公民科學Citizen Science：大眾一起參與科學研究

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Ali @ LSx

上一篇報告介紹我主要參與的專案”改善倫敦小學空氣品質Cleaner Air 4 Schools” – LSx與三所小學合作，訓練師生以不同的公民科學Citizen Science活動進行空氣汙染檢測/觀察，包含用Ghost Wipes特殊拭布擦拭物體表面檢驗重金屬，Diffusion Tubes擴散管採樣NO2濃度，Lichen Observation鑑定地衣種類來判斷空氣好壞等。這些公民科學活動中，我參與的工作包含最初收集資料、設計操作說明與學習單、協助進行活動、與實驗室連繫寄送樣本並取得報告、匯整數據製作圖表、比較不同學校的實驗結果，最後向學校報告成果。

為了多了解公民科學概念和案例，LSx了參加第二屆公民網路科學高峰會(Citizen Cyberscience Summit)[1]。三天的研討會LSx每天派一名人員參加，第一天由我代表，目的是了解公民科學/網路科學的發展概況和新知識，並看看有沒有空氣汙染相關或其他可能與LSx合作的機構或資源。這篇報告分為兩部分，先簡介公民科學的內涵和趨勢，然後分享研討會中的二個公民科學案例。

 

一、公民科學的內涵與趨勢

什麼是公民科學？為什麼？

簡單的說，就是參與式科學：在研究者/科學家規劃之下，讓公民/一般大眾有系統地參與科學研究案中的全部或其中一部分。這些參與所涵蓋的範圍包含最初探索問題、發展科學技術、收集與分析資料等等。

科學知識與研究生產過程，皆不應該被少數人或專家所壟斷，既然科學研究經費大多是來自公民(繳的稅)，科學家和研究者理應回應公民們的期待，分享成果和經驗，並讓公民也參與研究過程[2]。

公民科學是善用群眾智慧

很多資料收集或建檔，如果仰賴少數人會耗費許多時間，若有許多人參與，同時間進行觀察/資料建檔，跨越地理疆界，可以省下許多時間。公民科學強調群眾參與，並重視群眾智慧對科學的貢獻，群眾智慧可以分為三類：

1) Wisdom of the crowd; 每個人的意見都有相等份量，像是投票時每票都等值。

2) Wisdom in the crowd; 看重專家的智慧，重視某些人對某些事情的專業看法。

3) Wisdom from the crowd; 透過群眾的互動交流，產生更大的力量（一加一大於二）。

通常公民科學研究至少使用一種群眾智慧，或同時運用二種/三種群眾智慧。

 

公民在科學研究中的參與層次

群眾在公民科學研究中的角色，其「參與程度」和對研究案的影響有不同層次，依據參與層次低至高，依序分為四級。

#第一級： Crowdsourcing:  Citizens as sensors

集眾人之力：群眾作為感應器，協助收集資料

#第二級：Distributed Intelligence: Citizen as basic interpreters

分散式的智慧：群眾貢獻智慧，協助基本的資料解讀

#第三級： Participatory Science: Participation in problem definition and data collection

參與式科學：群眾參與發現問題與資料收集

#第四級： Extreme: Collaborative Science: Problem definition, data collection and analysis

極致(極端)的公民科學：專家與群眾合作一起定義問題、收集並分析資料[3]

 

公民科學的哲學

對研究團隊來說，以下三點很重要：

1.找到有趣的問題：才能夠吸引一般大眾的興趣，進一步募得志工參與研究。

2.發展成真正的研究：成功的公民科學需要妥善的研究設計、監測與評估、精準的資料成果。不應該因為大眾參與而減低研究的價值或標準。

3.尊重研究參與者：志工參與研究並有所貢獻，希望能夠看到研究成果。他們的能力和創造力常常會讓研究者驚奇。

需要跨領域的合作

公民科學的研究範圍很廣，以研討會中發表的團隊來說，專案中的成員各有所長，例如地理、溝通與通訊科技、社會工作、環境、生態、心理學、人類學等等。

近年來的趨勢，也就是此次高峰會強調的”Cyber”：就是使用手機技術、網路、雲端科技、GIS地理資訊系統、遊戲。運用遊戲可以募集許多志工參與研究，但是成功的遊戲設計通常耗費大量時間與金錢，研究者需要審慎評估。

公民科學與傳統科學的所強調的技術不同

#傳統科學：科學優先，所採用的技術著重「利於資料生產」

#公民科學：公民優先，所採用的技術強調 「簡單易學易操作」

研究設計與參與者動機

#資料生產若越多步驟越麻煩，所得到的資料回收率就越低。

#年長者有較多的閒暇時間參與研究，但是他們較不擅長操作電腦或資訊設備。

#研究設計極為重要，人們需要被鼓舞、刺激、並得到獎賞。必須給人們機會透過參與公民科學活動，產生社會互動、更深層的參與，感到愉快與被賦予權力。

#讓參與者能夠即時看到自己的貢獻，比如利用網路上傳資料後，可以即時看到他們的貢獻成果，如此可以讓志工受到肯定，鼓舞他們持續參與。

#獎賞/誘因 (incentives)不一定是物質性的，很多時候是精神層面或社會/社交層面，例如是研究成果發表時將參與者的名字列出來（即使他們只是孩童）、給志工們學習和受訓的機會、優先參與某些活動的權力等等。

#宣傳招募志工：運用媒體，電視與報紙，例如透過名人代言或宣傳，能提高研究案的知名度，吸引志工加入。

二、公民科學研究案例

研討會中有幾個主題是探討公民(網路)科學的原理、趨勢，探究民眾參與的心理，促進參與與提高資料準確度的方法等等，不過大部分仍是實際的案例分享，從中我見識到公民科學所涵蓋範圍非常廣泛，研究主題包含從自然生態到社會文化，例如動物與植物調查、非洲Bushman古代文字、英國古地名調查、地震預警、飲用水品質、海軍與氣候變遷等等。各研究使用不同的調查方式，研究地點包括各大洲，從都市到鄉村到原始部落，參與者包含男女老幼，甚至到不識字沒見過手機的原始部落族群。報告者也分享專案所遭遇的困難和成功之處，以下分享二個跟氣候變遷有關的有趣研究。

 

（一）蝸牛與氣候變遷EvolutionMegaLab 

– 講者：Jonathan Silvertown, Open University

– 計畫網站：Evolution Mega Lab.org  http://evolutionmegalab.org/

– 計畫簡介Youtube 影片：http://www.youtube.com/watch?v=aZUWJMMP0F8

2009年起科學家招募群眾一起觀察並登錄蝸牛的資訊，屬於前述的第一種群眾智慧：人人意見平等。Cepaea蝸牛族群有不同的顏色，不同顏色的蝸牛數量跟地理有關：歷史資料顯示，在北邊高緯度較寒冷的地區，有深色（褐色）蝸牛數量較多，在低緯度較溫暖的地區，則是淺色（黃色）蝸牛數量較多。透過觀察蝸牛殼的顏色，統計蝸牛數量，來佐證氣候是否變遷。科學家們會將民眾登錄的資料與過去的蝸牛資料進行比對（歷史資料從1900年初起），研究假設是：如果在高緯度的地方發現的淺色蝸牛數量增加或超過預期，這可能就是氣候暖化的結果^[4]。

所以此研究橫跨歐洲，進行大規模資料收集和mapping。計畫透過大量宣傳，將計畫與資料收集方法翻譯成14種歐洲語言，鼓勵各地民眾參與，在網路上註冊，學習辨識蝸牛與捉蝸牛的方法，觀察後將資料轉載到網站上，當民眾回饋觀察資料到計畫網站地圖時，也可以即時得到自己所在地方圓五公里內的其他蝸牛資料。目前該網站已經收集了一萬多筆蝸牛資料。結果也發現，一般民眾與科學家收集資料的地點不同：大眾會在自己生活區域（都市）收集資料，而生物學家喜歡到野外收集資料。

如何知道使用者是否正確辨識不同的蝸牛？該計畫網站上有許多教材（14種語言）提供民眾/學校了解該計畫、認識蝸牛、判斷蝸牛殼的顏色和環帶型態，並且以線上測驗（online quiz）來評估使用者登錄資料的可信度。遺憾的是，許多使用者參與蝸牛資料收集，但懶得回答線上測驗。另一方面，有些老師僅要求學生參與線上測驗當作練習，並沒有實際觀察蝸牛回報資訊。也就是說，參與測驗的人與實際回報蝸牛資料者並非同一群人。若僅分析線上測試結果：問題有不同難易度，答題正確率從33％到95%不等。最多人答錯的問題是：辨識不同的兩種蝸牛時，大部分的人會將A蝸牛的幼蟲與B蝸牛的成蟲混淆，最後只有33%的使用者答對此題，所以後來研究者決定將這兩種蝸牛的資料刪除，不列入統計。

與會者提問：有大眾參與的公民科學比專家自己研究更省錢？答案是：NO！事實上公民科學經常更花錢。以此計畫為例，耗資非常龐大，要翻譯14國語言更是耗時費力。但是另一角度來看，公民計畫的考量不只是金錢，這些參與者除了協助收集資料，也增加對氣候變遷的認知及興趣，同時學習到科學研究方法。

（二）海軍日誌與古氣候Navy diary and Old weather　

– 講者：Simon Tokumine, Vizzuality 公司^[5]

– 計畫網站： http://www.oldweather.org/

– 簡介影片：http://www.oldweather.org/why_scientists_need_you

– 研究目的：借由回顧過去的航海資料尋找氣候變遷的證據。

– 研究方式：英國強盛時期的船隻航行全世界，借由謄寫英國海軍的航海日誌，來建構1914年以來世界各地的氣候資料。該計畫仍在進行中，目前參與志工超過27,000人，共轉錄了100多萬頁的日誌，全部完成的船隻有276艘，其準確度高達97%。

– 此研究案成功的原因：有趣的研究提供志工動力＋工具簡單＋競賽遊戲激勵人心。每一艘船的航海日誌轉錄完成後，所有志工的名字就會呈現在該船的檔案，轉錄該船最多筆資料的志工可以得到「艦長」頭銜，依據貢獻度高低，還有各種海軍職務/頭銜。這樣的競賽激勵志工們努力參與，轉錄越多資料越有希望成為艦長。此外，線上論壇讓志工們分享彼此經驗，討論過程中遇到的問題或趣事。

志工們不僅僅將手寫航海日誌內的氣候資料上傳建檔，同時他們也閱讀到日誌裡其他部分，包含海軍的船上生活，歷史照片等等，有志工參與的動機是家族裡有人過去在海軍工作。因此投入此研究案讓他們非常感動。

這個計畫網站上提供非常豐富且吸引人的內容，容易引起志工參與的意願。比如：每艘船的老照片與基本資料，以互動式地圖呈現出每艘船的航線，並以許多生動短片 (Why science needs you) 介紹本計畫、解釋需要志工協助的理由、示範操作方法、說明科學家/歷史學家將會如何使用資料、轉錄資料時可能的疑難雜症Ｑ＆Ａ等等。