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8岁的熊孩子们发了一篇玩儿出来的学术论文,学术论文,孩子们,EditSprings,艾德思

网络 | 2018/11/28 09:35:04  | 99 次浏览

sci论文

 英国德文郡南哈姆斯区有个村子,叫布莱克沃顿(Blackawton).几年前,村里的小学发生了一件了不起的事情.

2010年,布莱克沃顿小学25名8到10岁的学生共同努力,在英国皇家生物学杂志上发表的一篇题为"布莱克沃顿蜜蜂(Blackawton Bees)'的研究文章.同学们在研究中发现,蜜蜂可以学习颜色和颜色的搭配模式,再用学到的知识去识别含有营养的花朵.

这篇论文发表出来的第一天就有超过3万次的下载量,排名第二,被<生物学通讯>期刊设为永久免费共享论文,<科学>/<发现>等杂志上相继报道……

是什么样的神奇小学,冒出这么一群"天才'少年?

一只正在采蜜的熊蜂.图片来源:

项目的诞生 这个项目的诞生,源于英国伦敦大学神经生物学家Beau Lotto在布拉克顿小学的一场讲座.在这次讲座中,他给学生们介绍了自己关于人类知觉/熊蜂(蜜蜂科中的一种,文中的实验对象),以及机器人的研究,并分享了他对科学的理解——"我们生来就会在游戏中发现事物的规律和它们之间的联系.科学也是这个目的,'Lotto说,"科学也可以是游戏一样的发现之旅.'在这次讲话后,Lotto和Dave Strudwick (布拉克顿小学的班主任)决定开展一个完全由孩子们掌控的初级研究项目.

项目开始后的两个月里,Lotto和Strudwick 让孩子们思考有哪些是他们感兴趣的问题,以及怎样通过设计游戏的方法来解决这些问题.最终,他们确定了蜜蜂作为研究对象.

接着就是提出具体的研究问题.在一系列诸如"蜜蜂能踢足球吗?蜜蜂能写字吗?'这样比较幼稚的提问后,研究问题最终锁定在了"蜜蜂是否学习并记住花朵的周边环境?'

这就好比给蜜蜂出了道智力题——它们不仅得学会识别花,而且还要学会识别花的周边环境.比如蓝花的周围被黄花包围,那就得去蓝花采蜜,而相反情况,黄花的周围被蓝花包围,那就得去黄花采蜜.除此之外,同学们还想看看蜜蜂们解决谜题的方法是否一样.如果不同的话,譬如有一只蜜蜂每次都去蓝花采蜜,说明它非常喜欢蓝色.这也许还意味着,蜜蜂与人类似,也是有个性的.

前期准备 同学们制作了一个长/宽/高都是1m的透明空心塑料箱.后箱板按照8行8列作出64个直径为8cm的圆片(好比花瓣),每个圆片的后面可以通过光束来控制颜色,在每个圆片里固定一个带有细小孔洞的塑料棒(好比花蕊),孔洞里可以放置蜜糖水/盐水,或者什么都不加入.前箱板有个供熊蜂进入的通道,塑料箱的两侧都有可开关的门,便于给孔洞里加入蜜糖水等成分,也方便取出熊蜂.

孩子们进行游戏的画面.图片来源:Royal Society

训练A 这个环节是为了训练熊蜂把圆片当作花朵,孩子们通过给塑料棒内加入蜜糖水来训练熊蜂.训练A为期4天,圆片均采用白光作为花瓣,这样可以消除花朵颜色的影响.

为训练中给花蕊添加蜜糖水,熊蜂采蜜的动态过程.图片来源:Ted

为训练过程中熊蜂采蜜的瞬间.图片来源:

一共有5只熊峰参与了实验,同学们用颜色给它们都编了号:黄色(Yellow,记为Y)/蓝色(Blue,记为B)/橘色(Orange,记为O)/蓝色橘色混合(Blue-Orange,记为B/O)/蓝色黄色混合(Blue-Yellow,记为B/Y).

训练B 这个环节是为了训练标记过的熊蜂识别采蜜的模式.如果蓝花的周围是黄花,让熊蜂去蓝花采蜜;如果黄花的周围是蓝花,让熊蜂去黄花采蜜.

整个熊蜂觅食区可以分为四个象限,每个象限由16个圆组成,有两个象限是内部4个圆为黄色,外部12个圆为蓝色;另外两个象限反过来,内部4个圆为蓝色,外部12圆为黄色.训练B的时间也是4天.

训练的前两天,只在每个象限的内部4个圆里加入蜜糖水,其它圆片不做处理,而且每10-40分钟左右清理一次花蕊以及调换相同颜色花蕊的位置,避免熊蜂只记住有奖励花蕊的位置,同时也防止它们在花蕊上留下可传递信息的信号.

训练的后两天,除了在每个象限的内部加入蜜糖水外,还在外部的12个圆里加入盐水,这样熊蜂不仅得学会识别颜色,而且还要识别颜色的周边环境,否则会造成大灾难!

训练B中塑料箱的实际布置,分为四个象限,每个象限的内部4个圆片与外部的12个圆片颜色呈蓝黄交替.图片来源:

游戏阶段 在测试实验里,花蕊中均不添加蜜糖水或盐水,观察熊蜂会飞向哪种花朵.为了避免熊蜂只记住位置信息,孩子们把每个象限的花朵进行了顺时针交换,比如一象限换到二象限,二象限换到三象限,三象限换到四象限.每次仅放一只熊蜂进入箱内,避免它们交流,或者"随大溜'.

只有当熊蜂飞落到花蕊上,并把口器深入到花蕊中才能记录为一次选择.每种颜色标记的熊蜂共约进行30次选择,防止由于测试时间太长,熊蜂得不到奖励被惹恼了而做出随机选择.测试一共进行了三次.

测试过程中小学生们手绘和记录的原始数据的实验布置图.从左到右为三次测试的布局,布局下面为对应的实验数据.Correct表示正确,Incorrect表示错误,Middle表示内部,Surround表示外部,格子里的数字表示标记过的熊蜂在对应颜色花朵上采蜜的次数.图片来源:

测试一 :当熊蜂进入到每个象限的内部4个圆上采蜜时,视为正确;但如果熊蜂进入到每个象限的周边12圆上采蜜,则视为错误.测试中熊蜂并不会得到蜜水奖励.从实验数据可以看出,正确与失败的比值为126:13,正确率高达.

孩子们发现,熊蜂B/O和B去黄色花朵正确采蜜的次数分别为31和33,而去蓝色花朵正确采蜜的次数分别为0和1.这表明蓝橘色和蓝色标记的熊蜂有明显的偏爱黄色喜好.同理,O和B/Y有明显的偏爱蓝色的喜好.

总体来说,熊蜂很好的解决了谜题,但它们解题的思路是由哪种颜色的多少来判断呢?还是忽略掉颜色信息只选择内部4个圆?

测试二 :与测试一非常相似,孩子们把每个象限的内部4个圆片替换成了绿色,而外部保持不变.从实验结果中可以得到,进入内部采蜜和外部采蜜次数的比为34:76,即进入内部绿色采蜜的约,与绿色所占总体的百分比25%接近,说明熊蜂不只是靠每个象限的内部4个圆所处的位置来解谜的.并且,熊蜂B/O和B更倾向于中间的绿色花朵来采蜜.所以它们似乎学会了与另外三只熊蜂不同的解谜策略.

测试三 :在测试一的基础上,孩子们将内部颜色较少的4个圆放置在每个象限的边角上.这次测试里,把熊蜂进入每个象限边角的4个圆采蜜定义为正确,其它则定义为错误.测试结果显示正确与错误的比为59:86,正确率为,不到测试一正确率的一半.这说明测试三中,熊蜂做出选择更随机一些.另外,熊峰B/O和蓝色B仍然表现出明显的偏爱黄色倾向.

发表文章 从上面的测试结果中,孩子们通过分析,得出了这样的结论:熊蜂是综合运用颜色和位置的信息来决定去哪个花蕊采蜜的.熊峰不仅能够学习,而且不同的熊蜂还有不同的解题策略和颜色偏好.

研究有了成功,同学们也写好了文章,但是,论文的发表并不顺利.有的期刊回复没有参考文献的引用;有的则回复语言表达太幼稚,意见让成人来撰写论文(因为论文完全是孩子们自己写的);也有的质疑小学生不可能做出这样的工作.经过了好几轮退稿/修改/再退稿/再修改,最后,在投稿的邮件中加入几位权威专家的评语才通过了审核,并发表在英国的皇家生物学杂志上.

整个实验用了四个月,但文章发表却历时两年.

为孩子们所发表学术论文的部分截图,"Once upon a time ……',"从前……';"the puzzle …duh duh duuuhhh',"谜题…是这样/这样/这样的'.图片来源:

在这篇文章里,孩子们写着:"在开始实验之前,我们从没关心过蜜蜂,'"这个实验很重要.因为有史以来,从没有人,包括大人,做过这样的实验.'

整个实验过程几乎都是孩子们自己完成的,包括问题的选择,实验方案,实验过程以及写作.虽然Lotto和Strudwick在实验器材/实验场地以及实验技巧上给予了一定引导性的帮助,但是原创性都在孩子们身上.

这一次寓教于乐的研究,让孩子们亲历了科学的魅力."科学很酷,也很好玩儿.因为您在做别人从没有做过的事情.'

然而更重要的,是在玩儿一样的研究中,孩子们学会了怎样提出科学问题,怎样用科学思维的方法去设计策略,去解决问题.重要的,是在"玩儿的'过程中种下的那粒小小的科学的种子.

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