Однажды майским утром Атия Шретер начала свой первый урок биологии в Общественной чартерной школе Столицы в Вашингтоне, представив приглашенного докладчика. Доктор Тин Ву, объяснила она 16 девятым классам, сидящим за лабораторными столами, является экспертом по генетике из Гарвардского университета.
По двойным спиралям ручной работы, свисавшим с белой доски, было ясно, что класс занимается изучением генетики. Студенты хорошо разбирались в ДНК и понимали, что две ее скрученные нити состоят из нуклеотидов, называемых гуанином, аденином, тимином и цитозином, или, кратко, G, A, T и C.
Но Ву хотел поговорить о чем-то, что не часто включается в учебные программы средней школы. Она была в школе, чтобы обсудить личную генетику - и этические и юридические вопросы, которые возникают, когда люди могут секвенировать свою ДНК.
Генетик небольшого роста, но даже с непринужденным и разговорным стилем, она привлекает внимание подростков.
«Сколько из вас видели фильм « Хранительница моей сестры » ?» - спросила она.
Поднялось несколько рук.
«Не могли бы вы подвести итог для класса, о чем этот фильм?» Ву спросил у молодой девушки несколько строк назад.
«Ну, в основном, у старшей сестры был рак, и младшая сестра была единственной, у кого был тип органов или крови, соответствующий старшей сестре, поэтому они хотели использовать ее органы или кровь. Но младшая сестра больше не хотела, поэтому она нашла адвоката. Они просто показывают всю борьбу, которую девочка с раком прошла со своей семьей », - сказал студент.
«Знаете ли вы, что это основано на реальной истории?» - спросил Ву.
У указала на фотографию Молли Нэш, маленькой девочки в синем джинсовом комбинезоне, целующей своего младшего брата Адама, спроецированную на экран перед классной комнатой. «Вы хотите, чтобы я рассказал вам эту историю?» - спросила она.
Несколько студентов кивнули.
***
В 2007 году Ву основал проект «Образование в области личной генетики» (pgEd). Ее целью было сократить разрыв между тем, что ученые могут сделать, и тем, что общественность знает, что они могут сделать. Она чувствовала, что школьные классы были лучшими каналами для обмена информацией о достижениях в области генетики с общественностью, и поэтому она сформировала небольшую команду ученых и преподавателей для разработки планов уроков.
PgEd предоставляет эти планы уроков, состоящие из заданий, материалов для чтения и презентаций PowerPoint о личной генетике и о том, как они связаны с такими вещами, как репродукция, здравоохранение, спорт, правоохранительная деятельность и дискриминация, учителям бесплатно. Время от времени Ву и другие члены команды посещают школы по всей стране, чтобы самим преподавать уроки.
Когда Ву не разговаривает с подростками в роли директора pgEd, она преподает генетику в Гарвардской медицинской школе. В «Ву Лаб» она и ее команда аспирантов, аспирантов, научных сотрудников и техников изучают положение и поведение хромосом, а также то, как это проявляется в наследовании.
«Я всегда принимал участие в обсуждении того, куда движется эта область и как мы, генетики, можем наилучшим образом обеспечить, чтобы секвенирование было полезным и одинаково доступным для всех, независимо от их социально-экономического статуса», - сказал Ву.
Разумеется, с расширением доступа к технологии секвенирования ДНК возникает необходимость рассмотреть вопрос о том, как общество должно использовать ее ответственно. Следует ли разрешать людям тестировать эмбрионы на болезненные, смертельные заболевания, которые развиваются на разных этапах жизни? Можно ли родителям тестировать эмбрионы на наличие генетических вариантов, связанных с агрессивным поведением? Ву задает эти и другие вопросы в опросе, который она раздает на посещаемых ею занятиях.
«При жизни среди их друзей есть реальная вероятность, что они узнают кого-то или сами столкнутся с дилеммой, которая включает в себя привлечение генетической информации для разрешения проблемы. Именно в такие моменты вы хотите, чтобы у них в памяти было что-то, что помогло бы им понять, что зачастую нет правильного ответа - что если они приходят к решению, которое полезно для них, тогда они имеют право придерживаться его «.
Ву любит использовать историю, которая была основой для Хранителя Моей Сестры, когда она преподает школьникам.
Молли Нэш родилась с анемией Фанкони, заболеванием, из-за которого ее тело не могло исправить ошибки в ДНК. В результате у нее был огромный риск заболеть раком. Ее родители искали в мире донора костного мозга в надежде, что их дочь сможет получить пересадку, в которой она нуждается, чтобы выжить, но не смогла найти соответствия. По сути, они готовились к тому, чтобы Молли заболела и умерла, когда появилась новая методика, называемая предимплантационной генетической диагностикой.
Используя экстракорпоральное оплодотворение, врачи Университета Миннесоты создали несколько эмбрионов из яиц и спермы родителей Молли. Они посмотрели на ДНК у каждого эмбриона и, к счастью, нашли тот, который соответствовал жизнеспособности костного мозга и не являлся носителем заболевания. Ву объясняет своим пленным слушателям, что этот эмбрион был вживлен в мать Молли, и когда родился ребенок, Адам, была использована пуповинная кровь, чтобы спасти жизнь его сестры.
«Что вы думаете об этом способе спасти кого-то?» - спросила она в классе в округе Колумбия. «Теперь, помните, нет правильного или неправильного ответа».
***
В марте этого года Смитсоновский институт и Исследовательский центр Пью объединились, чтобы проверить понимание американцами фундаментальной науки. Опрос, в котором приняли участие более 1000 взрослых, состоял из 13 вопросов. Например, какова основная функция эритроцитов и какой газ, по мнению большинства ученых, вызывает повышение температуры в атмосфере? Средний балл по тесту был D +.
Тревожные 46 процентов опрошенных заявили, что основная причина, по которой молодые люди не стремятся к получению степеней в области науки и математики, заключается в том, что эти предметы являются «слишком сложными». Тем не менее, многие лидеры мысли считают, что будущий успех страны ездит по школам, производя большую и лучшую рабочую силу людей в областях науки, техники, техники и математики (STEM). По данным Бюро статистики труда, занятость в науке и технике, как ожидается, вырастет на 20, 6 процента в период с 2008 по 2018 год по сравнению с общим темпом роста занятости в 10, 1 процента.
Итак, что дает? Как система образования в Соединенных Штатах может удовлетворить эти требования?
Одна из стратегий, о чем свидетельствует проект «Образование в области личной генетики», состояла в том, чтобы приводить ученых в классные комнаты в надежде на то, что они могут укрепить учебную программу, создать рабочие партнерские отношения с учителями и, что самое важное, разжечь страсть к науке среди студентов.
В течение 12 лет Национальный научный фонд осуществлял эту стратегию в широких масштабах благодаря программе стипендиатов по науке, технологии, инженерии и математике (STEM) в образовательной программе K-12, более известной как программа GK-12. В рамках программы были выделены 5-летние гранты для университетов, так что каждый год от восьми до десяти аспирантов по естественным наукам могли работать с преподавателями в местных классах K-12. Соглашение, по крайней мере анекдотично, принесло пользу всем вовлеченным сторонам. Ребята стали лучшими коммуникаторами науки. Усилились знания учителей по своему предмету, повысился уровень комфорта при проведении экспериментов, а также возрос интерес студентов к науке. Более 10 000 стипендиатов GK-12 работали в 5000 школах по всей стране, обслуживая более полумиллиона учеников, до завершения программы в 2011 году из-за сокращения федерального бюджета.
Некоторые из колледжей, которые участвовали в программе GK-12, нашли способы сохранить усилия, даже без финансирования NSF. Например, научный сотрудник Университета Вандербильта в рамках партнерской программы в классе, партнеры аспирантов и аспирантов на факультетах STEM в пяти местных университетах с преподавателями в государственных школах города Нэшвилла. В течение десяти дней в течение лета ученые, обладающие различным опытом - в сельскохозяйственных науках, биохимии и гражданском строительстве, и многие другие - встречаются с учителями K-12 для совместной разработки планов уроков. Затем, в течение учебного года, ученые проводят один день в неделю в классе, организуя практические занятия. Для детей начальной школы эксперимент может быть приготовлением мороженого с использованием жидкого азота; для средних школьников, возможно, он изучает осмос на ломтике картофеля, а старшеклассники могут получить урок наследования и типирования крови. В этом году программа распространила 20 ученых в девять различных государственных школ Нэшвилла.
По словам координатора программы Джинни Тушл, достижения в области науки в прошлом году в начальной школе Hattie Cotton STEM Magnet, одной из участвующих школ, удвоились. Предварительное тестирование показывает, что количество баллов в этом году снова удвоится. Она также говорит, что школы часто сообщают о более высокой посещаемости в те дни, когда учатся.
«Наличие ученого в классе вызывает интерес к науке, которая действительно никогда не была раскрыта для некоторых из этих детей. Удивительно, как вдруг они обнаружили, что наука действительно забавна », - говорит Тушл.
В отличие от однократного посещения типа «День карьеры», постоянные еженедельные визиты стипендиатов дают студентам возможность наладить отношения с учеными. «Многие из них никогда не встречали ученых любого рода», - говорит Тушл. «Не видя ученого, вы не думаете стать ученым. Это дает им возможность признать науку достижимой карьерой для них ».
Некоммерческие организации, музеи и другие организации также нашли способы привлечения ученых-исследователей в классную комнату. Например, ReSET - это 25-летняя некоммерческая организация в Вашингтоне, округ Колумбия, которая принимает на работу в основном пенсионеров-ботаников, биохимиков, специалистов по аэрокосмической промышленности, статистиков и других ученых. Волонтеры совершают шесть часовых посещений городских государственных школ в течение семестра и в качестве своего рода финальных экскурсий проводят полевые поездки в такие места, как Космический центр Годдарда, Национальный зоопарк или местная электростанция.
В другой модели Смитсоновский центр исследований окружающей среды (SERC) в Эджуотере, штат Мэриленд, проводит видеоконференции с учеными по всему миру. Марк Хэддон, директор по образованию в SERC, и ученые Смитсоновского университета готовятся к получасовым или получасовым интерактивным урокам на местах.
«Студенты узнали, где находится SERC на карте. Я обычно использую Google Earth, чтобы перейти из их школы в Чесапикский залив, чтобы они могли видеть, где я нахожусь по отношению к ним », - говорит Хэддон. Он изучает такие темы, как биология синих крабов, экология лесов, инвазивные виды и глобальное потепление, которые связаны с текущими исследованиями ученых Смитсоновского института. «Насколько возможно, я снаружи. Если я говорю о Чесапикском заливе, я на скамье подсудимых. Рядом со мной в ведрах синие крабы, и я их подтягиваю », - добавляет он.
Одной из сильных сторон программы дистанционного обучения SERC является то, что она позволяет студентам видеть ученых в действии. «На них нет лабораторных халатов. Они носят модные кулики. Они становятся грязными и мокрыми, и они смотрят на разных животных. Или они на верхушке деревьев », - говорит Хэддон. «Я думаю, выгода заключается в том, чтобы сказать:« Послушайте, это наука. Это действительно интересно, и многие молодые люди делают это ».
***
На данный момент успех программ, которые приводят работающих ученых в классы начальных, средних и старших классов, в значительной степени измеряется историями, которыми обмениваются участники, а не точными данными. Но, как отмечает Джинни Тушл, «иногда цифры просто не показывают, что на самом деле происходит между учителем и ученым, ученым и студентами».
После того, как прозвенел звонок, сигнализирующий об окончании урока Тин Ву, я собрал группу студентов, чтобы узнать их мнение. Я спросил их, считают ли они, что для школ было бы хорошей идеей пригласить ученых для преподавания уроков, и я получил громкое «Да».
«Если какой-то ученый или исследователь придет в класс, это может полностью изменить вашу точку зрения или все ваше будущее, потому что вы можете внезапно почувствовать, что хотите заняться чем-то вроде генетики», - сказала одна молодая женщина.
Один довольно серьезный студент признался, что он не был уверен, какую карьеру он выберет, но после прослушивания разговора У о персонализированной медицине он представлял себя генетиком.
Больше всего меня поразил молодой человек, который уже считал себя ученым. «Я честно узнал о некоторых новых удивительных способах, которыми мы, как ученые, можем помочь человечеству», - сказал он в ответ на визит Ву. «Вместо того, чтобы позволить детям умирать, мы открыли новый способ помочь людям жить. Все сегодня интересовало меня ».
Девятиклассник был искренне вдохновлен. « Мы можем узнать еще больше», - сказал он.
