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[NSTA专栏]繁杂的数据 真实的科学

文_Amy Hammett Chad Dorsey 翻译_杨 沨

2022-05/总第314期

阅读数10

科学教育的一个主要目标应该是为所有学生提供背景,以系统地调查与其个人和社区利益攸关的问题。他们应该能够提出与其兴趣相关的科学问题,进行调查并寻找相关的科学论据和数据,审查这些论据并将其应用于手头的调查情况,与他人沟通科学见解,讨论科学论据。

(《K—12科学教育框架》,美国国家研究理事会,2012)

现代世界实际上是由数据定义的。如今课堂上的学生将进入一个新时代,在这个时代里,与世界的基本互动——无论是从消费者购买到气候决策、政治和社区行动,还是行为互动——都将与数据分析、展示和理解交织在一起。我们怎样才能让今天的学生有处理数据的能力呢?我们如何做到这一点,同时让他们为我们几乎无法预测的未来作好准备?即使是经验最丰富的数据科学家,在充斥着大量数据的情况下尝试寻找答案也会感到挑战性。尽管如此,一些提示和示例可以作为指南,给他们提供经验,让学生在纷繁复杂的数据世界中茁壮成长。


利用数据学习:一项真实的、综合性的事业

要想利用数据学习,就需要学生用数据探索。这可能具有欺骗性——丰富的数据体验通常会涉及更多而不只是一个简单的科学实验。用数据解决实际问题意味着能够识别出对学生有意义的真实问题,并为深入研究奠定基础。这种情况通常很适合基于项目的学习方法,并且是跨学科领域整合的绝佳机会。也许最关键的是,它们从一个让学生真正感兴趣并与整个世界真正联系起来的问题开始。为了阐明目的,我们选择了一个主题:美国境内和周边水域中有害藻华(HABs)的发生频率。


锚定现象

随着温度的升高,藻类大量繁殖,虽然有些藻类可能只是视觉上的麻烦,但其数量惊人,给人类和动物的生存带来了危险(如图1、图2)。这种有害的藻类大量繁殖能够改变食物链,改变海鲜或饮用水的味道或质量,甚至产生对海洋和陆地生物有害的蓝藻毒素。这些毒素在美国至少43个州与人类、动物的疾病和死亡有关,在美国50个州和加拿大,超过80%的样本检测出毒性最强的一类毒素为微囊藻毒素。

有害藻华这一主题是为以数据为中心的调查作准备的一个很好的例子。有害藻华引起的问题与全美国都高度相关,因此许多不同地区的学生都对这个问题很感兴趣。有害藻华是一种由物理、化学、生物、水文和气象条件等产生的复杂混合物。此外,尽管有害藻华这个问题很普遍,但围绕这些毒素的发现及其功能,仍存在许多重要且悬而未决的科学问题,这使有害藻华成为进行真实调查的理想突破口。

对我们而言最重要的是,对有害藻华的研究需要使用数据。这些数据可以由学生通过调查当地的湖泊和池塘,甚至是自来水中的饮用水获得。来自现有科学调查的数据集为潜在的探索提供了第2个信息来源。此外,数据可以由统计模型生成并输入到统计模型中,使学生能够通过数学建模产生并测试相关科学机制的想法。


指南——助你获得丰富的数据

准备好开始您的第1个数据丰富的调查了吗?如下是一些基本指南,可以帮助您和您的学生朝着正确的方向前进,并且能够获得有趣且有意义的学习成果。


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