开放获取：教育公共科学图书馆

摘要

下一代生命科学家目前是本科生，这一代人的成功取决于他们接受的教育质量。很明显，对本科教育的期望正在改变(Collins等人，2003年). 当美国国家研究委员会（National Research Council）发布其关于改变未来生命科学家本科生培训的建议时，BIO2010报告中的一项主要建议是：“学院和大学应为所有学生提供从事研究的机会……”(2003年国家研究委员会). 每个研究人员都知道，研究始于文献，而非实验室。因此，BIO2010报告的一个未声明的假设是，学生需要无障碍地获取研究文献，以便从事研究并成为21世纪的科学领导者。

在我的教学生涯早期，我与麻省理工学院的一位同事讨论了研究生的准备工作。他说，新研究生知道不同的方法，他们甚至可以背诵精细的定义，但如果你问他们哪种方法最适合回答特定的问题，他们不确定。这加强了我对教学和测试的态度。我意识到，向学生教授科学应该以所有科学家学习新信息的方式为模式：在一个有趣的问题的背景下，在需要知道的基础上。这种新的教学风格，“应用教育”，需要我为学生重新整理阅读材料，因为大多数教科书都是由已经了解所有信息并相应组织的人编写的。例如，分别在第5章、第12章和第15章（共227页）中描述膜结构、蛋白质结构和信号转导对大多数学生都没有帮助。将这三个主题紧密地连在一起更有意义。

渐渐地，我把我所有的课程都改成了“应用教育”的形式，在这种形式下，学生们学习新信息的方式与其他科学家一样。我首先提出了一些问题，这些问题可以通过学习教科书或文献中提供的信息来回答。随着时间的推移，我意识到发表的研究论文是理想的教学工具，因为它们涵盖了有趣问题的背景信息，并根据需要提供了新材料。这使我收集了一系列相关的论文来创建我自己的课程材料（参见www.bio.davidson.edu/courses/Molbio/Publicschedule.html#anchor99574051). 例如，在我的课堂上，学生们首先通过蒙罗和佩勒姆（1987）这揭示了注定留在内质网腔中的蛋白质的四肽赖氨酸-天冬氨酸-谷氨酸-亮氨酸（KDEL）保留信号。然后，学生们阅读了另外四篇论文，其中一篇是由弱数据和过度解释的分析组成的。通过这一系列的论文，学生们学会了信任自己对数据的评估，而不是作者的评估：这是学生思维和对文献态度的一个非常实质性的改进。我不强调这些论文的具体细节，但我确实希望学生们获得更高层次的思考技能。因此，我的测试由学生们从未见过的研究论文中的数字组成。他们被要求解释论文中出现的数字和/或设计新的实验来回答一个新的问题，因为他们从公布的数字中学到了什么。用这种方法测试他们，学生很快就会明白记忆细节是没有成效的，但学习如何阅读科学文献和设计控制良好的实验更有意义（参见www.bio.davidson.edu/courses/Molbio/mollecular.html#2003考试). 基于这一成功，我设计了基于“应用教育”原则的基因组学课程（见下文；另见www.bio.davidson.edu/genomics网站).

获取信息改变教育

当我还是一名研究生时（20世纪80年代末和90年代初），PubMed仅限于那些能够支付订阅费的机构；现在，PubMed免费提供给所有可以上网的人。PubMed课程的这一改变为学生提供了查阅文献的机会，以获取实验室报告、论文、研讨会，当然还有原创研究，从而大大改善了本科生的培训。随着出版开放获取期刊这一最新现象的出现，生命科学信息的自由获取也在不断发展。PubMed中心(http://www.pubmedcentral.nih.gov/)是BioMed Central的丰富资源库和开放存取文章的门户(http://www.biomedcentral.com/)出版了越来越多的开放存取期刊，还有一些新的开放存取教育期刊，如细胞生物学教育(http://www.cellbiod.org)和本科生神经科学教育杂志(http://www.funjournal.org). 作为开放领域的最新玩家，PLoS生物学进一步丰富了日益壮大的精英出版队伍，并改善了本科生教育。我的学生现在可以平等地接触到越来越多的诺贝尔奖获得者和富裕机构的研究人员所喜欢的文学作品。

有趣的是，对开放存取的推动使得许多基于订阅的期刊在出版后两到12个月允许“免费存取”。这些延迟时间的免费期刊有助于下一学年的课程调整，但对本学期没有帮助。不幸的是，由于许多期刊的订阅费用很高，我所在机构的图书馆（像许多其他图书馆一样）不得不对我们能负担得起的期刊做出艰难的选择。期刊订阅数量与订阅成本的上升成比例下降，但幸运的是，新的开放获取期刊的创建抵消了这一损失。

互联网的承诺

自1993年以来，我一直在教本科生，并注意到我教学方式的一种趋势，我向我的学生提供了研究论文，以便他们能够学习阅读这些论文并提高他们的批判性思维技能。我越来越多地使用研究论文的一个原因是PDF的开发。当我第一次开始在我的分子生物学课程中使用期刊文章时，全班同学必须在图书馆会面，这样我们就可以把装订得很大的卷传给大家，以发现影印版数字中经常丢失的重要微妙之处。后来，我学会了如何扫描数字并生成网页，以便我可以在课堂上投影图像，并且学生可以打印出激光质量的论文版本（请参阅http://www.bio.davidson.edu/mollecular网站). 现在，我使用PDF文件让学生打印，并让我在课堂上显示，不会因为格式或解决问题而丢失信息(图1).

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图1

出版和影印图形的比较

图像示例，当以颜色（A）显示时，具有丰富的信息；当学生影印时，这些信息中的大部分都会丢失（B），就像原始信息保存在图书馆里一样，这是订阅型期刊所需要的，或者是通过馆际互借提供的。这张正在发育的苍蝇胚胎的图像被标记为显示差异表达蛋白的条带，头发为红色，KRüPPEL为绿色，GIANT为蓝色。（图片由威斯康星大学麦迪逊分校的斯蒂芬·帕多克（Stephen W.Paddock）、吉姆·兰格兰（Jim Langeland）和肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）提供。）

随着我在分子生物学课堂上使用研究论文的信心增强，我开始为我的导论学生实验研究论文。一年级的学生还没有准备好批判性地评估复杂的数据，但他们正开始阅读评论文章，偶尔也阅读原创研究论文。当入门级学生在实验室课程中展示他们的发现时，越来越多的人会利用PubMed和PDF重印版。

早在PDF文件可用之前，学生们就已经阅读了初级研究论文，但在线论文访问量的增加以及格式质量的提高大大提高了研究和复习论文在本科课程中的使用。高级讲座和实验课程的学生阅读论文是很常见的(DebBurman 2002年;霍尔和哈林顿2003;Kitchen等人，2003年;Mulnix 2003年)研讨会课程通常以学生的文学演讲为主(赖特和博格斯2002;Hales 2003年;Lom 2003年).

值得注意的是，大多数学院和大学都被告知要减少开支，而节俭措施的一个常见目标是图书馆期刊订阅成本不断增加。这种财政现实将通过让学生沉浸在研究文献中，侵蚀已经达到BIO2010报告目标之一的教师在教学方面取得的成果。然而，事实证明，开放存取期刊是付费期刊沙漠中的一片绿洲，付费期刊的规模不断扩大，有利于最富有和最大的机构。

利用开放存取资源进行创造性教学…

在过去的三年里，我教了一门基因组学的本科课程(www.bio.davidson.edu/genomics网站)其中，我利用了该领域两种趋势的融合：公共领域数据库和开放存取期刊(坎贝尔2003). 在我的基因组学课上，学生们有三项作业，要求他们挖掘序列、转录组和蛋白质组信息的数据库（见www.bio.davidson.edu/courses/genomics/2003/cain/home.html). 但基因组学课程并不是唯一的受益者，因为许多机构的其他课程（如入门生物学、生物化学、细胞发育、遗传学、微生物学、分子生物学[见http://www.bio.davidson.edu/courses/Molbio/standardsHP.html#anchor78181983]和神经科学）要求学生挖掘公共领域数据库(戴尔和勒布朗2002;2003年荣誉). 今年，我们向生物学入门学生介绍了基因组数据库搜索（参见www.bio.davidson.edu/people/macampbell/Hope/DQ/DQ9.html和www.bio.davidson.edu/people/macampbell/Hope/DQ/DQ10.html). 一年级学生使用基因组浏览器和BLAST分别确定囊性纤维化和亨廷顿病的分子病因。公共数据库和开放存取文献给教育工作者带来的好处是显而易见的。图像可以在课堂上使用，论文可以很容易地分发，并且可以在短时间内供课堂使用。没有必要担心由于订阅费用而导致的访问受限，也没有必要担心从出版商那里获得版权许可的义务，这对于忙碌的教员来说是一个麻烦且有时成本高昂的过程。通过减少教师的非生产性繁忙工作，开放获取期刊已经创造了一个环境，改善了今天的本科教育，为培养研究生创造了长期利益。

通过课程学习接触公开文献的学生通常会产生这样一种期望，即所有研究论文都可以从任何计算机上免费获得，如果他们无法访问他们想要和需要阅读的所有期刊文章，他们就会感到沮丧。我越来越多地让学生给我发送他们读过并想与我分享的开放存取期刊文章的PDF文件。谁会想到，免费访问期刊会导致学生挖掘相关论文的文献，并将其发送给导师考虑？除了与自己的课堂和研究相关的论文外，学生们还喜欢学习科学出版物中的“热门话题”以及那些迅速传到大众媒体上的故事。例子包括使用DNA微阵列和测序来确定SARS的病原体(Wang等人，2003年)以及一篇很好的小抑制RNA综述文章(迪林2003).

两个常见的教育目标是鼓励学生对未经证实的主张持怀疑态度，并使学生能够批判性地评估数据。实现这些目标的一种方法是利用学生天生的好奇心，让他们比较大众媒体和科学文献中的主题（参见http://www.bio.davidson.edu/courses/genomics/2003/polton/p21.html). 开放存取期刊使这两个教育目标更加可行，因为学生可以立即利用当前的研究成果，而无需等待馆际互借，这可能需要两周的时间，每篇文章的成本可能高达20美元，并且可能导致黑白复印件质量较差。

…以及发人深省的测试

如果我们想让学生达到更高的思维水平(Bloom等人，1956年)，我们需要建立我们的课程模型，以便学生能够通过实例学习，并因学习批判性评估数据和在相信作者的主张之前检查证据而获得奖励(Brill and Yarden 2003年). 学生们很快就会知道考试中奖励什么样的智力行为。如果考试问题只是要求学生反复推敲事实，那么学生就不太可能表现出更高的思维水平。很难设计出涵盖课程材料的好的考试问题，并奖励已经学会批判性阅读和解释数据的学生。在过去的几年里，我越来越多地求助于现有文献，为我的考试问题寻找原始数据。例如，在2003年秋季的基因组学课上，我使用了一篇发表在PLoS生物学利用DNA微阵列分析疟疾的生命周期疟原虫(Bozdech等人，2003年). 我让学生用自己的话解释几个数字(图2). 由于我选择使用开放获取期刊，我的学生也可以完全访问支持信息，两名学生利用这些信息来增强他们的答案。对于这个问题，这两个问题的答案比我的好。另一个考试问题要求学生挖掘与Bozdech论文相关的数据库（参见http://malaria.ucsf.edu/index.php). 要求学生结合从论文和课程中学到的知识，选择新的蛋白质（除了Bozdech等人[2003])这将是基于基因转录时间的疫苗的理想候选。为了回答这个问题，学生们在实际研究中完成了第一步，这将奖励学习高阶思维技能的学生。

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图2

学生考试问题数据挖掘示例

图2来自Bozdech等人（2003年）显示12组基因在不同阶段表达的基因表达谱疟原虫红细胞内的生命周期。基因组学的学生被要求总结这个数字，作为抽考的一部分。

考试结束时，如果学生直接向数据库管理员提供建设性的批评，他们将有机会获得额外的学分（考试中100分中最多3分）。大约70%的学生发了评论，其中包括以下内容：“在最近使用您的数据库时，我发现很难搜索疟原虫具有多重约束的基因表达数据。例如，如果有一种方法可以识别特定功能组中在特定时间或振幅限制内的所有基因，那将是很有帮助的。这在这个数据库中可能吗？”馆长非常专业地回应了学生们的建议，这使得数据库增加了三个新的搜索功能，如主页左侧所示（参见http://malaria.ucsf.edu/index.php). 由于这些专业互动，学生们成为了学者社区的参与者，在参加考试时与加州大学旧金山分校的研究人员进行互动。

使用开放存取期刊进行教学和测试已经改善了我的课程。我可以提供更有趣、更有教育性和更流行的考试问题。此外，我同时完成了两项任务：我了解我所在领域的最新发展，并编写考试题。但学生们怎么想？虽然我还没有正式评估学生的态度，但我已经从期末课程评估中收集了信息，包括以下评论：“对我来说，整个课程中最棒的部分之一是考试。考试确实给了我一个机会，让我展示如何解决实际问题。这门课无疑提高了我的批判性思维能力。每次考试都会给我带来新的想法和要解决的问题。我很喜欢这样的想法，即每次考试都是一次学习体验e.“

未来

教学很像是抚养孩子。和家长一样，老师提供学习机会的部分方式是模仿我们希望学生学习的行为。通过选择最新的文献作为测试材料，我的学生意识到我阅读文献是为了保持我所在领域的最新水平，并且总是有新的机会学习、分析和设计实验等PLoS生物学，我的学生可以免费获得已发表的研究成果。免费获取研究文献可以加强学生的学习，并有助于培养下一代研究生，他们将得到更好的培训。开放获取出版为教育工作者和学生提供了正确的利益组合。

致谢

脚注

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