探究活动中数据处理和分析方法例谈

张海鸥

科学探究的一般过程包括：提出问题、作出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达和交流。其中得出结论需要根据观察到的实验现象或者得出的实验数据，进行分析判断而定。表达和交流这一步骤也需要交流每个小组的实验现象或者数据的处理，以及对全班的数据分析处理，进而完善结论和反思过程的成败得失。所以对数据的处理和分析是否得当，不仅关系到结论得出的正确与否，还关系到科学方法的学习和理解是否到位。怎样引导学生分析实验数据所反应出来的内涵？下面以人教版初中生物教材中的几个探究实验为例，讨论处理和分析实验数据的方法。

1 数据处理的方法和过程

1.1 取平均值法

取算术平均值是为减小偶然误差而最常用的一种数据处理方法。通常在同样的测量条件下，对于某一物理量进行多次测量的结果不会完全一样，用多次测量的算术平均值作为测量结果，是最接近真实值的。如“生男生女的机率”模拟探究中，取小组、班级、级部、全校多次测量结果的平均值比较，发现测量次数越多，获得的平均值越接近理论值1∶1。

1.2 列表法

实验中将数据列成表格，也是常用处理数据的方法。列表法可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于比较测量结果和运算，有助于发现和分析问题。如探究“光对鼠妇分布的影响”实验中，每个小组需要记录一组数据（表1）。根据实验结果，可以发现随着时间的推移，鼠妇越来越适应实验环境，也更加趋向分布在阴暗处。

每个小组将最后1 min的数据汇集到班级的总表格（表2）中（以16个小组为例）。可以直观看出大多数小组的数据是阴暗处比明亮处多。列表法在用于对数据进行求和和求平均值时更方便计算。表2可以是Word表格、Excel表格，也可以是板书表格。特别是计算平均值或者求和时，用Excel表格更快捷。

1.3 绘制图形法

绘制图形法就是将实验数据转化为各种图形。绘图法处理数据的方法很多，有折线图、柱状图法、条形法、饼图法等等，这些方法都可以使数据变得直观，便于观察和比较，得出实验的结论。不同的方法有不同的优点，应根据需要，选取最佳的表达方式。

其中以绘制折线图法最常用，就是让数据在坐标图中体现。一般是先将实验测得的数据列成表格，再将表格数据转换为折线图。根据测量的要求，选定坐标轴，一般以横轴为自变量，纵轴为因变量。坐标轴要标明所代表的变量的名称及单位。通过做曲线图，可以找到或反映变量之间的变化关系，便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系。折线图会使数据变得更直观，并且可以看到变量之间的连续变化趋势。

如“探究花生果实大小变异”的实验中，每组先将30粒花生果实纵轴长度测量出来，列成表格（表3、表4），再将表格转化成折线图（图1）。就非常直观地看出，小花生果实中有大的个体也有小的个体，过大和过小的个体都很少，大多集中在30 mm左右；大花生中有大的个体也有小的个体，过大和过小的个体也很少，大多集中在43 mm左右。这说明花生果实大小存在着变异。大花生果实大小平均值总是大于小花生果实大小平均值，说明大小花生果实大小的变异是由遗传物质不同引起的。又如“探究酒精或烟草浸出液对水蚤心率的影响”实验，先将实验数据填写在表格中，再将表格转换为折线图1，可以得出结论：水蚤心率会随着酒精浓度的增加而逐渐减慢，直至死亡。酗酒对人体有害。

1.4 数据转换的方式

实验得出的数据是一定的，表示方式有多种，但是各种方式之间可以互相转换。最常见的是将表格转换成折线图和柱形图，这个过程可以根据小组收集的数据在坐标轴中描点画图，但是比较麻烦。最简便的方法通过Excel中“插入图表”的方式转换，插入的图表形式有柱形图、折线图、条形图、饼图、面积图、散点图、雷达图、组合图等多种形式，每种图又有多种形式表达。

2 分析数据反映的科学内涵

2.1 分析不同的数据，创新科学方法的教学

实验不是仅仅算出一个数值，得出结论就结束了，教师还要引导学生分析数据所反映出来的科学内涵，进行科学方法的教学。如“探究某种食物中的能量”实验中，笔者将该实验的目标定为重在培养学生测量数据的方法和处理数据的能力。实验时，笔者准备了两套器材，让左两排的学生（1～7组）使用教材装置，右两排学生（8～14组）使用改进后的装置，即在锥形瓶外加上一个易拉罐制作的外套，这样可以减少实验过程中热量的散失。学生实验的结果见表4。

当1～7组和8～14组的数据呈现在大屏幕上时，学生不由自主地轻呼“数据差异太大了”。接着，教师提出问题：比较1～7组和8～14组数据的平均值，你发现了什么？原因是什么？课本41页附表中1 g核桃种子真正含有的能量是13 680 J，与实际测得的数值有什么差异，原因是什么？

学生思考分析原因，可以直观体验实验器材的创新对结果影响的力量。这证实有了实验的创新，数据的准确性才会大大提高。这种亲身体验创新的过程对激发学生的创新能力起到很关键的作用。

数据直观体现创新实验装置可以提高数据的准确率，教师可以通过引导学生分析实验数据，创新科学方法的教学。本实验承载的一个重要的科学方法是“理解怎样设置重复组”。重复实验是一种非常重要的科学方法，学生都知道设置重复组的意义可以减少偶然性，提高实验的准确性，但是很多学生不知道怎样设置重复组。所以教师提出问题“如果这个探究实验只做一次，结果可靠吗？应该怎么做？”以此让学生知道要设置重复组。然后教师接着追问：“重复实验的结果是取14个小组的平均值吗？”学生大多惯性地回答：“是的，取平均值。”此时，让学生再重新阅读课本“科学方法”，来判断如何处理重复组的数据。学生马上就可以领悟：重复组是在相同的条件下取平均值，而1～7组和8～14组的器材不同，所以不是重复组。在真实的场景下完成科学方法的教学，学生理解透彻，印象深刻。

2.2 分析错误数据，培养严谨的科学态度。

如分析表2，16个小组的实验数据全部展示在屏幕上或者黑板上，让学生一目了然地看到全班其他小组的数据和自己的差异。一方面学生面对数据的差异，就会思考和反思自己的实验是否存在问题；另一方面教师可以及时掌握每个小组的实验情况，然后根据反馈的数据调整教学，体现了“教学即评价”的过程性评价过程。在表2中，第八组没有数据，教师可以让第八组的学生分析原因，是合作不到位，分工不明确，耽误了实验时间，还是操作有错误，没有按照设计好的方案进行实验，从而没有数据。教师借此进行非智力因素方面的教育，如小组合作学习和听讲思考的重要性，让学生端正学习态度，学会合作分工。

除了5组、7组的数据反映的是明亮比阴暗环境中鼠妇的数量多，其他13个小组都是阴暗环境中的多。教师再引导学生通过求和或求平均值，就可以得出结论：鼠妇适宜生活在阴暗的环境，光会影响鼠妇的分布。但是为什么5、7组的数据是明亮的环境中鼠妇数量多呢？接下来教师引导学生分析原因：① 如果只有一组数据，可能具有偶然性，所以在进行科学实验的过程中，要进行重复实验，还要让实验对象的样本不能太少，从而避免误差。② 可能实验过程中操作不规范，如大声喧哗、掀开盖子数数等行为影响鼠妇的行为。这样分析数据的过程不但有科学方法的教育，还会促进学生反思实验要规范行为，有效地培养了学生严谨、实事求是的科学态度。

总之，在探究过程中，教师要帮助学生正确处理和分析实验数据，体现了科学对事实的尊重，也是培养和提高学生科学素养的有效途径。