原文以Citizen science: Amateur experts为标题发布在2013年4月10日的《自然》新闻上
原文作者：Trisha Gura
今年11月30日，全球各地的科研机构开展了大贝尔实验，有史以来规模最大的贝尔实验验证。共有三万多位公民科学家成为了贝尔实验员，提供随机选择的数字来选择观测仪器，让粒子“措手不及”，以此验证粒子是否会在被观察时改变状态。
大贝尔实验示意图。图片来源：thebigbelltest.com
公民科学家有能力为科研提供大量数据，具有相当大的潜力。但科学素养的不足也会带来各种问题，需要研究者进行恰当的引导。本文发表于2013年4月，以多个具体例子和科学家的意见讨论如何让公众的力量切实参与和推进科研。
公众参与有助于科学发展，但研究者也应明确引导公众参与的目标。
利用多余的时间和精力做些实事
在智能手机、电脑和DIY采样工具包的帮助下，外行志愿者们在推特上发着降雪推文、寻找彗星、检测自己肠道内的微生物。他们属于一个日益壮大的“公民科学家”群体，是在研究者主导的项目中协助分析和采集数据的非科学家。一方面，志愿者得到了参与学习的机会，另一方面，科学家也能从中获益。“很多人都希望利用多余的时间和精力做些实事，”英国牛津大学的天文学家Christopher Lintott说，他也是公民科学联盟（Citizen Science Alliance）的主席，该组织旨在主持研究项目、为研究者提供咨询。
有迹象表明，过去五年来，公民科学在研究者中愈发受到欢迎，越来越有可能转化为正规、可发表的研究项目。公民科学为引导公众切实参与科研和科学思考，解决棘手、费钱费力的研究问题提供了一种途径。
刚果盆地的狩猎采集者使用智能手机来追踪盗猎和伐木行为。JEROMELEWIS/EXCITES
但招募非科学家参与科研也会产生“并发症”，这种项目可能包含上千位数据收集者，这就要求找到适当的技术工具和合作伙伴来组织和执行项目。科学家还必须确保数据的可靠性。考虑加入公民科学行列的研究者应该联系有经验的机构寻求指导，想清楚自己想要的达到什么效果——仅仅是提升公众参与度而已，还是另有所求？
准确衡量公民科学的增长情况并非易事，一部分原因是许多公民科学项目都与科学教育项目相重叠，但公民科学项目无疑越来越常见了。公民科学联盟2007年成立时只有一个项目，现在主持了超过20个项目。仅仅在2012年，联盟就收到了200份项目提案，并启动了其中的10个。一个名为SciStarter的同类组织目前主持着450多个项目。由康奈尔大学的鸟类学家Rick Bonney（他在1995年发明了公民科学这一术语）共同创建的公民科学中心（Citizen ScienceCentral）主持着162个项目。
其中一些项目的成果已经发表在了同行评审期刊上。亚利桑那大学的生态学家Jake Weltzin是美国国家物候学网络的执行董事，国家物候学网络运行着一个名叫自然笔记本（Nature\’s Notebook）的项目，由公民科学家监测气候如何影响动植物生命周期事件的发生时间。Weltzin的团队在2007年发表了一篇论文，当时，对其他科学家来说，公民科学还意味着请求人们分享个人电脑的计算资源以处理大规模数据；现在，这一数字已经跃升至100篇。“这是开展科学研究的一种全新方式，”Weltzin说，“收集、分析数据的规模达到大陆级别。”
拥有天然的数量优势
公民科学能帮助研究者解决先前无从下手的问题。举例来说，约翰·霍普金斯大学的心理学家Justin Halberda想要研究认知在人的衰老过程中是如何发展的。起初，他认为自己需要花多年时间收集来自不同年龄阶段的上万人的数据，对于一支预算有限的研究团队来说，这在经济上和人力上都是不可能的。
因此，Halberda寻求公民科学家的帮助。他邀请志愿者玩一个衡量数觉的电子游戏（数觉指不数数而直接估计一个集合中物体数量的能力），在游戏中，屏幕上会闪现黄色和蓝色的圆点，志愿者需要估计是黄点更多还是蓝点更多。在短短几个月之内，13000多名年龄在11到85岁之间的志愿者接受了测试，Halberda的团队对结果进行了分析。
他们不仅对人们的数觉做出了整体描述，还得到了一个意外发现：人们的数觉在30岁左右才达到巅峰，比先前研究认为的年龄大得多。在公民科学出现之前，“没有哪个科学家能得到这样的数据，”Halberda说。
聚沙成塔
公民科学也能教育公众，提高人们对科学的参与度。Philip Brohan是英国气象局哈德利中心的气候科学家，他和同事想用19世纪船只的天气记录建立数据集。这些航行日志都是手写的，无法自动数字化。因此，他们发起了一个名叫Old Weather的在线项目，公民科学家们可以挑选一艘船，阅读日志中关于流行病、落水、被困冰层的记录，当然，还有天气。在阅读过程中，读者将信息录入到网上，以供Brohan的团队分析。
在一个有关花粉的公民科学项目中，Jack Meixner在美国德克萨斯州追踪杜松树的物候现象。MECHELLE MEIXNER
Brohan的项目大获成功；读者们对航海记录十分着迷，仿佛在阅读船舶的冒险历程，“人们爱上了这些船，”Brohan说。天气只是故事中的一小部分，但这一部分产出了科研成果。自2010年10月Old Weather上线以来，至少16400名公民科学家录入了100多万页航海日志，生成了160多万条天气记录，为五项大气研究提供了基础。
在类似的成功案例的基础上，研究者现在还会利用公民科学来提高基金申请的质量。资助机构常常会要求申请者提供研究项目将会如何影响社会公众的信息：美国国家科学基金会（NSF）就在许多类型的基金申请中要求申请者描述项目的“广泛影响”，包括早期职业发展奖。Weltzin表示，公民科学是满足“广泛影响”要求的一种好方法。
公民科学也能让公众参与到可能会影响环境或政府政策的研究中来。在一个项目中，公民科学家们帮助收集了伦敦德特福德一个废品场附近噪音水平的信息。公民科学家们表明这家废品场违反了噪音限制，英国环境局因此吊销了他们的执照。
最具开创性的公民科学尝试或许是让刚果盆地的原住民参与到土地和动植物保护中来。伦敦大学学院（UCL）的社会人类学家Jerome Lewis与卢旺达和附近其他地区的俾格米狩猎采集者合作，他们告诉Lewis盗猎者在当地捕杀动物，盗伐者毁坏自然资源，包括俾格米人的圣树。Lewis与UCL的地理信息学家Muki Haklay合作，寻找挽救方法，并记录下当地的破坏情况，为政策制定者提供参考。
一开始，公民科学似乎并不可行，因为当地的狩猎采集者不会读写，更别说上网了。但Haklay的团队为他们设计了带有卫星导航系统的智能手机，手机内设置了树木或陷阱等图标。当地人带着手机进入森林，在可能被伐木者盯上的目标（比如一棵圣树）前点击对应的图标，手机将数据传回Haklay的团队，生成地图和报告。
研究者与伐木公司共享这些信息，让公司决定是否留置特别的地标。一个应对盗猎者的类似项目也已在2013年4月启动。研究者与政策制定者分享陷阱位置等数据，试图减少濒危动物被捕杀的数量。这些手机还配备了热电充电器，能将篝火的热能转化为电力。“如果我们找到了将公民科学方法利用到极限的方式，”Haklay说，“我们就能完成许多非常有意思的工作。”
公民科学有哪些注意事项
公民科学似乎益处多多，少有劣势——以极低的成本让其他人做研究者不想做或不能做的事情。但抱持这种想法会带来问题。“在管理人员、网站和数据库等事项上，公民科学的花费是很大的，”Brohan说。（参见“招兵买马”）
招兵买马
发起公民科学项目的关键步骤：
首先，找到能充分利用业余数据收集者的研究问题。你可以让公民科学家们追踪某座墓地中大理石墓碑的腐蚀速度，以检测雨水酸度的变化；研究结果能反映污染和气候变化。
下一步，向已经开展过公民科学项目的人寻求指导，比如公民科学联盟(www.citizensciencealliance.org)。
与具有一定专长的人士合作，可以是擅长向教育者推广项目的人士和善于使用社交媒体开发用户友好型、容易参与且具吸引力的项目的人士。类似公民科学中心这样的机构提供在线工具包（go.nature.com/e1jjm5），DataONE发布了有关公民科学项目的数据管理指南。
进行项目设计投入。举例来说，制作网站，将任务设计成游戏，在社交媒体上宣传推广项目，以及在潜在参与者中先行测试。
做好花费大量时间和精力的准备。可能需要几个月或几年的时间才能生成可用于发表的数据。在那之前，公民科学项目的付出可能相当于另一份全职工作。
寻找非常规的资金来源，比如私人基金会、慈善家，甚至有意支持科学教育的公司。Jason Osborne与学校教师合作，向企业捐赠者提议了一个旨在提升学生科学兴趣的教育模式。“你也能通过资助教育来资助科研，”他说。
新墨西哥大学的社会科学家Andrea Wiggins表示，最大的挑战之一是人员管理；她在NSF资助的DataONE项目中研究公民科学，该项目旨在提高地球和环境数据的可获得性。“你并不一定知道数据点的另一端是谁，”她说，报告野花信息的可能是个退休的植物学教授，也可能是个未经训练的纯外行人。
因此，数据质量难以得到保障。科学家必须设计项目，设计让所有参与者遵守的操作方法，还要定期执行质量控制措施。在一个名叫行星猎手（Planet Hunters）的项目中，Lintott和他的团队就完全是这么做的。项目中的公民科学家对来自NASA开普勒空间望远镜的数据进行筛选，以搜索凌星事件（行星经过恒星时恒星暂时变暗的现象）。
为了监测他们发现凌星现象的能力，以及系统对不同类型的现象的敏感度，行星猎手团队在真实数据中插入了假的行星信号，并检测人们发现假信号的能力。在另一项质量控制措施中，研究者让多位公民科学家用户对同一组数据执行同样的操作来抵消误差。由于用户们是靠登录进入系统的，研究者就能追踪哪些人最擅长哪种任务，从而为表现最佳的人提供的结果赋予额外的权重。
项目规模本身也会造成质量控制问题。康奈尔大学的eBird项目借助公民科学家记录全美鸟类物种的分布情况和丰富程度，每月都会收到2500万条观测，由研究者根据相关经验挑选出的500名志愿者进行检查。每位检查者都要检查4%的观测结果来进行验证，也就是说，每个人都要检查上百万条观测。项目组织者目前正在寻找管理大型数据集的新方式，他们可能会减少检查量，或是提高自动化程度。
科学家面临的另一项挑战是招募志愿者并保持志愿者的参与度。“在某种程度上，科学必须浪漫，以便激起人们支持科研的意愿，”Paleo Quest的主席和联合创始人Jason Osborne说；Paleo Quest是一个专注于古生物学研究的公民科学组织。他补充道，公民科学项目必须有趣、有形、有探索发现成分。
在Paleo Quest的一个衍生项目SharkFinder中，Osborne和项目联合创始人Aaron Alford找到含有鲨鱼化石的岩层，将大块样本从河流、沼泽和其他偏远环境中带回美国，再分成小部分装进箱子送进校园。学生发现的化石都会被送到马里兰大学，在那里，Bretton Kent领导的古生物学家团队会核实学生的发现。
目前，这一项目只在美国东海岸采集化石样本，但Osborne希望能将取样工作扩展到巴拿马和其他国家，“把来自巴拿马的样本带到课堂上，小朋友就会觉得‘哇，我桌上的这块石头来自巴拿马，而且我在找的是化石’，”Osborne说。他指出，孩子们也很喜欢处理史前化石，“项目中必须有让人惊喜的因素。”如果发现了新物种，Osborne的公民科学家的名字也可能会在论文中被提到——他/她甚至可能有机会命名这个新物种。
无论志愿者的动机是什么——哪怕只是参与的乐趣——科学家们都必须理解和培养他们的兴趣。在Old Weather项目中，Brohan的团队制定了一个军衔系统。公民科学家们加入项目时会获得学员等级，在转录30页日志后被提升为上尉，一艘船上转录日志数量最多的人则会成为上校。社交媒体和在线论坛让项目参与者们得以彼此交流。
保持志愿者参与的另一种方式是找出最擅长的志愿者，邀请他们承担更多的工作。气候和卫星合作研究所的研究助理Scott Stevens参与了一个让公民科学家分类风暴图片的项目。他的团队发现，屈指可数的几位“实力用户”贡献了四分之一的数据，其中每个人都分类了超过20张的图片。事实上，其中一位公民科学家贡献了网站上7%的内容，比排在其后的五位实力用户加起来都要多，也多于活跃程度在后50%的所有用户的总和。
“这些研究奇才和超级用户对我们来说非常重要，”Stevens说，他的团队希望能建立一种类似Brohan的军衔体系的激励系统，来奖励最优秀、最有恒心的贡献者。随着项目的推进，组织者还能联系这些超级用户，邀请他们参与更高层次的工作，比如帮助分析数据或是管理其他公民科学家。
最后，让利用公民科学方式获得的数据通过同行评审流程也是一项挑战，但这方面的障碍正在减小。“我从来没见过有谁对公民科学特别有意见，”Lintott说，“你只需要像测试新代码一样测试自己的模型就行了。”
使用来自公民科学数据的论文越来越常见，这种做法甚至受到了鼓励。例如，普林斯顿大学的研究者就曾利用自然笔记本的数据，将他们建立的哈佛森林的叶芽萌发时间模型扩展到了美国整个东海岸，结果已于2013年发表（S.-J. Jeong et al. Geophys. Res. Lett.40, 359–364; 2013）。Weltzin表示，同行评审者不仅欢迎公民科学数据，其中一位评审者提出了如何更高效地利用公民科学数据的建议。
如果运用得当，公民科学会是一种有效的传播科学信息、提高公众参与度、达成研究目标的方式。“你得到了想要的数据，与此同时也提高了人们的参与度，”Weltzin说，“就好像玩打地鼠的时候每个角落都有榔头，一次达成所有目标。”
Nature|doi:10.1038/nj7444-259a
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