摘要：小学科学中的实验大部分涉及到数据，它们是学生学习科学、理解科学的重要载体。但是很多实验往往会出现一些差异化数据，对学生科学概念的建构产生了影响。本文结合具体的教学案例，阐述了科学教学中常见的“边缘数据”、“差异数据”和“失真数据”的产生原因和改进措施，揭示挖掘数据的重要性。
关键词：边缘数据；差异数据；失真数据
小学科学教材中的绝大部分实验都以数据的方式向我们呈现结论，通过对数据的整理和分析，才能发现事物彼此之间的相互联系，了解其中蕴含的规律。因此数据是科学教学的重要组成部分，是学生学习科学、理解科学的重要载体，是掌握科学真理的密码。
但在实际的实验操作过程中，由于多方面的原因，每一次学生收集到的数据并不完全像我们预设的那样呈现，或多或少地总会有这样那样的问题。这些被我们归结为“失误”或者“误差”而产生的同现实世界客观事物、客观现象不吻合的差异化数据有没有存在的价值呢？在实际教学中，我们经常看到老师随意剔除这些数据，或者对这些差异化数据视而不见，只选择那些我们认为正确的就得出一个与实际相吻合的结论。
任何数据的得出都有其根源，差异化数据也不是凭空产生的，也是学生对实验结果的真实呈现，因此我们不能漠视这些数据的存在。正确的数据固然重要，但差异化数据同样蕴含着客观的原理，反而更能激起学生的兴趣，产生更深刻的印象。《浙江省小学科学教学建议30条》中的第十七条明确指出，要让学生及时地把有关的数据收集起来，做到所收集的数据的准确性和客观性，并能实事求是地分析数据。所以，要给予学生充足的时间进行交流分析，绝不能对那些不符合“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。
一、审视“边缘数据”，提升数据的严谨性
那些游离于正确数据之外，与事实并不完全相符，却又同正确数据非常接近的数据，我们暂且称之为“边缘数据”。
在每次实验过程中，总有一些被我们归为“误差”的边缘数据，其实这些也是学生积极参与和共同构建知识过程中必然伴随的现象。这些数据对于审视自身教学、分析学生的实验方法和实验过程具有积极的、不可替代的教育价值，我们绝不能把它当作偶然现象而马上删除，也不能简单解释：这是实验过程中出现的误差，事实其实不是这样的，下课后有空再去尝试一下。那样我们的教学岂不是变成了为数据而探究。
【案例呈现】：
一位老师在执教《热起来了》一课时，首先组织学生开展了“衣服能给身体增加热量吗”这一探究活动，之后，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，得到如下数据：
针对学生收集的数据，教师直接肯定了第3、5、7组的实验结果，强调了其它小组的实验数据非常接近，只是存在一点误差，可以忽略不计，总之从数据中我们可以发现“衣服不能给身体增加热量”……
这样的解释真的解决问题了吗？从学生的实验数据中我们发现，10个小组里面竟然有7个小组的数据是存在“误差”的，虽然只是相差了1度，但整体是在上升的，还有3个小组甚至得出了“能给身体增加热量”的结论，如此教师又怎能轻易地弃数据而不顾，草率地下结论呢？
科学教学中我们经常遇到这样的“边缘数据”，这些数据的产生有多方面的原因。从数据的严谨性要求出发，我们让学生收集的数据应尽可能符合事实、遵循事物发展的规律，误差在所难免，但真正的问题可能还源于我们教师自身的教学。
1．优化实验时间
有些问题数据的产生，在于我们的教学设计上存在着一些考虑不周到的地方，同时迫于教学时间的限制，往往追求又快又好的效果，造成学生的匆忙和无序。所以，我们要注重教学设计的合理性，充分考虑各种变量，把握实验节奏，突出实验效果，才能使数据趋于严谨。
上面的案例中，学生的实验数据出现了这么多的问题，教师的实验设计就存在着一定的问题，来看一下表格的设计：
温度计是根据液体的热胀冷缩原理制成的，测量水温的变化效果都需要放入其中并有一定的时间，而现在测量的是气温，其变化时间需要更长，所以仅仅只是一两分钟的时间，测量出的数据往往是会产生问题的。
2．加强方法指导
实验方法的正确与否，直接决定了学生收集数据的正确性。小孩子的特点决定了他们的实验操作上的不成熟，而那些问题数据也往往是因此而产生的。所以，加强实验前的方法指导，加强实验时的操作指导，提高实验操作的规范性，可以有效避免很多问题。
上面的案例中，通过询问，我了解到第1、6、9这些小组的操作过程中，为了“强化”实验效果，让温度计尽可能地贴着衣服去测量，有些同学把手按在温度计的液泡处，虽然隔了层衣服，但体温还是有渗透，对实验结果产生了一定的影响，因此出现了温度逐步升高的问题。
3．重视重复实验
重复实验的意义在于可以最大程度地降低实验的偶然性，重复的越多，越趋向于标准。所以，小学阶段的很多实验都提倡同一个实验做多次，然后在此基础上进行科学取样，选择比较合理的答案。
上面的案例中，教师没有让学生进行多次实验，这也是产生问题数据的重要原因。二次测量肯定比第一次更有经验，会自觉地改进第一次测量中出现的问题，会更仔细地读温度计的度数等等，如果给学生测量3次甚至更多，他们自己也会发现自身数据存在的问题并不断地修正，这比数据本身更有意义。
二、对比“差异数据”，注重数据的合理性
对相同的事物或现象呈现不同的数据状态，且这些数据还存在着较大的差距，我们暂且称之为“差异数据”。
在实际教学中，我们往往总是将数据“化零为整”，从整体上分析数据存在的客观规律。正因为如此，数据之间的对比性更强，通过比较我们往往可以发现更多的问题。但在实际教学中，我们很多老师往往缺乏有效的信息比对意识，只重视让学生寻找“老师需要”的信息，以便于得出课本上要求掌握的科学概念，而忽视让学生从数据中发现其它有价值的信息。
【案例呈现】：
在教学六年级《形状与抗弯曲能力》一课时，老师指导学生进行了"纸的形状与抗弯曲能力的关系”的研究活动，采用放垫圈的方法比较大小相同的纸折成不同形状后的抗弯曲能力。各小组通过研究活动，得出如下的科学数据：
教师让学生观察上面的表格，强调比较“各组”数据之间的差异，可以发现什么。学生通过简单的交流发现：同样大小的纸，平铺的纸张不能承受一个垫圈，抗弯曲能力最差，而折成不同的形状之后，抗弯曲能力有所提高，特别是折成波浪型的时候，抗弯曲能力最强。然后教师让学生给这些不同形状的纸按抗弯曲能力大小进行排列，完成了本课的教学。
应该说，教师是充分利用表格中的数据，引导学生认识到了其发展趋势，从而得出了本课需要的结论，但是难道表格中的数据就没有其它的内涵了吗？
1．重视研讨推理
对科学数据的分析绝不仅仅只是数字呈现和统计的过程，还需要一个解读的过程。数据是感性认识，证据是理性认识，这其中有一个思维加工的过程。所以给学生充分的时间交流研讨，对收集的信息加以比较和推理，让学生在充分描述其内涵和意义的基础上，作出自己的判断，这是非常重要的一步。
例如上面的案例，数据整理之后，教师引导学生将每一个竖排的数字看成一个小小的整体，归纳出它们的范围。学生会发现：平铺的纸张不能承受一个垫圈；折成凹槽形的纸张能承受3－11个垫圈；折成三角凹槽形的纸张能承受26－60个垫圈；折成长方体的纸张能承受6－18个垫圈；折成圆柱体的纸张能承受11－46个垫圈。这样的好处在于，学生不仅可以根据这个给不同形状的纸的抗弯曲能力进行排序，而且还可以发现，同一种形状，它的抗弯曲能力也有很大的差距。这是什么原因呢？教师继续组织学生进行研讨，学生结合自己的理解进行推理：
这是对本课科学概念的一个深化的过程，是对形状与结构单元核心概念的一个提升，有效的发展了学生的思维。
2.关注后续探究
科学课程标准指出，科学教学应当是开放的，培养学生的科学素养仅仅依靠课堂教学是不够的，课外活动是课堂教学的延伸。所以给学生创造“后续探究空间”，面对课堂生成的资源进行课外的研究是对科学教学的良好补充，可以深化认知，提升科学素养。
例如以上案例，学生通过对数据的比较发现，同一种形状，它的抗弯曲能力有很大的差距，教师也引导学生进行充分的预测（如上推理），为了验证这些推理的正确性，教师可以引导学生开展课外对比实验。以波浪型为例，用同一张纸，折成数量不等的三角凹槽，在不改变支柱距离的情况下，是否凹槽数越多，抗弯曲能力越强。
通过收集实验数据，学生可以发现，三角凹槽形的抗弯曲能力和所折凹槽的数量的确有关，但未必凹槽数越多越好。这样的活动使探究有了更深入的发展，进一步促进了学生科学素养的发展。
三、修正“失真数据”，强调数据的科学性
在实验过程中因某些外部因素而产生的差异数据，会对科学概念的建构产生影响，我们暂且称之为“失真数据”。
尊重数据是科学探究活动必须遵循的准则，但问题是，当实验现象呈现的数据与事实并不相符合的时候，我们又该如何处理呢？
【案例呈现】：
《磁铁的磁性》一课的教学，在研究“磁铁各部分磁性的强弱”这一环节的过程中，教师指导学生分别在条形磁铁的两头和中间（ABC三点）挂回形针，根据所挂回形针的数目来判断磁铁各部分磁性的强弱。在经过了一系列探究活动之后，学生收集到有关数据，教师根据孩子们的汇报做了如下统计：
根据学生实验得出的以上数据，他们得出的结论是：磁铁两头的磁性强，而中间是没有磁性的……
正确的科学结论是建立在有效的实验数据基础上的。科学教育除了“让孩子们学习科学对事实的尊重”外，还要感受“科学对结论的谨慎、科学对错误的勇于修正”。
1．强化实验材料的组合
材料的选择往往决定着探究活动的效率，选择不同的材料会产生不同的数据。材料的选择除考虑生活化、实用性等因素外，材料之间的组合也很重要。我们要充分发挥材料的特质，利用他们之间的相互作用来凸现科学规律，使证据呈现的更科学。
如上案例，磁铁的磁性不强，所以同回形针的组合并不恰当。老师如果把回形针裁减成1/4的小段，用磁铁的中间部分来尝试就不会出现以上的结果。当学生们看到这1/4段的回形针被磁铁中间部分吸住的时候，他们的科学认识就会是这样的：磁铁中间部分不是没有磁性，而是磁性很弱。
2．重视下水实验的操作
很多教师受工作条件制约，往往是拿了材料就去上课，故保证不了学生探究活动的有效性。《浙江省小学科学教学建议30条》
建议：“教材上的观察、实验活动，教师在上课前要亲自做一遍，保证课堂教学顺利实施。”言下之意，就是鼓励教师多做“下水实验”。所谓“下水实验”就是教师在进行上课指导学生实验前，自己在器材室进行对课堂上要进行的实验进行多次预演或试验，从而有效指导学生科学探究的行为。它包括这个探究活动需要什么材料，需要多少时间，可能会遇到什么问题，可以获得哪些数据或证据等等，从而对课堂教学了然于胸。
如本案例中，教师如果事先进行过下水实验，肯定会发现实验室的条形磁铁配置的时间很久了，大部分的磁铁磁性都逐渐变弱了等等。
总而言之，对科学数据差异化的重视，意味着对科学探究本质的认识。虽然对这些差异化数据的分析和处理会耗费我们很多的时间和精力，但我们传递给学生的却是严谨的科学思维方式和尊重事实的科学态度，能够进一步激发学生的探究兴趣，这是科学素养的重要组成部分。
参考文献
[1]浙江省教育厅教研室：《浙江省小学科学教学建议30条》
[2]张红霞：《科学究竟是什么》.教育科学出版社
[3]吴利坚：《不该被漠视的数据》.《科学课》
[4]郑美宏：《“另类”也能演绎精彩》.《科学课》
论文作者:孙建丽
论文发表刊物:《知识-力量》2019年7月下
论文发表时间:2019/4/22
标签：数据论文; 科学论文; 学生论文; 教师论文; 磁铁论文; 弯曲论文; 凹槽论文; 《知识-力量》2019年7月下论文;