结论本身当然有问题，但笔者当时并没有说破。等到了六年级《多种多样的植物》这一课，笔者展示了一段关于黑铁木放进水中的视频。“木头沉下去了！”学生对这个现象惊奇不已，然后再学习的时候，他们对本节课所学内容抱着极其浓厚的兴趣。事实上，这样的情况还是比较多的。在学生对一些实验结果产生错误结论后，教师不需要马上否定它，因为后面的教学内容中自然有对这个结论进行修正的机会。如果能够让学生对自己已有的结论产生怀疑，并进一步去探究背后的原因，实际上我们的科学教学就得到了极大的成功。要做到这一点，需要教师对小学阶段的科学教学内容有一个整体的框架思考，这样，自然可以做到化错误为进步的动力。

3．2．3对数据和结论进行搁置，待学生对它产生探究兴趣再进行探索

科学是一门用理性思维去处理感性数据的学科，如果数据本身没有错误，而且在实验操作中也找不到错误，那么即使得出看似错误的结论，其实可能它才是对的。例如《声音的传播》这节课，就曾经有一位北京的老师动用分贝测量仪器来检测长绳和短绳谁传播声音的能力强，得出的结论让人震惊：长绳传播声音的能力强于短绳！这个结论看起来很不可思议，但明明白白的数据是不能否定的。后来就有东南大学的教授指出：可能由于拉长绳的力量比较大，绳子产生的扭力导致传播声音的能力变强了。这个观点的对错暂且不论，但这个现象值得我们深思：我们所坚持的观点就一定是正确的吗？实际上，科学精神中的怀疑精神也同样适用于我们教师。只有教师首先对实验数据保持着尊敬的心态，才能培养出学生们的怀疑精神和创造力。对看似错误的结论，在无法具体分析的情况下暂时搁置，待到学生对它产生探究兴趣时再进行新的探索，说不定也能够闯出另外的一番天地来。

4．结语

综上所述，科学实验中出现“数据异常”并不可怕，只要能够进行合理安排与灵活处置，在教学前作好预案，同样是可以把坏事变好事，从而为我们科学教学有效性服务的。

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