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让学生学会用“数据”说话

——谈小学科学课中的数据采集与分析

安吉县实验小学  叶 军

摘要：数据的采集与分析能力是学生探究能力中的核心能力，让学生学会用数据说话是培养学生证据意识的重要途径之一。在基于数据采集与分析的探究活动中，老师必须思考如何让学生采集数据，采集怎样的数据，怎样展示学生采集的数据以及如何引导学生去分析数据，从数据中验证和解释假设，得出初步的结论。

关键词：科学 数据 证据 采集 分析 问题

小学科学课是以培养小学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程。什么是科学素养？简单地说，就是培养学生在科学探究活动过程中逐步学会以科学的态度和思维方法，处理和解决观察中所得的问题，得出科学的解释或结论。

在小学阶段，基于数据的采集与分析的科学探究课占据了很大的比重。在学生探究活动的过程中，数据成为学生解释现象和得出结论的有力证据之一。然而，在笔者多次参与的教研活动中，发现探究活动过程中的数据采集与分析，不仅不能成为学生解释现象和得出结论的有力证据，而且也是老师在教学中最难把握和处理的问题之一。究其原因，是老师对探究活动过程中学生数据的采集与分析教学缺乏深度的思考。

一、数据采集的问题

 1.采集的方法影响数据的准确性

如一位老师教学三下《测量水的温度》一课，要求学生连续测量四杯水（自来水、温水、烫手的水、开水）在10分钟内的温度下降情况，采用的方法是五人小组，其中四人每人一杯水和一支温度计，一人专门负责记录。测量时，要求学生手持温度计放入水中，老师负责掌控时间，测量员每隔2分钟读取一次温度，报给记录员记录。

测量完毕，分组汇报数据，结果小组测量的数据误差比较大，有自来水温度发生1℃变化的，有烫手的水温度下降幅度比开水大的，有温度下降先慢后快的，有连续6分钟温度不变的等等。分析其原因，主要有：（1）学生在10分钟的测量过程中，总因拿不稳温度计看错读数；（2）将温度计拿出水面读数；（3）受同伴向记录员报数据的影响（如测量自来水温度的学生听到同伴的温度都在变而怀疑自己的测量不准篡改测量数据）等等。

改进后的采集方法：

采用四人小组测量，每人一杯水、一支温度计、一个铁架台和一张记录纸。测量时，要求学生将温度计悬挂在铁架台上，玻璃泡浸入水中，老师负责掌控时间，学生每隔2分钟各自读取一次温度并记录。

数据汇报后基本能看出自来水温度不变，温水、烫手的水和开水温度下降先快后慢，温度越高，在相同的时间里下降幅度越大。

分析思考：

同样是学生测量水的温度，为什么采集到的数据截然不同？问题在于对三年级学生连续测量四杯水温度变化的目标定位不同，采集数据的方法不同。

改进前的数据采集方法，虽然努力让学生通过亲自测量水温来感受水温变化的规律，但因三年级学生的身心特点而以失败告终。改进后的数据采集方法，将测量定位在数据的观察与记录上，每个学生独立观察，独立记录，避免了学生在观察过程中将温度计拿出水面和学生报数时的相互干扰。

《科学课程标准》具体内容标准中提出“能用简单测量工具（尺、测力计、天平、量筒、温度计、秒表等）对物体进行定量观察，采集数据，并作简单记录。”在数据的采集中，使用不同的采集方法，采集到的数据不同，数据分析的效果也完全不同。教师在教学中要使学生能够采集到比较精准的数据，必须根据学生的年龄身心特点，选择适合学生的方法，才能使采集到的数据发挥最大的作用。否则，学生辛苦采集的数据，不但说明不了问题，反而会对学生的认知产生不利的影响。

2.数据采集的精度影响数据的分析

采集数据的目的是通过对数据的分析与解释，来验证假设，得出初步结论。在探究过程中，运用不同的工具，可采集到的数据也不尽相同。采集得好的数据，便于学生透过现象看到本质；采集得不好的数据，不仅不能帮助学生分析问题，反而会对学生的认知产生干扰。

如一位老师两次教学五下《热是怎样传递的》一课，其中有一个测量铜丝传热现象的实验。第一次，这位老师要求学生用秒表记录离酒精灯火焰从近到远的A、B、C、D四根火柴的掉落时间，实验数据如下：

改进后的采集精度：

第二次，这位老师只要求学生用1、2、3、4记录四根火柴掉落的顺序。

分析思考：

铜丝传热实验的数据采集，目的在于帮助学生获得“热会沿着物体从较热的一端传向较冷的一端”的科学概念。尽管两次上课采集的实验数据都能分析出正确的结论。但是，第一次上课实验时，学生关注的是每根火柴掉落的时间，汇报数据后，学生的兴趣都集中到了每组每根火柴掉落的时间都不相同上，反而对火柴掉落的顺序不怎么关注了，学生的兴趣偏离了研究的方向。第二次上课采集的数据尽管简单，但却简洁明了地显示了热传递的过程。

数据的价值在于能引起学生进一步的探究，不同的实验对采集的数据有不同的要求。如五上《用橡皮筋作动力》一课中测量橡皮筋缠绕圈数与小车行驶距离之间关系实验的数据采集，则要求学生量出小车从起点到终点的厘米数，这个数据对假设的分析是有作用的。

数据的精确程度往往受主观和客观因素影响，控制到哪一级精确度，对学生进行实验数据的正确分析影响很大。如五下《用水测量时间》一课中的3次测量300毫升水中漏100毫升水所需的时间，各个小组的测量数据如下：

这是一组学生测量得非常理想的数据，然而学生在分析的时候却说从300毫升水中漏100毫升水所需的时间会发生变化的，理由是每个小组3次测量的时间都不相同。此时如果老师要让学生相信因为误差的存在而造成毫秒数的不同，学生很难信服，因为这是他们精心测量出来的数据。如果，在测量之前老师要求学生把测量的时间精确到秒的话，那学生分析的结果就完全不同了。

在小学阶段涉及精准测量的数据中，老师要根据学生的身心特点，有意识地降低一些对学生测量的精度要求，那么，学生在数据面前，也将能客观而真实地进行数据分析与运用了。

二、数据展示的问题：以偏概全

小学科学探究活动中，学生测量、采集的数据，分析的结论，往往都是经得起重复验证的，学生也因数据经得起重复验证而对结论确信无疑。但是，由于课堂40分钟的限制，能给学生更多次重复验证的时间和机会并不多。在这样的情况下，小组数据的展示、分析就成了学生重复验证的间接证据。然而，在课堂中，我们经常能看到的现象是老师并不展示所有小组的数据让学生进行分析，取而代之的是以偏盖全。

如一位老师上六上《斜面》一课，全班共有10个小组，研究斜面能否省力。每个小组前后测量了2次数据，老师选择了3个小组进行了数据汇报：

从三个小组的数据中，老师引导全班学生分析沿斜面拉升所用的力都比直接提升所用的力要小，得出了斜面能够省力，然后提问其他小组的研究结论是不是也和这三个小组一致。学生一致都说是。

课后，我收集了全班的数据记录表，发现有2个小组的数据比较特别：

分析思考：

老师提供给每组学生实验用的螺帽、滚轮和钩码都是一样的，但直接提升所用的力为什么差别很大呢？显然，学生的测量有问题！虽然有问题的测量也能得出和汇报数据的三组一样的结论，但不是全班数据的汇总分析，至少会造成学生对数据采集与分析的三方面问题：

（1）对自己小组实验数据的不重视。老师采集的是个别组的数据，分析的也是个别组的数据，老师的以偏盖全让没有汇报数据的小组不能直接提出自己的实验数据来解释结论。

（2）缺乏强烈的数据证据意识。没有全班数据的汇总，学生不能从更多的数据来验证结论的可靠性，老师数据证据意识的缺乏直接影响到学生的数据证据意识。

（3）丧失对数据的敏感性。如果说0.1N的误差学生还能接受的话，那么5、7两组直接提升滚轮0.5N的差距学生无论如何是接受不了的。不能从数据中发现问题，也就意味着丧失了数据采集的价值，采集数据的目的之一就是培养学生善于分析数据、运用数据的能力，也是培养学生严密逻辑思维的重要途径之一。

因此，一般在学生探究活动过程中采集的数据，老师应尽可能予以全班汇报和展示，让学生从全班的数据中去观察数据、比较数据、分析数据，从而从数据中得出科学的结论和解释。

三、数据分析的问题：降低数据的价值

数据的分析是引导学生从逻辑思维层面对采集的数据进行解读和思考，在解读数据的过程中，逐步培养学生对数据的敏感性，掌握数据分析的一般方法。但是，老师在指导学生观察数据的时候，往往是粗线条的，把数据的分析直接指向结论。这样，忽略了数据中包含的其他许多有用的信息，使学生对数据重视不足，降低了数据的价值。

如一位老师上《摆的研究》一课，分析摆锤轻重和摆绳长短对摆的快慢的影响，数据如下（测量时间：15秒）：

这位老师先让学生观察1-5小组一、二、三倍重的摆锤在15秒内摆动的次数，学生发现各组三次摆动的次数一样；再观察6-10组摆锤在30、20、10厘米长的摆绳下15秒内摆动的次数，学生发现摆绳长，摆动快，摆绳短，摆动慢。这样的数据分析结论是得出了，但数据包含的其他信息呢？学生并没有注意！

分析思考：

如果我们有意识地引导学生对每个实验的数据进行先横向分析，再纵向分析，那么学生将得到更多有用的信息。对摆锤轻重实验的数据横向分析，得出摆的快慢和摆锤轻重无关，再纵向分析，各个小组摆动的次数不一样，关注到是不是摆绳的长短影响了摆的快慢。分析摆绳的长短对摆快慢的影响时，先横向分析各组数据，得出摆的快慢确实和摆绳的长短有关，再纵向分析，同样长的摆绳、同样重的摆锤，摆的快慢为什么还有1次的差异呢？引起学生对实验操作的反思和课后进一步研究摆快慢的兴趣。

又如分析三下《测量水的温度》一课改进采集方法后学生采集的数据，老师可以让学生算一算10分钟时间里四杯水各下降了多少摄氏度？每2分钟四杯水各下降多少摄氏度？看一看开水在5个2分钟的温度下降情况有什么不一样？学生在对数据的计算过程中，不言自明就理解了水温下降的规律。如果老师再辅以水温变化的曲线统计图，学生就能进一步理解。

数据的分析，只有透彻了，才能让学生在一次次的分析中逐步体验到数据作为证据的重要性，才能逐步培养学生对数据的严谨态度，才能让学生在数据的分析中逐步习得科学的方法和获得探究能力的提高。

四、年段要求把握的问题：

《科学课程标准》中指出：在小学阶段，对科学探究能力的要求不能过高，必须符合小学生的年龄特点，由扶到放，逐步培养。因此，探究活动中数据的采集与分析，必须与小学各年段的探究能力相适应。具体体现在：

1.分年段，逐步培养数据采集与分析能力

三年级，学生刚进入科学学习的起步阶段，学生的探究活动主要是在老师的主导之下进行的，因此该年段中要求学生能在老师的主导下进行简单的数据采集与分析。在数据采集的实验中，老师要逐步引领学生采集正确的实验数据，对数据进行简单的分析与处理，帮助学生建立数据意识。

四年级，学生的探究能力和数据分析有了一定的基础，但对学生的要求不能太高，定位在老师指导下的数据采集与分析。在实验中，老师要进一步确立学生的数据采集意识，学会对不正确数据的分析与处理，并进行简单的思维推理与概括。

五年级，学生进入了对比实验的设计与记录，明确变量控制对数据采集的意义，此时的数据采集与分析是在学生的主导之下完成的。老师帮助学生设计数据记录表，采集合理的实验数据，并对实验数据进行小组间的对比与分析，尝试通过数据对现象进行解释和得出初步的结论。

六年级，学生进入小学科学的最后学习阶段，在科学探究上已经能够自己提出问题、作出假设、设计实验方案，对获得的实验数据进行处理分析与解释以验证假设，得出初步结论，并考虑可能的其他解释及提出进一步有待探究的问题。因此，该年段的数据采集与分析是在以学生为主体的探究活动中完成的。老师对学生的活动做出合理的评判，帮助学生充分展示研究活动的成果。

2.重视实验与记录单的设计

尽管各年段对学生数据采集与分析的要求不同，但有一点是相同的，就是要充分重视实验设计与记录单的设计。同样的一个实验，由于实验设计的不同或记录单设计的不同，得到的数据也不相同，对培养学生探究能力的效度也就不一样。

如六上《电磁铁》一课中对铁钉电磁铁南北极的判断实验。学生通过用指南针分别去靠近电磁铁的钉尖和钉尾，判断出电磁铁的南北极，采集的数据如下：

学生通过分析后马上发现3、5、6电磁铁的南北极和其他几个小组电磁铁的南北极正好相反。是什么原因造成的呢？老师在学生猜测后给出了实验计划与记录单，让学生进行实验设计与验证。

电磁铁南北极探究实验计划

电磁铁南北极探究实验记录表

学生在自主的实验后，再次进行数据汇报，对比原先的数据，分析各组的数据，不难找到原因，得出正确的结论。

总而言之，在小学基于数据采集与分析的科学探究活动中，老师注重学生的数据证据意识，有目的地培养学生的数据采集与分析能力，使学生经历像科学家那样的探究过程，那么，学生在这种有计划、有目的的培养过程中，将得到情感与态度、价值观的熏陶，锻炼科学的思维与解决问题的能力，从而得到科学素养的提升。

参考文献：

[1]教育部.全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准（实验稿）［M］.北京师范大学出版社，2002

[2]教育部.全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准（实验稿）解读［M］.湖北教育出版社，2002

[3]叶虞卿.经典教学案例与创新课堂设计.北京知识出版社，2005

[4]张大松. 科学思维的艺术.科学出版社，2008

[5]叶禹卿. 经典教学案例与创新课堂设计.世界知识出版社，2006

附：教科版小学《科学》数据采集与分析活动目录