如何有序地开展小学科学实验课，怎样对待实验数据？
在小学阶段开展科学实验，在实验过程中指导学生观察、收集、测量、统计并进行数据分析，对教学效果有显著影响。本文从数据分析的有序化、精准化、深层化三方面论述基于数据分析的小学科学实验，介绍如何有序地开展科学实验，有效地选择实验内容，客观对待实验数据，发展学生运用数据推理与论证的能力，更好地促进学生思维发展。
基于数据分析的小学科学实验
文 | 宋斌 赵启安
《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》要求：通过小学科学课程教学，使学生体验科学探究的过程，初步了解与小学生认知水平相适应的一些基本的科学知识，养成提问的习惯，初步学习观察、调查、比较、分类、分析资料、得出结论等方法。
科学实验是科学教学活动中必不可少的探究方式。科学实验数据（及其图表）是定量实验结果的重要表现方式，也是体现研究结果的重要证据。
所谓数据分析是指用适当的统计分析方法对收集来的大量数据进行分析，提取有用信息并形成结论，对数据加以研究、总结的过程。在生活中，数据分析可帮助人们做判断，辅助决策。小学阶段开展科学实验，在实验过程中对学生观察、收集、测量、统计的过程进行数据分析，可促进教师改进教学方式，调整实验内容，科学使用实验数据，进而提升科学课堂教学的实效性。
分析实验内容，调整实验数量
教师要根据学生的实际情况，坚持“以学生为主体，以教师为主导”，在科学教学过程中，弄清哪些是教师做的演示实验，哪些是让学生做的分组探究性实验，并且深研教材，借助数据分析实验内容。
例如，教学“使沉在水里的物体浮起来”时，教师针对实验内容较多，教学时间明显不足的问题，将教材中“观察橡皮泥沉浮”和“让橡皮泥浮在水上”两项实验合并，通过一次演示实验引入。这样，通过精减实验内容，使教学时间有了保证，达到事半功倍的效果。
分析实验备品，准备足量材料
在分析实验内容的基础上还要分析实验备品。
在实验过程中，如果缺少药品或器材将导致实验无法正常进行。因此，在教学前，教师要根据学生人数或小组数，确定所需实验材料的数量，并在课前准备充足。如果是教师原来没有做过的实验，要提前做一次，看是否达到预期目标。如果不能达到预期目标，则要调整实验材料。只有这样，才能保证实验顺利进行，提高实验效率。
分析实验步骤，掌握操作顺序
无论是教师的演示实验，还是学生的分组探究实验，都要按照一定的操作步骤进行。如果教师随意改变操作顺序，不仅难以观察实验现象，而且容易发生安全事故。
例如，在引导学生做“研究岩石中是否含有碳酸钙成分”的分组实验时，教师要明确告诉学生，“一定要阅读注意事项，注意操作顺序，按照规程操作”——要先把不同的岩石标本放在合适的位置，然后用吸管吸取适量的盐酸，分别滴在岩石标本上，观察并记录发生的现象。学生按照要求去做，依据规程做好记录，便于分析、归纳和总结，也避免发生意外。
借助数据分析操作步骤，有利于提高课堂实验的有效性。
分析探究方案，有序开展实验
探究性的实验操作与教师的演示实验有所不同，通常小组探究性实验是需要学生操作的，他们需要设计探究方案。若教师不做引导，让学生自己设计，有一定的难度。在探究活动展开前，教师可以让学生尝试演示或描述探究的过程，使学生的想法外显，这对他们明确探究方法非常有益，且教师不需要过多强调注意事项。
例如，在教学“把固体放到水里”时，教师让学生思考如何测量橡皮泥浸入水中排开的水量，学生各自表达想法，有的说将橡皮泥放入水中后观察水位上升情况，有的补充说要知道之前水位情况才会了解上升情况。这样，学生在实验前进行探讨，对实验方法、步骤和注意事项就比较明确了。
将实验内容、实验备品、实验步骤、探究方案等数据进行有序化的分析，可以发挥科学课堂教学的最大价值。
调整实验用具，精准获取数据
在学生的探究活动中，众多因素会影响学生实验数据的准确性。如实验仪器不精密，实验材料不标准以及环境影响等，都会造成学生获取的实验数据不精确。
小学科学实验中，有很多测量是需要学生在定量的基础上进行估计的，如用量筒测量液体的体积，用玻棒式温度计测量液体的温度，用弹簧测力计测量力的大小等，在利用这些仪器进行测量、记录数据时，在测量刻度之外，会有估上或估下造成的误差。
工欲善其事，必先利其器。教学中，使用精密的数字化测量工具，可以解决学生人为估值影响数据的问题，也符合新科技产品进课堂的理念。
例如，用数字温度计代替玻棒式温度计的优势非常明显：一是灵敏度提高，节省了等待温度变化的时间；二是误差小，数据更准确；三是温度不需要估算，消除了人为估值对数据的影响，更便于学生在电子表格中直接输入与呈现数据，为后续的论证环节作好了铺垫。
调整表现形式，直观读取数据
小学阶段是学生的思维方式由形象思维转为抽象思维的关键时期，因为数据的变化很抽象，不像实体可以看得见摸得着，因此，很多学生对数据之间的关系无法进行有效分析。教师应当引导学生用收集、归类、列表、作图等方法相结合的方式对得到的数据进行整理。
常见的学生记录和交流实验数据的方式有三种：一是学生用笔在记录表上记录，向全班读报数据；二是小组成员将笔记录的结果用投影仪边展示边宣读；三是各组将记录的数据填写在教师准备的汇总表中。
显然，第三种方式比较理想，但需要教师准备一张大的汇总表，且数据处理不是很方便。在数字化的今天，学生完全可以利用电子表格等软件对数据进行收集、归类、列表、作图，让交流和研讨更为有效。
例如，经过简单设置就可以将各组学生的实验数据汇总并以柱形图或折线图的直观形式呈现。这样，就不需要对所有数据进行呈现与对比分析，只显现数据变化的趋势就可以了。
可见，调整不同的数据图表形式，有助于学生读取数据，并对数据进行观察和分析。
调整教学方式，论证科学数据
在交流研讨环节，教师要组织学生充分利用数据来说话、来解释，使研讨交流成为学生对话的平台，成为学生推理论证的契机，让学生在应用科学数据进行论证中，提高思维水平，深化对概念的理解。
例如，在教学“热的传递”时，在预测环节教师发现全班学生基于生活经验建立了两种不同的观点：“衣服能给身体增加热量”和“衣服不能给身体增加热量”。学生获得数据后，对起始温度、1 分钟后的温度、2 分钟后的温度、3分钟后的温度等几个数据进行观察与分析，得出结论：温水在不断地向外界散发热量，而衣服只是起到了保温的作用，使温度下降的速度减慢。
学生通过不断对话、交流，实现了概念建构与思维发展的有效融合。教师应该最大限度地发挥数据的作用，并利用实验数据拓展学生的思维，加深他们的认知，坚持用数据说话，让他们养成实证意识和科学精神。
补充实验数据，认清科学本质
实验数据是否都是真实的呢？其实不然，有时数据也带有一定欺骗性，造成得出的结论并不完善。遇到这种情况，教师应引导学生做更细致的补充实验，或者发现实验中的反例，才能透过数据看清事物的本质。
例如，在教学“研究磁铁”时，教师组织学生做实验并得出结论：条形磁铁的磁性两边最强，向中间递减，到中间位置无磁性。“条形磁铁的中间部分真的没有磁性吗？”事实上，用小铁钉或者回形针检验后发现，条形磁铁的中间部分表现出具有能够吸引铁磁物质的能力，这让学生更加直观地看到了磁铁中间磁性的存在。
所以，在实践中教师要引导学生充分运用感官，全面、细致地观察实验现象，再记录数并分析数据，通过推理得出结论。
比较实验数据，揭示科学本质
在探究活动中，教师引导学生做数据分析，通过有意识控制，让学生分析数据之间的内在联系，找到它们之间的不同点和共同点，从而揭示事物的本质。
例如，在教学“摆”时，为了探究摆的快慢与哪些因素有关这一问题，教师让学生利用三个钩码和三根长度不同的摆绳做实验并采集数据，记录 15 秒内摆动次数。学生比较数据后，得出结论：在摆绳长度相同时，摆的快慢与摆重无关；如摆重相同，摆线越长，摆速越慢。学生在数据的比较中，认识了摆的特点。
只有引导学生选择科学的方法对实验数据进行比较，才能快速发现规律，得出正确的结论，形成科学概念。科学探究的过程是曲折的，从大量数据中找出规律不是轻而易举的事。教师在引导学生探究时，不能为完成教学任务，急功近利，要在引导学生分析数据上下功夫，让学生体会到科学探究的乐趣。
深挖实验数据，发现科学本质
教学中，一组数据中往往包含多重信息，教师应关注数据隐含的信息，充分挖掘数据的价值。
例如，在教学“吸热和散热”时，学生通过实验探究了物体的颜色与吸热能力关系后，经过简单分析，认为：物体颜色越深，吸热能力越强。其实只得出这个结论是远远不够的。
教师继续引导学生讨论：颜色相近的红色蜡光纸与粉色纸对比，为什么红色蜡光纸比粉色纸吸热能力要弱？铝箔和白纸有什么区别，吸热能力有何不同？这些颜色温度变化有什么特点？实验数据包含了丰富的信息，教师要花时间引导学生充分挖掘数据中隐含的信息，实现数据应有的价值，进而像科学家一样发现科学的本质。
总之，学生只有透彻分析数据，才能在科学实验中逐渐体会以数据作为依据的重要性。教师要关注影响实验数据的因素，精心设计实验过程，尽最大限度的努力使得到的数据客观、全面、准确地呈现在学生的面前，进而提高学生的实验技能和科学素养。
教师基于数据分析开展小学科学实验教学，能选择有效的实验内容，为科学实验的开展准备充足的实验材料；使学生明确实验的步骤和注意事项；避免为记录而记录、为汇报而汇报、在汇报交流单上纯呈现数据的问题，引领学生学会科学探究，尊重实验数据，发展学生运用数据来推理与论证的能力，更好地促进学生思维发展。
（作者系辽宁省本溪市明山区东胜小学教师）
文章来源：《中小学数字化教学》2019年第5期
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监 制：朱哲
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