有效利用实验数据深化课堂教学

来源 :小学科学·教师版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:manhong85
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  实验数据是所有科学研究者追求的宝贵资源,小小的数据对科学研究结论的得出有着决定性的意义。老师们在引领学生探究过程中,也十分在意有效的数据。但我们往往只是将数据作为得出结论的铺垫,没有挖掘数据背后的作用。我认为可以以数据为切入点,展开科学教学研究,促进教师和学生共同发展。
  一、利用小数据倒逼实验改进
  高年级的科学课已经从原来的定性观察发展到定量观察的阶段。注重实验数据来解释现象得出结论。探究活动常常以实验数据为载体发展学生个体。所以数据明显有效有说服力,对实验结论的得出至关重要。
  实际操作中,有些数据真的不容易采集,真的不明显,真的很难说明问题,真的不容易得出科学结论。如五年级下《沉和浮》这一单元,关于“橡皮泥排开的水量”的测量;“泡沫塑料块在水中受到的浮力”的测量;“下沉物体受到的浮力”测量;“钩码在不同液体中受到的浮力大小”比较等内容。单是老师演示,也得未雨绸缪细致准备,不是轻易做一做,看一看,就“一目了然”的,更别说让学生实际操作了。学生只有在十分细心认真的情况下,才可能得到比较有效的数据。一旦有个别数据不符合规律,科学结论就会有“难产”的下场。
  培养学生认真细心严谨的实验态度固然重要,但学生的科学探究并不完全等同于真正意思的科学研究。只能说是人为情境下的模拟性研究。因为已经有了老师前期的主导设计、材料限制、实验预设等,加之课堂时间和学生注意力集中时间的规律,在没有任何设计的情况,期望学生达到教材中的要求,只能是一种美好的愿望,所以针对数据的收集与有效改进,其实很有必要。
  如关于“排水量的测量”实验中,学生在反复试验过程中,如何有效放置刚捏成形的橡皮泥小船,反复捞取小船的过程中,如何不带出水,这都会影响最终的数据。如何精确观察到水位的差异变化,具体的差值如何得到。这些数据倒逼着我思考,应该选择怎样的材料?500ML的大烧杯学生摆放容易,但水位上升一定不明显;100ML的小烧杯,水位上升明显,但不利于学生橡皮泥摆放操作。于是我选择了250ML,但同时打印了一把尺子贴于烧杯壁。通过观察水位上升差值比较排开的水量大小。(其实五年级同学还没有学习圆柱体积的计算,所以我认为这样也可以说明问题了。)其外我还想到采用针筒抽水的方法,将上升的水量用针筒抽取,并观测针筒中的水量得到数据。
  又如“钩码在不同液体中受到的浮力大小”这一实验。一个钩码在浓盐水、浓糖水、清水、酒精中的浮力数值相差非常的小,选择最小的1N量程的测力计也并不是很明显。以下是自己实测数据:
  可以看出钩码在清水与酒精中的浮力只相差0.01N;与浓盐水中的浮力也只相差0.02N。用量程最精准的1N测力计也只有1-2格的差异。这么高要求的操作,对学生着实有困难。
  于是我思考能否让数据差异更大。根据F浮=P液V排g ,要想F浮这个数据差别大,P液和g是没必要考虑的,只有在V排上做做文章。也就是说我们要尽量选择排开水的体积大的物体。最直接的就是多挂几个钩码,但一挂多,必须得用2.5N或5N的测力计,细微的差别就没有办法看出。最好用的是量程比较精准的1N测力计。根据v=,V要尽可能的大的话,Ρ就要尽量的小。但如果密度太小了,如泡沫之类的材料。那它在水中直接浮,测量方法也不一样了。所以我必须选择密度比铁小,但比水大的。最终我选择了玻璃,且采用实验室中现成的载玻片。将十块左右的载玻片用橡皮筋扎起,空气中的自重,刚好在1N左右,浸入各種液体中的数据如下:
  一下子让本来只有0.01N差别的数据扩大到了0.1N,0.5N。这在1N量程下的测力计是1-2大格,已经十分明显了。一下子降低了学生数据采集的难度,提高了课堂效率。
  课后我进一步思考,可否进一步改进测量工具,用更加精准的电子口袋称代替(数码显示可以精准到0.01N)。通过网络搜索发现金亚军老师的设计,有很大的借鉴意义,供大家参考。
  二、利用小数据促进思维发展
  通过科学课的学习,让学生的思维能有所发展,我们不能让科学课上成综合实践课、劳技课、常识课。学生的思维是否发展是一个重要的衡量依据。科学课中哪些地方能很好地挖掘提升学生的思维?除了针对性的内容设计,实验现象猜测,实验方案设计外,我认为学生实验后的数据分析是一个很好的发展学生思维的契机。
  如一块磁铁分别吸在钢尺的底部、中部、上端,摆线长度一样,前两种情况一分钟摆的次数分别是27次30次,预测第三种情况摆的次数?大数部学生猜测33次。理由是3次3次增加。也有的学生猜测27次,磁铁上下对称,那数据也应该是对称的。这就是典型的学生思维。实验结果是35次,与学生原有的认识形成强烈的冲突,这个由数据制造的情境,激发了学生强烈的求知欲。老师适时引导学生思考,为什么会这样?瞬间“磁铁的重量牵制影响了摆的速度”;“磁铁越向上摆的速度赶快”;“并不是规律性的加速”;“装置上下对称,数据并不会对称”。……一句句有思维含量的分析引爆课堂。
  有一个老师在上 100ML水里能溶解多少食盐这课时,有如下的对话:
  我们已经知道了20ML水里能溶解9勺盐,那100ML水里能溶解多少食盐呢?
  生: 45勺因为9*5=45
  师:数学中是这样计算的,一点也没错,那科学课中是不是这样呢?
  生:我认为比45勺要多,因为水多了,它并不是分成5份来实验的,是合在一起的,可能比5份还要多。
  师:我听懂你的意思了,你是说可能会出现1 1>2这种效果。是吗?
  生:我认为比45勺要少。因为越到后面溶解越慢。
  师:有道理,因为我们确实观察到过这种现象。
  生:我认为是45勺左右。大约是45勺,因为我们小组做出来的是8勺,不是9勺。
  生:我也认为是45勺左右,这可能与搅拌速度有关。   师:各有各的观点,实事是否真如你们想的,我们用实验来说明。上节课20ml水溶解食盐我们已经做了很长时间了,那这次100ml水,我们也是一勺一勺放盐吗?
  生:5勺5勺地放。
  生:2勺2勺地放
  ……
  学生潜意识的思维中是按照数学思维展开的,老师有效抓住了科学实验数据与数学找规律的不同之处,一句“数学中是这样计算的,一点也没错,那科学课中是不是这样呢?”引发学生思考。结果出现了不同的想法和理由。围绕数据激发了学生的思维。
  由于各级学生程度有差异,最终的实验数据也参差不齐,有的老师苦恼于学生的数据不够一致,不够完整,不能有效支持自己预设的科学结论,甚至有意识地拿取比较理想的数据代表性地展示一下。有的老师则尊重事实,从基于学生的数据出发求真务实地展开分析。
  这个实验得出“垫圈个数越多小车运动速度越快”的科学结论一点都不难,五年级的孩子,不做实验都知道这一规律。难道我们花半节课的时间,就是为了这个结论?那学生走出实验室后,得到了什么发展?实验后学生都会很容易地得出“垫圈个数越多小车运动速度越快”这一结论。严格来说,第4组光光两个数据是不可以证明这一结论的;而第2组的数据因为最多,所以可靠性也最强;同时随着垫圈个数有规律地增加,小车运动的速度越来越快;为什么第8组3个垫圈明显比其他组快,甚至达到了第一组6个垫圈的速度;最后老师空的两列是什么意思?这些内容都可能引发学生思考,是很好的可以深挖的内容。而这都是基于学生一线的数据发出的声音。
  三、利用小数据提升核心概念
  在制定教学目标时,我们提倡三维目标。但在实际操作中,老师往往只注重科学概念。认为,随着科学实验的开展,“科学探究”目标便会自然而然得到落实。至于情感态度价值观目标,看不见摸不着,时间长了,自然形成。既然我们的科学课都是以事实,以数据来发声的,那我们何不让这声音直指核心概念呢?如教学《蚯蚓的选择》一课时得到如下的实验数据
  不难看出实验后的数据并非理想的“都在湿润处”,但也能支持学生的猜想。我们的课是否就此“见好就收”?我习惯性地总结:
  通过数据我们发现蚯蚓选择了湿润的环境。但我们也发现也有的蚯蚓在中间,甚至有的在干燥处。这是为什么呢?(本想让学生自我批评式地找找自己实验过程中欠科学的地方。没想到下面鸦雀无声。)
  说说你们认为可能的原因!(再次启发)
  生:可能这条蚯蚓就喜欢干燥。
  这听似有違科学的猜想,却打开了学生的思路。
  另一生马上接着说:蚯蚓喜欢干燥的环境可能性不大,我想可能进入了沙漠找不到回家的路了。
  另生:可能本来身体就挺湿润的,暂时干燥一下也无所谓。
  另生:领地被占领了不能去了。
  另生:累了,想休息一会儿。
  师:对啊,它累了,想想之前它在干吗?(一语点醒了我)
  生:之前我们做明亮阴暗实验时也是用的这几条蚯蚓。
  另生:它在泥土里的时候,为了数数,我们也一直在拨它。
  至此,瞬间我感觉自己的课立马上了一个层次。没想到习惯性的一问,问出了大内涵,小小的个别数据隐含了这么多的内容。这节课也是一个典型的对比实验,但对比实验一般都是分两组同时进行。为什么不是一组光亮处,一组黑暗处;一组干燥处,另一组湿润处,偏偏把蚯蚓放在中间。结合今天学生的猜想,这才是这节课的核心。课题是蚯蚓的“选择”,它是一个生命,它会选择环境,如果分两组进行,那对于干燥处和明亮处的蚯蚓简直是一种酷刑。基于对生命的珍爱,教材才采用了“选择”。科学实验中,拿小白鼠做实验的情况确实存在,但对于蚯蚓的生活环境,学生基本上有足够的生活经验。故没必要非得牺牲实验样本的情况下得出结论。而上述数据中的“不和谐数据”探析更能提示本堂课的核心——生命的选择。我们利用好这些数据,会让学生有异样的感受。
  围绕“数据”开展科学学习,是注重探究过程的体现,是科学研究求真务实的体现。科学探究离不开数据,如何最大限度发挥数据在科学教育中的作用,是一个值得研究的内容,以上内容只是根据自己实践工作的“抛砖引玉”,愿与广大同行进一步商榷共同提高。
  【作者单位:宁波市镇海区澥浦中心学校 浙江】
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