學習基本功之數據分析
觀察能力有助提升學習,實驗則是為了有機會去觀察的刻意安排;而進行科學實驗後得到的結果,往往都是數字數據,即是測量到的結果。光有數據或由此計算出的結果,未必是個有效的學習經歷;獲取一堆數字並無提升學生的智慧,中間尚須有個分析過程,將數字加以整合。
這個過程,也是個學習基本功;簡言之是數據分析,當中涉及數學方法。這是呼應了STEM教育中「數學」部份的最直觀應用。老師從旁加上一句半句,學生當可發現數學課上貌似抽象的計算過程,其實是很實用價值。
以一個簡單的科學實驗為例。用熱功率為p的發熱線將定量m的水加熱,每隔一段時間量度水溫;結果得出兩組數據(時間t、溫度T)。實驗手冊要求學生繪畫線圖:時間—溫度差( Δ T),畫上一條大約能穿過全部點的直線。
上述記錄數據、繪畫線圖、畫出直線,都是依指示做。直線結果顯示加熱時間與溫度差成正比:這是數學,由穿過原點的直線推導出來!量度直線的斜率s後可依公式 算出一個數值結果:那是水的比熱容c。整個過程用上了數學工具來分析。
開著的發熱線送出的能量E=pΔ t,從線圖得出的直線斜率s就是Δt/ΔT。上面公式等同 ;由此算出儀器未可直接量度到的比熱容c,也驗証課堂上教過的理論E=mcΔT。這個例子反映出數學方法,是能很好地應用於數據分析。
另一常見數據分析情境就是問卷調查,問卷調查多用於專題研習科蒐集資料。問卷所得的都是初級數據,必須加以整理才帶來有意義的結果;這時統計學方法就派上用場。統計學,在中學階段都是數學課堂上所教的。中學生做的問卷統計分析往往是分類計算平均數、畫出直方圖等;再深入一點或做分組比較,可能用上t-測試。都是統計學提供的數據分析工具。
數學本是一個美麗而抽象的學科,學生學習數學時總覺很困難,非要有個很棒的腦袋才吃得消。但作為數據分析工具,倒是人人要懂得的應用知識。所以使用數學工具來做數據分析都是學習基本功。