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实验数据的呈现、组织与解释-科学论文
徐莹莹
在科学学习中,儿童要面对不同类型的科学数据或者不同关系的数据组,通过处理、分析和推理,发现数据背后的科学规律,逐步形成科学概念。
在此过程中,往往因为直接呈现出的数据比较抽象,儿童很难利用原有认知,发现数据之间的关系和解释数据,对形成科学概念带来困难。
另一方面,儿童习惯于仅凭自己的或个别相类似的数据得出结论,无法做到集体论证。
本文从利于儿童建构概念性理解的角度出发,提出呈现、组织和解释数据的教学策略。
一、将“抽象”转为“形象”,用利于促进儿童群体交流的方式呈现数据
根据认知发展理论,小学中高段儿童正处于具体运算时期,才开始发展逻辑的、因果关系的思考。
实施STC课程中又发现,学习者的思维外化与表达贯穿于整个学习过程,会促进学生的认知发展以及对于科学概念的理解。
这就意味着,我们不仅要以适合儿童当前认知水平的表征方式,将数据加以转换,还要用有利于个体表达和集体交流的形式来呈现数据,包括一些具体的图表、生动的符号等。
例如,在研究“纸的抗弯曲能力”时,需要比较宽度和厚度对抗弯曲能力的影响程度,从便于理解数据的角度出发,各小组将其转换为折线统计图(见图1、图2)。
甲、乙两组可能都会从各自的折线图中发现,不同因素对纸的抗弯曲能力影响是不同的,且会随变量的增长而提高纸的抗弯曲能力。
但是,乙组的数据图并不能解释“厚度能大大提高抗弯曲能力”。
在汇报环节,往往因为只能呈现个别小组的数据和结论,无法引发有效的集体交流,削弱了学生对指向科学概念的内容的深入思考。
即使有些小组得出正确结论,也不代表他们对该科学概念的理解,表现在对“大大提高”的解释和“后续数值的推测”上。
如果在教学中不局限于分组转换数据,而是把所有组的数据都转换为统计图,则会大大改善概念学习的效果,具体呈现如图3。
图3中,将宽度(厚度)的增加倍数和承受的垫圈数分别定义为X轴和Y轴,采用两种不同颜色的圆点表示测量数据。
这种呈现方式大大吸引了儿童去关注更多组的数据,为表达和交流观点提供了经验基础,尤其为解释一些异常数据提供了意义性导向。
再如,在“四季的成因”探究活动中,学生要通过模拟测量不同季节的竿影长度来发现四季中竿影的变化规律,进而判断四季。
在以往的教学中,只是将数据分组呈现出来(见表1),学生仍旧根据个别组数据表达观点,当遇到数据中春季竿影比秋季竿影长(短)时,就不知道应该怎样解释和辨别。
对五年级学生而言,他们还需要借助影长的图形来推理科学规律,因此,不妨模拟地面上的竿影形状呈现数据组(见图4),把竿影长度和原竿长分别定义为X和Y坐标,各组数据都被转换成条形图后分四个季节展示。
这种整体呈现便于学生从每个季节竿影的均长中发现规律,更加容易关注到其他组的或有差异的数据,而不是仅凭个别数据思考或表达观点。
此外,为了方便学生从图示或图形上直接读数,可以在类似图3的坐标中增加一些标示数值的网格,并在相应位置标上数值。
二、将“零散的”转换为“具有结构的”,用利于促进儿童思维的方式组织数据
获得数据的过程往往占据概念学习的许多时间,这只是认知建构的第一个阶段,即在感官上的经验性认识。
当对数据进行选取、分析、解释时,儿童才开始进行概念性的理解。
在交流观点前,要先引导学生合理组织不同组的数据,使其更加结构化。
例如,在处理“不同影响因素下纸的抗弯曲能力”数据时,一般是将所有数据以数值形式分小组呈现,或者转换为折线统计图呈现,这种组织方式仅仅是不同数据的罗列,没有体现数据间的逻辑关系。
如果按照图3的方式组织数据,学生在贴“圆点”的过程中要先理解这些数字的含义,是从“抽象”到“具体意义”的转化过程。
在各组数据都展现出来后,要观察这些“圆点”的位置,对其分布情况进行解释,比如,大部分“圆点”集中在一起代表什么意义?
个别“圆点”远离集中区有什么意义?
如果用大“圆片”代表集体的数据,应该贴在什么位置,怎样解释(见图5)?
通过这样逻辑化的组织,帮助学生把原有经验与数据的意义结合起来,把自己的观点与事实联系起来,为连续和交互学生的相关经验做了充足准备。
在处理“1分钟内摆的摆动次数”数据时,如果按照表2组织数据,学生会习惯性地纵向观察数据,即每个10秒、20秒或30秒内摆动次数的变化情况,难以从横向3个数据之间的关系去解释,更无暇思考其中3组数据的差异性。
因此,要考虑在同一个坐标中汇总各组数据(见图6),把数据间的横向、纵向以及组间的联系形象化。
在图6中,各组测量的数据被列在一个坐标中,便于组间数据的比较,同时,形象地体现出同组的3个数据之间的关系,3组差异数据也能一目了然。
这种组织方式把众多数据有意义地联系起来,能够体现两个方面的概念性意义:
一是每个同组数据符号的间距基本相等,表明相同时间内同一个摆的摆动次数相同;
二是同一时间内,不同组的数据符号可能位置不同,表明不同的摆在相同时间内的摆动次数可能不同。
上述组织形式都不是建立在单组或个别组数据处理基础上的,是将全部数据以某种适合儿童理解的方式展示出来,为集体论证搭建了有效的交流平台。
另一方面,一些“异常”数据较容易暴露出来,这样既为了解学生当前学习状态和思维水平提供依据,也可以为完善科学概念提供重要证据,不再成为“被忽视”的遗憾。
三、设置逻辑性问题,帮助儿童解释数据,提升儿童对数据的理解力
在科学课教学中,我们要求学生“用数据说话”,要把数据作为支持科学研究的证据,避免观点与事实脱节。
这就需要提升儿童对实验数据的解释能力,使他们能够透过现象去发现数据之间的逻辑关系,进而推理出科学规律或科学概念。
将数据用适合儿童经验和认知水平的方法组织并呈现出来后,可以在汇报交流环节引入具有内在关联的递进式问题,帮助学生根据数据图进行深层次的概念性思维。
例如,在研究“纸的抗弯曲能力”时,设计了3个层次的关键问题,具体见表3、图7和图8。
又如,为帮助学生理解“四季中竿影的变化规律”,进而推断出四个季节,设计了2个层次的关键问题,具体见表4和图9。
在上述案例中,这些问题层层递进,启发、揭示了科学概念的内在结构,儿童也在表达与交流中锻炼了逻辑思维能力。
首先,用问题帮助儿童理解数据符号所代表的科学意义,起到关联原有经验与抽象数据的作用;
接着用问题引导解释数据及其相互关系,使学生意识到科学规律在相同情境下是可以重复的。
同时对一些差异数据提出自己的解释:
或是由操作错误、实验误差产生的,或是可以作为完善科学概念的有力证据;
最后自然而然地推理出科学规律,建构起相关的科学概念。
有时还可以围绕当前数据,激发儿童运用新认知进行推理和判断,在更深层次上理解科学概念。
广东省深圳市弘雅小学
(518101)
(责任编辑刘绍江)
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- 实验 数据 呈现 组织 解释