通过“参与科学探究的实践”培养“参与科学的能力”——英美自然历史博物馆“公众科学”项目的实践与启示

阮佳萍 林 笠

一、 引言

“公众科学”(英文表述为citizen science, community science或 crowd science)的提出始于20世纪90年代。英国著名科学社会学家Alan Irwin在1995年出版的《公众科学》(CitizenScience)一书中，将“公众科学”定义为：发展科技公民权，强调向公众开放科学和科学政策的必要性[1]。美国康奈尔鸟类实验室(Cornell Lab of Ornithology)的鸟类科学家、科学传播学者Rick Bonney进一步将“公众科学”定义为一种项目式合作，即非专业人士直接参与科学研究，获得实验数据，推动科学知识的传播[2]。中国学者李际较早引入了公众科学概念[3]，他通过对康奈尔鸟类实验室的科学项目以及英国的长期野外生物观察记录科学项目的论述，强调了公众理解科学在“citizen science”概念中的意义，最终将“citizen science”译为“公众科学”。本文中提到的“公众科学”是指采用Rick Bonney定义下的公众科学项目。

从“公众科学”的早期自发实践，到“公众科学”概念被提出，再到相关科学项目的蓬勃发展，自然历史博物馆与“公众科学”之间存在着相辅相成、相互促进的内在关系。自然历史博物馆是为社会及其发展服务的非营利永久性机构，其主要功能包括藏品的布局、分类以及教育和研究诸方面[4]。自然历史博物馆的功能和“公众科学”的初衷不谋而合，两者都希望达到解决科学问题、提升公众科学素质和推动科学知识传播等目标。其次，自然历史博物馆拥有足够的科研实力、有效的公众教育载体、公众的广泛支持等有利条件，在开展公众科学项目上具有天然的优势。比如，美国史密森尼国家自然历史博物馆(Smithsonian National Museum of Natural History)年观众数量超过700万，英国伦敦自然历史博物馆(Natural History Museum in London)的年观众数量达540万，体现了自然历史博物馆拥有广泛的公众支持和信任。再者，公众科学的科学影响力和社会影响力，也会反过来推动自然历史博物馆更好地实现展览展示、科学研究和教育等功能。“公众科学”的科学、社会影响力体现在科研、教育、文化与政治等领域[3,5]，如开展物种调查、监测项目，为当地政府出台栖息地保护等政策提供科学依据[6]；开展水资源、大气等与生态环境相关的调查项目，科学家、公众与政府合力解决水质下降、大气污染等问题，极大程度地修复当地生态环境[7]。

20世纪90年代，英美自然历史博物馆先后开始组织实施公众科学项目，如最具代表性的英国伦敦自然历史博物馆、美国洛杉矶自然历史博物馆(Natural History Museum of Los Angeles)、美国芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆(Peggy Notebaert Nature Museum)等。目前，这三家自然历史博物馆已经开展了上百个公众科学项目，但学界对其开展项目取得的成效、存在的问题等相关研究比较缺乏。英美自然历史博物馆与科学传播学者之间，虽在追求促进公众理解科学、公众参与科学、提升公众科学素质的总目标上是一致的，但在公众科学项目的具体内容、形式、思路上有很大不同，有着自己鲜明的特色和优势。本文在围绕上述三家自然历史博物馆公众科学项目开展的现状、取得的成效、存在的问题等进行论述的基础上，进一步探讨其特色、优势、理念，同时也为国内自然科学类博物馆的发展提供一个新的思路。

二、 英美著名自然历史博物馆开展公众科学项目的现状

(一) 伦敦自然历史博物馆

伦敦自然历史博物馆自1996年起开始实施公众科学项目，据统计前后共有64500余名志愿者参与到项目中，志愿者数量之多在全世界自然历史博物馆中名列前茅。此外，馆内有30多名植物学、动物学等领域研究人员组织或参与项目。近10年来，伦敦自然历史博物馆共开展了20余项各种规模的公众科学项目(见表1)，包括正在开展的“大型海藻调查(Big Seaweed Search)”“英国鲸鱼和海豚搁浅调查(UK Whale and Dolphin Strandings)”等，以及以往开展的“蓝风铃调查(Bluebell Survey)”“解密自然(Decoding Nature)”“自然的记录：鸟类标本(Notes from Nature: Bird Collection)”等。项目形式丰富多样，主要包括持续观测(大型海藻调查等)、野外实地调查(蓝风铃调查、兰花的收集等)、数据处理(自然的记录等)。公众科学项目虽然主要依靠公众完成，但其具体实施过程与正规的科学考察项目一样，都要经过制定研究计划、实地考察、采集标本、记录数据、标本鉴定和分析、对比研究、得出结论等步骤。以大型海藻调查项目为例，该项目的实施过程如图1所示。

图1 大型海藻调查项目的实施流程图

表1 伦敦自然历史博物馆近年来开展的主要公众科学项目一览表

(二) 洛杉矶自然历史博物馆

洛杉矶自然历史博物馆是美国最早开展公众科学项目的博物馆之一。该馆从1994年开始组织实施公众科学项目，前后有4000多名志愿者参加。近期，该馆开展的公众科学项目有“生物多样性科学：城市与自然(Biodiversity Science: City and Nature)”“南加州爬行动物和两栖动物(Reptiles and Amphibians of Southern California)”“蜘蛛调查(Spider Survey)”“蝙蝠调查(Backyard Bats Survey)”“壁虎观察(Gecko Watch)”等，项目形式主要包括野外实地调查和持续监测(见表2)。该馆开展的公众科学项目基本都是野外

表2 洛杉矶自然历史博物馆近年来开展的主要公众科学项目一览表

动植物调查研究(如蜘蛛、蝙蝠调查等)，旨在通过这种方式，引导公众真正融入到认识和保护洛杉矶当地野生动植物行列中。

(三) 芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆

芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆，又称芝加哥科学院(Chicago Academy of Sciences)，开展公众科学项目已经30多年，是最早开展公众科学项目的自然历史博物馆之一。有趣的是，该馆的诞生本身就是一种公众科学行为：19世纪中期，一群自然狂热者和业余研究人员希望有一个能够收藏和研究他们采集的标本的地方，便诞生了佩吉·诺特伯特自然博物馆，这比“公众科学”概念的提出要早了一个多世纪。目前，该馆正在开展的项目有“青蛙调查(Calling Frog Survey)”“伊利诺伊州蝴蝶监测网(Illinois Butterfly Monitoring Network)”“伊利诺伊州蜻蜓调查(Illinois Odonate Survey)”等(见表3)。其中，最为著名的是始于1987年的伊利诺伊州蝴蝶监测项目，这是该馆的一个示范性项目。经过30多年的发展，该项目已经拥有100多条蝴蝶监测路线，每年约有100多名“公民科学家”(从事科学工作的普通公众，经常与专职科学家和科研机构合作并获得指导的业余科学家)收集监测点的蝴蝶数量、种类等信息。

表3 佩吉·诺特伯特自然博物馆近年来开展的主要公众科学项目一览表

三、 成效与问题

经过30多年的发展，英美自然历史博物馆开展的公众科学项目取得了巨大的成效。同时，项目在实施过程中也暴露出一些问题，如数据质量良莠不齐、公众的融入度不够等，限制了“公众科学”在自然历史博物馆的进一步发展。下面将围绕数据质量和公众教育这两方面探讨自然历史博物馆主导下的公众科学项目取得的成效和存在的问题。

(一) 数据质量

近几十年来，公众科学项目在全世界范围内广泛开展，项目数量达上千个，参与的志愿者达数百万[8]。此外，研究成果也不断涌现，得到了专职科学家的认可。公众科学项目往往涉及资源、环境、生态等问题，向政府提交的相关调查报告是其中一项重要的成果。调查报告中汇集了第一手的数据，并向社会进行公布，如伦敦自然历史博物馆开展的鲸鱼和海豚搁浅调查项目就在其官网(1)该项目资料来源于项目官网：http://ukstrandings.org/csip-reports/。上公布了2011—2015年的年度调查报告。在调查报告的基础上，公众科学项目还会产生专业的学术论文，如洛杉矶自然历史博物馆开展的生物多样性科学：城市与自然项目，从2014年开始陆续发表了近20篇关于新物种发现、物种数量变化与外部环境之间的关系等学术论文。

在公众科学项目获得大量研究成果的同时，一些专业研究人员开始担忧数据质量问题[9-12]。一方面，数据收集者都是非专业的志愿者，操作不规范会带来数据的测量误差；另一方面，志愿者有时候会将个人的兴趣带入到数据采集过程中，导致采集的数据出现时空分布不均匀等问题[13-14]。这些因素均会导致数据质量的下降，进而影响公众科学项目产出的调查报告、学术论文等质量。因此，保障数据质量是开展公众科学项目必须重视的问题。Danielsen等人[15]的研究表明：只要对志愿者进行专业培训和监督，同时规范数据采集流程，志愿者采集的数据可以与专业研究人员相媲美。芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆就采用了专业培训的方式来保证志愿者采集数据的准确性和有效性；而伦敦自然历史博物馆和洛杉矶自然历史博物馆则根据不同项目的开展要求，采取选拔志愿者、指定采集属种、规范上传信息格式等手段，以保证数据的科学性和准确性。

(二) 公众教育

公众教育是公众科学发挥社会影响力的一个重要方面。近来，越来越多的学者开始关注公众科学项目在提高志愿者科学素质、增强志愿者对科学研究的了解、影响志愿者的科学态度和行为等方面取得的教育成效[16-20]。Ballard等人[21]通过对自然历史博物馆开展的44个公众科学项目的研究，得出持续监测或野外实地调查项目更能达到丰富志愿者科学知识，帮助其树立环境保护意识的教育目标。以持续监测型项目——大型海藻调查为例(见图1)，志愿者在前期通过查阅资料、实地观测等方式，对英国常见海藻的种类、形态特征、生活习性、分布规律等有了基本的了解；在中期通过分析海水表层温度升高、海洋酸化对海藻生存造成的影响，树立了保护海洋环境的意识。志愿者的科学知识、科学态度在参与项目前后有了一定的改变，同时培养了围绕科学问题开展研究的能力，这就是公众科学项目的教育效果。再如野外实地调查项目——解密自然，培养了学生的野外工作技术，以及提取DNA序列的技能(见图2)，这也真正让学生参与到分子生物学领域的研究中。在持续监测或野外实地调查项目中，志愿者能够在一段相对较长的时间里学习新知识、参与科学研究、关注复杂的科学问题，志愿者的科学知识、方法、态度和思想更有可能得到提升，这一结论在其他文章中也有相关报道[19-20]。

图2 项目参与者提取DNA序列(2)图片来源于伦敦自然历史博物馆官网。

与此同时，也有研究表明部分公众科学项目对志愿者的科学知识、方法、态度、思想等方面改进不大。康奈尔鸟类实验室等机构专门制定评估体系调查志愿者在科学知识、态度等方面的变化，发现志愿者对科学研究的了解程度、对待科学的态度和行为等在参加项目前后未发生明显改变或只有轻微改变[16,18,19]。究其原因，可能与项目开展周期短[19]，志愿者未充分融入整个科学研究过程(尤其是科学问题的提出、学术论文发表等环节)[22]等因素密切相关。尤其是公众在科研项目中的参与程度，由于项目类型的不同存在较大差异性：如在贡献型项目中，公众主要负责为项目贡献原始数据，参与程度较低；在联合创新型项目中，公众与科学家共同设计项目的一系列流程，全面参与科研过程的各个方面，参与程度高[23]。在上文提到的大型海藻调查项目中(见图1)，志愿者主要在前中期参与程度较高，后期的提交调查报告、发表学术论文基本由专职科学家来完成，这些环节对于未经过专业学习的志愿者来说确实有一定的难度。在笔者看来，志愿者能够在专职科学家的带领下，体验一次完整的科学探究过程，培养了自身参与科学的能力，对其而言已经是十分难得了。

四、 分析与启示

综上，英美自然历史博物馆开展的公众科学项目具有巨大的科学影响力和社会影响力，相比形成调查报告、发表学术论文等科学影响力，提高公众的科学素质(包括科学知识、方法、思想、态度和价值观等)、强化公众对生态环境问题的参与度等社会影响力更是日益成为学者们关注的焦点。不可否认，英美自然历史博物馆开展的公众科学项目是成功的科学教育实践，参与项目的公众不仅提高了自身的科学素质，而且打破了“科学研究是高深莫测的、是难以触及的”这样的固有思维，更愿意去理解和支持科学家们正在进行的关于古人类基因组、深空探测等各项研究。在公众科学项目中，科学研究以更具亲和力的姿态进入公众的视野，引导公众经历完整的科学探究过程。公众科学项目能取得这样的成效，究竟有何优势，它的理念和方式有何独到之处，值得我们深究。

(一) 英美自然历史博物馆公众科学项目的特色和优势

通过典型项目实施流程的分析和解读，英美自然历史博物馆开展的公众科学项目最大的特色在于：倡导公众直接参与科学探究的实践，培养公众参与科学的能力。这一特色贯穿项目的整个过程，以大型海藻调查为例：在项目的前期，专业研究人员引导志愿者了解本次研究的科学问题，志愿者通过查阅资料、实地观测等方式，对英国常见海藻的种类、形态特征等有了基本的了解；在项目的中期，志愿者查阅海水表层温度、海水pH值等相关环境变量，分析海水表层温度升高、海洋酸化对海藻分布、数量的影响，以及外地入侵物种对本地物种造成的影响；在项目的后期，提交调查报告，发表与“环境变化对海藻数量、分布的影响”等选题相关的学术论文。在专业研究人员的带领下，志愿者经历了一个完整的科学探究实践过程，获得了关于科学知识、方法、思想、态度和价值观方面的“直接经验”，这些经验不是他人灌输的，而是志愿者亲身实践获得的。尽管提交研究报告、发表学术论文基本由专业研究人员来完成，但志愿者在项目前中期的深度参与，尤其在查阅资料、实地观测等环节都需志愿者独立完成，这已足够证明志愿者具备了一定“参与科学的能力”。

同时，公众通过“参与科学探究的实践”培养“参与科学的能力”，这也是公众科学项目的优势所在。如何让公众具有“参与科学的能力”这一问题多年来一直深深困扰着科学传播学者们。以往解决该问题的方式多为科学家与公众对话、公众参与科学问题讨论等方式的“公众参与科学”项目[24-26]。这些项目的实施过程中，一方面公众因缺乏“参与科学的能力”，使对话、讨论的效果不佳；另一方面对话与讨论给公众传递的科学知识、方法、思想、态度和价值观均是被灌输的“间接经验”，公众难以完成这些科学内容的“内化”与“建构”，也并未因此获得“参与科学的能力”。而“通过‘参与科学探究的实践’培养‘参与科学的能力’”，公众获得的是来自实践的“直接经验”，并且通过实践亲身体会到了其正确性和有效性，更容易完成“内化”与“建构”。

(二) 英美自然历史博物馆公众科学项目的理念

公众科学项目通过公众“参与科学探究的实践”培养“参与科学的能力”的设计，强调了“科学探究实践”在项目中的重要性。“科学探究实践”作为公众科学项目的核心理念，与当前最新的科学教育理念十分吻合。20世纪80年代末90年代初，美国制定的“2061计划”文件之一《科学素养的基准》[27]和1996年美国制定的第一个《国家科学教育标准》[28]中均提出“像科学家探究科学一样学习科学”。前一个文件提出：不仅要学习科学家科学探究的知识和方法，还要学习科学家科学探究的思想、态度和价值观；后一个文件提出：科学探究不仅是科学教育的方法，而且是科学教育的目的和内容。公众科学项目通过公众“参与科学探究的实践”，培养的正是科学知识、方法、思想、态度和价值观等基本素质，践行了“科学探究”的教育理念。

2013年美国《新一代科学教育标准》中所体现的“基于科学与工程实践的探究式学习”[29-30]，是上述“科学探究”教育理念的进一步深化和发展，更强调了“科学实践”在探究式学习中的重要作用。根据2011年美国研究理事会发布的《K-12科学教育框架：实践、跨学科概念、核心概念》，“科学实践”是指科学探究所需要的一系列认知的、社会的和行为的活动[31]。在公众科学项目的科学探究实践中，就是融合社会、认知、行为等多维度的实践活动。如在大型海藻调查项目中，既有实地观测、拍照和记录数据等行为活动，又有查阅相关环境变量、分析对比、构建科学解释等认知活动。可见，公众科学项目的科学探究实践融合了“科学探究”和“科学实践”，提倡的是一种基于科学考察、科学研究实践的探究式学习。

纵观伦敦自然历史博物馆、洛杉矶自然历史博物馆、芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆开展的公众科学项目，公众在整个项目中的参与程度、项目的数据质量等方面虽然存在一些有待改进的问题，但这些项目强调通过“参与科学探究实践”以培养公众“参与科学能力”的基本思路值得充分肯定。比如，前面所提及的志愿者有时候会将个人的兴趣带入到数据采集过程中，导致采集的数据出现时空分布不均匀等问题，即是“公众参与科学能力”薄弱的体现；而伦敦自然历史博物馆、芝加哥佩吉·诺特伯特自然博物馆和洛杉矶自然历史博物馆采取提升志愿者数据采集准确性、有效性和规范化的措施，则是通过“参与科学探究实践”提升“参与科学能力”的体现。

目前，“公众科学”在国内似乎还是个新生事物，国内自然科学类博物馆也未真正意识到“公众科学”的巨大潜力。近年来，国内自然科学类博物馆开展了各种形式的教育活动(如博物馆之夜、科学夏令营等)，虽然注重动手、感官体验等行为活动，但在引导公众进行分析、推理、解释等认知活动方面尚有不足，因此公众在科学思想、态度、价值观等方面的收获十分有限。可见，目前国内自然科学类博物馆开展的教育活动还不完全具备“公众科学”强调的“科学探究实践”理念，因而对公众在“参与科学能力”的培养上收效甚微。“公众科学”作为一种新型的科学传播模式，具有“探究”“实践”“直接经验”三大要素，能够为国内自然科学类博物馆突破上述困境提供一个新的思路。希望在不久的将来，国内自然科学类博物馆也能积极投入到“公众科学”行列，打造出独具特色的公众科学项目，更好地履行博物馆科学教育功能。