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研究鞋底细菌?培养皿长出蘑菇?一堂课揭秘为何顶尖大学抢着录取‘实验室泡大’的孩子

03-03 08:20发布于广东

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明明计划培养菌落,中途却冒出一朵蘑菇?

借20位同学的运动鞋,擦30个宿舍的门把手,竟是在采集样本?
在新侨的实验室,天赋课程生物化学研究方向的“科研小白”们正用他们最意想不到的方式叩响科学之门。
听说这个学期,他们刚刚立项了新的研究课题:
  • 对比冷血动物与温血动物酶的特性
  • 不同乳制品中乳糖酶的活性研究
  • 酸性水域中微生物的DNA提取
  • 通过DNA提取和扩增了解本地植物遗传多样性.....
为什么顶尖大学抢着录取"实验室泡大"的孩子?答案或许就藏在每个超纲的提问里——

“总的来说,我们现在做的事情就是为学生打下研究基础。”生物化学研究方向的授课教师Dr. Malik是清华大学生物学博士,曾任职过大学副教授,拥有科研经历。

「做研究」是生物科学方向同学们的学习日常,所有的课堂设计都围绕培养学生的研究技能展开:确定研究问题、文献综述、数据收集与分析、验证与结论....
在Dr. Malik看来,「研究」不仅是学术探索的手段,更是一种思维方式。
研究问题的过程其实并不简单,因为提问、验证、解答每一步背后都需要我们进行大量的思考和测试,这样的科学思维范式其实也可以应用于解决其他问题的场景。
在过去一个学期,Malik老师手把手带着学生们一步步地学习了完整的研究流程。学会提问,是学生的第一门课,一开始他们并不知道该如何找到自己要研究的问题。
头脑风暴、文献检索、问题筛选....他们从自己最熟悉的场景出发,确定了研究问题:从日常使用的电子设备上提取相关微生物,研究这些微生物对哪些抗生素耐药,及其耐药程度。
“我们有时候会提一些比较天马行空的研究问题,比如制造一种超级低成本解决癌症的药物。老师就会告诉我们,可以研究有趣的事情,但是问题需要具备明确性、可验证性和实际意义。
学生们尝试从身边的现象获取了更多灵感,比如,在此基础上,同样是研究微生物对抗生素耐药性,Tiger-Paul把目光转移到同学们的鞋子上,Peter则想知道宿舍浴室门把手上存在哪些微生物。通过这些角度的研究,他们知道在日常生活中可以从哪些方面注重卫生。
“学习研究的好处之一是,他们开始跳出条条框框去思考。他们不仅仅思考书本或书本上的知识或研究,他们也会思考生活中的现象,提出实用的问题。”

当确认研究问题后,还有更多的环节等待着学生去探索——

  • 文献综述:系统梳理已有的研究,带着批判性的目光去阅读各种资料
  • 设计研究方法选择实验、调查、模拟等方法,设计变量控制和数据收集方案。
  • 数据收集与分析:进行实验或调查,学习用统计工具处理数据
  • 验证与结论:通过重复试验确认结果有效性,总结发现并提出新问题
  • 成果传播:撰写论文、制作报告或演讲,通过期刊、会议或社交媒体分享成果。
对于很多学生来说,这是全新的体验:第一次进行系统的科学研究,掌握了显微镜操作、培养基制备、DNA提取等基础实验技能,还有了很多不一样的感受。
比如,真正的科学研究严谨度比想象中要高得多。
又比如,错误数据也是发现的一部分。
Peter还记得自己在培养菌落这步发生的“小插曲”,他准备了两份培养皿作对照,这是一个常规的实验,按照预期菌落会逐渐发展,但某天他发现,其中一个培养皿中居然长出了蘑菇!
他与Dr. Malik去讨论发生这种情况的原因,并反思自己的实验操作:培养基在制备、灭菌或操作过程中可能被杂菌污染了,蘑菇菌丝(真菌)的孢子可能通过空气、操作工具或未严格灭菌的培养基进入培养皿。
“在实验过程中需要更加规范我们的操作,这样才能获取正确的数据。”
△长出蘑菇的培养皿
对初升入G9的学生们来说,整个研究过程中的最大挑战,莫过于独立撰写Research Article。
与做实验相比,撰写研究文章的过程相对枯燥,有的时候会卡在一半不知如何继续写,有时候在阅读文献时发现一堆不认识的术语。
“我终于体会到科学家的感受了,研究成果来之不易,得沉得住气”,Peter有感而发。
在这个过程中,少年们也进一步学习善用工具,包括用PubMed、Google Scholar检索全球最新科研论文,使用AI帮助他们阅读晦涩难懂的文献和资料,整理自己的写作框架。
△Research Article
完成了研究全流程的基础学习后,他们有了更多的进阶尝试。
在学习微生物对抗生素的耐药性实验后,学生们通过制作海报来展示他们的研究成果,强调抗生素耐药性的严重性,警示耐药性可能带来的健康风险,呼吁合理使用抗生素。
△学生在海报中呼吁合理使用抗生素
他们也在阅读各类科研文献、科研成果的同时,尝试创作趣味科普故事,分享他们在日常学习中所看到或有趣或最新的科学发现或科学原理,构建“输入-处理-输出”的学习闭环,还将投稿给科学杂志。
  • Candy探讨了脑机接口(BMI)技术,这项技术宛如构建了一个人机互动的“魔法通道”,她尝试用生动的语言解释了人脑如何产生电信号以及如何通过非侵入式和侵入式方法收集这些信号。
  • Constanzo则是通过一个实验室的故事,讲述了科学家们如何发现并改进CAR-T细胞,使其能够有效识别并消灭癌细胞。
  • Gelen分享的是微塑料侵入大脑的潜在途径及其对神经退行性疾病如阿尔茨海默症的影响
  • Peter的文章介绍了一项新研究,揭示了深海微生物可能在分解塑料废物中发挥的意想不到的作用,并探讨了这些微生物与塑料相互作用的机制......
“一方面,我希望学生可以感受到科研的魅力,激发主动探索的兴趣和好奇心。另一方面,科普文章不同于研究报告,要更加通俗易懂,学生要学着将复杂原理转化为大众能理解的语言,这个过程也在锻炼他们的信息整合能力和批判性思考。
△作业:学生创作的科普类故事
在接下来的这个学期,学生们将把更多的时间放到自己的个人项目中,他们将有更多的时间泡在中新联合研究院的实验室,去推进自己的研究主题。

写在最后

当我们询问学生们为何在TDP课程中选择生物化学方向时,他们的答案五花八门:有的在学科学习游刃有余,有的享受每一个专注做实验的瞬间,还有的一直怀揣着成为医生的坚定梦想......
如果说,这些小小的研究课题像是种子,那么实验室便是土壤,好奇心是雨水,新侨天赋课程的引导正悄然为这些年轻探索者搭建起向上攀援的支架。
(感谢授课教师Dr. Malik、学生G9 Tiger-Paul、G9 Peter的分享)

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