Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

3 Pravidla pro úspěšnou občanskou vědu

Učitel divokého dřeva Levi Simons a jeho studenti používají k testování kvality vody v Los Angeles chemické testovací sady.

Jorge Luis Borges kdysi napsal, ve velmi krátké povídce „On Exactitude in Science“, velké říše, která se snažila vytvořit mapu tak podrobně podrobnou, že vyrostla tak velká jako samotné impérium. Začátkem své pedagogické kariéry a nedávno mimo školu jsem si myslel (v podobném, i když méně poetickém, módě než pan Borges) o tom, jak jsem reprezentoval vědu jako středoškolského učitele.

Já jsem zápasil se stejnou úzkostí nejvíce, jestliže ne všichni, učitelé přírodních věd cítí, že nepokryje dost obsahu. Neustále jsem se cítil spěchal, abych se dostal k dost „velkých myšlenek“, a přesto jsem měl pocit, že většina toho, co jsem dělal, existovala pouze ve třídě a zmizela, když moji studenti odešli na den.

Cítil jsem, že jsem se snažil přimět své studenty, aby se zajímali o vědu z mapy, kterou jsem dělal, když bych je měl vzít do samotné země.

Vzdělání jako věda, věda jako vzdělávání

Moje první zkušenost s výukou přírodních věd ve vědě se stala na konci roku 2009, kdy jsem ukončila svůj první semestr výuky přírodovědného kurzu na Wildwood School v Los Angeles v Kalifornii. Řada mých studentů mi řekla, jak neúprosně deprimující environmentální věda cítí. Bude celý kurz o tom, jak se naše civilizace zhroutí v ekologické katastrofě?

Jednalo se o platnou otázku a po tom, co jsem strávil zimní dovolenou, přemýšlel, jak učit environmentální vědu, aniž by vzbuzoval pocity naučené bezmocnosti, jsem své třídě navrhl, abychom zjistili, že je to zdraví našeho místního prostředí.

Zahájili jsme projekt environmentálního mapování nazvaný TIGER (Technologicky integrovaný geotagged environmentální výzkum). Začali jsme měřit a mapovat kvalitu vody na mnoha místech v Los Angeles a brzy jsme začali měřit kvalitu ovzduší a úroveň radiace podél pobřeží Kalifornie.

Během této doby jsme začali navazovat kontakty s dalšími skupinami občanské vědy, od studia populací ptáků až po klasifikaci galaxií. Uvědomujeme si, jak se věda občanů stává ve výzkumu stále užitečnějším nástrojem, protože vědci si uvědomují, že mohou získat pomoc z mnohem většího okruhu než jen z tradiční akademické sféry.

Z našich zkušeností s projektem TIGER (scienceland.wikispaces.com/tiger) přicházíme se třemi pravidly, která pomáhají třídám (a všem ostatním) vytvářet, spravovat a koordinovat projekty občanské vědy.

Pravidlo č. 1: Aby bylo měřitelné.

Jak každý antropolog s poznámkovým blokem plným polních poznámek potvrdí, věda nemusí být vždy kvantitativní, aby byla účinná. S projektem TIGER jsme se však setkali s číselnými údaji ze dvou důvodů. Zaprvé usnadňuje porovnávání údajů mezi různými monitorovacími místy a mezi různými daty na stejném místě. Zadruhé, dává naší skupině společný jazyk pro komunikaci s ostatními školami, které se účastní projektu TIGER, a s jakýmikoli vnějšími skupinami, které by mohly chtít použít naše data.

V této oblasti to znamenalo použití zařízení, které poskytuje rychlé numerické výsledky. Naše data o kvalitě vody jsou například zachycena pomocí různých chemických tablet, které se rychle rozpustí v testovacích lahvičkách a mění barvu tak, aby indikovala koncentraci všeho od rozpuštěného kyslíku po bakterie. Zároveň testujeme vodu, používáme také pár elektronických senzorů: jeden pro měření koncentrace plynů, jako jsou výpary kyslíku a petrochemie, a druhý pro měření povětrnostních podmínek.

Naším cílem je současně s těmito daty hledat možné vztahy mezi atmosférou a vodou našeho místního prostředí. Již vidíme periodické ebbs a toky, jako jsou variace slanosti způsobené přílivem.

Studenti také získávají zkušenosti z první ruky s tím, jak se v každém výzkumném projektu objevují vzdělané odhady, chyby a experimentální omezení. To odpovídá na stížnost: „Kdy to budu používat?“

Pravidlo č. 2: Udělej to levné.

Věda občanů je skromná věda. Pokud potřebujete výdaje milionů dolarů, nikdo jiný než několik velkých laboratoří nebude schopen provést váš výzkum. Snažili jsme se udržet nízké náklady na vybavení, a to na řádech stovek dolarů na školu, aby byl náš projekt co nejvíce přístupný. Například, sady kvality vody používáme náklady kolem 40 dolarů za deset plných testů. Přístupnost je klíčová pro vytváření a správu projektu, který pokrývá velký počet studentů v široké geografické oblasti.

S projektem TIGER naše hlavní náklady byly nákup monitorovací zařízení. Náklady na přepravu jsou udržovány na nízké úrovni tím, že každá skupina sleduje své místní prostředí a poté data nahraje na centrální webovou stránku. Pro ukládání a analýzu dat používáme také volně dostupný webový software pro spolupráci.

Pravidlo č. 3: Otevřít.

Věda, ať už v národní laboratoři nebo s projektem občanské vědy, prospívá nejen otevřené komunikaci, ale i otevřeným standardům. Postupy projektu TIGER považujeme za software pro otevřenou platformu.

Otevřený standard znamená ukládání a analýzu dat pomocí volně dostupného softwaru, ale také použití souboru běžných a veřejných experimentálních postupů. Naše postupy jsme zavedli na wiki, abychom zajistili jednotnost typu shromážděných dat a nechali naše metodiky otevřené kritice, což je způsob, jakým věda postupuje.

Stejně tak by měl být jakýkoli projekt občanské vědy, jako je TIGER, snadno otevřen expanzi. Ačkoli jsme v Los Angeles začali jen s kvalitou vody, vždy jsme použili datovou strukturu, která může obsahovat jakoukoli metriku pro životní prostředí, pokud je zaznamenána s jedinečným razítkem GPS. Výsledkem bylo, že do našeho projektu jsme mohli přidat další školy a další typy dat, například úroveň kvality ovzduší a radiace.

Naše otevřenost také umožnila společnosti TIGER spojit se s dalšími souvisejícími vědeckými projekty v oblasti občanství, jako je projekt radiačního monitoringu v komunitě, Safecast (viz strana 52, „Drive-By Science“). Vzhledem k tomu, že Safecast také usiloval o zveřejnění všech svých dat a metod ve veřejném a otevřeném formátu, měli jsme u společnosti TIGER relativně snadné shromažďování a analýzu úrovní radiace pro testovací místa obou projektů.

Naše spolupráce s Safecast také umožnila studentům TIGER řešit problém s hardwarem čítače Geiger. Jejich práce byla nejen důležitá pro vlastní dokumentaci společnosti Safecast a pro aktualizaci budoucích radiačních senzorů, ale proces pokusu o nalezení zdroje čtení ano-malous byl autentickým zážitkem z učení, jak se věda skutečně provádí.

Studenti měří vzorky vody pro pH, teplotu, fosfáty, dusičnany, rozpuštěný kyslík, biologickou potřebu kyslíku, železo, měď, chlor, tvrdost a koliformní bakterie. Data jsou propojena s body na online mapě.

Co bude dál? DIY senzory

Se svou rozsáhlou a rostoucí sítí občanských vědců je Safecast příkladem toho, kde je třeba podniknout takový projekt jako TIGER. Naším cílem je zapojit více škol, studentů a dobrovolníků a rozšířit naše geografické pokrytí. Tento růst se však velmi rychle dostane do některých úzkých míst.

Zatímco naše současné náklady na vybavení, především na sady pro testování kvality vody, jsou nízké, zahrnují použití tablet s chemickými indikátory, které lze před vyčerpáním použít pouze půlkrát. Kromě toho tyto sady omezují typy dat, které můžeme shromažďovat.

Řešením, v pravém módě výrobce, je vybudování vlastních senzorů prostředí. Vývoj levných senzorů životního prostředí je nyní možný, protože náklady na senzor klesly na téměř $ 1 a standardní procesory jako Arduino jsou snadno dostupné. Existuje řada okamžitých výhod, jak jít touto cestou. Za prvé, elektronická čidla mohou být používána tisíckrát, čímž se odstraní limit na množství shromážděných dat, stejně jako náklady.

Za druhé, rozvoj vlastních senzorů nám dává mnohem větší flexibilitu v typu dat

shromážděné. Vzhledem k komerčně dostupným technologiím můžeme snadno sledovat vše od hladin oxidu uhelnatého až po slanost půdy až po ultrafialové záření.

Mobilní telefony jako uzly senzorové sítě

Zatímco desítky dolarů na senzorový systém představují významné snížení nákladů, existuje ještě levnější metoda pro rozvoj projektu občanské vědy, jako je TIGER: cellphones. Nejenže se mobilní telefony stávají celosvětově všudypřítomnou technologií, ale obsahují také stále složitější sadu procesorů a senzorů.

To, co studenti v TIGERu mohou udělat, jak řada dalších vývojářů udělalo, je vytvořit aplikace pro sběr dat z těchto senzorů jako GPS jednotky a kamery, aby bylo možné zaznamenat vše od geografického rozložení invazivních druhů až po množství atmosférického oparu.

Vytvořte si vlastní vědu

TIGER a podobné projekty dávají studentům možnost naučit se analytické a logické dovednosti tím, že se dostanou do oblasti sběru a analýzy dat pro vlastní výzkumné projekty.

Skutečné vzrušení však začne, když studenti na celém světě začnou sdružovat svou práci napříč různými školami a laboratorními skupinami, navrhovat a budovat vlastní vybavení a upravovat svá vlastní zařízení. Stručně řečeno, budoucnost vědy přijde k těm, kteří si vyrobí vlastní vědu.

Podíl

Zanechat Komentář