3 regole per il successo della scienza dei cittadini - 💡 Fix My Ideas

3 regole per il successo della scienza dei cittadini

3 regole per il successo della scienza dei cittadini


Autore: Ethan Holmes, 2019

L'insegnante di Wildwood Levi Simons e i suoi studenti usano kit di test con indicatori chimici per mappare la qualità dell'acqua di Los Angeles.

Jorge Luis Borges ha scritto una volta, nel racconto molto breve "On Exactitude in Science", di un grande impero che ha cercato di creare una mappa così accuratamente dettagliata che è diventata grande come l'impero stesso. All'inizio della mia carriera di insegnante, e recentemente fuori dalla scuola, ho pensato (con una moda simile, anche se meno poetica, di Borges) a come stavo rappresentando la scienza come insegnante di scuola superiore.

Ho lottato con la stessa inquietudine che la maggior parte, se non tutti, gli insegnanti di scienze pensano di non coprire abbastanza contenuti. Mi sono sempre affrettato a superare abbastanza "grandi idee", e tuttavia sentivo che la maggior parte di ciò che stavo facendo esisteva solo in classe e svaniva nel momento in cui i miei studenti partivano per la giornata.

Mi sentivo come se stavo cercando di far interessare i miei studenti alla scienza dalla mappa che stavo facendo, quando dovevo portarli nel paese stesso.

Educazione come scienza, scienza come educazione

La mia prima esperienza nell'insegnamento della scienza facendo scienza è avvenuta alla fine del 2009 quando stavo terminando il mio primo semestre insegnando un corso di scienze ambientali alla Wildwood School di Los Angeles, in California. Alcuni dei miei studenti mi hanno raccontato di quanto deprimente e implacabile sia la scienza ambientale. L'intero corso riguarderebbe il modo in cui la nostra civiltà sarebbe crollata in una catastrofe ecologica?

Era una domanda valida, e dopo aver trascorso le vacanze invernali pensando a come insegnare scienze ambientali senza ispirare sentimenti di impotenza appresa, ho proposto alla mia classe che scopriamo da soli la salute del nostro ambiente locale.

Abbiamo avviato un progetto di mappatura ambientale chiamato TIGER (Ricerca ambientale geotagata tecnologicamente integrata). Abbiamo iniziato a misurare e mappare la qualità dell'acqua in una serie di siti a Los Angeles e presto abbiamo iniziato a misurare la qualità dell'aria e i livelli di radiazione lungo la costa californiana.

Durante questo periodo abbiamo iniziato a connetterci con altri gruppi facendo scienza dei cittadini, spaziando dallo studio della popolazione di uccelli alla classificazione delle galassie. Stiamo vedendo in che modo la scienza dei cittadini sta diventando uno strumento sempre più utile nella ricerca, dal momento che gli scienziati si rendono conto che possono ottenere aiuto da una cerchia molto più ampia della semplice università tradizionale.

Dalla nostra esperienza con il progetto TIGER (scienceland.wikispaces.com/tiger), abbiamo creato tre regole per aiutare le classi (e chiunque altro) a creare, gestire e collaborare a progetti di scienza dei cittadini.

Regola 1: renderla misurabile.

Come ogni antropologo con un quaderno pieno di appunti sul campo, la scienza non ha sempre bisogno di essere quantitativa per essere efficace. Tuttavia, abbiamo bloccato i dati numerici con il progetto TIGER per due motivi. Innanzitutto, facilita il confronto dei dati tra diversi siti di monitoraggio e tra diverse date nello stesso sito. In secondo luogo, offre al nostro gruppo un linguaggio comune per comunicare con le altre scuole partecipanti al progetto TIGER e con qualsiasi gruppo esterno che potrebbe voler utilizzare i nostri dati.

Nel campo, ciò ha significato l'uso di attrezzature che forniscono risultati numerici rapidi. Ad esempio, i nostri dati sulla qualità dell'acqua vengono catturati utilizzando una varietà di compresse chimiche che si dissolvono rapidamente in fiale di test, cambiando colore per indicare la concentrazione di tutto, da ossigeno disciolto a batteri. Allo stesso tempo stiamo testando l'acqua, usiamo anche una coppia di sensori elettronici: uno per misurare la concentrazione di gas come ossigeno e vapori petrolchimici, e un altro per misurare le condizioni meteorologiche.

Il nostro obiettivo nel prendere questi dati contemporaneamente è stato quello di cercare potenziali relazioni tra l'atmosfera e l'acqua del nostro ambiente locale. Già possiamo vedere flussi e riflussi periodici, come le variazioni di salinità causate dalle maree.

Gli studenti acquisiscono inoltre un'esperienza di prima mano con il modo in cui le intuizioni, gli errori e le limitazioni sperimentali vengono mostrati in ogni progetto di ricerca. Questo risponde al reclamo, "Quando mai userò questo?"

Regola n. 2: rendilo economico.

La scienza dei cittadini è scienza frugale. Se hai bisogno di un esborso di milioni di dollari, nessuno, a parte alcuni grandi laboratori, sarà in grado di condurre la tua ricerca. Abbiamo cercato di mantenere bassi i costi delle nostre attrezzature, dell'ordine di centinaia di dollari per scuola, in modo da rendere il nostro progetto il più accessibile possibile. Ad esempio, i kit di qualità dell'acqua che utilizziamo costano circa $ 40 per dieci test completi. L'accessibilità è fondamentale per creare e gestire un progetto che copra un gran numero di studenti in un'ampia area geografica.

Con il progetto TIGER i nostri principali costi sono stati l'acquisto delle apparecchiature di monitoraggio. I costi di trasporto vengono mantenuti bassi facendo in modo che ogni gruppo controlli l'ambiente locale e quindi carichi i dati su un sito Web centrale. Usiamo anche software di collaborazione basati sul web liberamente disponibili per archiviare e analizzare i dati.

Regola n. 3: aprila.

La scienza, sia in un laboratorio nazionale che in un progetto di scienze dei cittadini, prospera non solo sulla comunicazione aperta, ma su standard aperti. Trattiamo le procedure del progetto TIGER come software per una piattaforma aperta.

Uno standard aperto significa archiviare e analizzare i dati utilizzando software disponibili gratuitamente, ma significa anche utilizzare una serie di procedure sperimentali comuni e pubbliche. Abbiamo messo le nostre procedure su un wiki, sia per garantire l'uniformità nel tipo di dati raccolti, sia per lasciare le nostre metodologie aperte alle critiche, che è il modo in cui la scienza progredisce.

Allo stesso modo, qualsiasi progetto di scienza dei cittadini come TIGER dovrebbe essere prontamente aperto all'espansione. Anche se abbiamo iniziato con la sola qualità dell'acqua a Los Angeles, abbiamo sempre utilizzato una struttura dati in grado di incorporare qualsiasi metrica ambientale finché è stata registrata con un timbro GPS univoco. Di conseguenza, siamo stati in grado di aggiungere al nostro progetto più scuole e più tipi di dati, come la qualità dell'aria e i livelli di radiazioni.

La nostra apertura ha anche permesso a TIGER di connettersi con altri progetti relativi ai cittadini, come il progetto di monitoraggio delle radiazioni della comunità, Safecast (vedi pagina 52, "Drive-By Science"). Siccome Safecast ha anche voluto pubblicare tutti i propri dati e metodi in un formato pubblico e aperto, noi di TIGER abbiamo avuto un tempo relativamente facile da raccogliere e analizzare i livelli di radiazioni per entrambi i siti di test dei progetti.

La nostra collaborazione con Safecast ha anche dato agli studenti TIGER l'opportunità di risolvere i problemi del contatore hardware Geiger. Non solo il loro lavoro è stato importante per la documentazione di Safecast e per l'aggiornamento dei futuri sensori di radiazioni, ma il processo di ricerca della fonte di letture anormali è stata un'autentica esperienza di apprendimento sul modo in cui la scienza viene effettivamente realizzata.

Gli studenti misurano campioni di acqua per pH, temperatura, fosfati, nitrati, ossigeno disciolto, domanda biologica di ossigeno, ferro, rame, cloro, durezza e batteri coliformi. I dati sono collegati a punti su una mappa online.

Qual'è il prossimo? Sensori fai-da-te

Con la sua ampia e crescente rete di cittadini scienziati, Safecast è un esempio di dove portare un progetto come TIGER. Il nostro obiettivo è coinvolgere più scuole, studenti e volontari e ampliare la nostra copertura geografica. Tuttavia, questa crescita probabilmente si imbatterà in alcuni colli di bottiglia molto rapidamente.

Mentre i nostri attuali costi di attrezzatura, principalmente per i kit di test della qualità dell'acqua, sono bassi, comportano l'uso di compresse indicatrici chimiche che possono essere utilizzate solo una mezza dozzina di volte prima di essere esaurite. Inoltre, questi kit limitano i tipi di dati che possiamo raccogliere.

La soluzione, nella vera moda dei maker, è costruire i nostri sensori ambientali. Lo sviluppo di sensori ambientali a basso costo è ora possibile poiché il costo per sensore è sceso a quasi $ 1 e le piattaforme di processori standard come Arduino sono diventate facilmente disponibili. Ci sono una serie di benefici immediati per percorrere questa strada. Innanzitutto, i sensori elettronici possono essere utilizzati migliaia di volte, eliminando un limite alla quantità di dati raccolti e al costo.

In secondo luogo, lo sviluppo dei nostri sensori ci offre una flessibilità molto maggiore nel tipo di dati

raccolto. Data la tecnologia disponibile in commercio, possiamo monitorare prontamente qualsiasi cosa, dai livelli di monossido di carbonio alla salinità del suolo alle radiazioni ultraviolette.

Cellulari come nodi di rete del sensore

Mentre decine di dollari per sistema di sensori rappresentano una significativa riduzione dei costi, esiste un metodo ancora più economico per lo sviluppo di un progetto di scienza dei cittadini come TIGER: i cellulari. Non solo i telefoni cellulari sono diventati una tecnologia globalmente onnipresente, ma contengono anche un insieme sempre più complesso di processori e sensori.

Quello che gli studenti di TIGER possono fare, come hanno fatto molti altri sviluppatori, è creare app per raccogliere dati da sensori come l'unità GPS e la fotocamera per registrare qualsiasi cosa, dalla distribuzione geografica delle specie invasive alla quantità di foschia atmosferica.

Crea la tua scienza

TIGER e progetti simili offrono agli studenti l'opportunità di apprendere le capacità analitiche e di ragionamento andando sul campo per raccogliere e analizzare i dati per i propri progetti di ricerca.

La vera eccitazione, tuttavia, inizierà quando gli studenti di tutto il mondo inizieranno a mettere in comune il proprio lavoro tra diverse scuole e gruppi di laboratorio, progettano e costruiscono le proprie attrezzature e modificano i propri dispositivi. In breve, il futuro della scienza arriverà a coloro che fanno la propria scienza.



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