美國教材如何培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)分析技能

王薦 柳昭君

在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生用圖形（餅圖、柱狀圖、折線圖）來表示數(shù)據(jù)，也可以用表格來匯總數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅需要用圖表來展示數(shù)據(jù)，而且需要從數(shù)據(jù)圖表中發(fā)現(xiàn)變量之間的關(guān)系，思考數(shù)據(jù)是否能支持先前的假設(shè)。美國教材Lab Manual Biology設(shè)計(jì)了大量數(shù)據(jù)分析的學(xué)生活動(dòng)，教師可以從中獲得啟發(fā)。

1實(shí)驗(yàn)：以不同脂肪酸的比較為例

1.1目標(biāo)

通過分析一系列數(shù)據(jù)來了解脂肪酸的相關(guān)性質(zhì)。

1.2技能聚焦

分析數(shù)據(jù)，歸類，比較，對比。

1.3建立聯(lián)系

為了保持健康，應(yīng)當(dāng)攝取適量的脂肪。脂肪既是能量的來源，又可以作為體內(nèi)器官的減震器，同時(shí)還具有維持體溫的作用。

飲食中脂肪的種類同脂肪的數(shù)量一樣重要。魚、堅(jiān)果、植物油及種子中含有較多的不飽和脂肪，一個(gè)不飽和的脂肪分子的碳原子間可形成多個(gè)雙鍵。例如，動(dòng)物制品的黃油中含有較多的飽和脂肪，一個(gè)飽和脂肪分子的碳原子間只能形成單鍵。

脂肪來自于甘油和脂肪酸。表1列出了含有18個(gè)碳原子的脂肪酸的一些性質(zhì)。根據(jù)表1，探究這些脂肪酸的性質(zhì)。

1.4分析與總結(jié)

（1）閱讀表格：根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù)，分析脂肪酸的性質(zhì)。參考答案：相同碳原子數(shù)的脂肪酸的熔點(diǎn)與其中的雙鍵數(shù)量有關(guān)，雙鍵數(shù)量越多，熔點(diǎn)就越低。所以常溫下，硬脂酸為固態(tài)，油酸、亞油酸、亞麻酸呈液態(tài)。

（2）解釋表格：表1中的哪種脂肪酸更具有代表性的性質(zhì)？

參考答案：脂肪酸的物理性質(zhì)在很大程度上決定于脂肪酸烴鏈的長度和不飽和程度，長度越長，溶解度越低;雙鍵數(shù)越多，熔點(diǎn)越低;不飽和脂肪酸可以在雙鍵處發(fā)生加成反應(yīng)，如鹵化和氫化反應(yīng)，所以雙鍵數(shù)量更具有代表性。

（3）歸類：哪一種脂肪酸是飽和脂肪酸？闡述理由。

參考答案：硬脂酸是飽和脂肪酸。脂肪酸的熔點(diǎn)受不飽和程度的影響，在室溫下（25°C），含有12～24個(gè)碳原子的飽和脂肪酸為蠟狀固體，同樣鏈長的不飽和脂肪酸呈油狀液體。

（4）因果關(guān)系：熔點(diǎn)指的是某種物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)所需要的溫度。隨著雙鍵數(shù)目的增加，脂肪酸的熔點(diǎn)呈現(xiàn)什么變化？

參考答案：含有一個(gè)或多個(gè)雙鍵的不飽和脂肪酸不能像飽和脂肪酸那樣緊密組裝，因此分子間的相互作用被減弱。因?yàn)槠茐挠行蛐圆畹牟伙柡椭舅崤帕兴璧臒崃枯^少，所以熔點(diǎn)比相同碳原子鏈長的飽和脂肪酸低，并且對相同碳原子鏈長的不飽和脂肪酸來說，雙鍵越多熔點(diǎn)越低。

（5）比較與對照：若室溫是70°F，即22°C，則表1中的脂肪酸哪一些呈現(xiàn)液態(tài)，哪一些呈現(xiàn)固態(tài)？

參考答案：若室溫是22°C時(shí)，硬脂酸為固態(tài)，油酸、亞油酸、亞麻酸呈液態(tài)。

（6）分析數(shù)據(jù)：在烹煮過程中油和脂肪通常會(huì)結(jié)合形成脂肪酸。而正常人體溫約為37°C，因此對大多數(shù)人來說，熔點(diǎn)低于37°C的脂肪酸對人體的健康更有益。表1中所列的四類脂肪酸中哪些熔點(diǎn)低于37°C？

參考答案：油酸、亞油酸、亞麻酸熔點(diǎn)低于37°C。因此從健康的角度來看，油酸、亞油酸、亞麻酸等不飽和的植物油脂更有利于人體健康。

（7）應(yīng)用概念：紅花油成分中78%是亞油酸。奶油的熔點(diǎn)是35°C（95°F）。起酥油100%的成分都是飽和脂肪酸。為健康著想這些物質(zhì)中哪些是應(yīng)該盡量避免攝食的？闡述理由。

參考答案：從健康的角度來看，奶油和起酥油都是應(yīng)該盡量避免攝食的。因?yàn)槟逃偷娜埸c(diǎn)比較高，接近與人體體溫。起酥油都是飽和脂肪酸，同樣不利于人體健康。在日常生活中，人們倡導(dǎo)減少動(dòng)物性脂肪的攝食，植物性油脂的攝入也要控制?！吨袊用裆攀持改希?016）》建議，成人每天食用烹調(diào)用油為25～30g。

1.5構(gòu)建科學(xué)技能假設(shè)你在南極洲科學(xué)調(diào)查基地?fù)?dān)任廚師的工作。令你比較苦惱的是室外溫度為-9°C，而你想要展示紅花油中亞油酸與魚油中亞麻酸的不同。請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)來體現(xiàn)二者的不同性質(zhì)。

參考答案：只要將紅花油與魚油放置在室外，由于室外溫度為-9°C，亞油酸熔點(diǎn)為-5°C，呈固態(tài)，亞麻酸熔點(diǎn)為-11°C，呈液態(tài)，兩者即可加以區(qū)別。

2實(shí)驗(yàn)啟示

2.1凸顯理科特質(zhì)，夯實(shí)基本技能

生物學(xué)科作為自然科學(xué)，具有理科的自然屬性，分析數(shù)據(jù)、歸類、比較、對比是生物學(xué)科的課程價(jià)值所在。四種脂肪酸碳原子數(shù)量相同，鏈長相同，但由于具有不同的雙鍵導(dǎo)致物理性質(zhì)之一的熔點(diǎn)不同，這從微觀層面解釋了宏觀層面差異的原因，也是化學(xué)知識在生物學(xué)科的應(yīng)用，體現(xiàn)了跨學(xué)科的綜合性。在此學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生經(jīng)歷了多種技能的訓(xùn)練，包括閱讀、解釋、歸類、因果分析、比較與對照、分析數(shù)據(jù)、應(yīng)用概念等，使學(xué)生在對此材料充分利用的基礎(chǔ)上，獲得全面的數(shù)據(jù)分析技能的練習(xí)。朱正威先生認(rèn)為：基礎(chǔ)知識教學(xué)，應(yīng)是連續(xù)地、逐步深入地提出問題，探求其解決，從而在掌握知識體系、知識結(jié)構(gòu)的過程中培養(yǎng)系統(tǒng)分析和整合的思維能力。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圍繞表格呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，不斷設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。教師一般應(yīng)組織學(xué)生思考以下問題：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了什么？從數(shù)據(jù)中還能提出什么問題？數(shù)據(jù)如何反映出兩個(gè)變量之間的關(guān)系？數(shù)據(jù)能支持先前的假設(shè)嗎？

2.2突出關(guān)鍵能力，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)能力的當(dāng)下，教師不能回避學(xué)科基礎(chǔ)，關(guān)鍵是考慮新課改背景下的學(xué)科基礎(chǔ)究竟是什么，以什么方式學(xué)習(xí)學(xué)科基礎(chǔ)。在強(qiáng)調(diào)課程綜合化的大背景下，教育并不排斥以學(xué)科為基礎(chǔ)的綜合化。從現(xiàn)在大、中學(xué)教學(xué)內(nèi)容來看，關(guān)鍵能力培養(yǎng)仍未被重視。例如，過分重視基本操作技能的培養(yǎng)，重視動(dòng)手的規(guī)范性，卻未預(yù)見到人工智能可以替代很多現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備。教師應(yīng)當(dāng)在為學(xué)生打基礎(chǔ)時(shí)，清醒地認(rèn)識到基礎(chǔ)不僅包括已有的知識，也應(yīng)該具備發(fā)現(xiàn)或思考原有知識的不足和欠缺;更應(yīng)該提醒學(xué)生認(rèn)識到人感覺的局限性，依靠新技術(shù)創(chuàng)造性地應(yīng)用新技術(shù)，將是培養(yǎng)有創(chuàng)新意識和批判意識的新一代人才所必須的。脂肪酸的知識屬于陳述性知識，不少教師難以設(shè)計(jì)出多樣化的活動(dòng)。好的教材應(yīng)該最大限度地吸引和組織學(xué)生積極參與研究和探索。美國教材提供了一個(gè)很好的范本，值得教師仿效和借鑒。

2.3體現(xiàn)STS思想，關(guān)注人體健康

學(xué)者韋鈺等10位世界科學(xué)教育專家共同提出科學(xué)教育10項(xiàng)原則，其中提到：科學(xué)教育的主要目的應(yīng)該是為了使每個(gè)人能夠參與有依據(jù)的決策和采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)，這對保證他們個(gè)人、社會(huì)以及環(huán)境的健康和協(xié)調(diào)發(fā)展是重要的。生物學(xué)教學(xué)應(yīng)該密切聯(lián)系學(xué)生實(shí)際，幫助他們選擇正確生活方式。俗話說：開門七件事，柴米油鹽醬醋茶?？梢姡驮谌藗?nèi)粘Ｉ钪械淖饔?，特別是在家做飯都會(huì)遇到吃什么油、吃多少油的問題，這個(gè)問題也直接關(guān)系到人們的健康。油脂中的飽和脂肪酸可由人體自己合成，在很多動(dòng)物性脂肪中含量較高。若人體攝入過多，會(huì)導(dǎo)致血液中膽固醇的升高。血液中長期膽固醇濃度過高會(huì)產(chǎn)生動(dòng)脈粥樣硬化。不飽和脂肪酸分為單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸兩種，人體無法合成。單不飽和脂肪酸主要提供熱量，多不飽和脂肪酸具有降低膽固醇的作用。肉和乳制品中富含飽和脂肪酸，許多魚類中含有高含量的多不飽和脂肪酸。因此進(jìn)食蔬菜（不含膽固醇）和魚類，可以減低血液中膽固醇含量。DHA（二十二碳六烯酸），俗稱腦黃金，是一種對人體非常重要的多不飽和脂肪酸，它是神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞生長及維持的一種主要化合物，是大腦和視網(wǎng)膜的重要構(gòu)成成分。DHA在深海魚油里含量較高，但價(jià)格昂貴，低廉的玉米胚芽油中也富含DHA，同樣可以起到健腦、降血脂等功效。美國教材在介紹了相關(guān)知識后，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用概念來區(qū)分紅花油、奶油和起酥油哪個(gè)更有利于健康，充分體現(xiàn)了STS思想。這既是科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，也是人文的關(guān)懷。

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