新興研究者期刊對生物學教學的作用
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《新興研究者》期刊(TheJournalofEmergingInvestigators，簡稱JEI)是由哈佛大學醫(yī)學院的科研工作者于2012年創(chuàng)辦的，是面向中學生及中學教師的一種在線的非營利期刊，以JEI網(wǎng)站作為在線平臺。在該網(wǎng)站的首頁醒目地寫上一行字“《新興研究者》是一本指導(dǎo)初高中研究者發(fā)表科學研究論文的期刊”(TheJournalofEmergingInvestigatorsisasciencejournalandmentorshipprogrampublishingresearchbymiddleandhighschoolscientists)，表明了其辦刊宗旨是幫助中學生及其指導(dǎo)教師開展科學研究、優(yōu)化實驗設(shè)計、撰寫科研論文和展示研究成果。在實踐中幫助學生深刻理解科學研究的過程和意義，以此激勵他們繼續(xù)追求科學真理，從而實現(xiàn)培養(yǎng)具較高科學素養(yǎng)的青年科學家的使命。同時，中學生發(fā)表的論文在網(wǎng)站上也匯集成原始研究資料庫，為一線教師提供了豐富的教學素材。該期刊還建立了一個由中學生—中學指導(dǎo)教師—科研機構(gòu)審稿人構(gòu)成的三方交流路徑。創(chuàng)刊者致力于將JEI打造成為一個高質(zhì)量的科學論壇，讓更多的中學師生參與到科學研究—專業(yè)評審——課堂運用多方互動的過程中。
1．1創(chuàng)刊背景和宗旨
《新興研究者》期刊的創(chuàng)刊始于一項調(diào)查的發(fā)現(xiàn)。哈佛大學的一位研究生發(fā)現(xiàn)，在科學博覽會結(jié)束后，中學生展示的所有研究數(shù)據(jù)和結(jié)論都會被丟棄，這是非?？上У氖虑椤Ｓ纱?，也引發(fā)了他們的思考:怎樣才能讓這些中學生研究的科研成果更好地被利用，繼續(xù)發(fā)揮其教育價值?在2011年，一位研究生提出創(chuàng)辦一本免費、可供中學生發(fā)表作品的期刊。隨后，在哈佛大學醫(yī)學院研究生會的支持下創(chuàng)辦了《新興研究者》期刊，由研究生擔任第一任主編，并招募了一批有豐富科研經(jīng)歷的研究生、博士、博士后和教授作為期刊的編輯和審稿人。該期刊旨在讓中學生參與到科學研究過程的重要環(huán)節(jié)中，讓同行來評審和修改發(fā)表。期刊鼓勵中學生自主提出和解答自己感興趣的科學問題，專業(yè)的科學工作者則幫助期刊來評估中學生的研究工作，指導(dǎo)他們進行批判性地思考、研究和交流。這為年輕的中學生提供了一個公開發(fā)表自己的研究成果，并能參與到發(fā)表過程的機會。
1．2發(fā)刊方式
JEI期刊的機構(gòu)設(shè)置及發(fā)文流程是以國際通行的學術(shù)期刊為模板，編輯團隊成員達40多位，編輯團隊主要是來自美國名校的在讀博士生或哈佛大學各研究所的研究員。論文審稿流程也與其他學術(shù)期刊一致，采用同行評審(peerreview)制度。中學生的手稿提交到JEI后，JEI的同行評議會對文章在科學問題、假設(shè)和實驗方法上提出寶貴的意見。如每一篇文章都需要有一個明確的理論依據(jù)，且必須建立在已知的科學證據(jù)基礎(chǔ)上，并提出自己不知道答案的科學問題。盡管審稿人認識到中學生可能還不具備能力設(shè)計出最理想的對照，但是每一篇文章都需要學生描述清楚實驗方法和對照。即使實驗數(shù)據(jù)并不完美，結(jié)果也不確定，審稿人還是會要求學生寫一些關(guān)于自己工作的思考。與一般學術(shù)期刊不同，JEI要求審稿人在科學過程中以鼓勵學生為主:①適當降低期望值;②不需要核查論文所研究的科學問題是否被前人研究過，主要關(guān)注作者是否以合理的科學思維提出自己不清楚、但又希望解決的科學問題;③根據(jù)科學研究的質(zhì)量來評估論文是否有發(fā)表價值。中學生與其指導(dǎo)教師可多次與審稿人進行溝通修改。稿件在不違背科學完整性的前提下，經(jīng)過多次修改后通常會被接受和刊出。
1．3相關(guān)生物學情況
JEI自2012年創(chuàng)刊至今，陸續(xù)刊登了182篇由中學生撰寫的科研論文，數(shù)量呈逐年增長趨勢，最近三年基本穩(wěn)定在每年發(fā)表20～30篇。從發(fā)表的月份來看，一般暑假期間(7、8、9月)是相對高峰的階段。在這182篇論文中有115篇(占比63．2%)與生物學相關(guān)，其中58篇為生物學類、6篇為生物化學、28篇為健康科學、23篇為環(huán)境生物學。
2JEI在中學生物學教學中的應(yīng)用
2．1在課堂上的應(yīng)用國外研究者認為，閱讀原始科
研論文是獲取生物學知識最可靠的來源之一［1］。JEI期刊上生物學方面論文最為豐富，且研究主題多樣，生物學教師比較容易在其中挑選到合適的教學素材。例如，2015年11月JEI發(fā)表了中學生題為“氣孔指數(shù)對菠菜、小蔓長春花、杜鵑花、綠蘿和常春藤葉片凈光合速率的影響”論文(TheeffectofthestomatalindexonthenetrateofphotosynthesisintheleavesofSpinaciaoleracea，Vincaminor，Rhododendronspp，Epipremnumaureum，andHederaspp．)。作者是通過普通光學顯微鏡(400×)測量氣孔指數(shù)，利用簡單的葉片漂浮實驗測定光合作用強度，調(diào)查了4種不同植物的氣孔指數(shù)和光合作用強度，發(fā)現(xiàn)氣孔指數(shù)與光合作用強度存在正相關(guān)性。該內(nèi)容可作為人教版教材《分子與細胞》第五章第四節(jié)“影響光合作用的因素”一節(jié)的補充學習資料。在完成教材中“光照”“水”“二氧化碳濃度”和“溫度”等影響因素后，引導(dǎo)學生思考是否還存在其他因素，可嘗試做出假設(shè)并設(shè)計實驗，再呈現(xiàn)該論文作為課后閱讀材料。由于論文是同齡人撰寫，可讀性和借鑒性更高。JEI還可用于幫助學生提出具體的生物學問題、如何設(shè)計生物學研究方法、并進行生物學學術(shù)論文的閱讀和寫作。以2013年4月25日該期刊發(fā)表的“音樂對心率的影響”一文為例(Theeffectofmusiconheartrate)，作者隨機抽取了30位18歲以上的學生，要求這些學生分別聽兩首不同的歌曲:一首是慢節(jié)奏的，一首是快而節(jié)奏感強的。每首歌播放時長2．5min，在聽每首歌前后(共4次)測量受試者的心率，每兩首歌之間休息1min，使心率恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。作者先假設(shè)慢音樂會降低心率，快音樂會加速心率。實驗結(jié)果顯示，93%的受試者在慢歌后心率下降，100%的受試者在快歌后心率升高，統(tǒng)計結(jié)果符合假設(shè)。因此，得出音樂確實與心率有關(guān)系的這一結(jié)論。該文章包含的科學知識對初中生來說較易，但其教學價值除了能幫助學生更深刻地理解心臟節(jié)律，更重要的是作者能較完整地再現(xiàn)提出假設(shè)、設(shè)計實驗和分析結(jié)果的科學研究過程。因此，該內(nèi)容翻譯后可作為科研案例，在人教版初中生物學教材七年級(下)第四章第三節(jié)“心臟”內(nèi)容學習前供學生賞析，可作為本節(jié)學習的背景知識。該內(nèi)容既體現(xiàn)了教材與生活的聯(lián)系，又能在生物學課堂中傳授知識的同時，培養(yǎng)學生的科學思維。
2．2在課堂外的應(yīng)用
“測定泡菜中亞硝酸鹽的含量”是人教版高中生物學教材《生物技術(shù)實踐》第一章內(nèi)容。通常學生會識記“在發(fā)酵中期約第10d亞硝酸鹽含量比較低，適宜食用”的結(jié)論。此內(nèi)容貼近生活，學生往往學習興趣濃厚，教師可以此為突破口鼓勵學生繼續(xù)深入探究。JEI在2016年10月發(fā)表了中學生“不同化學物理預(yù)處理對柳枝稷發(fā)酵乙醇生成量的影響”一文(DeterminingtheeffectofchemicalandphysicalpretreatmentsontheyieldandenergyoutputofcellulosicethanolfromPanicumvirgatum)。作者通過對柳枝稷枝條進行不同的預(yù)處理(不同的研磨程度、不同濃度的KOH溶液預(yù)處理)，再對其進行纖維素酶解和發(fā)酵(加入酵母和葡萄糖加速發(fā)酵進程)。最后，比較不同處理條件下乙醇的含量，發(fā)現(xiàn)15%KOH預(yù)處理后酒精產(chǎn)量最高。在討論部分，作者對酒精產(chǎn)量差異產(chǎn)生的可能原因進行了分析，認為酶解體系中有效纖維素含量、酶解過程中的鹽度、纖維素酶解葡萄糖產(chǎn)量和發(fā)酵過程中酵母菌的活性是影響酒精產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。同樣，教師可指導(dǎo)學生開展泡菜制作過程中預(yù)處理過程差異(如食鹽加入量、蔬菜種類和蔬菜切塊體積等)對亞硝酸鹽的產(chǎn)生和產(chǎn)酸變化過程影響的研究。進行原創(chuàng)性研究應(yīng)該作為現(xiàn)代中學生物學教學體系中的重要組成部分之一，應(yīng)嘗試指導(dǎo)學生開展課外研究并嘗試進行科學寫作。
3對我國中學生物學教學的啟示
3．1搭建我國生物學科學家與中學生溝通的平臺
JEI網(wǎng)站首頁簡要概述了其辦刊宗旨“學生成長為科學家的搖籃”(Wherestudentsbecomescientist)，并在簡介中表明了支持和指導(dǎo)新生代科學家是我們作為科學家的職責所在的立場。它認為不能僅依靠學校來完成科研啟蒙教育，行之有效的辦法是建立中學生與科研工作者的聯(lián)系，通過科學家的指導(dǎo)，讓學生更全面地了解他們是如何進行假設(shè)驅(qū)動的研究，從而大膽嘗試提出科學問題，并在恰當?shù)囊龑?dǎo)下設(shè)計實驗，開展研究。JEI的審稿過程就可將科學家與中學生較好地聯(lián)系起來，并有效地起到了溝通的橋梁作用，這對科學教育是非常有必要的。JEI期刊是一本國際化的期刊，從其與生物學相關(guān)論文作者的國籍來看，盡管美國本土高中生占了絕大多數(shù)(約90%)，但是依然有來自中國、加拿大、新加坡、墨西哥、沙特阿拉伯、日本、土耳其和西班牙等國的中學生發(fā)表了論文。JEI也歡迎各國學生踴躍投稿。網(wǎng)站介紹中說明樂意與全球的中學生及其教師開展合作。例如，我國昆明市第一中學的楊晉婷同學就在2016年4月發(fā)表了“在bEnd3細胞中三七皂苷通過Nrf2/ARE信號通路對血腦屏障的保護作用”論文(Theprotectiveeffectsofpanaxnotoginsengsaponinontheblood-brainbarrierviatheNrf2/AREpathwayinbEnd3cells)。搭建科學家與中學生的溝通平臺，揭開科研工作的神秘面紗，中學生才愿走近并了解他們;當近身領(lǐng)略生物學科學家魅力，會點燃其科學熱情，才會有更多學生對生物學感興趣［2］。
3．2積極培養(yǎng)中學生生物科學寫作的能力
19世紀70年代，科學寫作引起了國際科學界的高度關(guān)注和廣泛研究?？茖W寫作不僅能夠促進學生對生物學概念的理解，有助于發(fā)展學生的元認知、科學推理、語言表達和寫作能力，更是師生間交流和溝通的橋梁［3］。近年來，國內(nèi)逐漸有中學教師嘗試將科學寫作融入高中生物學教學。但教學中科學寫作常被誤認為是文科的教學內(nèi)容，其自然科學教學價值仍未得到客觀地認識和評價。其實，近年來生物學高考題中已經(jīng)出現(xiàn)一些考查科學寫作能力的試題。如2017年理綜全國卷Ⅰ第29題，要求學生設(shè)計一組放射性同位素標記實驗，確定一種新病毒是DNA還是RNA病毒，要求考生寫出實驗思路和預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論。
3．3提高學生在探究性教學過程中的主動性
隨著新課改的不斷深入，科學探究已廣泛運用到生物學課堂，但對其內(nèi)涵多數(shù)教師的認識卻是模糊的。部分教師會簡單地將其等同于“提出問題→作出假設(shè)→設(shè)計實驗→進行實驗→分析現(xiàn)象→得出結(jié)論→表達與交流”。在操作層面，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)在整個探究過程中，教師會按照預(yù)設(shè)嚴格把控制每個教學環(huán)節(jié)。學生的參與大多是被動的，教師更在意學生的是學習的步調(diào)要一致，以同樣的節(jié)奏、按照同樣的實驗方案去得出“正確的”實驗結(jié)果。這樣的探究活動流于形式，失去其本身豐富的內(nèi)涵。教師在探究教學中所展開的各個環(huán)節(jié)，應(yīng)讓學生置身其中有一種真實地從事科學探究的感受，這種感受與科學家從事探究時得到的體驗在本質(zhì)上是相同的。這種相同的體驗才是學生理解生物學本質(zhì)、提高生物學核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。因此，豐富生物學教師對現(xiàn)代生物學探究內(nèi)涵的理解，并在教學中實現(xiàn)真正意義上的生物學探究就顯得格外重要。
作者：吳小芳 李巧靈 單位：湖北省武漢市洪山高級中學 湖北省武漢市漢南第一中學