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一群8歲熊孩子合夥「玩」出了一篇論文,下載量還超高?!

一群8歲熊孩子合夥「玩」出了一篇論文,下載量還超高?!

英國德文郡南哈姆斯區有個村子,叫布萊克沃頓(Blackawton)。幾年前,村裡的國小發生了一件了不起的事情。

2010年,布萊克沃頓國小25名8到10歲的學生共同努力,在英國皇家生物學雜誌上發表的一篇題為《布萊克沃頓蜜蜂(Blackawton Bees)》的研究論文。論文中提到,同學們通過研究發現蜜蜂可以學習顏色和顏色的搭配模式,再用學到的知識去識別含有營養的花朵。

這篇文章發表出來的第一天就有超過3萬次的下載量,排名第二,被《生物學通訊》期刊設為永久免費共享文章,《科學》、《發現》等雜誌上相繼報道……

是什麼樣的神奇國小,冒出這麼一群「天才」少年?

一隻正在采蜜的熊蜂。圖片來源:wired.com

項目的誕生

這個項目的誕生,源於英國倫敦大學神經生物學家Beau Lotto在布拉克頓國小的一場講座。在這次講座中,他給學生們介紹了自己關於人類知覺、熊蜂(蜜蜂科中的一種,文中的實驗對象),以及機器人的研究,並分享了他對科學的理解——「我們生來就會在遊戲中發現事物的規律和它們之間的聯繫。科學也是這個目的,」Lotto說,「科學也可以是遊戲一樣的發現之旅。」在這次講話后,Lotto和Dave Strudwick (布拉克頓國小的班導)決定開展一個完全由孩子們掌控的初級研究項目

項目開始后的兩個月里,Lotto和Strudwick 讓孩子們思考有哪些是他們感興趣的問題,以及如何通過設計遊戲的方式來解決這些問題。

最終,他們確定了蜜蜂作為研究對象。

接著就是提出具體的研究問題。在一系列諸如「蜜蜂能踢足球嗎?蜜蜂能寫字嗎?」這樣比較幼稚的提問后,研究問題最終鎖定在了「蜜蜂能否學習並記住花朵的周邊環境?

蜜蜂當然能踢球了哼,只需要你示範一下!戳我看詳細解讀

這就好比給蜜蜂出了道智力題——它們不僅得學會識別花,而且還要學會識別花的周邊環境。比如藍花的周圍被黃花包圍,那就得去藍花采蜜,而相反情況,黃花的周圍被藍花包圍,那就得去黃花采蜜。除此之外,同學們還想看看蜜蜂們解決謎題的方式是否一樣。如果不同的話,譬如有一隻蜜蜂每次都去藍花采蜜,說明它非常喜歡藍色,那是不是還意味著蜜蜂和人一樣,也是有個性的呢?

前期準備

同學們先製作了一個長、寬、高都是1m的透明空心塑料箱。下一步,就是在箱子里安裝「花朵」。大家在後箱板上,按照8行8列作出64個圓片(好比花瓣),直徑為8cm。每個圓片的後面可以通過光束來控制顏色,同時,在圓片的中心都固定一個有細小孔洞的塑料棒(好比花蕊)。至此,簡易的「花朵們」就布置好了,一個圓片就是一朵花。

而花心的孔洞里,可以放置蜜糖水、鹽水,或者什麼都不加入。前箱板有個供熊蜂進入的通道,塑料箱的兩側都有可開關的門,便於給孔洞里加入蜜糖水等成分,也方便取出熊蜂。這就是全部的實驗裝置了。

孩子們進行遊戲的畫面。圖片來源:Royal Society

訓練A

這個環節是為了訓練熊蜂把圓片當作花朵,孩子們通過給塑料棒內加入蜜糖水來訓練熊蜂。訓練A為期4天,圓片均採用白光作為花瓣,這樣可以消除花朵顏色對之後實驗的影響。

為訓練中給花蕊添加蜜糖水,熊蜂采蜜的動態過程。圖片來源:Ted

為訓練過程中熊蜂采蜜的瞬間。圖片來源:labofmisfits.com

一共有5隻熊峰參與了實驗,同學們用顏色給它們都編了號:

  • 黃色(Yellow,記為Y)、

  • 藍色(Blue,記為B)、

  • 橘色(Orange,記為O)、

  • 藍色橘色混合(Blue-Orange,記為B/O)、

  • 藍色黃色混合(Blue-Yellow,記為B/Y)。

訓練B

這個環節是為了訓練標記過的熊蜂識別采蜜的模式。如果藍花的周圍是黃花,就讓熊蜂去藍花采蜜;如果黃花的周圍是藍花,就讓熊蜂去黃花采蜜。

熊蜂能夠記住嗎?結論是:可以。

整個熊蜂覓食區可以分為4個方形,像這樣:

訓練B中塑料箱的實際布置,分為四個象限,每個象限的內部4個圓片與外部的12個圓片顏色呈藍黃交替。圖片來源:labofmisfits.com

訓練B的時間也是4天。前兩天,只在每個方形內部的4個圓里加入蜜糖水,其它圓片不做處理。每10-40分鐘,孩子們還要清理一次花蕊,並調換相同顏色花蕊的位置,避免熊蜂只記住有獎勵花蕊的位置,同時也防止它們在花蕊上留下可傳遞信息的信號。

訓練的后兩天,除了在每個方形的內部加入蜜糖水外,還在外部的12個圓里加入鹽水,這樣熊蜂不僅得學會識別顏色,而且還要識別顏色的周邊環境,否則會造成大災難!

遊戲階段

在測試實驗里,花蕊中均不添加蜜糖水或鹽水,觀察熊蜂會飛向哪種花朵。為了避免熊蜂只記住位置信息,孩子們把每個象限的花朵進行了順時針交換。每次僅放一隻熊蜂進入箱內,避免它們交流,或者「隨大溜」。

只有當熊蜂飛落到花蕊上,並把口器深入到花蕊中才能記錄為一次選擇。為了防止測試時間太長,熊蜂得不到獎勵被惹惱了而做出隨機選擇,每種顏色標記的熊蜂只進行大約30次選擇。測試一共進行了三次。

測試過程中國小生們手繪和記錄的原始數據的實驗布置圖。從左到右為三次測試的布局,布局下面為對應的實驗數據。Correct表示正確,Incorrect表示錯誤,Middle表示內部,Surround表示外部,格子里的數字錶示標記過的熊蜂在對應顏色花朵上采蜜的次數。圖片來源:rsbl.royalsocietypublishing.org
  • 測試一

當熊蜂進入到方形內部4個圓上采蜜時,視為正確;進入周邊12圓上采蜜則視為錯誤。測試中熊蜂並不會得到蜜水獎勵。從實驗數據可以看出,正確與失敗的比值為126:13,正確率高達90.6%。

孩子們發現,熊蜂B/O和B去黃色花朵正確采蜜的次數分別為31和33,而去藍色花朵正確采蜜的次數分別為0和1。這表明,熊蜂B和B/O明顯地偏愛黃色,而O和B/Y則明顯偏愛藍色。

總體來說,熊蜂很好的解決了謎題,但它們解題的思路是由哪種顏色的多少來判斷呢?還是忽略掉顏色信息只選擇內部4個圓?

  • 測試二

與測試一非常相似,孩子們把每個象限的內部4個圓片替換成了綠色,而外部保持不變。從實驗結果中可以得到,進入內部采蜜和外部采蜜次數的比為34:76,即進入內部綠色采蜜的約30.9%,與綠色所佔總體的百分比25%接近,說明熊蜂不只是靠每個象限的內部4個圓所處的位置來解謎的。並且,熊蜂B/O和B更傾向於中間的綠色花朵來采蜜。所以它們似乎學會了與另外三隻熊蜂不同的解謎策略。

  • 測試三

在測試一的基礎上,孩子們將內部顏色較少的4個圓放置在每個象限的邊角上。這次測試里,把熊蜂進入每個象限邊角的4個圓采蜜定義為正確,其它則定義為錯誤。測試結果顯示正確與錯誤的比為59:86,正確率為40.1%,不到測試一90.6%正確率的一半。這說明測試三中,熊蜂做出選擇更隨機一些。另外,熊峰B/O和藍色B仍然表現出明顯的偏愛黃色傾向。

熊蜂:可累死我了!

孩子們通過分析,從上面的測試結果中得出了這樣的結論:

  • 熊蜂是綜合運用顏色和位置的信息來決定去哪個花蕊采蜜的。

  • 熊峰不僅能夠學習,而且不同的熊蜂還有不同的解題策略和顏色偏好

發表論文

研究有了成果,同學們也寫好了論文,但是,文章的發表並不順利——有的期刊回復說,論文沒有參考文獻的引用;有的則回復語言表達太幼稚,建議讓成人來撰寫文章(因為文章完全是孩子們自己寫的);也有的質疑國小生不可能做出這樣的工作……

經過了好幾輪退稿、修改、再退稿、再修改,最後投稿的郵件中還加入幾位權威專家的評語,這才最終通過了審核,並發表在英國的皇家生物學雜誌上。

整個實驗用了4個月,但論文發表卻歷時兩年。

為孩子們所發表學術文章的部分截圖,「Once upon a time ……」,「從前……」;「the puzzle …duh duh duuuhhh」,「謎題…是這樣、這樣、這樣的」。圖片來源:rsbl.royalsocietypublishing.org

在這篇論文里,孩子們寫著:「在開始實驗之前,我們從沒關心過蜜蜂,」「這個實驗很重要。因為有史以來,從沒有人,包括大人,做過這樣的實驗。」

整個實驗過程幾乎都是孩子們自己完成的,包括問題的選擇,實驗方案,實驗過程以及寫作。雖然Lotto和Strudwick在實驗器材、實驗場地以及實驗技巧上給予了一定引導性的幫助,但是原創性都在孩子們身上。

這一次寓教於樂的研究,讓孩子們親歷了科學的魅力。「科學很酷,也很好玩兒。因為你在做別人從沒有做過的事情。」

然而更重要的,是在玩兒一樣的研究中,孩子們學會了如何提出科學問題,如何用科學思維的方式去設計策略,去解決問題。重要的,是在「玩兒的」過程中種下的那粒小小的科學的種子~

參考文獻:
  • 論文原檔,http://rsbl.royalsocietypublishing.org/content/7/2/168

  • TED視頻June.2012,Science is for everyone;Kids inclouded,https://www.ted.com/talks/beau_lotto_amy_o_toole_science_is_for_everyone_kids_included?language=zh-cn

  • 熊蜂項目網站,http://www.labofmisfits.com/articles/Blackawtonbees.asp

  • Wired報導,8-YEAR-OLDS PUBLISH SCIENTIFIC BEE STUDY,https://www.wired.com/2010/12/kids-study-bees/

  • Discover報導,Eight-year-old children publish bee study in Royal Society ,journal://blogs.discovermagazine.com/notrocketscience/2010/12/21/eight-year-old-children-publish-bee-study-in-royal-society-journal/

  • Nature報導,Science really is child'splay,http://blogs.nature.com/news/2010/12/science_really_is_childs_play.html

  • Science報導,Child Scientists,http://science.sciencemag.org/content/331/6016/twil

一個AI

打遊戲不如國小生,發論文也不如國小生。再見。

本文來自果殼網,謝絕轉載

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果殼網

ID:Guokr42

果殼整天都在科普些啥啊!

嚇得我二維碼都歪了!

為啥這樣的二維碼也能掃?

掃碼發送【二維碼】告訴你原理~

熊蜂辛苦了!給熊蜂和熊孩子們點個讚唄~

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