实验数据的收集与处理

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 1 实验数据的收集与处理-科学论文 实验数据的收集与处理 编者按：韦钰院士在她的《探究式科学教育教学指导》一书中指出：小学科学的本质是模拟科学知识的发现过程，是在实验之后实事求是地收集科学数据，对数据进行深入的思考分析，运用理性的思维形成科学概念，建立模型，并对假设作出解释。科学课教学要重视探究过程的科学性，要注重收集、整理数据，实事求是。数据是验证假说的依据，数据的正确程度决定探究的有效程度。实验数据要经过多次实验得出，要求具有准确性，不能随意修改。要实事求是地分析数据，在各种可能的解释中选择最合理的数据，并把数据转化为证据。可见，收集有效数据、理性分析数据对于实证性的科学探究是至关重要的。 学生在科学探究活动中利用各种方法得到的大量数据，还需要通过整理和分析，才能发现彼此之间的联系与蕴含其中的规律。有时数据可能不可靠，还需要不断地进行重复研究，以期得到可靠的且具有一定可信度的数据，不断提升数据的应用价值。良好的数据意识，能使学生努力通过实验寻求有利的数据来证明自己的观点，自觉运用数据来解释相关的问题或现象。 对于科学教师来说，不懂得数据在科学教学中的重要性，就不能充分理解科学的本质，就不能引领学生理解什么是证据，怎样获得可靠的证据去解释世界，就不可能在课堂上引领孩子们开展真实的科学探究活动。教师数据意识的高低直接影响着学生数据意识和科学素养的培养。本期专题策划，我们围绕“数据的收集、整理与分析”这个话题组织了一组文章，希望能给老师们一些启示。 姜红方 一、磨刀不误砍柴工——为收集有效数据做准备 文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 2 1．材料科学——收集有效数据的前提 “巧妇难为无米之炊”，若没有科学的材料，学生就无法进行有效的科学探究，收集有效数据更无从谈起。因此，我们在上课前要充分研究教学中需要的实验材料，想方设法寻找最科学、最适于学生探究的材料。只有在材料上做足了功夫，学生实验时才有可能收集到有效的数据。 如《橡皮泥在水中的沉浮》一课，实验重点是测量不同形状的橡皮泥排开的水量。实验难度不大，可实验材料的准备却不容易：选用烧杯做实验，仪器室烧杯的刻度不够精细（两刻度之间相差25毫升甚至50毫升），小小的橡皮泥排开水量的变化根本无法用烧杯来测量。用量杯做实验，虽然解决了刻度问题，却因为操作不方便，学生的手很难伸进去。怎么办？只能自己制作教具试一试，用量杯、水、笔、小纸条、双面胶、圆桶形大杯子制作一个有精细刻度的测量排水量的杯子。办法可行，但是太花时间，全班14个小组，工作量太大，在有限的时间内根本来不及完成教具的制作，只有放弃了。最后，决定用小量杯和无刻度的大杯子一起来做实验：取一定量的水于大杯中，在水位处做记号1，放入沉的橡皮泥，水位上升后在水位处做记号2，把记号1到记号2这一段水位的水倒入量杯测量，测得的数据即为橡皮泥的排水量。办法虽然简单，学生也能理解，但是在操作上相对复杂，水倒进倒出，反复测量，加上倒水过程中水的损耗，五年级学生在有限的时间内来不及完成教材中规定的5次不同形状物体排水量的准确测量。直到下课，全班能收集到完整数据的组只有一两个。由于时间的限制，教师只能匆匆地用一两个组的数据来代替全班的数据进行分析，得出结论。如此贫乏的数据怎能推理出让人信服的结论？更重要的是，这会给学生造成错觉：实验数据不重要，缺乏数据照样能得出结论。假如教师在课前充分认识到材料的重要文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 3 性，为本课的材料早做准备：到其他学校去借有比较精细刻度的烧杯或适合做实验的量筒，或及早在课外用足够的时间自制教具，学生在课堂上就能用科学的材料进行实验，收集有效的数据，就不会出现上述情况了。 2．下水实验——收集有效数据的保证 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”对于教材中的每个实验，我们都要站在学生的角度做一遍，及时发现实验中的问题和注意点，以便在课中给学生以有效的指导。 如《橡皮泥在水中的沉浮》一课要测橡皮泥的排水量。学生用学具袋里大小差不多的橡皮泥做实验，有些组测得的实验数据明显不符合科学规律，且与其他组测得的排水量差别很大。其中有个小组的实验数据如下：

沉的形状排水量为零，显然不可能。浮的形状和沉的形状排水量差不多也不符合客观事实。为什么会出现如此大的误差呢？ 原来，学生在实验一开始就把200毫升填进了表格里“量杯里的水量”这一列。刚开始实验时量杯里的水量确实是200毫升，但是在测了实心团的排水量后，学生将沉在量杯底的橡皮泥捞出，这个过程损耗了大约5毫升的水，学生却没发现。他们既没往量杯里加水，也没有重测水量修改数据，而是想当然地把量杯里的水量看做200毫升。在测浮的形状时，量杯里的初始水量差不多只剩190毫升了，可学生依旧把它看作200毫升来算排水量。同样的操作失误也导致了后面的实验数据不准确。 如果教师课前做过下水实验，就能发现橡皮泥从量杯里拿出来时会导致水量文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 4 损耗，这样的损耗是不能忽略不计的。这样，就能在实验前给学生必要的指导，提醒学生注意补充水量或重测初始水量，避免学生在实验操作中出现失误。 3．到位的实验指导——收集有效数据的助手 前苏联教育家维果茨基认为：有引导的探究比单纯的发现式教学要有效得多，有引导的探究会更有效地促进学生的学习和迁移。小学生由于受到知识、能力、心智的局限，他们的科学探究活动应当在教师有效指导下进行。 如《空气占据空间》一课有一个探究压缩空气的成因及性质的活动，学生要用针筒做实验来研究压缩空气，可课堂中教师实验示范的针筒太小了（5毫升），学生根本看不出实验的具体步骤和注意点，而教师没又有用语言来强调实验时的操作要点，所以，绝大部分学生对实验方法和注意事项并不清楚。等学生拿到针筒后，做法便五花八门：有的不停地推拉活塞却没有把针筒口堵上；有的先堵针筒口后拉活塞，发现活塞会被吸回去而兴奋地大叫，引起边上的小组纷纷效仿；有的把水槽里的水吸进针筒打起水枪，继而引发“水战”……只有一小部分同学在规范地做压缩空气实验。实验后，教师请学生交流针筒的活塞从哪个刻度推到哪个刻度时推不动了，放手后活塞从哪个刻度退回到哪个刻度，大多数学生一脸茫然。 试想，如果教师在示范时用个足够大的针筒来保证示范的可见度，如果教师在实验前给学生明确到位的语言指导，并板书操作要点提醒学生注意，实验效果肯定会完全不一样。只有教师对学生进行有效到位的指导，学生才能顺利地进行实验，才能收集到有效的数据。 二、该出手时就出手——课堂中收集有效的数据 为收集有效数据做好各方面的准备后，在课堂中就要引导学生实事求是地把文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 5 数据记录下来。始终实事求是地记录数据并不是每个学生都能做到。况且，有时由于实验器材使用不规范，会引起记录的数据误差偏大，或因实验操作中的失误导致数据出现错误。如何引导学生养成良好的记录习惯？如何训练学生规范地使用器材收集准确的数据？怎样检查数据正确与否？ 1．培养学生科学的记录习惯 探究活动应该是严谨的、实事求是的。在平时的教学过程中，教师要引导学生认识“实事求是”在科学学习中的重要性，随时渗透一些科学家尊重事实、尊重证据的事例，引导学生认识到学习科学必须求实、求真，来不得半点虚假，促使学生形成如实记录实验数据的习惯。另外，教师还可以充分运用教学评价来强调严谨求实的重要性。对学生实事求是的科学态度进行评价要掌握好“度”，要引导学生认识到应该在规范操作、认真观察的基础上实事求是地记录，否则可能让学生认为只要实事求是地记录数据就行，不重视实验的过程与操作，不重视数据的准确性。 同时，教师要培养学生边实验边记录的习惯。只有及时地把发现记录下来，才不会导致实验结束后再来补数据，编数据，才能保证实验数据的有效、完整。更何况，边实验边记录也是一种科学、规范的研究方法。 2．提高学生规范操作的能力 在小学科学课中，许多实验需要规范操作、准确测量、仔细观察，比如使用量筒、温度计、弹簧秤、显微镜等。课堂中，教师不仅要对材料的使用做规范的演示、细致的讲解，还要给学生提供充分的练习机会，在实践操作中提高学生规范使用器材的能力。学生熟练掌握了这些器材的使用方法和注意事项后，再开始实验、测量数据、收集信息。只有这样，才能保证实验的严谨与科学，才能收集文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 6 到有效的数据。比如，日本的科学课训练学生的操作技能是非常细致、到位的，就连划根火柴也要教师做演示，学生用手一遍遍在空中模仿划的动作，然后才拿起火柴划。正是因为有这样细致的要求和规范操练的精神，才会有日本学生手工作品的精致完美，才会有整个日本民族如此关注细节、追求细节的完美。所以，科学教学无小事，更何况规范使用材料、科学地进行实验、收集有效数据是事关科学探究成效的大事，更需要每位科学教师重视并认真落实。 3．培养学生检查数据的能力 在学生实验结束后，教师要引导学生仔细地梳理一下自己探究的全过程：实验的设计是否科学合理？实验的过程是否严格按照设计进行？实验的材料是否充分有结构？实验过程中变量的控制是否到位？如果找到问题，就应该重复实验。若没有发现问题，最好也要重复进行多次实验，看看实验的数据变化是否超出误差范围。这样，我们才可以认为获得的数据是科学的。有些时候，学生对研究的内容具备了一些相应的前概念，教师就可以引导学生对自己收集的实验数据进行分析、检查。比如：在对实验进行反思的基础上，可依据常理或已有知识，检查自己的数据是否正确，必要时重复实验，强调实验结论的可验证性。如果学生发现的问题自己解决不了，教师应鼓励学生勇敢地把问题实事求是地讲出来，师生一起进行交流分析，找到数据出现异常的原因，研讨改进实验的方法，以重新收集有效数据，实现有效探究。 三、观千剑而后识器——对数据进行科学分析 对观察到的信息和实验中获得的数据加以分析，归纳出现象背后存在的规律，是科学研究中很重要的步骤。在这个过程中要用到理性的思维，要运用一些模型来帮助分析。对小学生来说，进行数据处理这一步是“动脑”的时候，应该