美國《新興研究者》期刊對中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的作用

吳小芳 李巧靈

(1 湖北省武漢市洪山高級中學(xué) 武漢 430070； 2 湖北省武漢市漢南第一中學(xué) 武漢 430000)

1 《新興研究者》期刊簡介

《新興研究者》期刊(The Journal of Emerging Investigators，簡稱JEI)是由哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科研工作者于2012年創(chuàng)辦的，是面向中學(xué)生及中學(xué)教師的一種在線的非營利期刊，以JEI網(wǎng)站https：//www.emerginginvestigators.org/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(xué)研究論文的期刊”(The Journal of Emerging Investigators is a science journal and mentorship program publishing research by middle and high school scientists)，表明了其辦刊宗旨是幫助中學(xué)生及其指導(dǎo)教師開展科學(xué)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(xué)生深刻理解科學(xué)研究的過程和意義，以此激勵他們繼續(xù)追求科學(xué)真理，從而實現(xiàn)培養(yǎng)具較高科學(xué)素養(yǎng)的青年科學(xué)家的使命。同時，中學(xué)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(xué)素材。該期刊還建立了一個由中學(xué)生—中學(xué)指導(dǎo)教師—科研機(jī)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(xué)論壇，讓更多的中學(xué)師生參與到科學(xué)研究—專業(yè)評審—論文發(fā)表—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(xué)的一位研究生發(fā)現(xiàn)，在科學(xué)博覽會結(jié)束后，中學(xué)生展示的所有研究數(shù)據(jù)和結(jié)論都會被丟棄，這是非常可惜的事情。由此，也引發(fā)了他們的思考： 怎樣才能讓這些中學(xué)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(xué)生發(fā)表作品的期刊。隨后，在哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)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(dān)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(xué)生參與到科學(xué)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(xué)生自主提出和解答自己感興趣的科學(xué)問題，專業(yè)的科學(xué)工作者則幫助期刊來評估中學(xué)生的研究工作，指導(dǎo)他們進(jìn)行批判性地思考、研究和交流。這為年輕的中學(xué)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(jī)會。

1.2 發(fā)刊方式 JEI期刊的機(jī)構(gòu)設(shè)置及發(fā)文流程是以國際通行的學(xué)術(shù)期刊為模板，編輯團(tuán)隊成員達(dá)40多位，編輯團(tuán)隊主要是來自美國名校的在讀博士生或哈佛大學(xué)各研究所的研究員。論文審稿流程也與其他學(xué)術(shù)期刊一致，采用同行評審(peer review)制度。

中學(xué)生的手稿提交到JEI后，JEI的同行評議會對文章在科學(xué)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(xué)證據(jù)基礎(chǔ)上，并提出自己不知道答案的科學(xué)問題。盡管審稿人認(rèn)識到中學(xué)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(xué)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(xué)生寫一些關(guān)于自己工作的思考。與一般學(xué)術(shù)期刊不同，JEI要求審稿人在科學(xué)過程中以鼓勵學(xué)生為主： ①適當(dāng)降低期望值；②不需要核查論文所研究的科學(xué)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(xué)思維提出自己不清楚、但又希望解決的科學(xué)問題；③根據(jù)科學(xué)研究的質(zhì)量來評估論文是否有發(fā)表價值。中學(xué)生與其指導(dǎo)教師可多次與審稿人進(jìn)行溝通修改。稿件在不違背科學(xué)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(xué)論文發(fā)表情況 JEI自2012年創(chuàng)刊至今，陸續(xù)刊登了182篇由中學(xué)生撰寫的科研論文，論文發(fā)表數(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)是論文發(fā)表相對高峰的階段。在這182篇論文中有115篇(占比63.2%)與生物學(xué)相關(guān)，其中58篇為生物學(xué)類、6篇為生物化學(xué)、28篇為健康科學(xué)、23篇為環(huán)境生物學(xué)。

2 JEI在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 在課堂上的應(yīng)用 國外研究者認(rèn)為，閱讀原始科研論文是獲取生物學(xué)知識最可靠的來源之一[1]。JEI期刊上生物學(xué)方面論文最為豐富，且研究主題多樣，生物學(xué)教師比較容易在其中挑選到合適的教學(xué)素材。

例如，2015年11月JEI發(fā)表了中學(xué)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(The effect of the stomatal index on the net rate of photosynthesis in the leaves ofSpinaciaoleracea，Vincaminor，Rhododendronspp,Epipremnumaureum, andHederaspp.)。作者是通過普通光學(xué)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(qiáng)度，調(diào)查了4種不同植物的氣孔指數(shù)和光合作用強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)氣孔指數(shù)與光合作用強(qiáng)度存在正相關(guān)性。該內(nèi)容可作為人教版教材《分子與細(xì)胞》第五章第四節(jié)“影響光合作用的因素”一節(jié)的補(bǔ)充學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)生提出具體的生物學(xué)問題、如何設(shè)計生物學(xué)研究方法、并進(jìn)行生物學(xué)學(xué)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(The effect of music on heart rate)，作者隨機(jī)抽取了30位18歲以上的學(xué)生，要求這些學(xué)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(qiáng)的。每首歌播放時長2.5 min，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1 min，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(xué)知識對初中生來說較易，但其教學(xué)價值除了能幫助學(xué)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(xué)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(xué)教材七年級(下)第四章第三節(jié)“心臟”內(nèi)容學(xué)習(xí)前供學(xué)生賞析，可作為本節(jié)學(xué)習(xí)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(xué)課堂中傳授知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)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(xué)教材《生物技術(shù)實踐》第一章內(nèi)容。通常學(xué)生會識記“在發(fā)酵中期約第10 d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(xué)生往往學(xué)習(xí)興趣濃厚，教師可以此為突破口鼓勵學(xué)生繼續(xù)深入探究。

JEI在2016年10月發(fā)表了中學(xué)生“不同化學(xué)物理預(yù)處理對柳枝稷發(fā)酵乙醇生成量的影響”一文(Determining the effect of chemical and physical pretreatments on the yield and energy output of cellulosic ethanol fromPanicumvirgatum)。作者通過對柳枝稷枝條進(jìn)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(jìn)行纖維素酶解和發(fā)酵(加入酵母和葡萄糖加速發(fā)酵進(jìn)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(jìn)行了分析，認(rèn)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(xué)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(jìn)行原創(chuàng)性研究應(yīng)該作為現(xiàn)代中學(xué)生物學(xué)教學(xué)體系中的重要組成部分之一，應(yīng)嘗試指導(dǎo)學(xué)生開展課外研究并嘗試進(jìn)行科學(xué)寫作。

3 對我國中學(xué)生物學(xué)教學(xué)的啟示

3.1 搭建我國生物學(xué)科學(xué)家與中學(xué)生溝通的平臺 JEI網(wǎng)站首頁簡要概述了其辦刊宗旨“學(xué)生成長為科學(xué)家的搖籃”(Where students become scientist)，并在簡介中表明了支持和指導(dǎo)新生代科學(xué)家是我們作為科學(xué)家的職責(zé)所在的立場。它認(rèn)為不能僅依靠學(xué)校來完成科研啟蒙教育，行之有效的辦法是建立中學(xué)生與科研工作者的聯(lián)系，通過科學(xué)家的指導(dǎo)，讓學(xué)生更全面地了解他們是如何進(jìn)行假設(shè)驅(qū)動的研究，從而大膽嘗試提出科學(xué)問題，并在恰當(dāng)?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(xué)家與中學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)生發(fā)表了論文。JEI也歡迎各國學(xué)生踴躍投稿。網(wǎng)站介紹中說明樂意與全球的中學(xué)生及其教師開展合作。例如，我國昆明市第一中學(xué)的楊晉婷同學(xué)就在2016年4月發(fā)表了“在bEnd3細(xì)胞中三七皂苷通過Nrf2/ARE信號通路對血腦屏障的保護(hù)作用”論文(The protective effects of panax notoginseng saponin on the blood-brain barrier via the Nrf2/ARE pathway in bEnd3 cells)。

搭建科學(xué)家與中學(xué)生的溝通平臺，揭開科研工作的神秘面紗，中學(xué)生才愿走近并了解他們；當(dāng)近身領(lǐng)略生物學(xué)科學(xué)家魅力，會點燃其科學(xué)熱情，才會有更多學(xué)生對生物學(xué)感興趣[2]。

3.2 積極培養(yǎng)中學(xué)生生物科學(xué)寫作的能力 19世紀(jì)70年代，科學(xué)寫作引起了國際科學(xué)界的高度關(guān)注和廣泛研究。科學(xué)寫作不僅能夠促進(jìn)學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，有助于發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知、科學(xué)推理、語言表達(dá)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(xué)教師嘗試將科學(xué)寫作融入高中生物學(xué)教學(xué)。但教學(xué)中科學(xué)寫作常被誤認(rèn)為是文科的教學(xué)內(nèi)容，其自然科學(xué)教學(xué)價值仍未得到客觀地認(rèn)識和評價。

其實，近年來生物學(xué)高考題中已經(jīng)出現(xiàn)一些考查科學(xué)寫作能力的試題。如2017年理綜全國卷Ⅰ第29題，要求學(xué)生設(shè)計一組放射性同位素標(biāo)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(xué)生在探究性教學(xué)過程中的主動性 隨著新課改的不斷深入，科學(xué)探究已廣泛運用到生物學(xué)課堂，但對其內(nèi)涵多數(shù)教師的認(rèn)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(jìn)行實驗→分析現(xiàn)象→得出結(jié)論→表達(dá)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(yán)格把控制每個教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生的參與大多是被動的，教師更在意學(xué)生的是學(xué)習(xí)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(xué)中所展開的各個環(huán)節(jié)，應(yīng)讓學(xué)生置身其中有一種真實地從事科學(xué)探究的感受，這種感受與科學(xué)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(xué)生理解生物學(xué)本質(zhì)、提高生物學(xué)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。因此，豐富生物學(xué)教師對現(xiàn)代生物學(xué)探究內(nèi)涵的理解，并在教學(xué)中實現(xiàn)真正意義上的生物學(xué)探究就顯得格外重要。