“查—比—论—探”：应对小学科学实验误差的教学策略

【编者按】在小学科学实验中，由于测量者、仪器、实验条件等多方面因素的限制，测量值与真实值之间总会存在着一定的误差。但是，误差有可能也是一个有意义的教学点。正确认识实验误差并在教学中科学应对，对培养学生严谨细致的科学态度具有重要的意义。那么，我们应该如何对待实验误差？教学中遇到实验误差时，应如何应对？本专辑的两篇文章对此进行了探索，有助于加深我们对这个话题的认识。

【摘 要】实验误差是实验教学中的难点。面对小学科学实验中存在的各种误差，教师在教学中不能回避，应予以重视，让其成为提升学生科学素养的重要资源。本文剖析了小学科学实验误差产生的原因及其教学误区，提出了“查—比—论—探”的误差教学应对策略，为学生正确认识、分析、处理实验误差提供了一些经验。

【关键词】小学科学 实验误差 教学策略

在小学科学教学中，动手实验是培养学生科学素养的重要途径。然而，由于实验仪器、测量方法及学生操作技能等因素，实验误差在所难免，这些误差可能导致学生得出与科学事实相悖的结论，影响他们对科学知识的正确理解，甚至使学生对科学探究的可靠性产生怀疑。面对教学中的实验误差，部分教师往往以一句“这是实验误差”，便轻轻带过，或者是想办法规避实验误差对教学的干扰，甚至对实验过程中产生的误差不予理会。这些处理方法，不仅没有加深学生对科学原理的理解，反而造成了困惑，也与培养学生的探究实践能力和科学态度背道而驰。如何正确认识、分析和处理实验误差？教师有哪些教学应对策略呢？这是提升实验教学质量应当重视并加以解决的问题。

一、小学科学实验误差的原因剖析

实验误差是指在实验过程中，由于各种因素的影响，导致实验结果与真实值或理论值之间的偏差。实验误差是科学实验中不可避免的现象，它不仅影响了实验结果的准确性，还可能对实验的后续分析和结论产生重大影响。在小学科学实验中，考虑到实验材料、实验方法、环境因素、人为因素等影响，我们认为产生误差的原因主要有以下几方面。

第一，实验材料引起的误差。相对于专业的仪器设备和材料而言，小学科学教学中使用的实验材料和工具较为廉价简陋，大多是为了适应学生的年龄特点和教学需求而设计的，这会引发实验误差。

第二，实验方法引起的误差。实验方法的科学性与合理性直接关系到实验误差的大小。在小学科学的实验中，为了降低学生操作的难度，一些教师往往采用简单的实验方法，这也会产生误差。

第三，实验环境引起的误差。小学科学实验涵盖了多个领域，其中一些实验对环境条件较为敏感。例如，在探究植物生长的实验中，温度、光照、湿度等环境因素的变化会直接干扰植物的生长速率与形态发育，进而影响实验数据的准确性。

第四，操作不规范引起的误差。小学生由于年龄尚小，专注力相对不足，以及操作水平参差不齐、对实验的流程有疏漏等原因，在实验过程中容易出现各种操作误差。因学生操作不规范引发的误差，在小学科学实验中屡见不鲜。

合肥工业大学的费业泰教授在《误差理论与数据处理》一书中将误差分为三种类型：系统误差、随机误差和粗大误差。小学科学实验的误差归因也可以指向这几类，其中实验材料和实验方法造成的误差可以归结为系统误差，这类误差在多个实验中反复出现且具有一定的方向性；实验环境引起的误差可以归结为随机误差，这类误差源于实验过程中的不确定性，如空气流动、温度变化等，是不可避免的；而学生操作不规范引起的误差可以归结为粗大误差，这是由于操作失误、测错、读错、记错、算错等造成显著误差。

在实际教学中，还存在一种情况：将结果差异误判为误差。小学科学涵盖多种实验类型，其中一些实验不存在统一标准和标准结果，其实验结果当然就无法进行比较，也就不能被简单定义为误差。以模拟火山喷发实验为例，其最终结果是否喷发受到众多因素影响，而这些因素缺乏确切的衡量标准，所以对此类实验结果无需开展大量误差研讨分析。再如，低年级学生通过闻气味判断物品的活动，这类实验同样没有唯一确定的标准，学生判断的对错也不必从误差角度去看待。由此可见，实验误差的判定主要适用于理化类及测试类等具有统一标准的实验，但是即便在这类实验中，标准化程度的不同也会导致实验误差大小的差异，这也是分析实验误差时需要考虑的重要因素。

二、对实验误差的教学策略的研究

近年来，国内外有不少学者也研究了实验误差教学。美国的科学教育中，教师会引导学生对实验误差进行深入分析，鼓励学生通过重复实验、改进方法等手段减小误差，培养学生严谨的科学态度。德国的科学教育强调学生在实验过程中对误差的感知与控制，通过小组合作的方式让学生共同探讨误差来源，提高学生解决实际问题的能力。普利里曼（Prilliman S.G）指出，实验误差的概念对于学生理解科学实验的本质至关重要，他通过探究式学习来引导学生面对实验误差，增强学生的科学思维能力和解决问题的能力。安德森（Anderson L.V）和麦克莱恩（McLean A.R）探讨了在实验统计教学中，限制性误差对结果的影响，他们提出应重视学生在实验过程中对误差来源的认识，提高学生对实验数据的敏感性和分析能力。这一观点为误差教学提供了新的视角，强调了在教学中融入统计思维的重要性。

国内一些学者提出了许多应对误差的教学策略。梁正等探讨了在教学中如何有效地引导学生识别和处理实验误差。刘桂林等强调误差理论与数据处理在实验教学中的应用，利用引导式、启发式的教学方法进行课堂教学，提出教师需通过系统的教学设计，引导学生在实验中自我发现并修正误差，以增强学生的问题解决能力。罗振国和王金钗讨论了基于实验素养提升的误差分析与修正方法，提出以探究性实验为基础，引导学生在实验过程中进行自我反思和调整。针对小学科学的实验误差教学，王继伟根据实验误差教学的现状提出了放手、反思、感悟的教学建议。李锡珍以《摆的研究》一课为例阐述了叠加、趋势图、再现、对比四种方法，帮助学生判断误差。

可见，小学科学实验中材料、方法、环境、人为等误差因素多重叠加、相互交织，产生误差的情况比较复杂，针对小学科学实验误差还没有形成体系化的应对策略。

三、应对科学实验误差的“查—比—论—探”教学策略

如何建构一套比较全面、易操作且普适性高的教学策略体系，确保学生在后续学习与生活中能够独立、科学地处理实验误差问题，同时又能培养学生严谨的科学态度与实验技能，这对实验教学而言意义重大。结合长期的教学实践和观察思考，我们提出了“查—比—论—探”的科学实验误差应对教学策略。

“查—比—论—探”是指自查、比较、论证、探查。这套策略包括：为学生提供详细的勘误表，引导学生从自身实验操作、数据记录、仪器使用等方面进行自查自纠；通过多种比较方式，包括自己不同次实验数据比较、与同伴实验数据比较、与真实值比较，让学生全方位感知误差；组织班级集体论证，激发学生思维碰撞，深入探讨误差成因；依据误差类型判别，引导学生有针对性地调整实验方案或方法探明原因。

1.查——培养勘误能力。

自查勘误是进行实验误差教学的第一步，也是科学家严谨地对待实验误差的重要方法。引导学生自查勘误，对科学探究有重要意义。

教学中，教师在实验开展前往往会为学生提供实验记录表，让学生记录现象，通过实验视频指引、温馨提示等方式强调注意事项，引导学生规范操作，让实验数据尽可能接近真实值。然而，在实验的过程中仍然会发生各种各样因为学生操作不当而造成的人为误差。因此，教师不能只想办法规避实验误差的发生，还要想办法让学生意识到自身操作行为对实验结果造成的影响，从而对自己的实验行为进行自我监控。教师可在提供探究指导的同时提供勘误表，让学生自查每一步是否操作规范，从实验的方法、操作的细节等不同的方面进行查证。待学生完成实验后，教师引导学生依据勘误表进行自查，让学生回顾实验过程，对照勘误表的各项内容，在脑海中重现自己的操作画面，标记出可能存在问题的环节。如，我们在教学《食物中的营养》一课时，就设计了这样的实验操作及勘误表（见表1）。

勘误表不仅能够帮助学生总结经验教训，避免在后续实验中犯同样的错误，还能帮助学生更精准地找出可能存在的误差，促使学生反思实验过程，培养严谨的科学态度和实验操作习惯，逐渐帮助学生建立起主动自查实验误差的良好习惯。

2.比——深化误差认知。

比较是学生认识实验误差的重要途径之一。教师可以引导学生进行不同维度的比较，深化学生对误差的认知。

自组实验结果的纵向比较：教师引导学生对自己不同次实验数据进行纵向对比，让学生能够直观地发现数据的波动情况，进而感知误差的存在。在《摆的快慢》研究摆绳长度和摆锤重量的教学中，学生重复三次实验的结果也往往不尽相同。通过重复实验的数据的差异，学生能够感知到存在误差。

不同组间实验结果的横向比较：教师引导学生将自己的实验结果与他组的实验结果进行比较，即进行小组间的比较，能够让学生从不同视角审视实验结果，发现自身可能忽略的误差因素。教学中，教师需要采集不同小组的实验数据并集中呈现，然后引导学生对比不同小组的实验情况，通过多组实验现象的比较，判断是否出现了误差或错误。表2就是学生探索食物营养成分的实验结果汇总表，图中含有淀粉的食物（实验材料变蓝紫色）贴▲磁铁，含有脂肪的食物（实验现象有油迹）贴●磁铁，其余情况不贴。通过实验结果的汇总，学生可以很好地比较出实验结果的差异。

班级结果与真实值的比较：与真实值比较是帮助学生准确判断实验误差的关键环节，能让学生深刻认识到实验结果与客观事实的差距。例如，在比较铜、铝、铁三种金属的导热性能的实验中，教师引导学生用酒精灯加热连接三根金属棒的金属接口，通过观察不同金属棒中感温油墨的颜色变化来判断导热性能。但是在实际中，有部分学生观察的结果是铝棒的变色速度要比铜棒的变色速度快。此时，教师通过视频的方式将“金属的导热性能：铜>铝>铁”的结论告知给学生，让学生对比自己的实验结果与理论的结果是有差异的，引导学生去做深入的分析。通过与真实值比较，学生不仅能够发现差异，还能在思考产生差异原因的过程中，深入理解实验原理、仪器使用方法及操作规范的重要性，建立起严谨的科学实验标准意识，为今后进行更复杂的科学探究奠定坚实基础。

3.论——碰撞思维火花。

“论”指的是集体论证，进行误差分析，是对实验过程进行审视、反思的重要环节，是基于实验勘误表的自查和实验结果的多维比较后，对误差的原因的分析和论证。学生在经历自查和比较活动后，他们对实验误差的了解有可能仍然是杂乱无序的，这时候通过论证活动去引导学生进行实验整体性的分析显得尤为重要，让学生将无序的原因进行梳理和规整，通过集体研讨，针对具体的实验现象或数据，分析哪些因素没有影响，哪些是造成误差的真实原因。

在《食物中的营养》分析哪些食物含有淀粉时，有小组出现了萝卜变蓝的情况，教师通过对比确实发现该组萝卜上出现了少量蓝色。这是与理论情况不一样的结果，很有集体研讨分析的价值。有的学生认为是操作不规范造成的，或是环境中某种因素导致实验结果有偏差；也有的学生认为可能是食物本来就被污染了。经过思维碰撞，大多数学生更认可实验误差来源于食物样本在实验过程中被污染了。可见，通过讨论、辩证，甚至质疑实验的方法和设备，锻炼了学生的批判性思维能力，培养其严谨的科学思维和态度。

4.探——分类处理后探究误差。

实验的误差要用实验来解决，但不是简单地重复前次的实验，这样有可能误差越积越多，越来越大。“探”是引导学生对误差进行分类判别，进而调整实验和探明原因。

实验误差的类型是多种的。根据误差类型的不同，教师引导处理的方式也应当不同。

针对粗大误差，教师可以结合勘误表的情况，引导学生细致操作，避免误差。例如，在检验食物中的脂肪实验中，有的学生将水迹误认为是油迹。此时，教师通过引导学生重新操作，对比水迹和油迹，可以快速修正结果。