Op een ochtend in mei begon Atiyah Schroeter haar eerste biologieles aan de Capital City Public Charter School in Washington, DC door een gastspreker te introduceren. Dr. Ting Wu, legde ze uit aan 16 negende klassers aan laboratoriumtafels, is een expert op het gebied van genetica aan de Harvard University.
Het was duidelijk uit de handgemaakte dubbele helices die aan het whiteboard bungelden dat de klas bezig was genetica te bestuderen. De studenten waren goed thuis in DNA en begrepen dat de twee draaiende strengen bestonden uit nucleotiden genaamd guanine, adenine, thymine en cytosine - of kortweg G, A, T en C.
Maar Wu wilde het hebben over iets dat niet vaak voorkomt in wetenschapscursussen op de middelbare school. Ze was op de school om persoonlijke genetica te bespreken - en de ethische en juridische kwesties die zich voordoen wanneer individuen hun DNA kunnen laten bepalen.
De geneticus is klein van gestalte, maar zelfs met een relaxte en gemoedelijke stijl, trekt ze de aandacht van de tieners.
"Hoeveel van jullie hebben de film My Sister's Keeper gezien ?" Vroeg ze.
Een paar handen gingen omhoog.
“Wil je voor de klas samenvatten waar die film over ging?” Vroeg Wu een jong meisje een paar rijen terug.
“Nou, in feite had de oudere zus kanker en was de jongere zus de enige die het type organen of bloed had dat bij de oudere zus paste, dus wilden ze haar organen of bloed gebruiken. Maar het kleine zusje wilde het niet meer, dus kreeg ze een advocaat. Ze tonen gewoon alle worstelingen die het meisje met kanker heeft doorgemaakt met haar familie, 'zei de student.
"Wist je dat dat was gebaseerd op een real-life verhaal?" Zei Wu.
Wu wees naar een foto van Molly Nash, een klein meisje in blauwe jeanoverall, dat haar babybroer, Adam kuste, geprojecteerd op een scherm voor de klas. 'Wil je dat ik je dit verhaal vertel?' Vroeg ze.
Verschillende studenten knikten.
***
In 2007 richtte Wu het Personal Genetics Education Project (pgEd) op. Haar doel was om de kloof te verkleinen die ze zag tussen wat wetenschappers kunnen doen en wat het publiek weet dat ze kunnen doen. Ze vond dat klaslokalen op de middelbare school de beste kanalen waren om informatie over vooruitgang in de genetica met het publiek te delen, en daarom vormde ze een klein team van wetenschappers en opvoeders om lesplannen te ontwerpen.
PgEd biedt deze lesplannen - bestaande uit activiteiten, leesmateriaal en PowerPoint-presentaties over persoonlijke genetica en hoe dit verband houdt met zaken als reproductie, gezondheidszorg, sport, wetshandhaving en discriminatie - gratis aan leraren. Om de zoveel tijd bezoeken Wu en andere teamleden scholen in het hele land om de lessen zelf te geven.
Wanneer Wu niet praat met tieners in haar rol als directeur van pgEd, geeft ze les in genetica aan de Harvard Medical School. Bij "Wu Lab" bestuderen zij en haar team van postdoctorale fellows, afgestudeerde studenten, onderzoeksassistenten en technici de positionering en het gedrag van chromosomen en hoe dit zich afspeelt in erfenis.
"Ik ben altijd betrokken geweest bij het bespreken van waar dit veld naartoe gaat en hoe we, als genetici, er het beste voor kunnen zorgen dat sequencing voordelig en voor iedereen even toegankelijk is, ongeacht hun sociaaleconomische status, " zei Wu.
Met de verbeterde toegankelijkheid van DNA-sequentietechnologie komt natuurlijk de noodzaak om te overwegen hoe de maatschappij deze op verantwoorde wijze moet gebruiken. Moeten mensen embryo's testen op pijnlijke, dodelijke ziekten die zich in verschillende levensfasen ontwikkelen? Is het goed voor ouders om embryo's te testen op genetische varianten die verband houden met gewelddadig gedrag? Wu stelt deze vragen en anderen tijdens een enquête die ze uitdeelt in de lessen die ze bezoekt.
“Tijdens hun leven is er onder hun vrienden een redelijke kans dat ze iemand kennen of dat ze zelf een dilemma krijgen dat inhoudt dat genetische informatie moet worden opgelost. Het is op die momenten dat je wilt dat ze iets in hun geheugen hebben gehad om hen te laten weten dat er vaak geen juist antwoord is - dat als ze tot een beslissing komen die goed voor hen is, ze het recht hebben om zich eraan te houden .”
Wu gebruikt graag het verhaal dat de basis vormde voor My Sister's Keeper als ze les geeft aan middelbare scholieren.
Molly Nash werd geboren met Fanconi-bloedarmoede, een ziekte waardoor haar lichaam fouten in haar DNA niet kon herstellen. Als gevolg hiervan liep ze een groot risico op kanker. Haar ouders zochten de wereld naar een beenmergdonor, in de hoop dat hun dochter de transplantatie zou krijgen die ze nodig had om te overleven, maar geen match konden vinden. Ze waren zich in wezen aan het voorbereiden op Molly om ziek te worden en te sterven, toen een nieuwe techniek genaamd genetische pre-implantatie beschikbaar kwam.
Met behulp van in-vitrofertilisatie creëerden artsen aan de Universiteit van Minnesota verschillende embryo's van de eieren en sperma van Molly's ouders. Ze keken naar het DNA in elk embryo en vonden er gelukkig een die een levensvatbare beenmergmatch was en geen drager van de ziekte. Wu legt haar in gevangenschap uit dat dit embryo is geïmplanteerd in Molly's moeder, en toen de baby, Adam, werd geboren, werd navelstrengbloed gebruikt om het leven van zijn zus te redden.
"Wat vind je van deze manier om iemand te redden?", Vroeg ze het klaslokaal in DC. "Vergeet niet dat er geen goed of fout antwoord is."
***
Afgelopen maart werkten Smithsonian en het Pew Research Center samen om het begrip van Amerikanen van basiswetenschap te testen. Het onderzoek, uitgevoerd door meer dan 1.000 volwassenen, bestond uit 13 vragen. Wat is bijvoorbeeld de belangrijkste functie van rode bloedcellen en welk gas denken de meeste wetenschappers dat de temperatuur in de atmosfeer verhoogt? Het gemiddelde cijfer voor de quiz was een D +.
Een alarmerende 46 procent van de ondervraagden zei dat de belangrijkste reden waarom jongeren geen graden in wetenschap en wiskunde volgen, is omdat deze onderwerpen "te moeilijk" zijn. Dat gezegd hebbende, denken veel leiders dat het toekomstige succes van het land rijdt op scholen die een groter en beter personeelsbestand produceren op gebieden die verband houden met wetenschap, technologie, engineering en wiskunde (STEM). Volgens het Bureau of Labor Statistics zal de werkgelegenheid in de wetenschap en techniek tussen 2008 en 2018 met 20, 6 procent groeien, vergeleken met een algehele werkgelegenheidsgroei van 10, 1 procent.
Dus wat geeft? Hoe kan het onderwijssysteem in de Verenigde Staten aan deze eisen voldoen?
Eén strategie, zoals blijkt uit het Personal Genetics Education Project, was om wetenschappers naar klaslokalen te brengen, in de hoop dat ze het curriculum kunnen versterken, samenwerkingsverbanden met leraren kunnen aangaan en, belangrijker nog, een passie voor wetenschap bij studenten kunnen ontbranden.
Gedurende 12 jaar heeft de National Science Foundation deze strategie op grote schaal uitgevoerd, met haar Graduate Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) Fellows in K-12 Education-programma, beter bekend als het GK-12-programma. Het programma gaf 5-jarige beurzen uit aan universiteiten, zodat acht tot tien afgestudeerde studenten in de wetenschap elk jaar met leraren in lokale K-12-klaslokalen konden werken. De regeling, althans anekdotisch, kwam alle betrokken partijen ten goede. De fellows werden betere communicators van wetenschap. De kennis van de leraren over hun vak nam toe, evenals hun comfortniveau met toonaangevende experimenten, en de opwinding van de studenten voor de wetenschap verbeterde. Meer dan 10.000 GK-12-fellows werkten op 5.000 scholen in het hele land en dienden meer dan een half miljoen studenten, voordat het programma in 2011 eindigde als gevolg van federale bezuinigingen.
Sommige hogescholen die hebben deelgenomen aan het GK-12-programma hebben manieren gevonden om de inspanning levend te houden, zelfs zonder NSF-financiering. Vanderbilt University's Scientist in het Classroom Partnership Program, bijvoorbeeld, afgestudeerde partners en postdoctorale fellows in STEM-afdelingen op vijf lokale universiteiten met docenten in Metropolitan Nashville Public Schools. Gedurende tien dagen in de zomer ontmoeten de wetenschappers, met verschillende expertise - in de landbouwwetenschappen, biochemie en civiele techniek, om er maar een paar te noemen - K-12-leraren om lesplannen samen te ontwerpen. Tijdens het schooljaar brengen de wetenschappers elke week een dag in de klas door om praktische activiteiten te orkestreren. Voor basisschoolkinderen kan een experiment zijn om ijs te maken met vloeibare stikstof; voor middelbare scholieren bestudeert het misschien osmose in een aardappelschijfje, en middelbare scholieren krijgen misschien een les in overerving en bloedtypering. Dit jaar heeft het programma 20 wetenschappers verdeeld over negen verschillende openbare scholen in Nashville.
Volgens de coördinator van het programma, Jeannie Tuschl, zijn de prestatiescores in de wetenschap vorig jaar bij Hattie Cotton STEM Magnet Elementary, een van de deelnemende scholen, verdubbeld. Vooraf testen geeft aan dat de scores daar dit jaar opnieuw zullen verdubbelen. Ze zegt ook dat scholen vaak een hogere opkomst melden op dagen dat de wetenschappers er zijn.
“Het hebben van een wetenschapper in de klas wekt een interesse in wetenschap die echt nooit eerder is ontdekt voor sommige van deze kinderen. Het is verbazingwekkend hoe ze ineens hebben ontdekt dat wetenschap echt leuk is, ”zegt Tuschl.
In tegenstelling tot een eenmalig bezoek van het type Career Day, bieden de lopende wekelijkse bezoeken van de fellows studenten de mogelijkheid om relaties met wetenschappers op te bouwen. "Velen van hen hebben nog nooit een wetenschapper ontmoet", zegt Tuschl. “Zonder een wetenschapper te zien, denk je er niet aan om wetenschapper te worden. Het biedt hen de mogelijkheid om wetenschap te erkennen als een haalbare carrière voor hen. ”
Non-profitorganisaties, musea en andere organisaties hebben ook manieren gevonden om onderzoekswetenschappers in de klas op te nemen. ReSET is bijvoorbeeld een 25-jarige non-profit in Washington, DC die voornamelijk gepensioneerde botanici, biochemici, ruimtevaartingenieurs, statistici en andere wetenschappers rekruteert. De vrijwilligers brengen zes bezoeken van een uur aan openbare stadsscholen in de loop van een semester en als een soort finale leiden veldreizen naar plaatsen zoals het Goddard Space Center, de National Zoo of een lokale energiecentrale.
In een ander model brengt het Smithsonian Environmental Research Center (SERC) in Edgewater, Maryland, wetenschappers via klaslokalen wereldwijd naar klaslokalen. Mark Haddon, directeur van het onderwijs bij SERC, en Smithsonian wetenschappers pleiten voor interactieve lessen van een half uur of een uur uit het veld.
“De studenten moeten weten waar SERC op de kaart staat. Ik gebruik meestal Google Earth om van hun school naar de Chesapeake Bay te gaan, zodat ze kunnen zien waar ik ben in relatie tot hen ”, zegt Haddon. Hij behandelt onderwerpen, zoals blauwe krabbiologie, bosecologie, invasieve soorten en opwarming van de aarde, die aansluiten bij lopend onderzoek door Smithsonian wetenschappers. “Ik sta zoveel mogelijk buiten. Als ik het over de Chesapeake Bay heb, zit ik op een dok. Ik heb blauwe krabben in emmers naast me en ik trek ze omhoog ', voegt hij eraan toe.
Een van de sterke punten van SERC's programma voor afstandsonderwijs is dat het studenten in staat stelt wetenschappers in actie te zien. “Ze dragen geen laboratoriumjassen. Ze dragen hippe steltlopers. Ze worden vuil en nat, en ze kijken naar verschillende dieren. Of ze staan in de boomtoppen, 'zegt Haddon. 'Ik denk dat het voordeel is om te zeggen:' Kijk, dit is wetenschap. Dit is echt interessant, en er zijn veel jonge mensen die het doen. '”
***
Voorlopig wordt het succes van programma's die werkende wetenschappers naar klaslokalen in het basis-, middelbaar en voortgezet onderwijs brengen grotendeels gemeten aan verhalen gedeeld door de betrokkenen, in plaats van harde gegevens. Maar, zoals Jeannie Tuschl opmerkt: "Soms geven cijfers niet aan wat er echt gebeurt tussen een leraar en een wetenschapper en een wetenschapper en de studenten."
Nadat de bel ging, waarmee het einde van de klas van Ting Wu werd aangegeven, verzamelde ik een groep studenten om hun feedback te krijgen. Ik vroeg hen of ze het een goed idee vonden voor scholen om wetenschappers uit te nodigen om lessen te geven, en ik kreeg een volmondig 'Ja'.
"Als een bepaalde wetenschapper of onderzoeker in de klas komt, kan dit je perspectief of je hele toekomst volledig veranderen, omdat je misschien plotseling het gevoel hebt dat je op iets als genetica wilt ingaan, " zei een jonge vrouw.
Een vrij serieuze student gaf toe dat hij niet zeker wist welk carrièrepad hij zou volgen, maar na het luisteren naar Wu praten over gepersonaliseerde geneeskunde, stelde hij zich een geneticus voor.
Wat me echter het meest opviel, was een jonge man die zichzelf al als een wetenschapper beschouwde. "Ik kwam eerlijk te weten over een aantal nieuwe verbazingwekkende manieren waarop wij als wetenschappers de mensheid kunnen helpen", zei hij, in reactie op het bezoek van Wu. “In plaats van kinderen te laten sterven, ontdekten we een nieuwe manier om mensen te helpen leven. Alles interesseerde me vandaag. '
De negende nivelleermachine was echt geïnspireerd. " We kunnen nog meer ontdekken, " zei hij.
