芡-芡-芡-芡欧鼠尾草籽的探究

　　“它是怎么长的呢?”，在一个流行的电视直销商品——芡欧鼠尾草宠物(Chis Pet)——的广告中，一个孩子向另一个孩子问到。被日间的电视广告所打动，你的学生们也会想要去种植他们自己的芡欧鼠尾草宠物。对于你来说，这是难得的机会去激励他们开展真正的探究式学习。芡欧鼠尾草籽可以在任何潮湿的表面发芽，而且能够对实验变量的变化做出迅速的反应。此外，最新发现芡欧鼠尾草籽具有的营养价值和丰富的文化历史，为调动学生的学习积极性和开展跨学科的教育提供了可能性，尤其适用于中年级学生。我与六所学校的科学教师一起，开发了一系列使用芡欧鼠尾草籽进行探究的科学活动，并且已经在纽约500名5～8年级的学生中进行了测试。我的目标是尽量减少费用，同时最大限度地提高学生的参与度，创造一个探究可以自然地发生，而且又不混乱的环境。
　　
　　芡欧鼠尾草籽是什么?
　　
　　在一个关于“气候、农业和人类营养”的讨论中，我介绍了芡欧鼠尾草籽，并且问学生：“最重要的粮食作物是什么?它们长在哪里?”学生们起初认为花椰菜和有叶的绿色蔬菜是我们饮食中最重要的植物。我给他们几个食品袋，袋中有一些常见的不易坏的食物，例如饼干、薯片和谷物。在认真察看了这些食物标签并想了一下自己的日常饮食后，学生很快认识到大米、小麦和谷物的种子提供了世界上大部分来源于植物的营养物质。在接下来的班级讨论中，学生们提出了一些他们个人感兴趣的、与食物相关的问题，例如食品安全、营养不良、糖尿病、食物过敏和“尝起来令人作呕的食物”。这又引起了一场新的讨论：科学家是如何帮助解决其中一些问题的。他们的想法中有一条是建议科学家们要设法发现和测试一些新的健康食品。
　　然后，我拿出芡欧鼠尾草籽给学生们看，一种我在附近健康食品店购买的新型食品。我告诉他们一些专家称芡欧鼠尾草籽是一种“超级食品”，它能够解决一些世界范围内的与食品相关的问题。学生们察看了芡欧鼠尾草籽后问到：“这是什么?”他们想知道它是不是种子，然后决定通过在一小盆土壤中种植来验证这个假设。在几天里，这些种子就发芽了，进一步验证了他们的假设。芡欧鼠尾草籽可以在网上购买，也可以在一些健康食品店或杂货店买到。对于一个有30名学生的班级来说，购买1盎司(约28.3克)的芡欧鼠尾草籽就足够使用了，花费大致是2美元。如果只要芡欧鼠尾草籽一直保持干燥状态，它至少能够保持活性3年时间。
　　学生们先列出了一张芡欧鼠尾草的问题清单，然后我给他们几天的时间，引导他们自己到图书馆和访问www.chiativity.org网站查找资料，开展研究。我们一起将搜集来的资料填写在“常见问题解答”中。常见问题解答
　　·芡欧鼠尾草原产于拉丁美洲。位于墨西哥的阿兹台克人(Aztecs)最早开始种植，已经有3000多年历史。
　　·芡欧鼠尾草宠物最早起源于墨西哥，通过播种芡欧鼠尾草籽长成。
　　·芡欧鼠尾草籽是有营养的。
　　·芡欧鼠尾草籽中含有丰富的纤维物质和Omega 3脂肪酸。
　　·芡欧鼠尾草籽中也含有蛋白质、钙质、一些维生素和矿物质。
　　·芡欧鼠尾草籽的味道温和。
　　·芡欧鼠尾草籽是墨西哥北部塔拉乌马拉(Tarahumara)族人所喝的能量饮料的主要原料，这一族人善于长跑。这种饮料在当地叫做“isMate”，它在现代运动员和马拉松长跑运动员中非常流行。
　　·芡欧鼠尾草植物的学名是Salvia kdspanica，从名字上即可反映出它的来源(hispanica在西班牙语中有拉美裔的意A思-——译者注)。
　　·“芡欧鼠尾草(chia)”这个名字来源于当地语言，意思是“多油的”或“强健的”。
　　·芡欧鼠尾草这种植物可以长到2.5米高。
　　我帮助学生寻找他们感兴趣的芡欧鼠尾草领域的信息。例如，一位学生关心坚果过敏症，已经确定芡欧鼠尾草籽没有已知的过敏属性。一位学生对糖尿病比较感兴趣，一些医学测试已经证实芡欧鼠尾草可以帮助控制血糖。有些学生想要研究发展中国家的营养不良现象，他们发现芡欧鼠尾草籽可能在干旱的热带和亚热带地区生长。
　　
　　它是如何成长的?
　　
　　我给每个班一个芡欧鼠尾草宠物，他们按照包装上的说明进行种植。芡欧鼠尾草籽遇水后，会产生一种胶质，借此可以将种子很好地粘在培养器的表面。芡欧鼠尾草宠物可以在网上或者礼品店里购买，大约需要20美元。二手商店或学生们自己也都可以提供使用过的芡欧鼠尾草宠物。学生们兴奋地看着宠物成长，并每天检查它们。同时，我给学生们演示如何制作一个“迷你宠物”——在一个塑料袋形成的湿润的小空间里，种子在一张纸巾上发芽。首先，学生需要在一张纸巾上用记号笔画一个擦不掉的简单图案，将纸巾弄湿，然后在图案上点播种子。种子从纸巾中吸收水分，然后会生成一种像天然胶水一样的胶质，这样芡欧鼠尾草籽就会粘在纸巾表面。这些“迷你宠物”可以放在房间的各个地方。大约一周以后，学生就能够饶有趣味地观察种子的发芽情况。这些“迷你宠物”，就像芡欧鼠尾草宠物一样，在这个拥挤的、缺乏土壤的环境中，以秧苗的形态度过它们有用的两周，然后开始争夺阳光和水，最终死去。但它们短暂的美丽会被记录在平板扫描仪上(见图1)。
　　我们进行这个初步的艺术活动是为激励真正的探究提供必要的前期经验。学生们会自然地比较这些发芽的“迷你宠物”，观察种子的萌发、芽的生长、叶子颜色和根的长度等方面的差别。他们记录下芡欧鼠尾草宠物各部分在生长过程中的变化，然后推测这些变化可能的原因。学生们的讨论会很自然地引出很多推断(见图2)。我选择其中一个推断来说明如何设计一个简单而可重复的实验来进行验证。例如，为了验证推断“如果种子生长过程中不过于拥挤的话，它会生长得更好”，我与学生们一起设计了一个实验。将种子沿着1cm的网格进行种植作为对照组，而实验组是将种子密集地在1mm的网格上进行种植。学生们通过头脑风暴确定需要控制的其他实验变量，例如光照强度和温度。
　　最后，每个小组的学生选择一个推断，设计一个实验进行验证。他们均采用了这个简单“迷你宠物”系统——相同的纸巾和塑料袋(见活动表)。实验大致需要两周的时间，并且根据需要可以重复进行。
　　在这个实验设计中使用到的材料包括芡欧鼠尾草籽、纸巾、能封口的小塑料袋和可重复使用的吸液管。整个班级的材料费用仅有几美元。在这个实验中，不需要处理杂乱的盆栽土，当实验结束后，所有材料都可以直接扔进垃圾桶。在活动过程中，需要佩戴化学防溅护目镜。在使用芡欧鼠尾草籽的过程中要注意：它们会粘在任何物体上，并且在任何潮湿的环境下都会发芽，所以实验结束后要注意彻底地清理工作台表面和清洗海绵，往下水道中多冲些水以避免种子粘在下水道壁上，并在那里生长。
　　
　　扩展活动
　　
　　在为期六周的丰富项目活动中，我们有机会品尝芡欧鼠尾草籽(安全提示：任何有食物品尝的科学活动，必须在学校食堂或家政教室内完成，并且要采取适当的卫生措施)。我们设计了一个记分卡，记录下学生对市场上可以买到的芡欧鼠尾草籽商品的反映，包括谷物片、能量棒和饮料。活动前要征求父母的同意，许多家长会参加品尝食物的活动，在这个活动中学生将他们的实验结果展示出来，并分享他们创作的艺术作品。每个孩子会带一个芡欧鼠尾草饮料的配方和一份可食用的种子样品回家。
　　另一个班级最近做了一个营养单元的实验活动，测试种子中淀粉和脂肪的含量。学生首先研究芡欧鼠尾草种子中的营养成分表，然后和听装玉米与豆类的营养成分表进行对比。我们讨论了Omega－3脂肪酸，为了更好地举例说明，我们切开了一个鱼油胶囊。
　　在八年级课堂上，这个活动正好与社会科学课中的中美洲史前史的学习相联系，学生能够将这个阿兹台克人重要的食物与所学内容关联起来。七年级课堂上，教师可以介绍达尔文关于浸泡过海水的种子萌发实验。这很自然地引出一系列盐水对芡欧鼠尾草种子发芽的影响的实验。
　　所有班级的学生都有机会访问www.chialabs.org这个网站(由本文作者开发)，学生和教师可以从网站上找到相关的资源，我已将课堂的实验结果贴到这个网站。
　　
　　结论
　　
　　最近一个关于学生对植物理解的全国性调查显示(Barman et al.2006)：6～8年级的学生对于植物生长的条件存在某些错误前概念。大多数学生认为盆栽土是植物生长所必需的(83％)，很多学生不知道植物生长需要氧气(65％)，而只有37％的学生确信一颗种子将来会生长成一株植物。
　　受D.R.Hershey的一篇文章中建议的启发，我们这个项目是促进学生植物素养的一个努力。在那篇文章里，他引用《国家科学教育标准》中的一段话：“如果科学内容适用于日常生活中常见的情况和环境，它就属于基本内容。”Hershey说：“要将植物教学与提高学生兴趣结合起来。传统上，生物课本中的植物学内容往往是基础，而非应用……水培法实验在利学教学中非常必要，因为它可以清晰地反驳学生的错误前概念——植物‘吃’土壤。”
　　我们对城市中八年级学生在单元教学前进行的调查显示：除了在小学课堂上一些人种植过豆子以外，学生对于植物生长的经验比较有限。没有人有过种植芡欧鼠尾草的经验，但是所有的学生都对这个活动非常有兴趣。当我们为学生提供机会研究他们感兴趣的植物，并给学生们时间来形成他们的前期经验时，我们为探究学习设置了既自然又真实的阶