原文以Citizen science: Amateur experts為標題發布在2013年4月10日的《自然》新聞上

原文作者：Trisha Gura

今年11月30日，全球各地的科研機構開展了大貝爾實驗，有史以來規模最大的貝爾實驗驗證。共有三萬多位公民科學家成為了貝爾實驗員，提供隨機選擇的數字來選擇觀測儀器，讓粒子“措手不及”，以此驗證粒子是否會在被觀察時改變狀態。

大貝爾實驗示意圖。圖片來源：thebigbelltest.com

公民科學家有能力為科研提供大量數據，具有相當大的潛力。但科學素養的不足也會帶來各種問題，需要研究者進行恰當的引導。本文發表于2013年4月，以多個具體例子和科學家的意見討論如何讓公眾的力量切實參與和推進科研。

公眾參與有助于科學發展，但研究者也應明確引導公眾參與的目標。

利用多余的時間和精力做些實事

在智能手機、電腦和DIY采樣工具包的幫助下，外行志愿者們在推特上發著降雪推文、尋找彗星、檢測自己腸道內的微生物。他們屬于一個日益壯大的“公民科學家”群體，是在研究者主導的項目中協助分析和采集數據的非科學家。一方面，志愿者得到了參與學習的機會，另一方面，科學家也能從中獲益。“很多人都希望利用多余的時間和精力做些實事，”英國牛津大學的天文學家Christopher Lintott說，他也是公民科學聯盟（Citizen Science Alliance）的主席，該組織旨在主持研究項目、為研究者提供咨詢。

有跡象表明，過去五年來，公民科學在研究者中愈發受到歡迎，越來越有可能轉化為正規、可發表的研究項目。公民科學為引導公眾切實參與科研和科學思考，解決棘手、費錢費力的研究問題提供了一種途徑。

剛果盆地的狩獵采集者使用智能手機來追蹤盜獵和伐木行為。JEROMELEWIS/EXCITES

但招募非科學家參與科研也會產生“并發癥”，這種項目可能包含上千位數據收集者，這就要求找到適當的技術工具和合作伙伴來組織和執行項目。科學家還必須確保數據的可靠性。考慮加入公民科學行列的研究者應該聯系有經驗的機構尋求指導，想清楚自己想要的達到什么效果——僅僅是提升公眾參與度而已，還是另有所求？

準確衡量公民科學的增長情況并非易事，一部分原因是許多公民科學項目都與科學教育項目相重疊，但公民科學項目無疑越來越常見了。公民科學聯盟2007年成立時只有一個項目，現在主持了超過20個項目。僅僅在2012年，聯盟就收到了200份項目提案，并啟動了其中的10個。一個名為SciStarter的同類組織目前主持著450多個項目。由康奈爾大學的鳥類學家Rick Bonney（他在1995年發明了公民科學這一術語）共同創建的公民科學中心（Citizen ScienceCentral）主持著162個項目。

其中一些項目的成果已經發表在了同行評審期刊上。亞利桑那大學的生態學家Jake Weltzin是美國國家物候學網絡的執行董事，國家物候學網絡運行著一個名叫自然筆記本（Nature\’s Notebook）的項目，由公民科學家監測氣候如何影響動植物生命周期事件的發生時間。Weltzin的團隊在2007年發表了一篇論文，當時，對其他科學家來說，公民科學還意味著請求人們分享個人電腦的計算資源以處理大規模數據；現在，這一數字已經躍升至100篇。“這是開展科學研究的一種全新方式，”Weltzin說，“收集、分析數據的規模達到大陸級別。”

擁有天然的數量優勢

公民科學能幫助研究者解決先前無從下手的問題。舉例來說，約翰·霍普金斯大學的心理學家Justin Halberda想要研究認知在人的衰老過程中是如何發展的。起初，他認為自己需要花多年時間收集來自不同年齡階段的上萬人的數據，對于一支預算有限的研究團隊來說，這在經濟上和人力上都是不可能的。

因此，Halberda尋求公民科學家的幫助。他邀請志愿者玩一個衡量數覺的電子游戲（數覺指不數數而直接估計一個集合中物體數量的能力），在游戲中，屏幕上會閃現黃色和藍色的圓點，志愿者需要估計是黃點更多還是藍點更多。在短短幾個月之內，13000多名年齡在11到85歲之間的志愿者接受了測試，Halberda的團隊對結果進行了分析。

他們不僅對人們的數覺做出了整體描述，還得到了一個意外發現：人們的數覺在30歲左右才達到巔峰，比先前研究認為的年齡大得多。在公民科學出現之前，“沒有哪個科學家能得到這樣的數據，”Halberda說。

聚沙成塔

公民科學也能教育公眾，提高人們對科學的參與度。Philip Brohan是英國氣象局哈德利中心的氣候科學家，他和同事想用19世紀船只的天氣記錄建立數據集。這些航行日志都是手寫的，無法自動數字化。因此，他們發起了一個名叫Old Weather的在線項目，公民科學家們可以挑選一艘船，閱讀日志中關于流行病、落水、被困冰層的記錄，當然，還有天氣。在閱讀過程中，讀者將信息錄入到網上，以供Brohan的團隊分析。

在一個有關花粉的公民科學項目中，Jack Meixner在美國德克薩斯州追蹤杜松樹的物候現象。MECHELLE MEIXNER

Brohan的項目大獲成功；讀者們對航海記錄十分著迷，仿佛在閱讀船舶的冒險歷程，“人們愛上了這些船，”Brohan說。天氣只是故事中的一小部分，但這一部分產出了科研成果。自2010年10月Old Weather上線以來，至少16400名公民科學家錄入了100多萬頁航海日志，生成了160多萬條天氣記錄，為五項大氣研究提供了基礎。

在類似的成功案例的基礎上，研究者現在還會利用公民科學來提高基金申請的質量。資助機構常常會要求申請者提供研究項目將會如何影響社會公眾的信息：美國國家科學基金會（NSF）就在許多類型的基金申請中要求申請者描述項目的“廣泛影響”，包括早期職業發展獎。Weltzin表示，公民科學是滿足“廣泛影響”要求的一種好方法。

公民科學也能讓公眾參與到可能會影響環境或政府政策的研究中來。在一個項目中，公民科學家們幫助收集了倫敦德特福德一個廢品場附近噪音水平的信息。公民科學家們表明這家廢品場違反了噪音限制，英國環境局因此吊銷了他們的執照。

最具開創性的公民科學嘗試或許是讓剛果盆地的原住民參與到土地和動植物保護中來。倫敦大學學院（UCL）的社會人類學家Jerome Lewis與盧旺達和附近其他地區的俾格米狩獵采集者合作，他們告訴Lewis盜獵者在當地捕殺動物，盜伐者毀壞自然資源，包括俾格米人的圣樹。Lewis與UCL的地理信息學家Muki Haklay合作，尋找挽救方法，并記錄下當地的破壞情況，為政策制定者提供參考。

一開始，公民科學似乎并不可行，因為當地的狩獵采集者不會讀寫，更別說上網了。但Haklay的團隊為他們設計了帶有衛星導航系統的智能手機，手機內設置了樹木或陷阱等圖標。當地人帶著手機進入森林，在可能被伐木者盯上的目標（比如一棵圣樹）前點擊對應的圖標，手機將數據傳回Haklay的團隊，生成地圖和報告。

研究者與伐木公司共享這些信息，讓公司決定是否留置特別的地標。一個應對盜獵者的類似項目也已在2013年4月啟動。研究者與政策制定者分享陷阱位置等數據，試圖減少瀕危動物被捕殺的數量。這些手機還配備了熱電充電器，能將篝火的熱能轉化為電力。“如果我們找到了將公民科學方法利用到極限的方式，”Haklay說，“我們就能完成許多非常有意思的工作。”

公民科學有哪些注意事項

公民科學似乎益處多多，少有劣勢——以極低的成本讓其他人做研究者不想做或不能做的事情。但抱持這種想法會帶來問題。“在管理人員、網站和數據庫等事項上，公民科學的花費是很大的，”Brohan說。（參見“招兵買馬”）

招兵買馬

發起公民科學項目的關鍵步驟：

首先，找到能充分利用業余數據收集者的研究問題。你可以讓公民科學家們追蹤某座墓地中大理石墓碑的腐蝕速度，以檢測雨水酸度的變化；研究結果能反映污染和氣候變化。

下一步，向已經開展過公民科學項目的人尋求指導，比如公民科學聯盟(www.citizensciencealliance.org)。

與具有一定專長的人士合作，可以是擅長向教育者推廣項目的人士和善于使用社交媒體開發用戶友好型、容易參與且具吸引力的項目的人士。類似公民科學中心這樣的機構提供在線工具包（go.nature.com/e1jjm5），DataONE發布了有關公民科學項目的數據管理指南。

進行項目設計投入。舉例來說，制作網站，將任務設計成游戲，在社交媒體上宣傳推廣項目，以及在潛在參與者中先行測試。

做好花費大量時間和精力的準備。可能需要幾個月或幾年的時間才能生成可用于發表的數據。在那之前，公民科學項目的付出可能相當于另一份全職工作。

尋找非常規的資金來源，比如私人基金會、慈善家，甚至有意支持科學教育的公司。Jason Osborne與學校教師合作，向企業捐贈者提議了一個旨在提升學生科學興趣的教育模式。“你也能通過資助教育來資助科研，”他說。

新墨西哥大學的社會科學家Andrea Wiggins表示，最大的挑戰之一是人員管理；她在NSF資助的DataONE項目中研究公民科學，該項目旨在提高地球和環境數據的可獲得性。“你并不一定知道數據點的另一端是誰，”她說，報告野花信息的可能是個退休的植物學教授，也可能是個未經訓練的純外行人。

因此，數據質量難以得到保障。科學家必須設計項目，設計讓所有參與者遵守的操作方法，還要定期執行質量控制措施。在一個名叫行星獵手（Planet Hunters）的項目中，Lintott和他的團隊就完全是這么做的。項目中的公民科學家對來自NASA開普勒空間望遠鏡的數據進行篩選，以搜索凌星事件（行星經過恒星時恒星暫時變暗的現象）。

為了監測他們發現凌星現象的能力，以及系統對不同類型的現象的敏感度，行星獵手團隊在真實數據中插入了假的行星信號，并檢測人們發現假信號的能力。在另一項質量控制措施中，研究者讓多位公民科學家用戶對同一組數據執行同樣的操作來抵消誤差。由于用戶們是靠登錄進入系統的，研究者就能追蹤哪些人最擅長哪種任務，從而為表現最佳的人提供的結果賦予額外的權重。

項目規模本身也會造成質量控制問題。康奈爾大學的eBird項目借助公民科學家記錄全美鳥類物種的分布情況和豐富程度，每月都會收到2500萬條觀測，由研究者根據相關經驗挑選出的500名志愿者進行檢查。每位檢查者都要檢查4%的觀測結果來進行驗證，也就是說，每個人都要檢查上百萬條觀測。項目組織者目前正在尋找管理大型數據集的新方式，他們可能會減少檢查量，或是提高自動化程度。

科學家面臨的另一項挑戰是招募志愿者并保持志愿者的參與度。“在某種程度上，科學必須浪漫，以便激起人們支持科研的意愿，”Paleo Quest的主席和聯合創始人Jason Osborne說；Paleo Quest是一個專注于古生物學研究的公民科學組織。他補充道，公民科學項目必須有趣、有形、有探索發現成分。

在Paleo Quest的一個衍生項目SharkFinder中，Osborne和項目聯合創始人Aaron Alford找到含有鯊魚化石的巖層，將大塊樣本從河流、沼澤和其他偏遠環境中帶回美國，再分成小部分裝進箱子送進校園。學生發現的化石都會被送到馬里蘭大學，在那里，Bretton Kent領導的古生物學家團隊會核實學生的發現。

目前，這一項目只在美國東海岸采集化石樣本，但Osborne希望能將取樣工作擴展到巴拿馬和其他國家，“把來自巴拿馬的樣本帶到課堂上，小朋友就會覺得‘哇，我桌上的這塊石頭來自巴拿馬，而且我在找的是化石’，”Osborne說。他指出，孩子們也很喜歡處理史前化石，“項目中必須有讓人驚喜的因素。”如果發現了新物種，Osborne的公民科學家的名字也可能會在論文中被提到——他/她甚至可能有機會命名這個新物種。

無論志愿者的動機是什么——哪怕只是參與的樂趣——科學家們都必須理解和培養他們的興趣。在Old Weather項目中，Brohan的團隊制定了一個軍銜系統。公民科學家們加入項目時會獲得學員等級，在轉錄30頁日志后被提升為上尉，一艘船上轉錄日志數量最多的人則會成為上校。社交媒體和在線論壇讓項目參與者們得以彼此交流。

保持志愿者參與的另一種方式是找出最擅長的志愿者，邀請他們承擔更多的工作。氣候和衛星合作研究所的研究助理Scott Stevens參與了一個讓公民科學家分類風暴圖片的項目。他的團隊發現，屈指可數的幾位“實力用戶”貢獻了四分之一的數據，其中每個人都分類了超過20張的圖片。事實上，其中一位公民科學家貢獻了網站上7%的內容，比排在其后的五位實力用戶加起來都要多，也多于活躍程度在后50%的所有用戶的總和。

“這些研究奇才和超級用戶對我們來說非常重要，”Stevens說，他的團隊希望能建立一種類似Brohan的軍銜體系的激勵系統，來獎勵最優秀、最有恒心的貢獻者。隨著項目的推進，組織者還能聯系這些超級用戶，邀請他們參與更高層次的工作，比如幫助分析數據或是管理其他公民科學家。

最后，讓利用公民科學方式獲得的數據通過同行評審流程也是一項挑戰，但這方面的障礙正在減小。“我從來沒見過有誰對公民科學特別有意見，”Lintott說，“你只需要像測試新代碼一樣測試自己的模型就行了。”

使用來自公民科學數據的論文越來越常見，這種做法甚至受到了鼓勵。例如，普林斯頓大學的研究者就曾利用自然筆記本的數據，將他們建立的哈佛森林的葉芽萌發時間模型擴展到了美國整個東海岸，結果已于2013年發表（S.-J. Jeong et al. Geophys. Res. Lett.40, 359–364; 2013）。Weltzin表示，同行評審者不僅歡迎公民科學數據，其中一位評審者提出了如何更高效地利用公民科學數據的建議。

如果運用得當，公民科學會是一種有效的傳播科學信息、提高公眾參與度、達成研究目標的方式。“你得到了想要的數據，與此同時也提高了人們的參與度，”Weltzin說，“就好像玩打地鼠的時候每個角落都有榔頭，一次達成所有目標。”

Nature|doi:10.1038/nj7444-259a

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