科學(xué)教學(xué)中數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)初探

1、.科學(xué)教學(xué)中數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)初探【摘要】無論在科學(xué)研究和生產(chǎn)制造領(lǐng)域，還是在社會管理和國防安全領(lǐng)域，數(shù)據(jù)正在爆發(fā)增長。一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大價值，數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新的大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨。初中生作為現(xiàn)代公民應(yīng)具備數(shù)據(jù)意識，數(shù)據(jù)素養(yǎng)應(yīng)成為每個公民的基本素養(yǎng)之一。筆者通過科學(xué)教學(xué)中的具體案例闡述了數(shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)過程?！娟P(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)素養(yǎng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析無論在科學(xué)研究和生產(chǎn)制造領(lǐng)域，還是在社會管理和國防安全領(lǐng)域，數(shù)據(jù)正在爆發(fā)增長。一個數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大價值，數(shù)據(jù)驅(qū)動創(chuàng)新的大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)來臨。初中生作為現(xiàn)代公民應(yīng)具備數(shù)據(jù)意識，數(shù)據(jù)素養(yǎng)應(yīng)成為每個公民的基本素養(yǎng)之一?！皵?shù)據(jù)”我們通常認(rèn)為它只是定量的數(shù)字，其實不然。“數(shù)

2、據(jù)”在拉丁文中原指“得到的東西”。在信息化的語境下，它是指收集、測度到并保存起來的可管理可利用的信息。而信息意義更加寬泛，是指物質(zhì)（包括人、物體和自然界）運(yùn)動過程中體現(xiàn)出來的形態(tài)變化。例如，某個午后下了一場大暴雨，整個過程便會產(chǎn)生各種信息，但只有測度和記錄下來，這些信息才能成為數(shù)據(jù)。在大數(shù)據(jù)時代，無論是不是在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析或相關(guān)技術(shù)平臺領(lǐng)域工作，每個人都應(yīng)當(dāng)在意識上、知識和技能上做好準(zhǔn)備，都需要提高自身的數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)素養(yǎng)。數(shù)據(jù)意識和數(shù)據(jù)素養(yǎng)是同一事物的兩面。數(shù)據(jù)意識是認(rèn)識層面要求大眾知道數(shù)據(jù)有意義有價值，并能意識到數(shù)據(jù)管理不善可能帶來的危害。而數(shù)據(jù)素養(yǎng)是一種能力，主要指研究者在科學(xué)數(shù)據(jù)的

3、采集組織和管理、處理和分析、共享與協(xié)同創(chuàng)新利用等方面的能力以及研究者在數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、管理和發(fā)布過程中的道德與行為規(guī)范。數(shù)據(jù)素養(yǎng)是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。初中科學(xué)教學(xué)中應(yīng)滲透一定的數(shù)據(jù)素養(yǎng)教學(xué)，為學(xué)生提供真實的實踐環(huán)境。現(xiàn)根據(jù)筆者實際教學(xué)中的一些嘗試，談?wù)剶?shù)據(jù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。一、 數(shù)據(jù)采集技能的培養(yǎng)在數(shù)據(jù)采集階段，學(xué)生必須明確本探究中需要收集數(shù)據(jù)的特征，如收集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)據(jù)的格式等。掌握數(shù)據(jù)收集和獲取的方式。數(shù)據(jù)獲得的方式多種多樣，可以從已有的數(shù)據(jù)庫收集，也可以從實驗過程中利用科學(xué)儀器測量獲得原始數(shù)據(jù)，還可以通過調(diào)查統(tǒng)計獲得。作為中學(xué)生多以實驗中測量記錄為主。收集獲得原始數(shù)據(jù)后還應(yīng)設(shè)計數(shù)據(jù)記錄的方式

4、。學(xué)生可以自己設(shè)計表格、設(shè)計項目，也可以以畫圖的形式記錄，如曲線圖、柱狀圖。這樣所要研究的規(guī)律才能比較明顯地呈現(xiàn)出來。接下來以伏安法測量小燈泡電阻的案例來具體說明。實驗原理：用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，用電流表測出通過小燈泡的電流，根據(jù)歐姆定律的變形式R=U/I，求出R。【師】：由實驗原理可知，本實驗需獲得哪些數(shù)據(jù)？【生】：小燈泡的電壓U和電流I【師】：用什么方法可以獲得這兩類數(shù)據(jù)？【生】：用電壓表測出小燈泡兩端的電壓，用電流表測出通過小燈泡的電流?！編煛浚褐粶y一組數(shù)據(jù)足夠嗎？【生】：不夠。實驗存在偶然性?！編煛浚喝绾潍@得多組數(shù)據(jù)？（教師先做引導(dǎo)：通過描述之前研究歐姆定律時滑動變阻器存在的意

5、義，讓學(xué)生想到通過滑動變阻器可以改變小燈泡兩端的電流進(jìn)而改變小燈泡兩端的電壓，獲得多組數(shù)據(jù)，以便研究。）接下來學(xué)生分組設(shè)計實驗電路，并進(jìn)行具體實驗。不久，各種數(shù)據(jù)就呈現(xiàn)在草稿紙上。我抽取了其中一組同學(xué)的數(shù)據(jù)，這組數(shù)據(jù)記錄比較隨意，呈現(xiàn)如下草稿紙0.5V 0.16A 1.0V 0.20A 1.5V 0.27A2.0V 0.32A 2.5V 0.34A【師】：由此記錄的數(shù)據(jù)同學(xué)們由什么感受？【生】：記錄太凌亂，找不出規(guī)律?！編煛浚涸撛趺醋霾拍茏寯?shù)據(jù)變得有條理？【生】：可以將數(shù)據(jù)記錄在表格上?！編煛浚悍浅：玫南敕?。那么請同學(xué)們自己設(shè)計一張表格來記錄數(shù)據(jù)。（學(xué)生自己設(shè)計表格，并通過學(xué)生間的評價不斷完善

6、表格。）表格呈現(xiàn)如下：實驗項目電壓U/V電流I/A電阻R/10.50.163.1321.00.205.0031.50.275.5642.00.326.2552.50.347.35【師】：還有什么辦法可以記錄數(shù)據(jù)？【生】：畫出坐標(biāo)系，將數(shù)據(jù)以描點的形式記錄上去，并用平滑的曲線連接起來?！編煛浚赫媸翘袅耍∧俏覀兙挖s緊試試看吧。通過這樣的引導(dǎo)和啟發(fā)，學(xué)生對數(shù)據(jù)收集的一般步驟和方法有了一定的了解，并能在其他各種探究活動中加以遷移、利用。多次加強(qiáng)，使之習(xí)慣成自然，學(xué)生的數(shù)據(jù)收集和記錄能力得到了很大的提升。2、 數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)數(shù)據(jù)分析是數(shù)據(jù)素養(yǎng)中非常關(guān)鍵的技能。數(shù)據(jù)分析的得當(dāng)與否將直接影響結(jié)論的正確

7、性。巧妙地分析數(shù)據(jù)有時還會有意外的收獲。在伏安法測小燈泡電阻的案例中，學(xué)生將收集到的數(shù)據(jù)按實驗要求填入了設(shè)計好的表格中，并畫出了曲線圖。觀察曲線圖，細(xì)心的同學(xué)便會發(fā)現(xiàn)這不是一條過原點的直線。這是教師應(yīng)該因勢利導(dǎo)。【師】：同學(xué)們請仔細(xì)觀察曲線，發(fā)現(xiàn)了什么？【生】：這不是一條直線?！編煛浚哼@說明了什么？【生】：說明電壓與電流不成正比，或者說電阻R不是一個定值?！編煛浚浩鋵崗谋砀裰形覀円舶l(fā)現(xiàn)了每組的R并不相同。那么是什么影響了阻值的變化呢？【生】：電流【師】：電流真正引起了哪個物理量的改變？【生】：溫度經(jīng)過層層引導(dǎo)，學(xué)生們除了掌握小燈泡阻值的測量方法，還明白了小燈泡的阻值受溫度的影響比較大，會隨著溫

8、度的升高而增大。3、 數(shù)據(jù)處理能力的培養(yǎng)由測量小燈泡的電阻實驗不僅聯(lián)想到伏安法測定值電阻，教師可再引導(dǎo)學(xué)生將剛才的小燈泡換成定值電阻，重新獲得新的數(shù)據(jù)，同樣填入表格，再畫成圖像。【師】：這次又發(fā)現(xiàn)了什么？【生】：這一次是一條過原點的直線?！編煛浚哼@又說明了什么？【生】：說明電壓與電流成正比，電阻是一個定值?！編煛浚耗沁@次實驗中電流不是也在變化，也引起了溫度的變化，電阻怎么會不變呢？【生】：可能是溫度對定值電阻影響不大?！編煛浚悍治龅梅浅＞?。但老師還有一個疑問，大家在仔細(xì)分析一下自己的數(shù)據(jù)，每次實驗計算出的R完全相同嗎？【生】：不相同。由細(xì)微的差距?！編煛浚耗沁@又是由什么引起的呢？【生】：可能是誤差引起的。【師】：的確如此。那為了減小誤差，我們有什么辦法嗎？【生】：可以多次測量取平均值?！編煛浚耗切襞莸淖柚的苋∑骄祮幔俊旧浚翰荒?。沒有意義。數(shù)據(jù)的處理能力就在這樣的解決疑問過程中潛移默化地得到了培養(yǎng)。并且以電阻的測量為依托串聯(lián)數(shù)據(jù)素養(yǎng)的教學(xué)，學(xué)生順利地掌握了數(shù)據(jù)的采集、分析和處理等多項技能，為今后的教學(xué)和學(xué)生能力的進(jìn)一步培養(yǎng)打下了良好的基礎(chǔ)，取得了較好的教學(xué)效果?？傊?，培養(yǎng)中學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)是時代和民族發(fā)展，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展對未來人才素質(zhì)的要求，意義重大。但數(shù)據(jù)素養(yǎng)的形成和提高并非一朝一夕就能達(dá)成，這是一個漸進(jìn)的過程。科學(xué)