借助數(shù)據(jù)推進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)葉軍

1、借助數(shù)據(jù)，推進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念建構(gòu)安吉縣實(shí)驗(yàn)小學(xué)葉軍摘要數(shù)據(jù)是學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)中的觀察由具體形象思維向抽象邏輯思維發(fā)展的橋梁，在教學(xué)中，教師要化學(xué)生形象觀察為數(shù)據(jù)觀察、化感性描述為數(shù)據(jù)描述、化結(jié)論分析為數(shù)據(jù)分析、化簡(jiǎn)單分析為直觀分析，發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)，從而建構(gòu)正確的科學(xué)概念。數(shù)據(jù)，科學(xué)，概念建構(gòu)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（3-6）科學(xué)探究具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中明確指出：科學(xué)觀察、實(shí)驗(yàn)、制作“能用簡(jiǎn)單測(cè)量工具（尺、測(cè)力計(jì)、天平、量筒、溫度計(jì)、秒表等）對(duì)物體進(jìn)行定量觀察，數(shù)據(jù)，并作簡(jiǎn)單?！比欢瑢W(xué)生在觀察活動(dòng)中，往往以具體形象思維為主，雖有抽象邏輯思維，但這種抽象邏輯思維在很大程度上仍是與直接和感性經(jīng)驗(yàn)相的，仍然具

2、有很大成分的具體形象性。因此，在學(xué)生科學(xué)探究活動(dòng)中，要著力培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)，推進(jìn)學(xué)生的思維由具體形象思維向抽象邏輯思維發(fā)展，建構(gòu)正確的科學(xué)概念。一、化形象觀察為數(shù)據(jù)觀察，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)小學(xué)生在具體現(xiàn)象的觀察中，往往以直觀的感覺(jué)作為觀察的結(jié)果，而這種觀察結(jié)果往往受學(xué)生的前概念影響，在學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程中建構(gòu)的新概念并不穩(wěn)固，會(huì)隨著時(shí)間的推移又會(huì)模糊不清。如：五下橡皮泥在水中的沉浮一課中橡皮泥排開(kāi)的水量的觀察比較，學(xué)生的前概念是：形狀不同的橡皮泥小船體積大小不一樣，排開(kāi)的水量也不一樣，因此，能浮的三種小船排開(kāi)的水量是不同的。教師在教學(xué)中，讓學(xué)生把同一塊橡皮泥做成三種不同形狀能浮的小船，測(cè)量它的排

3、開(kāi)的水量并下來(lái)。學(xué)生感覺(jué)排開(kāi)的水量是變化的，因此數(shù)據(jù)也是有大小的。因?yàn)橛脕?lái)測(cè)量的燒杯的刻度值比較大（300ml，一小格是 25ml），同時(shí)受前概念的影響，而且學(xué)生采取的不精確的形象化觀察，僅憑估計(jì)測(cè)量，因此很難信服排開(kāi)的水量一樣的結(jié)論。圖一如果教師在數(shù)據(jù)的測(cè)量上做點(diǎn)文章，用溢水杯溢出排開(kāi)的水量，用刻度比較精確的小量杯來(lái)測(cè)量，或者用 50ml 注射器抽取排開(kāi)的水量至標(biāo)定的刻度線（如圖一），那么，學(xué)生經(jīng)過(guò)精確的數(shù)據(jù)觀察比較，發(fā)現(xiàn)能浮的橡皮泥小船盡管形狀、大小不一，但是排開(kāi)的水量是一樣的，與前概念之間產(chǎn)生，而且這種會(huì)伴隨著新概念的建構(gòu)完全替代前概念，給學(xué)生留下深刻的印象，因?yàn)樗麄兪怯脤?shí)實(shí)在在的數(shù)據(jù)作

4、為證據(jù)來(lái)得出結(jié)論的。又如：五下熱是怎樣傳遞的一課中測(cè)量鐵絲傳熱的實(shí)驗(yàn)觀察，一般教師會(huì)要求學(xué)生用 1、2、3、4 來(lái)粘在鐵絲上的四根火柴掉落的順序，關(guān)注的是熱傳遞的方向，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和學(xué)生的前概念是一致的。但是，熱在鐵絲中傳遞的速度是否會(huì)發(fā)生變化？學(xué)生的前概念是勻速的，因?yàn)榻處熤灰髮W(xué)生對(duì)熱傳遞現(xiàn)象進(jìn)行形象觀察，而且學(xué)生后面也關(guān)注熱在金屬圓片中的傳遞速度。如果教師在學(xué)生的觀察中要求學(xué)生用秒表時(shí)間，并讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察和分析（見(jiàn)下表）：每根火柴的掉落學(xué)生在數(shù)據(jù)的觀察中所關(guān)注的就不僅僅是前概念已知的熱傳遞方向，而且關(guān)注火柴掉落的時(shí)間，如果能夠?qū)ζ骄嚯x的四根火柴掉落的時(shí)間間隔作進(jìn)一步的分析，學(xué)生就會(huì)

5、發(fā)現(xiàn)熱傳遞的速度越來(lái)越慢了，而且這個(gè)證據(jù)可以進(jìn)一步作為推測(cè)和觀察熱在金屬圓片中傳遞速度變化的證據(jù)。形象化的觀察是學(xué)生科學(xué)觀察的初級(jí)階段，反映的是學(xué)生的具體形象思維，如果我們?cè)趯W(xué)生觀察中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，并以數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)象的本質(zhì)，無(wú)疑把學(xué)生以數(shù)據(jù)作為證據(jù)的實(shí)證意識(shí)向前推進(jìn)了一大步。二、化感性描述為數(shù)據(jù)描述，發(fā)展學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)學(xué)生在現(xiàn)象觀察的描述中，往往是感性化的描述，這是由學(xué)生的認(rèn)知和思維發(fā)展的特點(diǎn)所決定的。同時(shí)，粗略不精確的感性描述，往往也忽略了許多觀察到的現(xiàn)象背后所隱藏的有價(jià)值的信息。如：五下液體的熱脹冷縮一課觀察燒瓶中的水在受熱、受冷時(shí)的體積變化（如圖二），教師往往只要求學(xué)生

6、細(xì)致觀察細(xì)管中液柱的升降變化，從而得出水受熱時(shí)體積膨脹，受冷時(shí)體積縮小的結(jié)論，這樣的觀察是感性的、粗略的，忽略了很多有價(jià)值的信息。如果教師要求學(xué)生在觀察時(shí)標(biāo)出細(xì)管中液面上升的初始高度和終止高度，用尺量出并下液面上升的高度，讓學(xué)生對(duì)全班這一高度數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察分析，那么學(xué)生在現(xiàn)象描述時(shí)，會(huì)進(jìn)一步關(guān)注為什么有的組液面上升的高度高，有的組液面上升的高度低，可能和什么因素有關(guān)系？進(jìn)而認(rèn)識(shí)到水受熱時(shí)體積膨脹的程圖二度隨著溫度的變化而變化。學(xué)生通過(guò)數(shù)據(jù)的描述分析，獲得的就不僅僅是表面的現(xiàn)象結(jié)論，而是液體體積變化與溫度之間的本質(zhì)。又如：六下太陽(yáng)系一課建一個(gè)太陽(yáng)系模型的活動(dòng)，中提供了八大行星與太陽(yáng)的平均距離和赤道

7、直徑的數(shù)據(jù)，要求學(xué)生把表中行星與太陽(yáng)的距離按相同比例縮小，試著在桌面上用模型建太陽(yáng)系模型。其實(shí)，這個(gè)太陽(yáng)系模型的建造是感性化的，也是不科學(xué)的。學(xué)生在建造太陽(yáng)系模型的過(guò)程中僅僅排列了八大行星的順序，與真實(shí)的太陽(yáng)系情景相去甚遠(yuǎn)，學(xué)生無(wú)法通過(guò)模型的建構(gòu)體驗(yàn)太陽(yáng)系的浩渺、行星的渺小和行星間距離的遙遠(yuǎn)。如果，教師在學(xué)生建構(gòu)模型的過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步處理（見(jiàn)下表）：小組第一根火柴第二根火柴第三根火柴第四根火柴110 秒22 秒36 秒59 秒25 秒12 秒45 秒118 秒312 秒30 秒65 秒125 秒學(xué)生在模擬建造的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述和分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)，真實(shí)的太陽(yáng)系模型根本沒(méi)法完成建造，從

8、而在學(xué)生頭腦中建立一個(gè)大太陽(yáng)系的概念，發(fā)展了學(xué)生的空間宇宙觀念。而且，學(xué)生通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，也明白了中的插圖僅僅是一張?zhí)?yáng)系的示意圖。以數(shù)據(jù)作為學(xué)生現(xiàn)象描述的依據(jù)，能使學(xué)生的描述更為精確，而且，學(xué)生在運(yùn)用數(shù)據(jù)的過(guò)程中，也逐步培養(yǎng)了對(duì)數(shù)據(jù)的敏感性，從而發(fā)展了學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)作為證據(jù)的意識(shí)。三、化結(jié)論分析為數(shù)據(jù)分析，增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)學(xué)生科學(xué)探究的過(guò)程中，了很多有效的數(shù)據(jù)，教師在組織學(xué)生研討的過(guò)程中，往往引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察、分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。但是，在分析過(guò)程中，往往直指實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，而忽略了數(shù)據(jù)中包含的有用的信息。如：如一位教師執(zhí)教五上運(yùn)動(dòng)與摩擦力一課，教師要求學(xué)生在探究活動(dòng)過(guò)程中及時(shí)把有關(guān)數(shù)據(jù)匯總到黑

9、板上：教師在組織學(xué)生研討時(shí)，只是關(guān)注從數(shù)據(jù)中可以得出什么結(jié)論，忽略了數(shù)據(jù)本身與學(xué)生思維發(fā)展的價(jià)值。如果，教師在學(xué)生交流研討前，先讓學(xué)生靜靜地觀察數(shù)據(jù) 2 分鐘，寫(xiě)下個(gè)人的發(fā)現(xiàn)和想法、問(wèn)題，再小組內(nèi)交流個(gè)人的發(fā)現(xiàn)與想法，然后全班交流、研討，那么，學(xué)生經(jīng)過(guò)個(gè)人、組內(nèi)交流后，匯集到全班的交流觀點(diǎn)將會(huì)有：（1）摩擦力大小與接觸面狀況有關(guān)，接觸面光滑，摩擦力小，接觸面越粗糙，摩擦力越大；（2）摩擦力大小與物體重量有關(guān)，物體輕，運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力小，物體重，運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力越大；（3）光滑桌面上的摩擦力都小于 0.25N，沙皮紙上的摩擦力都大于 1.5N，空鉤碼盒運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力都小于 0.2N，加 4 個(gè)鉤碼時(shí)的摩

10、擦力都大于 0.3N；（4）物體越輕，接觸面越光滑，運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力越小，物體越重，接觸面越粗糙，摩擦力越大；（5）同樣重的物體在沙皮紙上運(yùn)動(dòng)，第 1 組和第 5 組測(cè)得的摩擦力相差 1N，是什么造成的這些結(jié)論與問(wèn)題的提出，學(xué)生都是以數(shù)據(jù)為支撐的，都能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)小組摩擦力與接觸面狀況的關(guān)系（鉤碼盒+2 個(gè)鉤碼）摩擦力與物體重量的關(guān)系（光滑接觸面）光滑桌面毛巾面沙皮紙面空鉤碼盒2 個(gè)鉤碼4 個(gè)鉤碼10.2N0.8N1.5N0.1N0.2N0.5N20.3N0.9N1.6N0.2N0.3N0.6N30.25N0.8N2N0.15N0.25N0.4N40.15N0.7N1.9N0.05N0.15N0.5

11、N50.2N0.9N2.5N0.1N0.2N0.3N6金星水星地球火星木星土星星海王星縮小 20 億倍的直徑（cm）0.2440.60520.63780.33967.156.0252.5562.475縮小 20 億倍的距離（m）295475114389714.51435.52252縮小 500 億倍的直徑（cm）0.009760.0242080.0255120.0135840.2860.2410.102240.099縮小 500 億倍的距離（m）1.162.1634.5615.5628.5857.4290.08的解讀作出合理的解釋。數(shù)據(jù)分析的目的是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知與思維的再發(fā)展，是學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)上

12、升到理性認(rèn)識(shí)的過(guò)程。學(xué)生在研討中思維參與的成分越多，形成的結(jié)論也越明確，同時(shí)，由于思維的介入，學(xué)生在研討、分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題也就越多，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望。正如老師所說(shuō)的“學(xué)生科學(xué)探究的標(biāo)志，不是把所有問(wèn)題都解決了，而是越探究問(wèn)題越多”簡(jiǎn)單分析為直觀分析，完善學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)學(xué)生在數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中，由于面對(duì)的是一個(gè)個(gè)數(shù)字，缺乏動(dòng)態(tài)直觀性，因此要從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律趨勢(shì)比較難。如果，我們能恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用統(tǒng)計(jì)圖表對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，那么， 學(xué)生將在直觀的數(shù)據(jù)圖分析中，得到抽象邏輯思維的再發(fā)展。如：三下磁力大小會(huì)變化嗎一課測(cè)量環(huán)形磁鐵吸合后磁力大小的變化。學(xué)生發(fā)現(xiàn)一個(gè)環(huán)形磁鐵能吸 6 個(gè)小螺帽，推測(cè)

13、 2 個(gè)環(huán)形磁鐵能吸 12 個(gè)，4 個(gè)環(huán)形磁鐵能吸 24 個(gè)， 學(xué)生的前概念是不僅吸引的小螺帽個(gè)數(shù)增加，而且隨著磁鐵倍數(shù)的增加而倍增。但是，學(xué)生在實(shí)際的測(cè)量過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)是：學(xué)生通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)形磁鐵個(gè)圖三數(shù)的增加，吸引的小螺帽的個(gè)數(shù)并不是成倍地增加，而是吸引的個(gè)數(shù)越來(lái)越少了。教師以此數(shù)據(jù)讓學(xué)生去推測(cè) 16 個(gè)、32 個(gè)環(huán)形磁鐵吸合在一起，小螺帽的個(gè)數(shù)將會(huì)是多少個(gè)，學(xué)生還是很難推測(cè)的。如果，教師將學(xué)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖表（上圖三），那么學(xué)生會(huì)更直觀地感覺(jué)到螺帽的個(gè)數(shù)增加到一定個(gè)數(shù)以后將不再增加，從而降低了對(duì)數(shù)據(jù)推測(cè)的難度。同樣，六上抵抗彎曲一課中紙梁的寬度、厚度與抗彎曲能力的測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生從數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)增加厚度比增加寬度增強(qiáng)抗彎曲能力的作用更明顯，但寬度、厚度與抗彎曲的能力之間有什么隱含著的關(guān)系，學(xué)生數(shù)字中難以發(fā)現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)換成圖表（圖四），學(xué)生就能很直觀地發(fā)現(xiàn)：（ 1）增加厚度的抗彎曲能力大大超過(guò)增加寬度的抗彎曲能力；（2）增加寬度的抗彎曲能力與寬度成正比，增加厚度的抗彎曲能力與厚度的平方成正比。圖四形象直觀的圖表簡(jiǎn)化了學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)在的數(shù)學(xué)分析，而且