新兴研究者期刊对生物学教学的作用

1《新兴研究者》期刊简介

《新兴研究者》期刊(TheJournalofEmergingInvestigators，简称JEI)是由哈佛大学医学院的科研工作者于2012年创办的，是面向中学生及中学教师的一种在线的非营利期刊，以JEI网站作为在线平台。在该网站的首页醒目地写上一行字“《新兴研究者》是一本指导初高中研究者发表科学研究论文的期刊”(TheJournalofEmergingInvestigatorsisasciencejournalandmentorshipprogrampublishingresearchbymiddleandhighschoolscientists)，表明了其办刊宗旨是帮助中学生及其指导教师开展科学研究、优化实验设计、撰写科研论文和展示研究成果。在实践中帮助学生深刻理解科学研究的过程和意义，以此激励他们继续追求科学真理，从而实现培养具较高科学素养的青年科学家的使命。同时，中学生发表的论文在网站上也汇集成原始研究资料库，为一线教师提供了丰富的教学素材。该期刊还建立了一个由中学生—中学指导教师—科研机构审稿人构成的三方交流路径。创刊者致力于将JEI打造成为一个高质量的科学论坛，让更多的中学师生参与到科学研究—专业评审——课堂运用多方互动的过程中。

1．1创刊背景和宗旨

《新兴研究者》期刊的创刊始于一项调查的发现。哈佛大学的一位研究生发现，在科学博览会结束后，中学生展示的所有研究数据和结论都会被丢弃，这是非常可惜的事情。由此，也引发了他们的思考:怎样才能让这些中学生研究的科研成果更好地被利用，继续发挥其教育价值?在2011年，一位研究生提出创办一本免费、可供中学生发表作品的期刊。随后，在哈佛大学医学院研究生会的支持下创办了《新兴研究者》期刊，由研究生担任第一任主编，并招募了一批有丰富科研经历的研究生、博士、博士后和教授作为期刊的编辑和审稿人。该期刊旨在让中学生参与到科学研究过程的重要环节中，让同行来评审和修改发表。期刊鼓励中学生自主提出和解答自己感兴趣的科学问题，专业的科学工作者则帮助期刊来评估中学生的研究工作，指导他们进行批判性地思考、研究和交流。这为年轻的中学生提供了一个公开发表自己的研究成果，并能参与到发表过程的机会。

1．2发刊方式

JEI期刊的机构设置及发文流程是以国际通行的学术期刊为模板，编辑团队成员达40多位，编辑团队主要是来自美国名校的在读博士生或哈佛大学各研究所的研究员。论文审稿流程也与其他学术期刊一致，采用同行评审(peerreview)制度。中学生的手稿提交到JEI后，JEI的同行评议会对文章在科学问题、假设和实验方法上提出宝贵的意见。如每一篇文章都需要有一个明确的理论依据，且必须建立在已知的科学证据基础上，并提出自己不知道答案的科学问题。尽管审稿人认识到中学生可能还不具备能力设计出最理想的对照，但是每一篇文章都需要学生描述清楚实验方法和对照。即使实验数据并不完美，结果也不确定，审稿人还是会要求学生写一些关于自己工作的思考。与一般学术期刊不同，JEI要求审稿人在科学过程中以鼓励学生为主:①适当降低期望值;②不需要核查论文所研究的科学问题是否被前人研究过，主要关注作者是否以合理的科学思维提出自己不清楚、但又希望解决的科学问题;③根据科学研究的质量来评估论文是否有发表价值。中学生与其指导教师可多次与审稿人进行沟通修改。稿件在不违背科学完整性的前提下，经过多次修改后通常会被接受和刊出。

1．3相关生物学情况

JEI自2012年创刊至今，陆续刊登了182篇由中学生撰写的科研论文，数量呈逐年增长趋势，最近三年基本稳定在每年发表20～30篇。从发表的月份来看，一般暑假期间(7、8、9月)是相对高峰的阶段。在这182篇论文中有115篇(占比63．2%)与生物学相关，其中58篇为生物学类、6篇为生物化学、28篇为健康科学、23篇为环境生物学。

2JEI在中学生物学教学中的应用

2．1在课堂上的应用国外研究者认为，阅读原始科

研论文是获取生物学知识最可靠的来源之一［1］。JEI期刊上生物学方面论文最为丰富，且研究主题多样，生物学教师比较容易在其中挑选到合适的教学素材。例如，2015年11月JEI发表了中学生题为“气孔指数对菠菜、小蔓长春花、杜鹃花、绿萝和常春藤叶片净光合速率的影响”论文(TheeffectofthestomatalindexonthenetrateofphotosynthesisintheleavesofSpinaciaoleracea，Vincaminor，Rhododendronspp，Epipremnumaureum，andHederaspp．)。作者是通过普通光学显微镜(400×)测量气孔指数，利用简单的叶片漂浮实验测定光合作用强度，调查了4种不同植物的气孔指数和光合作用强度，发现气孔指数与光合作用强度存在正相关性。该内容可作为人教版教材《分子与细胞》第五章第四节“影响光合作用的因素”一节的补充学习资料。在完成教材中“光照”“水”“二氧化碳浓度”和“温度”等影响因素后，引导学生思考是否还存在其他因素，可尝试做出假设并设计实验，再呈现该论文作为课后阅读材料。由于论文是同龄人撰写，可读性和借鉴性更高。JEI还可用于帮助学生提出具体的生物学问题、如何设计生物学研究方法、并进行生物学学术论文的阅读和写作。以2013年4月25日该期刊发表的“音乐对心率的影响”一文为例(Theeffectofmusiconheartrate)，作者随机抽取了30位18岁以上的学生，要求这些学生分别听两首不同的歌曲:一首是慢节奏的，一首是快而节奏感强的。每首歌播放时长2．5min，在听每首歌前后(共4次)测量受试者的心率，每两首歌之间休息1min，使心率恢复到稳定状态。作者先假设慢音乐会降低心率，快音乐会加速心率。实验结果显示，93%的受试者在慢歌后心率下降，100%的受试者在快歌后心率升高，统计结果符合假设。因此，得出音乐确实与心率有关系的这一结论。该文章包含的科学知识对初中生来说较易，但其教学价值除了能帮助学生更深刻地理解心脏节律，更重要的是作者能较完整地再现提出假设、设计实验和分析结果的科学研究过程。因此，该内容翻译后可作为科研案例，在人教版初中生物学教材七年级(下)第四章第三节“心脏”内容学习前供学生赏析，可作为本节学习的背景知识。该内容既体现了教材与生活的联系，又能在生物学课堂中传授知识的同时，培养学生的科学思维。

2．2在课堂外的应用

“测定泡菜中亚硝酸盐的含量”是人教版高中生物学教材《生物技术实践》第一章内容。通常学生会识记“在发酵中期约第10d亚硝酸盐含量比较低，适宜食用”的结论。此内容贴近生活，学生往往学习兴趣浓厚，教师可以此为突破口鼓励学生继续深入探究。JEI在2016年10月发表了中学生“不同化学物理预处理对柳枝稷发酵乙醇生成量的影响”一文(DeterminingtheeffectofchemicalandphysicalpretreatmentsontheyieldandenergyoutputofcellulosicethanolfromPanicumvirgatum)。作者通过对柳枝稷枝条进行不同的预处理(不同的研磨程度、不同浓度的KOH溶液预处理)，再对其进行纤维素酶解和发酵(加入酵母和葡萄糖加速发酵进程)。最后，比较不同处理条件下乙醇的含量，发现15%KOH预处理后酒精产量最高。在讨论部分，作者对酒精产量差异产生的可能原因进行了分析，认为酶解体系中有效纤维素含量、酶解过程中的盐度、纤维素酶解葡萄糖产量和发酵过程中酵母菌的活性是影响酒精产量的关键因素。同样，教师可指导学生开展泡菜制作过程中预处理过程差异(如食盐加入量、蔬菜种类和蔬菜切块体积等)对亚硝酸盐的产生和产酸变化过程影响的研究。进行原创性研究应该作为现代中学生物学教学体系中的重要组成部分之一，应尝试指导学生开展课外研究并尝试进行科学写作。

3对我国中学生物学教学的启示

3．1搭建我国生物学科学家与中学生沟通的平台

JEI网站首页简要概述了其办刊宗旨“学生成长为科学家的摇篮”(Wherestudentsbecomescientist)，并在简介中表明了支持和指导新生代科学家是我们作为科学家的职责所在的立场。它认为不能仅依靠学校来完成科研启蒙教育，行之有效的办法是建立中学生与科研工作者的联系，通过科学家的指导，让学生更全面地了解他们是如何进行假设驱动的研究，从而大胆尝试提出科学问题，并在恰当的引导下设计实验，开展研究。JEI的审稿过程就可将科学家与中学生较好地联系起来，并有效地起到了沟通的桥梁作用，这对科学教育是非常有必要的。JEI期刊是一本国际化的期刊，从其与生物学相关论文作者的国籍来看，尽管美国本土高中生占了绝大多数(约90%)，但是依然有来自中国、加拿大、新加坡、墨西哥、沙特阿拉伯、日本、土耳其和西班牙等国的中学生发表了论文。JEI也欢迎各国学生踊跃投稿。网站介绍中说明乐意与全球的中学生及其教师开展合作。例如，我国昆明市第一中学的杨晋婷同学就在2016年4月发表了“在bEnd3细胞中三七皂苷通过Nrf2/ARE信号通路对血脑屏障的保护作用”论文(Theprotectiveeffectsofpanaxnotoginsengsaponinontheblood-brainbarrierviatheNrf2/AREpathwayinbEnd3cells)。搭建科学家与中学生的沟通平台，揭开科研工作的神秘面纱，中学生才愿走近并了解他们;当近身领略生物学科学家魅力，会点燃其科学热情，才会有更多学生对生物学感兴趣［2］。

3．2积极培养中学生生物科学写作的能力

19世纪70年代，科学写作引起了国际科学界的高度关注和广泛研究。科学写作不仅能够促进学生对生物学概念的理解，有助于发展学生的元认知、科学推理、语言表达和写作能力，更是师生间交流和沟通的桥梁［3］。近年来，国内逐渐有中学教师尝试将科学写作融入高中生物学教学。但教学中科学写作常被误认为是文科的教学内容，其自然科学教学价值仍未得到客观地认识和评价。其实，近年来生物学高考题中已经出现一些考查科学写作能力的试题。如2017年理综全国卷Ⅰ第29题，要求学生设计一组放射性同位素标记实验，确定一种新病毒是DNA还是RNA病毒，要求考生写出实验思路和预期实验结果及结论。

3．3提高学生在探究性教学过程中的主动性

随着新课改的不断深入，科学探究已广泛运用到生物学课堂，但对其内涵多数教师的认识却是模糊的。部分教师会简单地将其等同于“提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析现象→得出结论→表达与交流”。在操作层面，经常会发现在整个探究过程中，教师会按照预设严格把控制每个教学环节。学生的参与大多是被动的，教师更在意学生的是学习的步调要一致，以同样的节奏、按照同样的实验方案去得出“正确的”实验结果。这样的探究活动流于形式，失去其本身丰富的内涵。教师在探究教学中所展开的各个环节，应让学生置身其中有一种真实地从事科学探究的感受，这种感受与科学家从事探究时得到的体验在本质上是相同的。这种相同的体验才是学生理解生物学本质、提高生物学核心素养的基础。因此，丰富生物学教师对现代生物学探究内涵的理解，并在教学中实现真正意义上的生物学探究就显得格外重要。

作者：吴小芳 李巧灵 单位：湖北省武汉市洪山高级中学 湖北省武汉市汉南第一中学