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8岁孩子合伙“玩”出论文,竟被多本知名杂志刊登夸赞

时间:2017-08-29 来源:互联网 作者: 标签:布莱克沃顿小学   小学生   论文   杂志刊登   

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)》的研究论文。论文中提到,同学们通过研究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。

这篇文章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文章,《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:wired.com

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,以及如何通过设计游戏的方式来解决这些问题。

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“蜜蜂能否学习并记住花朵的周边环境?”

蜜蜂当然能踢球了哼,只需要你示范一下!

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式是否一样。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,那是不是还意味着蜜蜂和人一样,也是有个性的呢?

前期准备

 

同学们先制作了一个长、宽、高都是1m的透明空心塑料箱。下一步,就是在箱子里安装“花朵”。大家在后箱板上,按照8行8列作出64个圆片(好比花瓣),直径为8cm。每个圆片的后面可以通过光束来控制颜色,同时,在圆片的中心都固定一个有细小孔洞的塑料棒(好比花蕊)。至此,简易的“花朵们”就布置好了,一个圆片就是一朵花。

而花心的孔洞里,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。这就是全部的实验装置了。

孩子们进行游戏的画面。

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对之后实验的影响。

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:labofmisfits.com

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,就让熊蜂去蓝花采蜜;如果黄花的周围是蓝花,就让熊蜂去黄花采蜜。

熊蜂能够记住吗?结论是:可以。

整个熊蜂觅食区可以分为4个方形,像这样:

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:labofmisfits.com

训练B的时间也是4天。前两天,只在每个方形内部的4个圆里加入蜜糖水,其它圆片不做处理。每10-40分钟,孩子们还要清理一次花蕊,并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,除了在每个方形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!

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。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。为了防止测试时间太长,熊蜂得不到奖励被惹恼了而做出随机选择,每种颜色标记的熊蜂只进行大约30次选择。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:rsbl.royalsocietypublishing.org

测试一:

当熊蜂进入到方形内部4个圆上采蜜时,视为正确;进入周边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90.6%。

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,熊蜂B和B/O明显地偏爱黄色,而O和B/Y则明显偏爱蓝色。

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30.9%,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40.1%,不到测试一90.6%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。

熊蜂:可累死我了!

孩子们通过分析,从上面的测试结果中得出了这样的结论:

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。

发表论文

 

研究有了成果,同学们也写好了论文,但是,文章的发表并不顺利——有的期刊回复说,论文没有参考文献的引用;有的则回复语言表达太幼稚,建议让成人来撰写文章(因为文章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,最后投稿的邮件中还加入几位权威专家的评语,这才最终通过了审核,并发表在英国的皇家生物学杂志上。

整个实验用了4个月,但论文发表却历时两年。

为孩子们所发表学术文章的部分截图,“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:rsbl.royalsocietypublishing.org

在这篇论文里,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。因为你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,孩子们学会了如何提出科学问题,如何用科学思维的方式去设计策略,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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