通过分析“问题”数据提高学生数据分析能力
螺岭外国语实验学校 陈宇航
在小学科学实验中，需要学生通过收集、分析实验数据，从而得出实验结论。但是在实际的教学中，由于各种因素的影响，学生收集的实验数据总是各不一致，存在着各种各样的“问题”。这些“问题”数据如果不加以处理，引导学生分析其中原因，很容易会在学生脑中留下一个个不解的疑惑，甚至会让学生得出错误的实验结论，不利于培养学生的数据分析能力。根据我们的研究，实验过程中常见的“问题”数据主要分为以下几类：异常数据、误差数据和错误数据。下面就针对以上三种“问题”数据进行案例分析，并提出一些有效的引导学生分析数据的教学方法，以供各位科学教师参考。
一、异常数据
异常数据是指实验数据所代表的意义与实际的实验现象不一致时所产生的情况。在学生学习过程中，会大量地运用数据去研究和解决问题，这使得“数据”概念在学生脑海中根深蒂固，很多时候会认为数据就等同于事物（实验现象）本身。但是数据一开始就是作为一种科学分析工具而诞生的，它在帮助我们研究现象、理解世界起着不可替代的重要作用。若简单地将数据等同于客观事物现象本身，很容易会产生与实际现象不相符合的情况。如果科学教师在实验教学不注意引导学生分析此类异常数据，就容易让学生养成盲从数据，不加分析的不良思维习惯。下面笔者将以曾执教的三年级实验课《磁铁的两极》为案例进行分析。
图1
《磁铁的两极》一课中要求学生通过实验探究磁铁磁性最强的位置。图1是课上所用的实验记录表。实验过程中，学生在条形磁铁的五个不同位置上挂垫圈，挂的垫圈数量越多，说明该位置的磁性最强。表格1是课堂上学生汇总的数据记录表格： 组别 A B C D E 垫圈个数 磁铁位置 第一组 第二组 第三组 第四组
6 6 8 5 2 2 1 2 0 0 0 0 2 2 2 2 5 5 7 5
第五组 第六组 第七组 第八组 第九组 6 5 6 6 7 1 1 2 2 2 0 0 0 0 0 1 1 2 1 1 6 6 5 6 5 表格1
当我第一次试教时，看到学生汇总的实验数据能与正确的实验结果基本符合，心中对自己的教学设计感到一丝满意。但接下来的学生分析数据环节中，学生的回答却让我非常在意： 师：现在请同学们认真观察表格，哪个小组可以说说你们的实验结论？ 生1：我们发现条形磁铁的两端挂的垫圈数量最多，磁性最强。 师：还有其他补充吗？
生2：条形磁铁越往中间的位置挂的垫圈数量越少，说明越往中间磁性越弱，磁铁中间 位置没有磁性。
我们知道条形磁铁中间位置并不是没有磁性，而是磁性很弱而已。是什么原因导致学生得出“磁铁中间没有磁性”的错误结论呢？通过课后教学反思，笔者发现问题就在于“垫圈数量”这个数据记录上。由于每个垫圈的重量都是固定的，当磁铁中间位置的磁性很弱以至于一个垫圈都挂不住的时候，学生在记录数据时就会写上“0个”。但是“0个”垫圈代表的磁性与磁铁中间位置磁性很弱这一事实是相矛盾的，在这里教师有必要引导学生分析“0个”垫圈这一异常数据。鉴于此，在第二次试讲的时候，我设计了如下教学环节：
师：老师发现大家记录的数据有一个地方比较有趣，几乎每个小组在C位置，也就是磁 铁的中间位置，能挂的垫圈个数都是0个，这是不是说磁铁中间没有磁性呢？ 生1：有可能是因为中间位置磁性太弱，连1个垫圈都挂不住。 师：你们能想个办法证明磁铁中间位置有磁性吗？
生2：可以用一些比垫圈更轻的金属靠近磁铁中间，看看能不能吸住。
师：你的想法非常棒！下面老师把订书机的小钉子放在中间位置，看看能不能吸住？ （投影展示）
生：小钉子被吸住了。 师：这说明什么呢？
生：磁铁中间位置具有磁性，只是磁性很弱。
由此可见，异常数据的分析有利于提高学生的数据分析能力。一般而言，异常数据分析的教学处理可以分为以下三步：
1、观察学生汇总的数据中是否存在与实际现象相矛盾的情况。 2、引导学生说一说这个异常数据所代表的实际意义。 3、用简单的小实验进行验证，得出正确结论。 4、
二、误差数据
误差数据是由于实验过程中各种客观因素影响作用而产生的，此类数据虽然数值不同，但是往往偏差很小，一般不会导致学生得出错误的实验结论。但如果教师长期忽视此类误差数据，会在学生心中留下疑惑，这样不利于培养学生分析数据误差的能力。下面笔者将以曾执教的四年级实验课《探究音高变化规律》为案例进行分析。
本课的教学难点在于如何通过实验探究声音音高变化与物体振动快慢之间的联系。为了帮助学生更好地辨认音高变化，选择了钢片琴和编钟等乐器作为实验对象；用平板电脑的频率分析软件测量上述乐器发出声音时的振动快慢，将原来难以判断的振动快慢数字化，帮助
学生更准确地判断物体的振动快慢。实验材料如图2所示。
图2
通过实验设计的改进，学生都能顺利地开展实验，并将测量的数据记录下来。以下是课堂上学生记录的实验数据：
图3 图4
根据实验数据，学生很容易就得出了正确的实验结论：钢片长度越长，振动越快，音高越高；编钟体积越大，振动越快，音高越高。如果对比同一种乐器的实验数据，学生心中不免产生疑惑：“为什么我的实验数据跟其他人的不大一样？到底谁对谁错？”为此，笔者设计了以下教学环节：
师：现在请同学们对比一下这两个小组的实验数据，他们都是研究同一种乐器，他们记 录的数据一样吗？ 生：不一样。
师：你觉得是什么原因导致了他们的数据不一样？接下来小组讨论一下。 生：（小组讨论结束后，学生代表自由表达自己的看法）
可能的原因有：1、两个钢片琴的的材料质量有差异，导致振动快慢出现微小的不同。 2、平板电脑的电磁信号影响了测量结果。 3、实验过程中周围环境存在噪音影响。
师：同学们的分析非常棒！你们觉得这些微小的数据差异会影响我们的实验结果吗？ 生：不会，但是我们要尽量降低这些干扰因素的影响。
由此可见，学生通过误差数据分析，会逐渐体会到并不是有差异的数据都存在错误。学生能逐渐认识到科学实验往往会受到各种各样的外部客观因素影响。这样能帮助学生掌握分析影响实验数据和实验结果的各种原因的思维方法，为培养学生实验改进能力，开拓思维打
下良好基础。
三、错误数据
错误数据是指由于实验设计不合理，存在科学性错误，或者由于实验操作不正确所产生的问题数据。其中实验操作不正确是产生错误数据的主要原因。因为小学生虽然对实验操作有着浓厚的兴趣，但是由于经验不足等原因往往无法像专业的实验人员一般进行规范的实验操作，这一特点在某些操作难度特别大的科学实验中尤为突出。下面笔者将以《运动与摩擦》一课为例进行分析。
《运动与摩擦》一课要求学生通过实验探究摩擦力大小与物体重量、接触面光滑程度等因素之间的规律。例如学生在研究物体重量这一因素时，实验材料如图5所示，学生用弹簧测力计匀速拉动木块，此时测力计的读数就是摩擦力的大小；接着往木块上增加钩码，改变木块的重量，再次记录摩擦力的大小。表格2是课堂上学生记录的实验数据。
组别 小（0个钩码） 中（2个钩码） 大（4个钩码） 摩擦力大小（N） 木块重量 第一组 第二组 第三组 第四组 第五组 第六组 第七组 第八组 第九组
0.5 0.7 0.4 0.5 0.6 1.4 0.6 1.3 0.5 表格2
1.2 1.4 1.3 1.2 1.3 1.5 1.3 1.4 1.3 2.7 2.1 2.5 4.5 2.4 2.8 2.3 4.3 2.0 如果横向只看每一组的数据，都可以得出正确的实验结论：物体的重量越大，产生的摩擦力越大。若是纵向对比同一重量下物体受到的摩擦力则会发现个别小组（例如第四、第六、第八组）的某些数据跟其他组相比相差较大。以第八组为例，当物体重量为0个钩码时，测得的摩擦力为1.3N；当物体重量为4个钩码时，测得的摩擦力为4.3N，明显大于其他组测得的数据。若是将第一组的数据与之相对比（见表格3），甚至还能发现第八组0个钩码时的摩擦力比第一组加2个钩码时的摩擦力还要大，这明显出现了错误。如果教师在教学中不注意引导学生分析此类错误数据，学生很难意识到自己的实验出现了问题，无法提高学生从数据中看出错误的能力。
组别 小（0个钩码） 中（2个钩码） 大（4个钩码） 摩擦力大小（N） 木块重量
第一组 第八组 0.5 1.2 1.4 2.7 4.3 1.3 表格3
本实验出现以上错误数据的原因包括以下几个方面：第一，实验操作难度大。实验要求学生用弹簧测力计匀速拉动木块，小学生由于操作经验不足，根本难以做到匀速拉动木块。第二，学生必须一边拉动木块，一边读出测力计示数。视觉的不稳定让学生难以准确读数。 第三，测力计使用不规范，例如测量前没有调零。根据笔者研究，总结了以下几种错误数据的教学处理方法，以供大家参考：
1、改进实验设计，让实验效果更明显，数据准确性更高。
2、课堂上出现错误数据时，要引导学生分析哪些数据有错误，出现错误的原因是什么。 3、指导出现错误数据的小组重新实验。
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通过分析问题数据提高学生数据分析能力
