小学科学探究活动中数据收集分析的探讨.docx
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小学科学探究活动中数据收集分析的探讨
小学科学探究活动中数据收集分析的探讨
小学科学专业发展培训通过网络培训的形式，给我们带来了极大的方便。
如谈到如何培养学生的数据分析能力，感受颇深，仁者见仁，智者见智，诚以为数据收集与分析能力是科学探究技能中的核心能力，是培养学生科学精神的重要途径。
科学的本质不仅仅是科学的结论，更重要的是要理解和体验科学探究的过程，并在此过程中培养学
生严谨、求实、怀疑等科学精神。
一、 数据收集及分析在小学科学探究活动中的重要意义
在课程目标中指出，通过科学课的学习，逐渐养成科学的行为习惯和生活习惯，了解科学探究的过程和方法，逐步学会科学地看问题、想问题，形成大胆想象、尊重证据敢于创新的科学态度。
科学课强调对事物不仅有在质上的认识，更要从量上的分析得出结论。
定量分析会使学生的头脑更精确化、更科学化，只有能用数据来描述事物时，才算达到了对事物性质的真正了解。
随着新课程改革的不断深入，学生的学习范围也由课堂扩展到了课堂之外的广阔天地。
学生接触到的数据也越来越多，这些数据对学生的影响也越来越多。
教师应引领学生学会辨别和选择有用的数据，来证明自己的观点，自觉运用数据来进行解释相关的问题或现象。
通过对教科版科学教材的统计发现，小学阶段基于数据收集的科学探究课占相当大的比重，并且随着学生年级的升高，科学探究能力的增强，此类课型迅速增多，对学生的要求也越来越高，由开始的收集一些单一的数据，到后来收集对比数据或多组数据，并分类，画出统计图等等。
二、 小学科学探究活动中数据收集环节所存在的问题及解决方法
科学数据的收集是科学探究的重要一环，是分析、推理得出结论的关键。
而在小学探究实验中，往往由于实验器材的选择、教师的引导、学生的主观意识等，造成收集的数据不准确，学生很难从中找到科学的普遍规律。
如：
我在教学《水结冰了》一课时，由于课堂上学生采用的是酒精温度计，各组测出水刚开始结冰时的温度为—1℃或—2℃，没有一个组测得0℃。
这样的结论是有背于科学结论的，但是，又确确实实是学生亲身所经历，这种错误的经历直接影响到学生形成正确的科学概念。
后来，在另一个班级的教学时，我把酒精温度计换成了水银温度计，避免了如此尴尬的事情再次发生。
“细节决定成败”，做任何一个探究实验，教师都必须在课前进行亲自操作，做到心中有数。
为了得到比较准确可行的数据，教师在引导学生进行实验操作时，必须让学生明白如何控制好应变量和不变量，然后再进行规范操作的重要性。
如：
一位教师执教《拱形的力量》一课时，在学生研究了平桥和拱桥的承受能力实验后，得到了如下的数据。
平桥
8
3
1
10
2
3
3
3
2
2
4
拱桥
11
6
10
12
14
14
10
6
6
11
14
得到的共识是：
拱形承受能力大。
但在数据中，发现同样一张平桥，各组实验中获得的承受力的能力却有很大的悬殊，一些承重能力强的甚至是超越了个别组的拱桥的承载能力。
出现这样的情况，与教师活动前的指导有重要的关系。
教师对活动的要求不明确，如：
这个实验主要是研究平桥和拱桥的承载能力，作为对比实验，控制的变量很重要，但教师却没有重点要求。
而是演示实验方法。
这样的效果就很差了，之后就导致的情况有：
部分学生在做平桥的时候，将平桥两端在书本上的地方用手拉住按住，不让其变形；部分做拱桥的时候，将拱桥的拱足两端放入书本中间（即用书本抵住了拱足）。
如此，这样实验的学生活动得到的数据与原始数据有了很大的差距。
同时也影响与后来拱形承载更大力的探究活动，有些小组利用了1、2个螺母去抵住拱足的时候，拱承载能力却没有之前实验的能力强。
另外，有些错误的数据是由于学生的主观意识造成的，特别是一些通过感官观察描述的探究数据。
这样的无效数据让学生反思是觉察不出来的，如果讨论又会进入诡辩和争论。
遇到这种情况，教师应果断出击，消除干扰主观意识的因素。
通过改进实验、重做实验，引导学生发现错误的所在。
我曾碰到过这样的情况，在上《测量摆的快慢》一课时，做“改变摆的幅度”的实验，学生推测：
摆的幅度越大摆的速度越快。
有1个小组的实验数据是：
小于150
150
大于150
第一次
22
23
24
第二次
23
24
25
第三次
21
22
23
学生得出了符合主观推测的错误数据。
在讨论中该组同学坚持认为自己的数据很准确，与其他小组的同学争持不下。
很显然，并不是因为误差，是由于学生主观意识的影响。
我并没有否认他们的数据，而是要求他们演示给同学们看，并让他们把摆动幅度的调节更为精确，改为50、100、150、200、250、300。
由于增加摆幅的改变，有效地消除了主观意识的影响，学生很容易地发现了自己数据的错误。
那些由于学生主观意识造成的错误数据，是最难发现的，需要教师敏锐的眼光和高超的课堂调控技巧。
三、 小学科学探究活动中数据分析环节所存在的问题及解决方法
科学教学中，倡导让学生亲历探究，提出问题只是科学探究的第一步，更重要的是让学生自己动手实验、观察，收集证据，让学生对收集的事实证据进行分析，作出合理的解释，以利于学生最终获得正确的科学认识。
但是，在实际教学中这一点往往被很多教师所忽视，花了大量时间在实验准备和实验操作阶段，而真正用在分析数据得出结论上的时间很少，只是看见数据的一些表面现象，而隐藏在数据背后的东西往往被我们忽视。
我们每位教师都必须重视培养学生对数据分析能力的培养，提高学生科学探究的能力。
首先，强调解释要从探究数据出发。
在现实的科学课堂教学中，学生有时很难分清探究数据与解释。
他们常常在探究的同时进行直觉思维，又把自己的直觉思维所得当作了观察到的现象。
如“搅拌能加快食盐溶解”的对比实验中，有些学生在记录表的“观察到的现象”和“我们的结论”两栏里，都填上了“搅拌能加快食盐溶解”。
可以看出这些学生混淆了数据与解释。
忽视了解释是需要依据的，凭着自己的主观意念任意得出了结论。
所以，教师要教育学生树立证据意识，分清证据和解释。
在让学生作解释时，教师应强调解释应从探究数据出发，而不是依据自己的直觉，也不是依据自己的某种想法。
应鼓励学生把自己的证据和解释记录下来，对自己的解释进行整理，三思而后言。
对学生的解释，应经常运用“你的解释依据的是什么？
”“从哪些数据中得出来的？
”这样的问句追问；也可以要求学生在表述自己的解释时，出示探究数据，运用“根据这些数据……”“从以上数据可以看出，……”这样的语句表述。
这些问题和语句可以促进学生在做出解释时重视探究数据，知道自己的解释所依据的是什么。
经过长期的训练，让学生逐步认识到，科学解释需要依据探究数据，结论与数据之间是有逻辑关系的。
其次，引导学生辨别探究数据的有效性。
科学分析需要以探究数据为依据。
只有探究数据的真实有效，才能保证解释的科学合理。
因此，在对探究数据进行分析之前，要引导学生对探究数据进行辨别。
一个人、一个小组的探究往往是有限的，通过交流，就可以彼此分享探究过程和探究数据。
在交流中，可以增加发现那些无效探究数据的可能性。
如果存在问题，要引导学生反思自己的整个探究过程，强调探究过程的可重复性。
当学生面对数据时，一定要有严谨的科学态度，养成谨慎审视探究数据的好习惯。
如：
“蚯蚓喜欢潮湿的泥土吗”的实验中，有个小组进行了5次实验，得出如下数据：
次数
一
二
三
四
五
潮湿
0
1
0
0
1
中间
0
0
1
2
1
干燥
5
4
4
3
3
结论
不喜欢潮湿的泥土
该组同学通过自己的反思，并没有发现自己的数据有问题，就根据自己的数据得出了“蚯蚓不喜欢潮湿的泥土”结论。
然而，通过交流，与其他组的泥土比较，就发现了问题。
原来他们把潮湿的泥土弄成了糊状，蚯蚓当然不喜欢生活在糊泥里。
因此，讨论和交流是获得正确的探究结果的重要步骤，也是发现无效探究数据的好方法。
再次，运用多种方法呈现探究数据。
数据真实有效，就会使解释具有极大的权威性和很强的说服力。
但科学探究数据有简单的，也有复杂的。
探究数据简单，分析起来轻松自如，解释结果也能使人一目了然；如果数据复杂，呈现时又杂乱无章，不仅分析它会感到困难，还会降低解释的说服力。
所以，应该考虑整理这些数据，用合适的方式呈现探究数据。
这样，使学生获得更多的有价值的信息，对探究数据作出正确的分析，使解释结果更令人信服。
科学教材中，就有许多呈现探究数据的方式，如：
表格、柱状图、饼形图、形象表达等。
在引导学生科学分析数据时，应根据不同的数据来选择运用。
对于一些说明事实中的绝对数量的，力求统计数字准确的数据，可以选择柱状图的方式呈现，如：
《我们的大丰收了》一课中，对凤仙花种子数量的统计，使用柱状图的话，可以使枯燥的数据可视化，极大地方便了对数据的解释。
对于一些需要比较的数据，就可以采用表格方式呈现，如：
《测量摆的快慢》一课，“单摆实验”获得的数据较多，用表格展示，“影响单摆速度的因素”显而易见。
还有些是反映某事物局部与整体的比例关系的数据，可采用饼形图，它的特点是中心事物突出，直观感强。
各种呈现数据的形式要灵活运用，教师应适时点拨，随时渗透，善于把其它学科中学过的方法引入科学课。
有时，探究数据的规律和信息是多方面的，很难用一种方式完全展示。
这时，不妨让学生用多种方式展示数据。
如：
四上《天气》单元，《总结我们的天气观察》一课对降雨量的统计就是采用了表格和柱形图相结合的方式。
用表格使学生对每一周的降雨量有清晰地了解，通过柱形图可以清楚地知道降雨的分布情况，以及每天的降雨量对比。
通过这种方式整理和展示数据，学生对降雨量的分析就容易得多了。
为了充分利用好探究数据，进行合理的科学解释，教师应引导学生灵活运用探究数据展示的方式，使学生的解释更科学更具有说服力。
数据是科学家在科学探究中重要的实证依据之一，它是学生在科学探究中进行实证的重要事实依据。
在小学科学的课堂教学活动中，教师要充分发挥数据的作用，正确收集数据，作出合理分析与解释。
利用不同的数据创设情境、提出探究问题、引导学生探究，形成新的科学认识，提高学生探究水平
剖析实验数据，为教学把脉问诊
——《热起来了》两组实验数据引发的思考
丽水市莲都区天宁小学 陈建秋
［摘要］实验数据是最有说服力的科学证据之一，它可以帮助学生寻找规律、得出结论，使科学课堂变得严谨、简练、高效。
遗憾的是，实际教学中许多老师对数据的处理很不到位，忽略了数据中蕴含着的科学教育内涵。
有鉴于此，本文以某课的原始实验数据为例，对“如何面对不符合‘正确结论’的数据”、“如何面对数据和结论的不一致”、“如何面对缺失的数据和结论”、“如何面对小组综合能力不强”和“如何优化实验设计”等方面展开思考，按实例呈现、原因推测、教学启示的形式进行剖析，了解学生真实的思维状态，反思教师课堂教学中存在的问题，从而调整和改进教学策略，让教学更有实效。
[关键词]实验数据结论剖析原因启示
《浙江省小学科学教学建议》第17条明确指出，要让学生及时地把有关的数据收集起来，要求学生实事求是地分析数据，并把数据转化为证据。
目前，大家对此已有了足够的认识，在小学科学教学中十分注重定量研究，让学生运用测量、调查、统计等实验方法，收集实验数据，并对数据进行分析，得出科学概念和实验结论。
遗憾的是，实际教学中许多老师对数据的处理很不到位。
学生辛辛苦苦收集的实验数据，没有给予充足的时间进行交流分析，往往是从中挑选一两个数据轻易地推导出结论，对那些不符合“正确结论”的数据肆意否决，忽略了数据中蕴含着的科学教育内涵。
前些时候，我参加区小学科学教研活动，听了一位老师执教《热起来了》一课。
课堂上，老师组织学生开展了两个探究活动，分别是“衣服能给身体增加热量吗”和“衣服能保温吗”。
课后，我把各小组的实验记录单都收集在一起，将所有的实验数据输入汇总表。
实验一：
衣服能给身体增加热量吗
组别
衣外温度
衣内30秒
衣内1分钟
衣内2分钟
我们的发现
1
13℃
13℃
14℃
15℃
能
2
10℃
10．5℃
11℃
10．5℃
不能
3
16℃
16℃
16℃
16℃
不能
4
13℃
13℃
15℃
15℃
不能
5
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7
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8
——
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9
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能
10
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不能
实验二：
衣服能保温吗
（第一行：
包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：
不包毛巾烧瓶里的热水温度。
）
组别
起始温度
1分钟后温度
2分钟后温度
3分钟后温度
我们的发现
1
40℃
40℃
38℃
37℃
——
40℃
39℃
37℃
36℃
2
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64．5℃
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不能
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65℃
64℃
对这两个实验的数据进行分析、比较和统计，我们会发现有许多值得关注的的问题，比如：
学生的结论和“正确结论”不一致，学生的结论和自己的实验数据不符合，学生的实验数据不能清晰地推导出科学概念……剖析这些问题，可以让我们了解学生真实的思维状态，还可以反思教师课堂教学中存在的问题，从而调整和改进教学策略，让教学更有实效。
思考一：
如何面对不符合“正确结论”的数据
两个实验中，得出结论为“衣服能给身体增加热量”和“衣服不能保温”的各有3个小组，相关组别和具体数据如下：
结论为“衣服能给身体增加热量”的3个实验小组数据
组别
衣外温度
衣内30秒
衣内1分钟
衣内2分钟
我们的发现
1
13℃
13℃
14℃
15℃
能
6
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能
9
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13℃
14℃
15℃
能
结论为“衣服不能保温”的3个实验小组数据
（第一行：
包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：
不包毛巾烧瓶里的热水温度。
）
组别
起始温度
1分钟后温度
2分钟后温度
3分钟后温度
我们的发现
6
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55℃
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不能
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66℃
64．5℃
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不能
73℃
66℃
65℃
64℃
让我们来分析这些数据。
随着时间的推移，第一个实验中的1、6、9小组衣内温度确实有所增加，每次测量的温度增加值大约是1℃。
第二个实验中的6、8、10小组包毛巾和不包毛巾的烧瓶水温的降低情况基本上同步，可见有没有衣服包裹对烧瓶水温的变化影响不大。
当然，这样的结论和我们的“正确结论”是相违背的。
★原因推测：
1．实验器材的问题
说实话，我们教学中所用的温度计一般是玻棒温度计，其测量的精密程度往往很不理想。
比如，同一时刻同一地点的气温，用不同的温度计测出的数值往往是不一样的。
温度变化时，不同温度计的变化数值也往往会有差别。
2．实验操作不规范
做第一个实验时，有些组的衣服是原来穿在身上的外套，虽然提前几分钟脱下，但多少残留了一些身体的热量，所以测量时衣内温度时出现了温度下降的趋势。
另外，在用衣服包裹温度计时，有些同学把手按在温度计的液泡处，虽然隔了层衣服，但还是会对实验结果产生一定的影响。
☆教学启示：
1．做好实验器材的准备
实验器材是影响实验成功与否的重要因素，本课中的温度计教师应该要进行挑选，事先把所有的温度计放在热水中观察它们的温度变化情况，然后再把比较接近的温度计提供给同一小组。
学生实验用的热水，不仅要控制容器里水量的一致性，还要保持初始温度尽可能相同。
2．教师“下水”做实验
要让学生做的实验，课前教师要先去做一做，不是一遍，而是反复多遍尝试，发现实验中较难控制的无关变量，分析难以控制的原因所在，一一寻求对策。
比如，用怎样的衣服做实验效果比较明显，用衣服包温度计时采用怎样的方式比较合理，烧瓶的水量多少更有利于观察和测量……
3．引导学生寻求解决对策
当违背“正确结论”的数据出现时，我们要勇于引领孩子去思考、去发现：
重视事实根据，合理怀疑；倾听和考虑他人的不同观念或解释；避免在证据不充分的情况下作出判断；避免或将某结论不恰当地进行推广；注意考察任一数据来源的可靠性及重现性；多次实验，根据新的证据，怀疑、修改自己的意见。
直到找到问题的结症所在，再进行重复实验，看看实验的结果有否变化。
思考二：
如何面对数据和结论的不一致
实验一有七个小组得出“衣服不能增加热量”的结论，实验二有五个小组得出“衣服能保温”的结论，但两个实验都有几例数据和结论不一致的情况：
实验一：
衣服能给身体增加热量吗
组别
衣外温度
衣内30秒
衣内1分钟
衣内2分钟
我们的发现
2
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10．5℃
11℃
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不能
4
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不能
实验二：
衣服能保温吗
（第一行：
包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：
不包毛巾烧瓶里的热水温度。
）
组别
起始温度
1分钟后温度
2分钟后温度
3分钟后温度
我们的发现
3
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能
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7
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能
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实验一中的2、4、8三个小组测量的衣服内温度是逐渐上升的，若根据这些数据应该是指向“衣服能给身体增加热量”的结论，与“衣服不能给身体增加热量”的结论显然是不相符合的。
实验二的3、7两个小组也存在着数据和结论不一致的问题，不过这些数据比较隐性，需要细心辨析才能发现。
让我们先来分析第3小组的数据，排除两个烧瓶里的初始水温存在着1℃温差这一因素，无论是在烧瓶外包裹毛巾还是不包裹毛巾，其温度下降变化出现惊人的一致，故只能说“衣服不能保温”。
而第7小组则出现更戏剧的现象，包裹毛巾的烧瓶里水温下降比不包裹毛巾的更快，也许后面的结论说“衣服能降温”可能更合适。
★原因推测：
1．用已知概念代替结论
在现实的科学课堂教学中，学生常常在探究的同时进行直觉思维，凭着自己的主观意念任意得出结论。
在本课学习中，有些学生早就有了“衣服不能给身体增加热量，但可以防止热量的流失”的前概念，故他们没有真正把实验数据当回事，填上与实验数据相违背但符合常理的结论。
2．缺乏数据分析能力
在科学记录中，有些实验的数据显得相当复杂，对于这样的数据，学生就不容易把握了。
比如第二个实验中的数据，不仅要考虑到初始温度的不同，还要考虑变量控制下的两个烧瓶水温变化，若学生不进行纵向对比和横向比较，就很难发现其中隐含的内在联系，自然无法得出科学的结论。
☆教学启示：
1．培养学生实事求是的科学态度
良好的科学态度是造就栋梁的重要条件，而科学态度的核心是实事求是。
在日常的教学中，我们要注重培养学生尊重数据、实事求是的科学态度。
比如，让学生作结论时，教师应强调结论应从探究数据出发，而不是依据自己的直觉，也不是依据自己的某种想法。
应鼓励学生把自己的证据和结论记录下来，对自己的结论进行整理，三思而后言。
经过长期的训练，让学生逐步认识到，科学结论需要依据探究数据，结论与数据之间是有逻辑关系的。
2．培养学生逻辑推理能力
科学的结论是理性思维的结果，结论是建立在证据的基础之上：
实验获得充分的事实证据，逻辑推理获得理论上的证据。
整理数据，是一个审视收集的资料是否观察事实、选择相关数据、排除不可靠信息的过程，是一个运用批判性和逻辑性思维分析证据与解释之间关系的过程。
学生应学习如何分析、总结从简单实验中得到的数据，并正确运用逻辑思维，对结果作出解释，同时考虑如何选择相关的证据及解释奇异数据。
思考三：
如何面对缺失的数据和结论
第一个实验中，第8小组没有记录衣外温度，也就是我们所说的室温。
在第二个实验中，第8小组没有记录一分钟后的不包裹毛巾的烧瓶水温，1、9组没有写出实验结论，如下表：
实验一：
衣服能给身体增加热量吗
组别
衣外温度
衣内30秒
衣内1分钟
衣内2分钟
我们的发现
8
——
12℃
12℃
14℃
不能
实验二：
衣服能保温吗
（第一行：
包毛巾烧瓶里的热水温度；第二行：
不包毛巾烧瓶里的热水温度。
）
组别
起始温度
1分钟后温度
2分钟后温度
3分钟后温度
我们的发现
1
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——
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★原因推测：
1．没有及时采集原始数据
在进行定量实验研究时，学生常常会出现顾此失彼的毛病，不是没有按规范进行实验操作，就是忘记了相关数据的测量，有时干脆胡乱写个数据充数。
从这点上看，该组学生还是比较诚实的，不过实验数据的缺失对实验结论会造成一定的影响。
2．缺乏概括能力或时间不够
1、9小组没有实验结论，原因就比较复杂，也许是学生无法分析数据，也许是时间不够不能及时进行概括。
若按照常理去分析，第1小组的结论是衣服能保温，第9小组的结论是衣服不能保温。
☆教学启示：
1．提高数据重要性的认识
从现象到分析比较、推导得出结论，是一个从具体到抽象的思维过程，是思维从感性到理性的质的飞跃，只有完成了这个飞跃，才算真正获得了知识。
在这个过程中，要提高学生对数据重要性的认识具体要求如下：
（1）认真记录每一个信息和数据，不随意修改；
（2）不在观察测量数据中挑选符合自己想法的内容，不随意丢失资料；（3）重视测量工具的准确性和使用工具的正确性，以确保数据来源的可靠；（4）明确数据越充分、样本越大，与越多的事实相一致，越令人信服；（5）可以采用多种方式，多人或多次重复实验，以寻求尽可能多的支撑自己假说的证据。
2．给予学生充足的探究时间
时间是保证科学探究有效性的一个重要指标。
在课堂中，要减少不必要的讲解时间，把课堂时间的支配权给学生，给学生以充足的时间沉浸在科学活动中。
学生的猜想一定要在课堂内进行分析和正确的引导归类，不能为了完成教学任务，只按照教师的意图去验证规定的猜想轻易地否定学生的猜想，这样不仅扼杀了学
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