小学生实验数据失真原因及教学干预策略

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  收集实验数据是学生实验中的一个重要环节。通过问卷调查、访谈和随堂听课,发现部分学生在观察、实验时所收集的数据失真,主要表现为:有的学生实验数据不完整、不全面;有的学生实验数据误差偏大;还有的学生只顾操作忘记记录数据,为了完成学习任务就伪造数据或者涂改实验数据……这些现象的存在,直接影响学生对数据的整理与分析、运用数据进行解释预测的实效性。因此,科学教师应关注小学生实验数据的失真现象,分析原因,积极开展科学教学改革,增强学生对数据的敏感性,使学生养成尊重数据、实事求是、认真负责的科学态度,培养学生良好的数据意识和实证意识。
  
  一、 小学生实验数据失真原因分析
  
  1.学生对实验探究的需要,影响实验数据的真实性
  需要是学生进行探究活动的原动力。由于受到自身认知水平的限制,学生获取充当证据的数据的需求也变得更加明确,他们需要“符合猜测依据”的证据。这种猜测观点不是建立在事实基础上,而是沿着他们预先猜测的方向进行实验,他们期望得到与猜测相一致的证据。在这种心理的影响下,学生的注意力高度集中于这一结果,从而形成了带有“预知性”的观察或实验,即使面对完全相反的数据,他们也会按照期望得出结论,从而影响实验数据的真实性,造成了实验数据的失真。科学课上,学生洋洋得意的话语“老师,我们的实验数据跟猜测的差不多”、“我们这一组的实验数据真准,和我们猜测的一样”正是这一倾向的有力说明。
  2.学生的盲目从众,造成实验数据的失真
  有了明确的探究目标,学生才能进行有意义、有价值的探究。在实验过程中,学生会遇到很多意想不到的难题。当自己的研究数据与别人不同时,这些学生往往倾向于别人的结果,特别是一些优秀学生的结果,很容易因从众心理而改变自己的实验结果,造成实验数据的失真。这种人云亦云、盲目从众的心理在小学生身上表现的尤为突出。
  在教学用温度计测量气温时,由于学生在教室中所处的位置不同,学生测量的气温出现了多种数值。这时,有的学生开始怀疑自己的测量数据是否准确,就去看看其他学生的数据,发现自己的数据与别人的数据有差异。于是,这组学生对实验数据进行了挑选,只留下那些他们认为最准确的数据,涂改了那些“不太好”的数据,从而“摆平”了数据。面对这些有差异的数据,这些学生没有分析造成这些差异的原因,而是选择了盲目从众,造成了实验数据的失真。
  3.学生迎合教师的教学,造成实验数据的失真
  由于科学探究中学生发现的现象多而杂,而且学生的回答常常说不到点子上。在日常的教学中,教师经常用个别学生的意见代替全体学生的意见,只要有某个学生答对了标准答案或说出了教师心里想要说的话,教师就会草草收兵,开展下一环节的教学,生怕节外生枝,打乱预设的教程。时间长了,学生为了能得到教师的肯定,就努力猜测教师的意图去填写实验数据,而不是花时间去分析自己的结果是否真实,从而放弃真实的实验结果,造成实验数据的失真。
  在教学《纸的观察》一课时,要求学生观察一张打印纸。一位学生把纸撕开后观察到了纸边的纤维。在汇报时,许多学生分别从颜色、形状、厚薄、轻重、光洁度等方面描述纸的外部特点。这位学生看到其他学生只汇报了纸的外部特征,自己与众不同的发现却没有汇报。他为了迎合教师的教学,努力猜测教师的意图,从而隐瞒了自己独特的发现,放弃了真实的实验数据。
  4.学生不良的实验记录习惯,造成实验数据的失真
  学生喜欢做实验,却又把实验当作游戏,没有按照科学的程序进行操作,影响了实验数据的记录。主要表现有:不能及时准确地记录实验数据;把实验数据随意记录在某一张纸上,未能及时记在实验记录本上;不能及时地整理记录的实验数据;由于观察或实验时不专心,实验数据忘记记录,只好随便捏造一些数据记录在记录表上……这些不良的记录习惯,使学生的实验数据记录不完整,收集的数据不全面,记录的实验数据误差偏大,可信度较低,造成了实验数据的失真。
  5.教师的教学预设不到位,也会造成学生实验数据的失真
  课前的精心预设可以为课堂的精彩生成奠定基石。课堂教学应该是师生共度的、真实的探究经历。在教学过程中,不能因为强调预设而强制牵引学生的思维,也不能因为注重学生的生成而将预设全盘否定。由于教师的预设不到位,课堂中往往会出现这样那样的意外,引发学生一些“跑题”的探究。学生在获取实证的过程中,更多的主观心理因素主宰了他们的行为,导致他们并未很好的结合实验现象进行实验数据的取舍和分析,造成实验数据的失真。
  一位教师教学《硬币滴水》这一实验时,要求学生在硬币上滴水,体验水的表面张力是很大的。由于教师对硬币正反面的选择、滴水的方法和计算水滴数的方法预设不到位,课前考虑不周全,导致学生的实验数据差异很大,部分学生的数据失真,影响了进一步的探究。
  
  二、 小学生实验数据失真现象的教学干预策略
  
  科学学习中,最乐于做,也最适合学生做的是收集资料或获取观察、实验数据这一环节,其余的过程,应由教师通过各种形式和学生一起完成。为了防止学生的实验数据失真,教师应采取相应的教学干预策略,引领学生实事求是地面对实验中的数据,培养学生认真负责的科学态度和良好的数据意识。
  1.教给学生记录的方法,使学生学会记录实验数据
  科学是用证据说话的,记录是对科学探究效果的检测。有的学生懒于记录实验数据,如果没有具体的要求,实验后,会有很多学生的记录本是空白的。这势必影响学生的后续研究。因此,教师要培养学生勤于动手的记录习惯,使学生学会记录实验数据。当然,这并不排斥教师的指导。教师可以用表格引导学生记录,把每次测得的数据填在相应的表格中,使原本无序、杂乱的数据,变得有序,便于学生发现其中的规律。
  学生可以采用表格、画图等方式及时、准确地记录实验数据。实验中的每一个数据,都是测量结果;重复测量时,即使数据完全相同,也应记录下来。实验数据应按要求记在实验记录本或实验报告本上,要养成实事求是、认真负责的科学态度,切忌夹杂主观因素,决不能随意拼凑和伪造数据。
  2.正确对待实验数据的差异,培养学生实事求是、认真负责的科学态度
  在探究活动中,学生会得到大量数据。这些数据间的差异是客观存在的,有时是不可靠的。科学教师不应该回避这些差异,而应积极面对、正确对待学生实验数据的差异,必要时引领学生对采集的数据结果进行“二次研究”,以期得到可靠的且具有一定可信度的数据,增强学生对数据的敏感性,培养学生严谨细致、认真负责的科学学习态度,使学生的数据意识在处理这些数据时得以培养,能自觉地学会用数据来描述事物或对一些现象进行解释。
  在研究不同桥面承重力不同时,通过实验得到的结果如下(单位为1元硬币重量):
  
  师:比较这些数据,你发现了什么?
  生:我发现这些桥面中,W形桥面承重最大。
  生:不同的桥面承重不同,但是W形桥面承重最大。
  师:同是W形桥面,为什么承重也不同呢?你有什么发现?
  (教师出示第1组和第2组的W形桥面)
  生:同是W形桥,它们波浪的大小不一样。
  生:它们波浪的宽窄不同。
  师:怎么知道W形桥的波浪不一样?
  生:可以测量。
  (学生测量,第1组的波浪为6.5厘米,第2组的波浪为1.6厘米。)
  生:波浪为1.6厘米的承重量大,波浪为6.5厘米的承重最小。
  生:可以看出W形桥,波浪越小承重越大。
  通过比较,学生发现不同桥面,W形桥承重最大;同是W形桥面,波浪不同,承重也不同。教师没有回避这些实验数据之间的差异,引领学生分析比较,发现了彼此之间的联系与蕴含其中的规律,不断提升数据的应用价值,培养了学生严谨细致、认真负责的科学学习态度。
  3.培养学生良好的数据意识和实证意识,提升学生的科学素养
  美国《国家科学课程标准》中尤其强调科学教学中培养学生证据意识的重要性,而证据的许多方面需要用到数据。良好的数据意识和实证意识,有利于提升学生的科学素养。在科学探究活动中,学生会得到大量的数据。教师要引导学生及时准确地记录实验数据,学会区别不同的数据,选择有效的数据为自己所用,不断修正对待数据的不良心理倾向,自觉运用数据来进行解释相关的问题或现象,不断得到可靠的证明自己观点的证据。
  学生的数据意识和实证意识不是与生俱来的,要在探究活动中不断地培养和发展。在教学中,教师要鼓励学生在提出自己的见解或解释自己的结论时,要提供相应证据来支持,使学生言而有理、言之有据,不断增强学生对数据的敏感性,使学生从被动记录数据到主动分析数据,能自觉运用数据来解决问题,提高学生的科学探究效率和科学素养。
  4.灵活处理教学预设与生成的关系,提升科学探究的有效性
  预设与生成是对立统一的关系,尽管生成具有一定的随意性和非预设性,但它并非与预设无缘。课堂教学是千变万化的,再好的预设也不可能预见课堂上可能出现的所有情况。在探究过程中,学生的一个疑问、一种见解、一点发现、一些不同寻常的举动或错误的表现,都可能是极其有价值的、生成性的教学资源。如果及时捕捉并放大它,随时调整教学过程,使之适应学生的学习需要,就能使教学充满灵性并不断的闪现出富有个性和创造性的光辉,使科学探究更加精彩,使科学课堂更加鲜活。
  在教学《把固体放进水里》一课时,学生正沉浸于分组实验验证物体在水里是沉还是浮的实验过程中时,他们的一阵讨论声吸引了我。
  生1:我把一个回形针放进装满水的杯子里,水不会流出来。
  生2:我放了两个,水也没流出来。咱们猜猜看,最多能放多少个回形针。
  这组的学生热闹起来了,有的猜5个,有的猜8个,还有的猜6个……学生的嗓门越来越大,他们的探究跑题了。我轻声说:“要验证你们的猜想,怎么办?”
  学生迫不及待地探究起来,轻轻地把回形针放进水里,边放边数,1个、2个、3个……一直放了54个回形针,水才开始往外溢,实际放的数目竟与猜想的数目差距这样大。
  师:看到这个结果,你有什么想法?
  生:我没想到能放这么多。
  生:我没敢多猜,实际放的数目比我猜的多46个。
  生:这个实验太有趣了,我还想试试。
  ……
  在课堂教学中,预设与生成相互依存,科学课堂只有具有生成的灵性,才能使预设得到修正、完善,不断提高个体的创造力。在科学教学中如果能及时捕捉并有效利用这些生成的资源,将促进课堂活跃,激发课堂教学生命活力,提升学生探究的有效性。
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