Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3 Edukate kodanike teaduse reeglid

Wildwoodi õpetaja Levi Simons ja tema õpilased kasutavad Los Angelese veekvaliteedi kaardistamiseks keemilisi indikaatoreid.

Jorge Luis Borges kirjutas kord väga lühikese loo „Teaduslikult täpselt”, suure impeeriumi kohta, mis püüdis luua nii täpselt üksikasjaliku kaardi, et see kasvaks nii suureks kui impeerium ise. Minu õpetamise karjääri alguses ja hiljuti koolist välja jäänud (nagu sarnane, ehkki vähem poeetiline mood kui hr Borges) mõtlesin, kuidas ma teadust kui keskkooliõpetajat esindan.

Ma maadlesin kõige rohkem, kui mitte kõik, teaduse õpetajate sama ärevusega, et nad ei katta piisavalt sisu. Ma tundsin pidevalt kiirust, et saada piisavalt suuri „suuri ideid”, ja siiski tundsin, et enamik sellest, mida ma tegin, oli ainult klassiruumis ja kadus hetkest, mil mu õpilased päevale jäid.

Tundsin, et püüdsin saada oma õpilastest huvi teaduse vastu, mida ma tegin, kui ma peaksin neid viima riiki.

Haridus kui teadus, teadus kui haridus

Minu esimene teaduse õpetamise kogemus juhtus 2009. aasta lõpus, kui ma lõpetasin oma esimese semestri, õpetades keskkonnakaitse kursust Wildwoodi koolis, Los Angeleses, mitu minu õpilast ütlesid mulle, kuidas tundmatult masendav keskkonnateadus tundis. Kas kogu kursus oleks selle kohta, kuidas meie tsivilisatsioon ökoloogilises katastroofis kukuks?

See oli õige küsimus ning pärast seda talvepuhkuse mõtlemist, kuidas keskkonnateadust õpetada ilma õppetu abitu tundeid innustamata, pakkusin ma oma klassile ette, et saame endale teada oma kohaliku keskkonna tervise.

Alustasime keskkonna kaardistamise projekti nimega TIGER (tehnoloogiliselt integreeritud geotermiline keskkonnauuring). Alustasime vee kvaliteedi mõõtmist ja kaardistamist mitmetes Los Angelese kohtades ning hakkasime kiiresti mõõtma õhukvaliteeti ja kiirgustase Kalifornia rannikul.

Selle aja jooksul hakkasime ühendama teiste kodanikuõpetust tegevate rühmadega, alates lindude populatsioonide uurimisest kuni galaktikate liigitamiseni. Me näeme, kuidas kodanikuteadus muutub üha kasulikumaks vahendiks teadusuuringutes, sest teadlased mõistavad, et nad saavad abi palju suuremast ringist kui lihtsalt traditsiooniline akadeemiline ringkond.

Meie kogemustest TIGERi projektis (scienceland.wikispaces.com/tiger) oleme välja töötanud kolm reeglit, mis aitavad klassiruumidel (ja kellelgi teisel) luua, hallata ja ühitada kodaniku teadusprojekte.

Reegel # 1: Tee see mõõdetavaks.

Kuna kõik antropoloogid, kellel on sülearvutit täis märkmeid, tõendavad, ei pea teadus alati olema kvantitatiivne, et olla tõhus. Siiski oleme TIGERi projektiga arvuliste andmetega kinni pidanud kahel põhjusel. Esiteks hõlbustab see andmete võrdlemist erinevate seirekohtade vahel ja samas kohas asuvate eri kuupäevade vahel. Teiseks annab see meie grupile ühise keele suhelda teiste TIGERi projektis osalevate koolidega ja kõigi väliste rühmadega, kes võiksid meie andmeid kasutada.

Põllul on see tähendanud selliste seadmete kasutamist, mis annavad kiireid arvulisi tulemusi. Näiteks püütakse meie veekvaliteedi andmeid kasutada mitmesuguste keemiliste tablettide abil, mis lahustuvad kiiresti katseviaalides, muutes värvi, et näidata kõike alates kontsentratsioonist lahustunud hapnikust bakteritele. Samal ajal me katsetame vett, kasutame ka paari elektroonilisi andureid: ühe, et mõõta gaaside, näiteks hapniku ja naftakeemia aurude kontsentratsiooni, ja teine ​​ilmastikutingimuste mõõtmiseks.

Meie eesmärk nende andmete samaaegsel kasutamisel on olnud otsida võimalikke seoseid meie kohaliku keskkonna atmosfääri ja vee vahel. Juba me näeme perioodilisi ebeid ja voogusid, nagu loodete tekitatud soolsuse variatsioonid.

Üliõpilased saavad ka esimese kogemuse, kuidas iga teadusprojektis haritud arvamisi, vigu ja eksperimentaalseid piiranguid näha. See vastab kaebusele: „Millal ma seda kunagi kasutan?”

Reegel # 2: Tee see odav.

Kodanike teadus on säästlik teadus. Kui vajate miljoneid dollareid, ei saa keegi, välja arvatud mõned suured laborid, oma uuringuid läbi viia. Oleme püüdnud hoida meie seadmete kulusid madalal, sadade dollarite kaupa kooli kohta, et muuta meie projekt võimalikult ligipääsetavaks. Näiteks veekvaliteedi komplektid, mida me kasutame, maksavad kümme täielikku katset umbes 40 $. Juurdepääs on väga oluline projektide loomisel ja haldamisel, mis hõlmab suurt hulka õpilasi kogu geograafilises piirkonnas.

Projektiga TIGER on meie peamised kulud olnud seireseadmete ostmine. Transpordikulud on madalad, kuna iga rühm jälgib oma kohalikku keskkonda ja laadib seejärel andmed keskse veebisaidi juurde. Andmete talletamiseks ja analüüsimiseks kasutame ka vabalt kättesaadavat veebipõhist koostööprogrammi.

Reegel # 3: Tee see avatuks.

Teadus, kas riiklikus laboris või kodanikualase teadusprojektiga, ei õnnestu mitte ainult avatud suhtlemisel, vaid ka avatud standarditel. TIGERi projekti protseduure käsitleme kui avatud platvormi tarkvara.

Avatud standard tähendab andmete salvestamist ja analüüsimist vabalt kättesaadava tarkvara abil, kuid see tähendab ka ühiste ja avalike katsemenetluste kasutamist. Oleme oma menetlused wiki-sse pannud, et tagada kogutud andmete ühtsus ja jätta meie metoodika kriitiliseks, see tähendab, kuidas teadus areneb.

Samuti peaks iga kodanikualane teadusprojekt, nagu näiteks TIGER, olema laienemisele avatud. Kuigi me alustasime Los Angeleses lihtsalt veekvaliteeti, oleme alati kasutanud andmekeskust, mis võib sisaldada mis tahes keskkonnaalast mõõdet nii kaua, kui see on salvestatud unikaalse GPS-märgisega. Selle tulemusena oleme suutnud meie projektile lisada rohkem koole ja rohkem andmetüüpe, näiteks õhukvaliteeti ja kiirgustase.

Meie avatus on võimaldanud ka TIGERil siduda teiste seotud teadusprojektidega, nagu näiteks ühenduse kiirgusseire projekt, Safecast (vt lk 52, „Drive-By Science”). Kuna Safecast on ka avaldanud kõigi oma andmete ja meetodite avalikku ja avatud vormingut avaldamist, on meil TIGERil olnud suhteliselt lihtne aeg koguda ja analüüsida kiirgustase mõlema projekti katsekohtades.

Meie koostöö Safecastiga on andnud TIGERi õpilastele võimaluse ka Geigeri loenduri riistvara tõrkeotsinguks. Mitte ainult nende töö on olnud Safecasti enda dokumentatsiooni jaoks, vaid ka tulevaste kiirgusandurite ajakohastamiseks, kuid ano-malouslugude allika leidmise protsess oli autentne õpikogemus, kuidas teadus tegelikult toimus.

Õpilased mõõdavad vee proove pH, temperatuuri, fosfaatide, nitraatide, lahustunud hapniku, bioloogilise hapnikutarbe, raua, vase, kloori, kõvaduse ja kolibakterite kohta. Andmed on seotud online-kaardi punktidega.

Mis järgmiseks? DIY andurid

Oma suure ja kasvava kodanike teadlaste võrgustikuga on Safecast näide sellest, kuhu võtta projekti nagu TIGER. Meie eesmärk on kaasata rohkem koole, õpilasi ja vabatahtlikke ning laiendada oma geograafilist ulatust. Kuid see kasv hakkab tõenäoliselt väga kiiresti paisutama.

Kuigi meie praegused seadmete kulud, eelkõige veekvaliteedi testimiskomplektide jaoks, on väikesed, on need seotud keemiliste indikaator tablettide kasutamisega, mida saab kasutada ainult poolteist korda enne tühjendamist. Lisaks piiravad need komplektid andmeid, mida me kogume.

Tegelikult on lahendus ehitada omaenda keskkonnaandurid. Odavate keskkonnaandurite arendamine on nüüdseks muutunud võimalikuks, kuna ühe anduri kulu on langenud peaaegu 1 dollarini ja standardprotsessorplatvormid nagu Arduino on muutunud kättesaadavaks. Sellel marsruudil on mitu vahetut kasu. Esiteks saab elektroonilisi andureid kasutada tuhandeid kordi, eemaldades nii kogutud andmete kui ka kulude piirangud.

Teiseks annab meie enda andurite arendamine meile palju suurema paindlikkuse andmete tüübis

tasakaalukas. Arvestades kaubanduslikult kättesaadavat tehnoloogiat, saame hõlpsasti jälgida kõike alates süsinikmonooksiidi tasemest kuni mulla soolani kuni ultraviolettkiirguse poole.

Mobiiltelefonid andurivõrgu sõlmedena

Kuigi kümneid dollareid andurisüsteemi kohta kujutab endast märkimisväärset kulude vähendamist, on kodaniku teadusprojekti, nagu TIGER: mobiiltelefonid, arendamiseks isegi odavam meetod. Mobiiltelefonid ei ole mitte ainult ülemaailmselt levinud tehnoloogia, vaid sisaldavad ka üha keerulisemat protsessorite ja andurite komplekti.

Mis õpilased TIGERis saavad teha, nagu paljud teised arendajad on teinud, on luua rakendusi andmete kogumiseks sellistest anduritest nagu GPS-seade ja kaamera, et salvestada kõike alates invasiivsete liikide geograafilisest levikust atmosfäärirõhule.

Tee oma teadust

TIGER ja sarnased projektid annavad üliõpilastele võimaluse õppida analüütilisi ja mõtlemisoskusi, sisenedes väljale, et koguda ja analüüsida omaenda uurimisprojektide andmeid.

Tõeline põnevus algab siiski siis, kui kogu maailma õpilased alustavad oma töö ühendamist erinevate koolide ja laborirühmade vahel, kujundavad ja ehitavad oma seadmeid ning muudavad oma seadmeid. Lühidalt öeldes tuleb teaduse tulevik neile, kes teevad oma teaduse.

Osa

Jätnud Kommentaari