En maj morgen begyndte Atiyah Schroeter sin første periode biologiklasse på Capital City Public Charter School i Washington, DC ved at introducere en gæstetaler. Dr. Ting Wu, forklarede hun til 16 niendeklassinger, der sad ved laboratorieborde, er ekspert på genetik fra Harvard University.
Det fremgik af de håndlavede dobbelthelix, der hængende fra det hvide bræt, at klassen var midt i studiet af genetik. Eleverne var velbevandrede i DNA og forstod, at dens to snoede strenge bestod af nukleotider kaldet guanin, adenin, thymin og cytosin - eller, G, A, T og C, kort.
Men Wu ville tale om noget, der ikke ofte er inkluderet i gymnasiets videnskabelige læseplaner. Hun var på skolen for at diskutere personlig genetik - og de etiske og juridiske problemer, der opstår, når enkeltpersoner er i stand til at få deres DNA sekventeret.
Genetikeren er lille i statur, men selv med en afslappet og samtale stil, kommanderer hun teenagernes opmærksomhed.
”Hvor mange af jer har set filmen My Sister's Keeper ?” Spurgte hun.
Et par hænder gik op.
”Vil du sammenfatte for klassen, hvad den film handlede om?” Spurgte Wu en ung pige et par rækker tilbage.
”Grundlæggende havde den ældre søster kræft, og den yngre søster var den eneste, der havde den type organer eller blod, der matchede den ældre søster, så de ville bruge hendes organer eller blod. Men lillesøsteren ville ikke mere, så hun fik en advokat. De viser bare alle kampe, som pigen med kræft gennemgik med sin familie, ”sagde den studerende.
”Vidste du, at det var baseret på en historie i det virkelige liv?” Sagde Wu.
Wu pegede på et fotografi af Molly Nash, en lille pige i blå jean-overalls, kysse sin babybror, Adam, projiceret på en skærm foran i klasseværelset. ”Vil du have, at jeg skal fortælle dig denne historie?” Spurgte hun.
Flere studerende nikkede.
***
I 2007 grundlagde Wu det personlige genetiske uddannelsesprojekt (pgEd). Hendes mål var at indsnævre det hul, hun så mellem, hvad forskere kan gøre, og hvad offentligheden er klar over, at de kan gøre. Hun følte, at gymnasieklasserummet var de bedste ledninger, som hun kunne dele information om genetiske fremskridt med offentligheden, og derfor dannede hun et lille team af videnskabsfolk og undervisere til at designe lektionsplaner.
PgEd leverer disse lektionsplaner - sammensat af aktiviteter, læsemateriale og PowerPoint-præsentationer om personlig genetik og hvordan det relaterer til ting som reproduktion, sundhedsvæsen, sport, retshåndhævelse og diskrimination - gratis til lærere. Hver gang så ofte besøger Wu og andre teammedlemmer skoler rundt om i landet for at gæstelære lektioner.
Når Wu ikke taler med teenagere i sin rolle som direktør for pgEd, underviser hun i genetik på Harvard Medical School. På "Wu Lab" studerer hun og hendes team af postdoktorer, kandidatstuderende, forskningsassistenter og teknikere kromosompositionering og opførsel, og hvordan dette spiller ud i arv.
”Jeg har altid været involveret i at diskutere, hvor dette felt går, og hvordan vi som genetikere bedst kan sikre os, at sekventering vil være gavnlig og lige så tilgængelig for alle uanset deres socioøkonomiske status, ” sagde Wu.
Med øget tilgængelighed til DNA-sekventeringsteknologi kommer naturligvis behovet for at overveje, hvordan samfundet skal bruge det ansvarligt. Bør folk have lov til at teste embryoner for smertefulde, dødbringende sygdomme, der udvikler sig i forskellige livsfaser? Er det okay for forældre at teste embryoner for genetiske varianter, der er knyttet til voldelig opførsel? Wu stiller disse spørgsmål og andre på en undersøgelse, hun uddeler i de klasser, hun besøger.
”I deres levetid, blandt deres venner, er der en rimelig chance for, at de kender nogen, eller at de selv får et dilemma, der indebærer, at genetisk information skal løses. Det er på de øjeblikke, du ønsker, at de skal have noget i deres hukommelse for at hjælpe dem med at vide, at der ofte ikke er et rigtigt svar - at hvis de træffer en beslutning, der er god for dem, så har de ret til at holde sig ved det .”
Wu kan godt lide at bruge historien, der var grundlaget for My Sister's Keeper, når hun underviser på gymnasiestuderende.
Molly Nash blev født med Fanconi-anæmi, en sygdom, der gjorde hendes krop ude af stand til at reparere fejl i hendes DNA. Som et resultat var hun i stor risiko for at få kræft. Hendes forældre søgte verden efter en knoglemarvsdonor i håb om, at deres datter kunne få den transplantation, hun havde brug for for at overleve, men de kunne ikke finde en kamp. De forberedte sig i det væsentlige på, at Molly blev syg og døde, da en ny teknik kaldet præimplantationsgenetisk diagnose blev tilgængelig.
Ved hjælp af in vitro-befrugtning skabte læger ved University of Minnesota adskillige embryoner fra Mollys forældres æg og sæd. De kiggede på DNA'et i hvert embryo og fandt heldigvis et, der var en levedygtig knoglemarvkamp og ikke en bærer af sygdommen. Wu forklarer sit fængslede publikum, at dette embryo blev implanteret i Mollys mor, og da babyen, Adam, blev født, blev navlestrengsblod brugt til at redde sin søsters liv.
”Hvad synes du om denne måde at redde nogen på?” Spurgte hun klasselokalet i DC ”Nu, husk, der er ikke noget rigtigt eller forkert svar.”
***
Dette sidste marts slog Smithsonian og Pew Research Center sig sammen for at teste amerikanernes forståelse af grundlæggende videnskab. Undersøgelsen foretaget af mere end 1.000 voksne bestod af 13 spørgsmål. Hvad er for eksempel røde blodlegemers hovedfunktion, og hvilken gas tror de fleste forskere medfører, at temperaturerne i atmosfæren stiger? Den gennemsnitlige karakter på quizzen var en D +.
En alarmerende 46 procent af de adspurgte sagde, at hovedårsagen til, at unge ikke forfølger grader inden for videnskab og matematik, er, at disse emner er ”for hårde.” Når det er sagt, er mange tankeledere af den tro, at landets fremtidige succes kører på skoler, der producerer en større og bedre arbejdsstyrke for mennesker inden for videnskab, teknologi, ingeniørvidenskab og matematik (STEM). Ifølge Bureau of Labor Statistics forventes beskæftigelsen inden for videnskab og teknik at vokse med 20, 6 procent mellem 2008 og 2018, sammenlignet med en samlet beskæftigelsesvækst på 10, 1 procent.
Så hvad giver? Hvordan kan uddannelsessystemet i USA imødekomme disse krav?
En strategi, som det fremgår af projektet Personal Genetics Education, har været at bringe forskere ind i klasseværelserne i håb om, at de muligvis kan styrke læseplanen, skabe samarbejde med lærere og, vigtigst af alt, antænde en lidenskab for videnskab hos studerende.
I 12 år udførte National Science Foundation denne strategi i stor skala med dets kandidater til videnskab, teknologi, teknik og matematik (STEM) i K-12-uddannelsesprogrammet, mere kendt som GK-12-programmet. Programmet uddelte 5-årige tilskud til universiteter, så otte til ti kandidatstuderende i naturvidenskab hvert år kunne arbejde med lærere i lokale K-12 klasseværelser. Arrangementet gav i det mindste anekdotisk fordel for alle involverede parter. Stipendiaterne blev bedre videnskabsformidlere. Lærernes viden om deres emne styrket, ligesom deres komfortniveau blev gjort med førende eksperimenter, og elevernes begejstring for videnskab blev bedre. Mere end 10.000 GK-12-stipendiater arbejdede i 5.000 skoler over hele landet, der betjente mere end en halv million studerende, før programmet sluttede i 2011 på grund af føderale budgetnedskæringer.
Nogle af de colleges, der deltog i GK-12-programmet, har fundet måder at holde indsatsen i live, selv uden NSF-finansiering. Vanderbilt Universitets videnskabsmand i Classroom Partnership Program, for eksempel partnere kandidatstuderende og postdoktorale-stipendiater i STEM-afdelinger ved fem lokale universiteter med lærere i Metropolitan Nashville Public Schools. I ti dage i løbet af sommeren mødes forskerne med forskellig ekspertise - inden for landbrugsvidenskab, biokemi og civilingeniør, for at nævne nogle få - med K-12-lærere for at designe lektionsplaner. I skoleåret tilbringer forskerne en dag hver uge i klasseværelset og orkestrerer praktiske aktiviteter. For folkeskoler kan et eksperiment være at lave is ved hjælp af flydende nitrogen; for mellemskolelærere studerer det måske osmose i en kartoffelskive, og gymnasierne får måske en lektion i arv og blodtypning. I år distribuerede programmet 20 forskere til ni forskellige Nashville offentlige skoler.
Ifølge programmets koordinator, Jeannie Tuschl, fordoblet resultatpræstationer i videnskab sidste år på Hattie Cotton STEM Magnet Elementary, en af de deltagende skoler. Forudtestning indikerer, at scoringerne der igen vil fordobles i år. Hun siger også, at skoler ofte rapporterer højere deltagelse på dage, som forskerne er i.
”At have en videnskabsmand i klasseværelset gnister en interesse for videnskab, der virkelig aldrig er blevet afsløret for nogle af disse børn. Det er utroligt, hvordan de pludselig har opdaget, at videnskab er virkelig sjovt, ”siger Tuschl.
I modsætning til et engangsbesøg af karriere-dagen, giver stipendiatenes løbende ugentlige besøg studerende mulighed for at opbygge forhold til forskere. ”Mange af dem har aldrig mødt en videnskabsmand af nogen art, ” siger Tuschl. ”Uden at se en videnskabsmand, tænker du ikke på at blive videnskabsmand. Det giver dem en mulighed for at anerkende videnskab som en opnåelig karriere for dem. ”
Ideelle organisationer, museer og andre organisationer har også fundet måder at inkorporere forskere i klasseværelset. ReSET er for eksempel en 25-årig nonprofit i Washington, DC, der rekrutterer for det meste pensionerede botanikere, biokemikere, luftfartsingeniører, statistikere og andre forskere. De frivillige foretager seks en times times besøg på byens offentlige skoler i løbet af et semester, og som en slags finale fører feltrejser til steder som Goddard Space Center, National Zoo eller et lokalt kraftværk.
I en anden model bringer Smithsonian Environmental Research Center (SERC) i Edgewater, Maryland, videnskabsmænd ind i klasseværelser verden over gennem videokonferencer. Mark Haddon, uddannelsesdirektør hos SERC, og Smithsonian-forskere laver ind på en halv time eller timelang interaktiv undervisning fra området.
”De studerende har fået at vide, hvor SERC er på kortet. Jeg bruger normalt Google Earth til at gå fra deres skole til Chesapeake-bugten, så de kan se, hvor jeg er i forhold til dem, ”siger Haddon. Han tager på emner, såsom blå krabbe biologi, skovøkologi, invasive arter og global opvarmning, der mærker sig med løbende forskning fra Smithsonian forskere. ”Så meget som muligt er jeg udenfor. Hvis jeg taler om Chesapeake-bugten, er jeg på en dock. Jeg har blå krabber i spande ved siden af mig, og jeg trækker dem op, ”tilføjer han.
En af styrkene ved SERCs fjernundervisningsprogram er, at det gør det muligt for studerende at se forskere i aktion. ”De har ikke laboratoriefrakker på. De har hoftespad. De bliver beskidte og våde, og de ser på forskellige dyr. Eller, de er ope i træet baldakin, ”siger Haddon. ”Fordelen, tror jeg, er at sige, 'Se, dette er videnskab. Dette er virkelig interessant, og der er mange unge, der gør det. '”
***
For tiden måles succes med programmer, der bringer arbejdende videnskabsfolk i klasselokaler, mellemskole og gymnasium, stort set på historier, der deles af de involverede, snarere end hårde data. Men som Jeannie Tuschl bemærker: "Nogle gange viser tal bare ikke, hvad der virkelig sker mellem en lærer og en videnskabsmand og en videnskabsmand og de studerende."
Efter at klokken ringede og signaliserede afslutningen på Ting Wu's klasse, samlet jeg en gruppe studerende for at få deres feedback. Jeg spurgte dem, om de syntes, det var en god ide for skoler at invitere forskere til at undervise i lektioner, og jeg fik et rungende ”Ja.”
”Hvis en bestemt videnskabsmand eller forsker kommer i klassen, kan det helt ændre dit perspektiv eller hele din fremtid, fordi du pludselig måske har lyst til at gå ind i noget som genetik, ” sagde en ung kvinde.
En temmelig seriøs studerende indrømmede, at han ikke var sikker på, hvilken karrierevej han ville forfølge, men efter at have hørt Wu tale om personlig medicin, forestillede han sig at være en genetiker.
Det, der dog slog mig mest, var en ung mand, der allerede betragtede sig som en videnskabsmand. ”Jeg har ærligt fundet ud af nogle nye fantastiske måder, som vi som videnskabsfolk kan hjælpe menneskeheden med, ” sagde han som svar på Wu's besøg. ”I stedet for at lade børn dø, opdagede vi en ny måde at hjælpe folk med at leve på. Alt i dag interesserede mig. ”
9. klasse blev virkelig inspireret. ” Vi kan opdage endnu mere, ” sagde han.
