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科学课程标准指出:在让学生获得知识的同时能“形成尊重事实、善于质疑的科学态度”“不迷信权威”,这就要求学生在探究过程中要有证据意识,通过证据来推理和论证。
数据是科学探究活动的重要证据,但是在课堂教学中,学生在数据方面存在以下问题:
一、数据获取和记录方面
1.错误(失当)的操作
数据来源于操作,错误(失当)的操作带来的是无效的数据。小学生喜欢动手做实验,但却往往是兴致远高于理性,根本不按科学程序和要点来进行规范操作,这样就影响了基础数据的获取,有效性大打折扣,更使后续的分析失去其应有的价值。
2.受探究结果定向的影响
由于受认知水平限制,小学生在探究中,往往只指向于结果,而忽视过程的有效性;对于数据有一定的认识和需求,但较为模糊,往往指向于“预先的猜测结果”,期望得到与预测相一致的数据,沉迷于“我们的实验和预测的差不多”“我们的预测真准”一类的得意心境,随意修改真实数据,以使数据“好看一些”,造成数据的失真。
3.迎合教师的意图
有些探究中的实验数据多而杂,教师一般会选取几个小组进行汇报和交流,为了得到老师表扬,学生也会在一定程度上揣测老师“想要的结果”,凭空捏造、胡乱填写的事情也时有发生。
4.盲目从众的心理
由于受应试教育“标准答案”影响,汇报交流中,当自己的数据与别人有差异时,学生往往不能坚持自己的成果,反而会心生疑虑,甚至为了与他人保持一致而篡改自己的数据,使之变得“好看”“随大流”,从而失去真实有效性。
5.数据记录错位
及时、准确地记录实验数据,这是学生应该养成的良好意识和习惯。但很多时候,学生沉浸于实验操作和现象,却忽视了数据记录。而且,在课堂中一般都是由教师提供记录表,但对于表格结构和记录项目,缺少指导学生观察、理解和内化的过程,引起记录错位,使真实数据变成了无效数据。
二、數据整理和分析方面
1.对数据无从入手
对收集到的数据,学生缺乏进行初步甄别和整理的方法,缺少时间进行观察、理解和内化,表现出茫然和束手无措,造成“有米不会炊”的窘况。
2.数据的流失
对于全班数据,在交流分析阶段,教师一般也仅取几个小组的典型数据来展开,以点带面,快速解决,其他小组则不再关注,造成了数据资源的流失和浪费。
数据不是凭空产生的,而是学生通过实验获取结果的真实呈现。有效地收集记录、整理分析数据,能够从中获得事实的真相,培养学生尊重事实的科学精神和缜密的思维能力。
三、提升学生的数据观
1.认识数据的作用
首先,要让学生明确数据的证据作用,没有可靠的证据支持,结论就没有可信度;其次,要让学生明确数据与结论之间的逻辑关系,即结论是在对数据分析、比较、综合的基础上进行科学推理、概括形成的。
2.正确对待误差
由于实验器材、操作过程等原因,每个小组的数据不可能是完全一致的,误差是客观存在的,也是允许的,不需追求整齐划一,更不应盲从他人。只要是使用了符合要求的材料、按照科学步骤和方法进行的操作,所获得的数据都应该是真实有效的。
四、、真实准确地收集数据
学生参与实验,并非只是为了取得几个呆板的数据,更在于数据是如何获取的,方式是否科学合理,过程是否适当可靠,唯有如此,数据才是有血有肉和真实丰满的。
1.器材要规范
完整适用的器材是有效、高效开展实验并获取数据的基础。如“轮轴的作用”实验,可采用“用测力计测量轮上拉力等”的方法,避免教材中实验装置轮轴保持平衡必须使“轮半径为轴半径的整数倍”这样一个限制和弊端,更有利于学生的操作和数据获取。对于一些器材较多、较复杂的实验,更要讲究材料的结构性和呈现方式,通过有结构的材料和有步骤的呈现,引导学生有条理地展开实验,获取数据。
2.操作要规范
对于实验操作,教师要作相应的讲解,做到透彻、易懂;对复杂、规范性高的实验更应给予示范。若有必要,教师应先行“下水实验”,以学生的视点来进行操作,这样才能给学生以更有效的指导。如“哪杯水的温度高”的实验,一是如何混合冷热水,二是要不要搅拌。经过下水实验,相同的热水和冷水量,混合方法对温度的影响不大,关键是安全,所以指导学生采取把冷水倒入热水烧杯的做法,这样就不需直接用手去接触烫手的热水杯,保证了实验安全、快速;由于冷水比重大,混合过程中会自然沉入热水底部,一定程度也就起到了搅拌混合的作用。规范了实验操作,所取得的数据规范性、准确性程度就会大大提高。
3.方法要科学
从理论来说,任何一个被测的量,都有一个客观的真实值,即真值,但是,实验获取的,只能是一个近似于真值的数值,称为最佳值,最佳值与真值之间的误差是始终存在的。为尽可能获取到最佳数据,可采用取平均数、中位数或众数的方法。如在“不同坡度斜面的省力作用”实验中,以“取平均数”的方法获取在不同坡度斜面上的拉力数据。
4.记录要及时
以严谨的科学态度来说,每一次实验都是唯一和不可复制的,因此,每次操作所取得的数据也是唯一的,不可能、更不应该由另外的操作进行递补和替换,所以及时地记录数据尤为重要。在操作时,小组成员要有明确分工,实验过程中,各司其职,特别是负责记录的同学更要尽心尽责,与小组成员密切配合,认真及时记录好数据。
五、适当有序地整理数据
实验所取得的原始数据,在未加识别、理解和整理的情况下是零碎、无序、无意的,所以需要对数据进行甄别、归类及一定程度地编码,从而提炼其有效性。
1.审视和甄别
实验获取的系列数据,在完备的器材、规范的操作之下,取得的合规数据总是会围绕真值产生正负小范围的波动,如果数据有较大、甚至是突兀的变化,应及时予以分析、解决。如在《摆的研究》中,测试同一个摆在30秒内的摆动次数,一个小组的数据如下: 第四次的数据与前三次相差较大,引起了学生重视,通过观察实验装置,学生发现是摆绳上端松动了,导致摆绳变长了,于是便意识到这个摆不再是原来的摆了,所以第四次的数据是不符合要求的。
2.列表法整理数据
这是最常用的整理数据的方法,在数据记录的同时,就预先有目的地运用表格,同步对数据进行初步整理,从而使数据变得规范、有序。
在现行情况下,学生的记录表格一般都是教师事先设计和打印好的,分发给实验小组,只需在实验时,把数据填人对应的表格内即可。但是,教师应注意在实验记录前,要引导学生观察和理解表格结构,以使数据记录准确、到位。若学生已有一定的设计能力,教师不妨引导学生一起参与到实验和表格的设计,确定表格结构及记录项目,逐步出示和完成,把实验探究转化为自身的学习需求和学习过程。“轮轴的作用”记录表,设计步骤如下:
3.图表法呈现数据
运用图表法呈现数据更有利于学生直观地观察和对比数据,获得更为丰富的感性认识,从而也更有利于学生开展数据分析。
如“纸梁厚度与承重能力”研究实验,数据如下:
运用Excel的数据转换功能,把数据即刻转换成如下图表,学生通过观察,不仅可以对比出数据的差距,更能直观地观察到数据的变动幅度和趋势,从而更深刻地认识和体会到“增加纸梁厚度能大幅提高其承重能力”。
4.全班数据汇总
统计学理论告诉我们,数据样本越多,结论精度和可靠性也就越高。所以,教师应秉持大数据意识,尽可能地把全班数据汇总到一起来进行分析、归纳、概括和推理,以使数据全面地发挥其应有的功能和作用。
六、科学地分析数据
1.数据意义化
单纯的数字是无意义的,只有赋以其意义,才能焕发其功能。因此,应引导学生主动地理解各数据的含义,把抽象的数据内化为具体的鲜活内涵,寻找数据间的关联性,形成数据链,展开数据分析。
2.数据的分析
寻找数据的特点或联系,发现规律,从而转化成能支持相关观点的证据,实现观点与事实的对接。主要有以下几种:
数据大小对比分析。通过关联数据的大小比较,从而发现隐藏在数据背后的相关规律。如上述“轮轴的作用”研究。
数据分布区域分析。如“摆的研究”,每个小组按自己的意愿,任意选择做一个摆线长15cm/20cm/30cm的摆,并测量这个摆在20秒内的摆动次数,重复3次。教师根据全班数据,转换成了一个全班的汇总图表,如下图:
通过观察直观平台中数据的分布状态,很容易发现:不同长度摆线的摆,摆动次数是不一样的;相同长度摆线的摆,摆动次数基本是接近的;摆线长,摆动次数少,摆线短,摆动次数多。
数据变化趋势分析。还是以上面“纸梁的厚度与抗弯曲能力”图表为例,通过观察,学生发现增加纸梁的厚度,能增强它的抗弯曲能力,而且增强的幅度是远远超出自己的预料,因此带给学生的印象也是非常深刻的。
数据的获取、整理、分析,是培养学生严谨的科学态度、正确的科学方法、缜密的科学思维的过程,教师的指导应贯穿于每一堂课、每一个环节,从而使學生的科学探究活动更有效、高效,更好地培养学生的科学品质,全面提升学生的科学素养。
数据是科学探究活动的重要证据,但是在课堂教学中,学生在数据方面存在以下问题:
一、数据获取和记录方面
1.错误(失当)的操作
数据来源于操作,错误(失当)的操作带来的是无效的数据。小学生喜欢动手做实验,但却往往是兴致远高于理性,根本不按科学程序和要点来进行规范操作,这样就影响了基础数据的获取,有效性大打折扣,更使后续的分析失去其应有的价值。
2.受探究结果定向的影响
由于受认知水平限制,小学生在探究中,往往只指向于结果,而忽视过程的有效性;对于数据有一定的认识和需求,但较为模糊,往往指向于“预先的猜测结果”,期望得到与预测相一致的数据,沉迷于“我们的实验和预测的差不多”“我们的预测真准”一类的得意心境,随意修改真实数据,以使数据“好看一些”,造成数据的失真。
3.迎合教师的意图
有些探究中的实验数据多而杂,教师一般会选取几个小组进行汇报和交流,为了得到老师表扬,学生也会在一定程度上揣测老师“想要的结果”,凭空捏造、胡乱填写的事情也时有发生。
4.盲目从众的心理
由于受应试教育“标准答案”影响,汇报交流中,当自己的数据与别人有差异时,学生往往不能坚持自己的成果,反而会心生疑虑,甚至为了与他人保持一致而篡改自己的数据,使之变得“好看”“随大流”,从而失去真实有效性。
5.数据记录错位
及时、准确地记录实验数据,这是学生应该养成的良好意识和习惯。但很多时候,学生沉浸于实验操作和现象,却忽视了数据记录。而且,在课堂中一般都是由教师提供记录表,但对于表格结构和记录项目,缺少指导学生观察、理解和内化的过程,引起记录错位,使真实数据变成了无效数据。
二、數据整理和分析方面
1.对数据无从入手
对收集到的数据,学生缺乏进行初步甄别和整理的方法,缺少时间进行观察、理解和内化,表现出茫然和束手无措,造成“有米不会炊”的窘况。
2.数据的流失
对于全班数据,在交流分析阶段,教师一般也仅取几个小组的典型数据来展开,以点带面,快速解决,其他小组则不再关注,造成了数据资源的流失和浪费。
数据不是凭空产生的,而是学生通过实验获取结果的真实呈现。有效地收集记录、整理分析数据,能够从中获得事实的真相,培养学生尊重事实的科学精神和缜密的思维能力。
三、提升学生的数据观
1.认识数据的作用
首先,要让学生明确数据的证据作用,没有可靠的证据支持,结论就没有可信度;其次,要让学生明确数据与结论之间的逻辑关系,即结论是在对数据分析、比较、综合的基础上进行科学推理、概括形成的。
2.正确对待误差
由于实验器材、操作过程等原因,每个小组的数据不可能是完全一致的,误差是客观存在的,也是允许的,不需追求整齐划一,更不应盲从他人。只要是使用了符合要求的材料、按照科学步骤和方法进行的操作,所获得的数据都应该是真实有效的。
四、、真实准确地收集数据
学生参与实验,并非只是为了取得几个呆板的数据,更在于数据是如何获取的,方式是否科学合理,过程是否适当可靠,唯有如此,数据才是有血有肉和真实丰满的。
1.器材要规范
完整适用的器材是有效、高效开展实验并获取数据的基础。如“轮轴的作用”实验,可采用“用测力计测量轮上拉力等”的方法,避免教材中实验装置轮轴保持平衡必须使“轮半径为轴半径的整数倍”这样一个限制和弊端,更有利于学生的操作和数据获取。对于一些器材较多、较复杂的实验,更要讲究材料的结构性和呈现方式,通过有结构的材料和有步骤的呈现,引导学生有条理地展开实验,获取数据。
2.操作要规范
对于实验操作,教师要作相应的讲解,做到透彻、易懂;对复杂、规范性高的实验更应给予示范。若有必要,教师应先行“下水实验”,以学生的视点来进行操作,这样才能给学生以更有效的指导。如“哪杯水的温度高”的实验,一是如何混合冷热水,二是要不要搅拌。经过下水实验,相同的热水和冷水量,混合方法对温度的影响不大,关键是安全,所以指导学生采取把冷水倒入热水烧杯的做法,这样就不需直接用手去接触烫手的热水杯,保证了实验安全、快速;由于冷水比重大,混合过程中会自然沉入热水底部,一定程度也就起到了搅拌混合的作用。规范了实验操作,所取得的数据规范性、准确性程度就会大大提高。
3.方法要科学
从理论来说,任何一个被测的量,都有一个客观的真实值,即真值,但是,实验获取的,只能是一个近似于真值的数值,称为最佳值,最佳值与真值之间的误差是始终存在的。为尽可能获取到最佳数据,可采用取平均数、中位数或众数的方法。如在“不同坡度斜面的省力作用”实验中,以“取平均数”的方法获取在不同坡度斜面上的拉力数据。
4.记录要及时
以严谨的科学态度来说,每一次实验都是唯一和不可复制的,因此,每次操作所取得的数据也是唯一的,不可能、更不应该由另外的操作进行递补和替换,所以及时地记录数据尤为重要。在操作时,小组成员要有明确分工,实验过程中,各司其职,特别是负责记录的同学更要尽心尽责,与小组成员密切配合,认真及时记录好数据。
五、适当有序地整理数据
实验所取得的原始数据,在未加识别、理解和整理的情况下是零碎、无序、无意的,所以需要对数据进行甄别、归类及一定程度地编码,从而提炼其有效性。
1.审视和甄别
实验获取的系列数据,在完备的器材、规范的操作之下,取得的合规数据总是会围绕真值产生正负小范围的波动,如果数据有较大、甚至是突兀的变化,应及时予以分析、解决。如在《摆的研究》中,测试同一个摆在30秒内的摆动次数,一个小组的数据如下: 第四次的数据与前三次相差较大,引起了学生重视,通过观察实验装置,学生发现是摆绳上端松动了,导致摆绳变长了,于是便意识到这个摆不再是原来的摆了,所以第四次的数据是不符合要求的。
2.列表法整理数据
这是最常用的整理数据的方法,在数据记录的同时,就预先有目的地运用表格,同步对数据进行初步整理,从而使数据变得规范、有序。
在现行情况下,学生的记录表格一般都是教师事先设计和打印好的,分发给实验小组,只需在实验时,把数据填人对应的表格内即可。但是,教师应注意在实验记录前,要引导学生观察和理解表格结构,以使数据记录准确、到位。若学生已有一定的设计能力,教师不妨引导学生一起参与到实验和表格的设计,确定表格结构及记录项目,逐步出示和完成,把实验探究转化为自身的学习需求和学习过程。“轮轴的作用”记录表,设计步骤如下:
3.图表法呈现数据
运用图表法呈现数据更有利于学生直观地观察和对比数据,获得更为丰富的感性认识,从而也更有利于学生开展数据分析。
如“纸梁厚度与承重能力”研究实验,数据如下:
运用Excel的数据转换功能,把数据即刻转换成如下图表,学生通过观察,不仅可以对比出数据的差距,更能直观地观察到数据的变动幅度和趋势,从而更深刻地认识和体会到“增加纸梁厚度能大幅提高其承重能力”。
4.全班数据汇总
统计学理论告诉我们,数据样本越多,结论精度和可靠性也就越高。所以,教师应秉持大数据意识,尽可能地把全班数据汇总到一起来进行分析、归纳、概括和推理,以使数据全面地发挥其应有的功能和作用。
六、科学地分析数据
1.数据意义化
单纯的数字是无意义的,只有赋以其意义,才能焕发其功能。因此,应引导学生主动地理解各数据的含义,把抽象的数据内化为具体的鲜活内涵,寻找数据间的关联性,形成数据链,展开数据分析。
2.数据的分析
寻找数据的特点或联系,发现规律,从而转化成能支持相关观点的证据,实现观点与事实的对接。主要有以下几种:
数据大小对比分析。通过关联数据的大小比较,从而发现隐藏在数据背后的相关规律。如上述“轮轴的作用”研究。
数据分布区域分析。如“摆的研究”,每个小组按自己的意愿,任意选择做一个摆线长15cm/20cm/30cm的摆,并测量这个摆在20秒内的摆动次数,重复3次。教师根据全班数据,转换成了一个全班的汇总图表,如下图:
通过观察直观平台中数据的分布状态,很容易发现:不同长度摆线的摆,摆动次数是不一样的;相同长度摆线的摆,摆动次数基本是接近的;摆线长,摆动次数少,摆线短,摆动次数多。
数据变化趋势分析。还是以上面“纸梁的厚度与抗弯曲能力”图表为例,通过观察,学生发现增加纸梁的厚度,能增强它的抗弯曲能力,而且增强的幅度是远远超出自己的预料,因此带给学生的印象也是非常深刻的。
数据的获取、整理、分析,是培养学生严谨的科学态度、正确的科学方法、缜密的科学思维的过程,教师的指导应贯穿于每一堂课、每一个环节,从而使學生的科学探究活动更有效、高效,更好地培养学生的科学品质,全面提升学生的科学素养。