基于数据收集的科学探究课型探讨

二、             本课型对学生学习的意义

1．            数据收集与分析能力是科学探究技能中的核心能力。科学探究技能由多种能力组成，其中主要有提出问题的能力、做出假设的能力、计划能力、观察能力、数据收集和分析能力、合作与交流能力等等，这些能力在数据收集型探究课中都能得到培养。与一般的科学探究相比，培养学生数据收集与分析能力更是本课型的强项。本课型最重要的一个环节就是要收集和分析数据，来形成对问题的解释。在此过程中，计划、观察、分析能力都在围绕数据收集过程得到培养的。如，在《抵抗弯曲》一课中，为了让学生能够收集到准确的数据，让学生在试误的基础上讨论影响纸张承载力的因素。学生讨论后认为，放垫片的位置、纸张的长度、厚度，放垫片的力度等等都会影响纸级的承载力，最后学生在标准统一的情况下，设计出承载实验，测出同样厚度，8厘米长的纸片2张，能承载的垫片约为2个，3张纸约为11个，4倍纸约为30个。再把这些数据画在统计表上，看出，纸张的厚度增加，它的承载能力急剧增长。通过对教科版科学教材的统计发现，小学阶段基于数据收集的科学探究课占相当大的比重（见附件一），并且随着学生年级的升高，科学探究能力的增强，此类课型迅速增多，对学生的要求也越来越高，由开始的收集一些单一的数据，到后来收集对比数据或多组数据，并分类，画出统计图等等。由此，可以说，学生如果不会收集和分析数据，他们的科学探究能力还处于最低层次。

2．            数据收集和分析过程是培养学生科学精神的重要途径。科学的本质不仅仅是科学的结论，更重要的是要理解和体验科学探究的过程，并在此过程中培养学生严谨、求实、怀疑等科学精神。而数据收集与分析过程正是培养这些科学精神的最佳途径。数据收集的过程必须严谨，才可能得到最精确的数据，因此学生必须事前周密计划，达到精益求精。比如，在求证热水和冷水的混合温度时，为了得出更精确的数据，不仅热水和冷水的体积要相同，两杯水测量出温度后还必须马上混合。此时，还有学生提出为了减慢热量的散失，应该关掉教室里的冷气，此时教师尊重学生的意见，关掉冷气，以求结果的精确。最后，大部分学生测出的接近两杯水温的平均值，而有一个小组则明显高出平均数据。教师首先表扬了这个小组的求实精神，然后再和同学们一起分析这组数据偏差的原因，最后学生认为可能是热水的体积多于冷水的体积，并建议再进行一次测试，第二次在众多变量得到很好控制的情况下，该组得到了精确的数据。

三、              基于数据收集型的科学探究课的教学流程   

科学探究是围绕问题展开的，基于数据收集型的科学探究课也是如此。一个科学的问题应该体现封闭性，具体来说，首先问题应该贴近学生生活经验，不能脱离学生生活实际。其次，科学的问题还应该具体，不能漫无边际。如研究“两杯同何种的水混合后温度是否为两杯水温的平均值”；研究“桔子的大小和它的瓣数之间有没有必然关系”；研究“一个豆夹中豌豆种子的数量是否有一个集中值”等等。这个问题是整个探究的核心，其教学的所有流程都是围绕它展开。其教学流程也可分为四大部分：创设问题情境、制订研究计划、实验收集数据、结论交流研讨。其模式如图一所示：

图一    基于数据收集型的科学探究课的教学模式

1．            问题情境。问题情境是科学探究的前提，也是建构主义理论的四大要素之一。在科学探究之前，教师都应该设置一个真实的任务情境，来激发学生的思维，驱动学生提出问题和作出假设。问题情境可能通过两种形式创设，一是通过为学生提供丰富的探究材料，让学生在操作材料的过程中主动提出问题，如在《桔子》的探究一课中，教师先给学生一些桔子，让学生通过吃和玩来提出桔子大是否就瓣数多的问题。二是通过教师提供的情境，让学生在和教师的互动过程中提出问题。如《哪杯水温度高》一课，教师说渴死了，找到了两杯水，一杯太烫，一杯太冷，问学生两杯水混合后，水温适中吗？是多少度？这样，自然得出本课要研究的问题。本课型第二种类型更常见。

2．            制订计划。制订计划是本课型不可缺少的重要环节，数据收集是否准确、充分、必要，都必须经过事前的周密计划来实现。此过程同时也是学生脑力碰撞、思维火花闪现最重要环节。通常是让学生先小组讨论，然后集体交流，形成一个比较完善的方案，再进行实践检验。当然，只要学生的方案可行，并不强调所有学生都按一种方法研究。学生的研究方法可以多样，学生的研究内容也可以分解。

例二：桔子的探究

师：现在有两种观点：一种认为桔子大，肯定瓣数就多，理由是它的体积大了，就应该是由更多的桔子的瓣组成的；第二种观点认为，桔子大小和瓣数多少没有关系。怎么样去证明哪一种观点正确呢？

生：做实验。

师：做实验，是科学的方法。怎么实验？各小组讨论一下。

（生讨论后交流）

生1：我们认为可以称出大小不同重量的桔子，桔子大了，肯定重。还要把它剥开，数一下瓣数。看看是不是重的瓣数多。

师：好方法。是先称重量还是先数桔子瓣？

生1：应该先称重量。

师：是的，这儿有个次序问题，不然先数桔子瓣，再称就麻烦一些。我这儿有弹簧秤，你们等一下可以来拿。还有其他方法吗？

生2：我们认为可以用线把桔子围起来，再量这根线的长度。这根线越长，表明桔子越大。然后和第二组一样，把桔子剥开，数一下瓣数，看看是不是桔子大，瓣数多。

师：这个办法也很好，一般来说，桔子越大，它的腰围就大了。没有带线和尺子的话可以到我这儿来拿。还有其他方法吗？

（生沉默）

师：没有其他方法，大家就选择其中的一种方法去检验。然后把这张“记录单”填好。

3．            数据收集。数据收集的过程是学生实践的过程，也是学生最喜欢的环节。它要建立在学生对问题和研究方法的理解的基础之上。数据收集的过程是本课型的核心所在，也是培养学生操作技能，培养学生科学精神、合作能力的核心环节。以“连续测量一杯热水的温度”为例，学生要掌握测量、读、写温度的能力，要把握定时的能力（刚好两分钟测量一次），在二三十分钟的实验过程中，要有耐心和恒心。同时，对于读数的要求，更要科学、严谨。通常，如果收集的数据是单个的数据，则需要改变实验的一些自变量进行重复验证，这个过程可以分两步进行，也可以一次进行，具体情况可视研究的问题和学生的能力进行。

4．            结论交流。研究结论的交流是必须的环节，一是部分学生收集的数据出现差错是在所难免的；二是科学研究结果是需要交流和发布的，它是科学研究的推广和应用的前提；三是可以更大范围地了解别人研究的情况，来理性思考自己的结论。学生的研究结果需要交流第四个原因是，通常教师需要把各小组收集的数据统一起来，得到一个更大的样本，来综合判断形成新的结论。

四、              本课型的教学策略

1．    记录单的设计。对于本课型的研究，教师事先必须设计便于学生记录、理解的“记录单”，它对于学生记录数据和分析理解数据、形成结论有重要意义。因此，记录单的设计原则一是简洁，不能太烦琐，要便于学生记录和理解；原则二是实用，学生所收集的数据记录下来后要能很明显看出其规律。表一和表二是两个“记录单”的样例，仅供参考。

表一    桔子的大小和瓣数的关系记录单

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