Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3成功的公民科学规则

Wildwood老师Levi Simons和他的学生使用化学指示剂测试工具来绘制洛杉矶的水质。

豪尔赫·路易斯·博尔赫斯(Jorge Luis Borges)曾在一个非常短的故事“科学的精确性”中写道,这个帝国试图创造一个如此精确细致的地图,使其成长为与帝国本身一样大的地图。在我的教学生涯早期,以及最近失学的时候,我认为(与博尔赫斯先生一样,虽然不那么富有诗意,时尚)关于我如何将科学视为高中教师。

我最担心的是,即使不是全部,科学教师也没有考虑到足够的内容。我总是匆匆忙忙地通过足够的“重要思想”,但仍然觉得我所做的大部分事情只存在于课堂上,并且在我的学生离开的那一刻消失了。

我觉得我正试图让我的学生从我正在制作的地图中对科学产生兴趣,当我应该将它们带到这个国家时。

教育如科学,科学教育

我在科学教科学方面的第一次经历发生在2009年底,当时我正在加利福尼亚州洛杉矶的怀尔德伍德学校完成第一学期的环境科学课程。我的一些学生告诉我,环境科学如何无情地压抑。整个过程是关于我们的文明将如何在生态灾难中崩溃吗?

这是一个有效的问题,在度过了寒假,思考如何在没有鼓励学习无助感的情况下教授环境科学之后,我向全班同学提出,我们为自己找到了当地环境的健康状况。

我们开始了一个名为TIGER(技术综合地理标记环境研究)的环境测绘项目。我们开始在洛杉矶的许多地方测量和绘制水质,并很快开始测量加州海岸的空气质量和辐射水平。

在此期间,我们开始与其他从事公民科学工作的团体建立联系,从研究鸟类种群到分类星系。我们看到公民科学如何成为研究中越来越有用的工具,因为科学家们意识到他们可以从比传统学术界更大的圈子中获得帮助。

根据我们对TIGER项目(scienceland.wikispaces.com/tiger)的经验,我们提出了三条规则来帮助教室(以及其他任何人)创建,管理和协作公民科学项目。

规则#1:使其可衡量。

任何拥有笔记本的人类学家都会证明,科学并不总是需要量化才能有效。但是,由于两个原因,我们坚持使用TIGER项目的数值数据。首先,它有助于比较不同监测站点之间以及同一站点不同日期之间的数据。其次,它为我们的小组提供了与参与TIGER项目的其他学校以及可能想要使用我们数据的任何外部小组进行交流的通用语言。

在现场,这意味着使用可提供快速数值结果的设备。例如,我们的水质数据是使用各种化学药片捕获的,这些药片可以快速溶解在测试瓶中,改变颜色以指示从溶解氧到细菌的所有浓度。在我们测试水的同时,我们还使用一对电子传感器:一个用于测量氧气和石化蒸气等气体浓度,另一个用于测量天气状况。

我们同时获取这些数据的目的是寻找当地环境的大气和水之间的潜在关系。我们已经可以看到周期性的潮起潮落,例如由潮汐引起的盐度变化。

学生还可以获得第一手经验,了解每个研究项目中的教育猜测,错误和实验限制。这回答了这个问题:“我什么时候打算使用它?”

规则#2:让它便宜。

公民科学是节俭的科学。如果您需要数百万美元的支出,除了几个大型实验室之外,没有人能够进行您的研究。我们一直在寻求降低设备成本,每个学校数百美元,以使我们的项目尽可能方便。例如,我们使用的水质套件在十次完整测试中花费约40美元。可访问性是创建和管理覆盖广泛地理区域的大量学生的项目的关键。

在TIGER项目中,我们的主要成本是购买监控设备。通过让每个组监控其本地环境然后将数据上传到中央网站来降低运输成本。我们还使用免费提供的基于Web的协作软件来存储和分析数据。

规则#3:打开它。

无论是在国家实验室还是在公民科学项目中,科学不仅在开放式沟通方面蓬勃发展,而且在开放标准方面蓬勃发展。我们将TIGER项目的程序视为开放平台的软件。

开放标准意味着使用免费提供的软件存储和分析数据,但它也意味着使用一组通用和公共实验程序。我们将我们的程序放在维基上,以确保收集的数据类型的一致性,并使我们的方法容易受到批评,这就是科学的进步。

同样,任何公民科学项目,如TIGER也应该随时可以扩展。虽然我们从洛杉矶的水质开始,但我们始终使用的数据框架可以包含任何环境指标,只要它记录有独特的GPS标记。因此,我们已经能够为我们的项目增加更多学校和更多数据类型,例如空气质量和辐射水平。

我们的开放性也使TIGER能够与其他相关的公民科学项目建立联系,例如社区辐射监测项目,Safecast(参见第52页,“驾车科学”)。由于Safecast也热衷于以公开和开放的形式发布所有数据和方法,我们TIGER在收集和分析两个项目测试站点的辐射水平时都相对容易。

我们与Safecast的合作也为TIGER学生提供了对Geiger计数器硬件进行故障排除的机会。他们的工作不仅对Safecast自己的文档很重要,而且对于更新未来的辐射传感器也很重要,但是试图找到无声读数来源的过程是科学实际完成的真实学习经验。

学生测量水样的pH,温度,磷酸盐,硝酸盐,溶解氧,生物需氧量,铁,铜,氯,硬度和大肠菌群。数据链接到在线地图上的点。

下一步是什么? DIY传感器

凭借其庞大且不断增长的公民科学家网络,Safecast就是在哪里参与TIGER等项目的一个例子。我们的目标是让更多的学校,学生和志愿者参与进来,扩大我们的地理覆盖范围。但是,这种增长可能很快就会遇到一些瓶颈。

虽然我们目前的设备成本(主要用于水质检测试剂盒)很低,但它们涉及使用化学指示剂片,在耗尽之前只能使用六次。此外,这些工具包限制了我们可以收集的数据类型。

真正的制造商方式的解决方案是建立我们自己的环境传感器。现在,随着每个传感器的成本降至接近1美元,开发便宜的环境传感器已经成为可能,并且Arduino等标准处理器平台已经变得容易获得。这条路线有很多直接的好处。首先,电子传感器可以使用数千次,从而消除了对收集的数据量和成本的限制。

其次,开发我们自己的传感器使我们在数据类型方面具有更大的灵活性

集。鉴于商用技术,我们可以轻松监控从一氧化碳水平到土壤盐分到紫外线辐射的所有内容。

手机作为传感器网络节点

虽然每个传感器系统数十美元确实代表着显着的成本降低,但是开发TIGER:手机等公民科学项目的方法甚至更便宜。手机不仅成为全球无处不在的技术,而且还包含越来越复杂的处理器和传感器。

正如许多其他开发人员所做的那样,TIGER的学生可以创建应用程序来从GPS单元和相机等传感器中获取数据,以便记录从入侵物种的地理分布到大气雾霾量的所有内容。

创造自己的科学

TIGER和类似项目通过进入现场收集和分析他们自己的研究项目的数据,让学生有机会学习分析和推理技能。

然而,真正令人兴奋的是,世界各地的学生开始在不同的学校和实验室小组中共同开展工作,设计和建造自己的设备,并修改自己的设备。简而言之,科学的未来将来自那些自己创造科学的人。

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