聚焦数据促进科学思维发展公开课教案教学设计课件资料.docx

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1、聚焦数据，促进科学思维发展【摘要】科学实践，实质上是种实证的过程。实验数据是最有说服力的科学证据之一，基于小学科学实践，聚焦“实验数据”，进行分析、解释、推理论证，可以使科学课堂变得简练、严谨且高效，促进学生科学思维发展。然而现阶段学生“数据意识缺失，不尊重事实；数据分析肤浅；数据展示以偏概全；只是注重了探究活动的外在形式，而忽略了内隐的科学思维外显和发展。”本文提出“精测有效数据，发展科学实证思维；呈现有序数据，发展科学逻辑思维；基于推理论证，发展科学理性思维”策略，帮助学生建构核心科学概念，促进科学思维发展。【关键词】小学科学数据科学思维小学科学实践，实质上是种实证的过程，通过充分聚焦数据

2、，实事求是收集数据，有序呈现数据，并围绕这些数据证据，进行分析、解释、推理论证、交流信息，推动课堂教学的深度整合，从而培养学生形成尊重事实、善于质疑的科学态度和收集、处理数据的能力,型.年镣*长度质I1A三年级（*2。g10“1,三年嫣（下）5,1*5*0,0,1四年燎（381,102。四年加（下）a38IaOaa五年缎（2O,3,0,3,8五年绥（下）332“O*2*六年娘（a3gOaOa3六年级下3W1,gOP总计“12“66“3*8占裁据探充会型百分比2T.91,9.30130.2g、11.636.913.961促进学生科学思维发展。梳理教科版小学科学教材中“基于数据的实践探究活动”（见

3、下表）:教科阪小翱独楙基干傩的轴探究龌分栅值长亶方口温度口体以口力日H也万矶分析“基于数据的实践探究活动”在教科版小学科学中的分布，我们可以发现“基于数据”的教学在教材中涉及范围广，且按照小学生已有经验和身心发展的特点，以及教材的难易程度进行了合理的编排。审视当下这类“基于数据”的科学实践探究现状，学生“数据意识缺失，不尊重事实；数据分析肤浅；数据展示以偏概全；只是注重了探究活动的外在形式,而忽略了内隐的科学思维外显和发展。”为了解决这些科学实践中存在的问题，本文以“聚焦数据”为视角，对小学生科学实验数据收集、呈现、推理论证进行反思，并提出了有效促进学生科学思维发展的解决策略：一、聚焦数据，精

4、测有效数据，发展科学实证思维“材料引起活动，活动引发思维”，绝大多数的实践性活动开展都需要相关材料作为支撑，无论是观察、测量还是调查记录。然而在实际探究教学过程中，我们往往会遇到这样的尴尬，材料缺乏结构性，无法进行有效的探究活动，收集数据的有效性更无从谈起。因此，这就需要我们在教学中，提供充足、简约的、”各个材料之间、材料与教学内容以及教学目标之间具有紧密联系”的材料，利用这些严密结构性的材料，引领学生参与材料的准备工作，让具有结构的材料渗入到学生的学习与生活中，丰富学生的认识，让孩子们在探究实践中体验，在体验中实践，精测科学有效的数据，呈现数据，指向科学概念的建构，碰撞出思维的火花，从“经验

5、思维”向“实证思维”转变，促进学生科学实证思维的发展。比如在教学探究“物体颜色与吸热能力关系”，教材选取了“黑色纸、粉色纸、铝箔纸、黑色蜡光纸、白色纸”5种材料，比较它们在阳光下的吸热能力。通过教师引导，学生讨论，发现教材设计存在这样的一些不合理之处（见图1）：1.温度计放在地面上，地面温度反射会影响温度计的正常工作；2.用纸对折包裹，里面会有很多空气充斥，这也会影响温度的有效变化。这样的设计势必导致我们收集到的数据是不合理的、无效的。此时我们可以引导学生进行思考，改进设计（见图2）：1.使用带底座的温度计，方便将温度计有效悬空，尽可能的减少地面对温度计的影响;2.将纸包温度计的方法，替换为水

6、粉颜料涂到温度计液泡上，有利于温度计的直接变化；3.将各种颜色温度计同时斜放在实验箱内，直观观察到“不同颜色物体”引起的温度变化。让孩子经历这样一个“精心选择、巧妙搭配，合理隐藏而有序出示结构严密材料”的过程，以数据收集、整理分析为桥梁，聚焦有效数据的分析过程，发展学生科学的实证思维。图1：教材材料：纸包温度计图2:结构化材料：水粉涂温度计比如我们在教学液体的热胀冷缩时，原教材设计是这样的：“一个试管，里面装满水，套上一层气球皮，然后观察到鼓起来了；那么怎么让这个现象更明显呢？插个管子，观察到管子中的水面上升了，说明体积上升了，所以液体具有热胀冷缩性质”，这样的设计（见图3）,虽然也给学生提供

7、了动手的机会，但提供的材料结构内涵缺乏足够的思考，只是凭借着孩子们的经验进行定性分析，没有足够的数据支撑，教学过程显得空洞且缺乏实证性。由此，我们在课堂教学时，由生活中的一个现象引发学生的思考，改进设计了一个适合的、能够获取相关有效数据的“有严密结构的材料（见图4）：选用“双口烧瓶”，一口插入细玻璃管，测量实践过程中水的体积变化，而另一个口则插入数字水温计，让能量变化通过“温度”这个可视的外显的具体数据变化来呈现课堂。通过这个结构性材料，同时呈现“水温与体积的数据变化”，让有效的实验数据直观、清晰地呈现在孩子们眼前（见图5）。学生经历这样的实践活动，更容易整理、分析有效数据，并基于证据，进行推

8、理论证，达成共识,从而建构“液体体积变化与能量变化”之间的核心概念，促使孩子们由经验思维向实证思维转变。在科学探究的寻求证据、达成共识阶段，通过精心选择有结构性的材料，收集有效数据,引导学生尽可能借助多种形象、有序的图表来分析数据、整理信息，外显思维，帮助孩子们理解问题，发现数据中蕴含的规律，发展科学实证思维。二、聚焦数据，呈现有序数据，发展科学逻辑思维小学科学课程标准在能力方面提出了“培养小学生的逻辑思维能力”的要求。逻辑思维是把逻辑，即把意识按照顺序进行排列、思考的思维方式，是在科学的有效数据基础上,结合抽象的概念、判断和推理，作为思维的基本形式，以分析、综合、比较、抽象、概括和具体化作为

9、思维的基本过程，从而揭露事物的本质特征和规律性联系。具体到小学科学课堂实践上来说，逻辑思维就是一种在“已有知识经验”基础上演绎推出新知识的思维方式。我们通过大量的分析发现，在很多基于数据进行分析的课堂实践活动中，常常无序呈现收集到的数据，简单、机械式的进行定性分析，忽视了教学逻辑性，探究实践活动缺乏逻辑性，科学共识的归纳也不符合逻辑性，科学性。因此，结合小学科学学科的特点、学生的认知规律以及逻辑思维发展的特征，有序呈现数据，从定性分析向定量分析去转变，将内隐的思维直观呈现，促进科学逻辑思维的发展。比如我们在探索抵抗弯曲一课的课堂教学时，把本节课的核心活动定位于“抵抗弯曲能力与宽度的关系”和“抵

10、抗弯曲能力与厚度的关系”这两个探究活动上，运用控制单一变量的实验方法来进行这两个实验应该是没有问题的，也很快的就能收集到这样一组合理、有效的数据（见表格2）。抗弯曲能力关系统计表组别1倍宽2倍宽4倍宽1倍宽2倍厚4倍厚一14711148二26921228三16911132四1471735五1591847I2141748七26921343八1351623表格2；抗弯曲能力关系汇总统计表然而，当我们引导学生对表格中的数据进行进一步分析时,我们确实能够轻易的得到“抗弯曲能力与宽度有关；抗弯曲能力与厚度有关；增大厚度与增大宽度相比，抗弯曲能力大大增加”的共识。但这样粗线条式的，把数据的利用和分析直指结

11、论，忽略数据中包含的其他有用信息，势必导致数据分析的价值降低。深层分析，我们还能发现班级各小组之间的实验数据其实是存在着很大差异的。那么，为什么教师给每个组准备的实验材料基本相同，各小组之间的实验数据差异却如此之大？对表格中实验数据所显示的个别差异要不要进行分析？答案是肯定的。面对一份数据，科学的分析应当是对数据进行充分的观察与思考，进行横向、纵向的梳理对比，从中寻找数据背后蕴涵的道理，这才更接近科学研究的本质。分析表格中各组的数据，我们可以发现，本节课还有一条暗线就是“各组间的桥梁跨度的不同，也会影响桥的抗弯曲能力那么为什么不进行深层的剖析，就发现不了这条暗线呢？这其实还是因为我们在统计全班

12、数据，呈现数据时，并没有进行一个“有序呈现”，只是进行了记录而己，因此我们此时所得到的共识并不科学，也不合乎逻辑。由此，这就需要我们教师重新设计教学过程，收集数据证据（见表格3）,引入“跨度”这条暗线，这即是对本节课内容的丰富，也对学生的学习提出了更高的要求。抗弯曲能力关系统计表组别跨度1倍宽（厚）2倍宽4倍宽2倍厚4倍厚一8cm1I711488cm1214748五8cm159847七9cm2691343四IOcm147735三I1cm1691132二I1cm2691228八14cm135623表格3：基于“跨度”数据有序呈现的抗弯曲能力关系统计表将全班数据汇总统计，根据“跨度”这数据进行有序

13、呈现，即按“从大到小”或者“从小到大”的顺序进行统计排列。依据这一“有序”数据证据和逻辑进行论证，产生新理解、新假设，丰富、充实或者调整、重构原有的知识经验。这样既降低学生认知的难度，又避免了学生在面对看起来没有条理的数据时的茫然无措，便于学生分析，更好的帮助学生在原有知识经验的基础上重建建构“在跨度不变的情况下，抗弯曲能力与宽度有关；在跨度不变的情况下，抗弯曲能力与厚度有关；在跨度不变的情况下，增大厚度与增大宽度相比，抗弯曲能力大大增加”的科学概念，协调各知识点之间的逻辑顺序，促进学生严谨的科学逻辑思维发展。三、聚焦数据，基于推理论证，发展科学理性思维推理论证，是引领学生深入实践的“踏板”，

14、也是提升学生思维高度的“阶梯”。小学科学课程以培养小学生的理性思维为主，倡导基于“推理和论证”进行数据分析、达成共识。科学共识的达成是理性思维的结果，是建立在证据的基础之上。理性思维是一种建立在科学数据和推理基础上的思维方式，从分析小学生思维建构的过程来看，他们正由具体形象思维向抽象逻辑思维过渡，仍然以有关具体事物的描述性经验为主，缺乏判断和进行合理的“逻辑性推理”以及遵循“证据链统一”的原则，对于探究活动收集的数据或证据，未能展开“基于证据”的论证，即便展开了也只是“以偏概全”，或者盲从的。因此这需要我们引导学生收集真实有效数据，绝对不能更改、捍.造实验数据，利用这些数据进行分析、综合、抽象与概括，通过组内和组间的证据交流和评论，形成自己的证据，检验自己的证据，发展学生科学的理性思维。比如我们在探究摆的研究一课时，探究“摆的摆动快慢与摆锤重量”这个因素关系时，引导学生进行科学合理的实验，收集了这样一组数据（见表格4）,我们可以发现第一、三、四、五组的同学观察到摆锤重量改变，但摆的摆动快慢不变，因此发现了“摆的摆动快慢与摆锤重量无关”；然而此时，我们采集、分析的其实只是个别组数据，这时推理论证得出的结论显然是经不起