I'm going to try and explain why it is that perhaps we don't understand as much as we think we do. I'd like to begin with four questions. This is not some sort of cultural thing for the time of year. That's an in-joke, by the way. But these four questions, actually, are ones that people who even know quite a lot about science find quite hard. And they're questions that I've asked of science television producers, of audiences of science educators -- so that's science teachers -- and also of seven-year-olds, and I find that the seven-year-olds do marginally better than the other audiences, which is somewhat surprising.
Je vais essayer d'expliquer pourquoi nous n'en savons pas autant que ce que nous croyons. J'aimerai commencer avec quatre questions. Ce n'est pas un espèce de congrès de la culture annuel. A propos, c'est une blague entre nous. Mais vous voyez, même les gens qui se débrouillent bien en science les trouvent plutôt difficiles. J'ai posé ces questions à des producteurs de chaînes scientifiques, à des assemblées de professeurs de sciences mais aussi à des enfants de 7 ans, et le résultat est que les enfants font légèrement mieux que les autres publics, ce qui est assez surprenant.
So the first question, and you might want to write this down, either on a bit of paper, physically, or a virtual piece of paper in your head. And, for viewers at home, you can try this as well. A little seed weighs next to nothing and a tree weighs a lot, right? I think we agree on that. Where does the tree get the stuff that makes up this chair, right? Where does all this stuff come from? (Knocks)
La première question, et je vous conseille de l'écrire soit sur un bout de papier, soit dans votre tête et, pour ceux qui nous regardent chez eux, vous pouvez essayer aussi. Une petite graine ne pèse presque rien, et un arbre pèse très lourd, n'est-ce pas ? Où l'arbre prend-il la substance avec laquelle nous faisons cette chaise ? Ça vient d'où ? (Tapote)
And your next question is, can you light a little torch-bulb with a battery, a bulb and one piece of wire? And would you be able to, kind of, draw a -- you don't have to draw the diagram, but would you be able to draw the diagram, if you had to do it? Or would you just say, that's actually not possible?
La question suivante est : pouvez-vous fabriquer une lampe avec une pile, une ampoule et un seul fil électrique ? Et seriez-vous capable de dessiner le schéma si on vous le demandait, ou diriez-vous que c'est en fait impossible ?
The third question is, why is it hotter in summer than in winter? I think we can probably agree that it is hotter in summer than in winter, but why? And finally, would you be able to -- and you can sort of scribble it, if you like -- scribble a plan diagram of the solar system, showing the shape of the planets' orbits? Would you be able to do that? And if you can, just scribble a pattern.
La troisième question est : pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? Nous sommes probablement d'accord sur le fait qu'il fait plus chaud en été, mais pourquoi ? Et enfin, seriez-vous capable de... et vous pouvez le griffonner si vous voulez... faire un schéma du système solaire, montrant la forme des orbites des planètes ? Pourriez-vous faire ça ? Si vous pouvez, faites juste un gribouillis.
OK. Now, children get their ideas not from teachers, as teachers often think, but actually from common sense, from experience of the world around them, from all the things that go on between them and their peers, and their carers, and their parents, and all of that. Experience. And one of the great experts in this field, of course, was, bless him, Cardinal Wolsey. Be very careful what you get into people's heads because it's virtually impossible to shift it afterwards, right? (Laughter) I'm not quite sure how he died, actually. Was he beheaded in the end, or hung? (Laughter) Now, those questions, which, of course, you've got right, and you haven't been conferring, and so on. And I -- you know, normally, I would pick people out and humiliate, but maybe not in this instance.
Ok. Il s'avère que les idées des enfants leur viennent de... pas de leurs professeurs, comme ceux-ci le pensent, mais du bon sens, de l'expérience qu'ils ont du monde qui les entoure, de tout ce qui se passe entre eux et leurs camarades, et leurs gardiens, et leurs parents, tout ça, l'expérience. Et l'un des grands experts dans ce domaine, bien sûr, était, paix à son âme, le Cardinal Wolsey. "Faites très attention à ce que vous mettez dans la tête des gens parce que c'est quasiment impossible de l'ôter ensuite", d'accord ? (Rires) Je ne suis pas sûr de la manière dont il est mort, en fait. On l'a décapité, ou pendu, en fin de compte ? (Rires) Ces questions, auxquelles, bien sûr, vous avez répondu correctement, vous ne vous êtes pas concertés, et ainsi de suite, vous savez, d'habitude, je choisis quelqu'un et je l'humilie, mais peut-être pas ici.
A little seed weighs a lot and, basically, all this stuff, 99 percent of this stuff, came out of the air. Now, I guarantee that about 85 percent of you, or maybe it's fewer at TED, will have said it comes out of the ground. And some people, probably two of you, will come up and argue with me afterwards, and say that actually, it comes out of the ground. Now, if that was true, we'd have trucks going round the country, filling people's gardens in with soil, it'd be a fantastic business. But, actually, we don't do that. The mass of this comes out of the air. Now, I passed all my biology exams in Britain. I passed them really well, but I still came out of school thinking that that stuff came out of the ground.
Une petite graine pèse très lourd, et toute cette matière, 99% de cette matière, vient de l'air. Et je garantis que 85% d'entre vous, ou peut-être moins à TED, auront dit que ça vient du sol, et quelques personnes, probablement deux, viendront me voir à la fin pour en débattre, et dire qu'en fait, ça vient bien du sol. Si c'était vrai, nous aurions des camions aux quatre coins du pays, pour remplir les jardins de terre, ça serait un business fantastique. Mais ce n'est pas le cas. La masse de cet objet vient de l'air. J'ai passé tous mes examens de biologie, en Grande-Bretagne, je les ai bien réussis, mais en sortant de l'école je pensais encore que cette matière venait de la terre.
Second one: can you light a little torch-bulb with a battery bulb and one piece of wire? Yes, you can, and I'll show you in a second how to do that. Now, I have some rather bad news, which is that I had a piece of video that I was about to show you, which unfortunately -- the sound doesn't work in this room, so I'm going to describe to you, in true "Monty Python" fashion, what happens in the video. And in the video, a group of researchers go to MIT on graduation day. We chose MIT because, obviously, that's a very long way away from here, and you wouldn't mind too much, but it sort of works the same way in Britain and in the West Coast of the USA. And we asked them these questions, and we asked those questions of science graduates, and they couldn't answer them. And so, there's a whole lot of people saying, "I'd be very surprised if you told me that this came out of the air. That's very surprising to me." And those are science graduates. And we intercut it with, "We are the premier science university in the world," because of British-like hubris. (Laughter) And when we gave graduate engineers that question, they said it couldn't be done. And when we gave them a battery, and a piece of wire, and a bulb, and said, "Can you do it?" They couldn't do it. Right? And that's no different from Imperial College in London, by the way, it's not some sort of anti-American thing going on.
Deuxième question, pouvez-vous fabriquer une lampe avec une pile, une ampoule et un seul fil électrique ? Oui, vous le pouvez, et je vais vous le montrer dans une seconde. J'ai une mauvaise nouvelle : j'avais une petite vidéo que je voulais vous montrer, mais malheureusement, le son ne marche pas dans cette pièce, donc je vais vous faire les commentaires, à la manière des Monty Pythons, de ce qui se passe à l'écran. Dans cette vidéo, un groupe de chercheurs se rend au MIT le jour de la remise des diplômes. Nous avons choisi le MIT parce que, évidemment, c'est très loin d'ici et que ça ne vous dérangerait pas trop, mais ça marche de la même manière en Grande-Bretagne et sur la côte ouest des États-Unis, et nous leur avons posé ces questions, à des diplômés de science, et ils ne pouvaient pas y répondre. Et donc, il y a beaucoup de gens qui disent "Ça m'étonnerait beaucoup que cette matière vienne de l'air. Ça me surprend beaucoup." Et c'était des diplômés de sciences. Et la vidéo se termine sur un "Nous sommes la première université de science du monde", parce que les Britanniques aiment la fierté mal placée. (Rires) Et quand nous avons posé cette question-là à des ingénieurs diplômés, ils ont dit que c'était impossible. Et quand nous leur avons donné une pile, un bout de fil électrique, et une ampoule, et demandé "Pouvez-vous le faire ?" Ils ne pouvaient pas. D'accord ? Et à propos, ce ne serait pas différent à l'Imperial College, à Londres, rien à voir avec de l'anti-américanisme.
As if. Now, the reason this matters is we pay lots and lots of money for teaching people -- we might as well get it right. And there are also some societal reasons why we might want people to understand what it is that's happening in photosynthesis. For example, one half of the carbon equation is how much we emit, and the other half of the carbon equation, as I'm very conscious as a trustee of Kew, is how much things soak up, and they soak up carbon dioxide out of the atmosphere. That's what plants actually do for a living. And, for any Finnish people in the audience, this is a Finnish pun: we are, both literally and metaphorically, skating on thin ice if we don't understand that kind of thing. Now, here's how you do the battery and the bulb. It's so easy, isn't it? Of course, you all knew that. But if you haven't played with a battery and a bulb, if you've only seen a circuit diagram, you might not be able to do that, and that's one of the problems.
La raison pour laquelle ce sujet est crucial est que si nous dépensons tellement d'argent pour instruire les gens, autant le faire convenablement. Il y a aussi des raisons de société pour lesquelles nous voudrions que les gens comprennent ce qui se passe lors de la photosynthèse. Par exemple, la moitié de l'équation du carbone consiste en ce que nous émettons, et l'autre moitié, comme j'en suis très conscient, en tant qu'administrateur de Kew, est ce qui est absorbé, du dioxyde de carbone. C'est ce que les plantes font pour vivre. Et, pour les Finlandais parmis nous, voici un jeu de mot finnois, au sens propre comme au figuré, nous patinons sur de la glace très fine si nous ne comprenons pas ce genre de choses. Voilà comment ça marche avec la pile et l'ampoule. Très facile, non ? Bien sûr, vous saviez tous ça. Mais si vous n'avez jamais joué avec une pile et une ampoule, si vous avez seulement vu des schémas de circuit, vous ne serez pas capable de faire ceci, et c'est l'un des problèmes.
So, why is it hotter in summer than in winter? We learn, as children, that you get closer to something that's hot, and it burns you. It's a very powerful bit of learning, and it happens pretty early on. By extension, we think to ourselves, "Why it's hotter in summer than in winter must be because we're closer to the Sun." I promise you that most of you will have got that. Oh, you're all shaking your heads, but only a few of you are shaking your heads very firmly. Other ones are kind of going like this. All right. It's hotter in summer than in winter because the rays from the Sun are spread out more, right, because of the tilt of the Earth. And if you think the tilt is tilting us closer, no, it isn't. The Sun is 93 million miles away, and we're tilting like this, right? It makes no odds. In fact, in the Northern Hemisphere, we're further from the Sun in summer, as it happens, but it makes no odds, the difference.
Alors, pourquoi fait-il plus chaud en été qu'en hiver ? Nous apprenons, quand nous sommes petits, que si on s'approche d'un truc chaud, ça brûle. C'est un apprentissage assez fort d'ailleurs, et ça arrive assez tôt. Par extension, nous pensons qu'il fait plus chaud en été qu'en hiver parce que nous sommes plus proches du soleil. Je suis sûr que la plupart d'entre vous ont répondu ça. Oh, vous secouez tous la tête, mais seulement quelques uns le font avec résolution, les autres font seulement ça. Très bien. Il fait plus chaud en été qu'en hiver parce que les rayons du soleil, se dispersent plus, à cause de l'inclinaison de la Terre. Et si vous pensez que l'angle nous rapproche, ce n'est pas ça. Le Soleil se trouve à 150 millions de kilomètres, et nous penchons comme ça, ok ? Ça ne fait aucune différence, en fait, dans l'hémisphère nord nous sommes plus éloignés du soleil en été, de fait, mais ça ne fait aucune différence.
OK, now, the scribble of the diagram of the solar system. If you believe, as most of you probably do, that it's hotter in summer than in winter because we're closer to the Sun, you must have drawn an ellipse. Right? That would explain it, right? Except, in your -- you're nodding -- now, in your ellipse, have you thought, "Well, what happens during the night?" Between Australia and here, right, they've got summer and we've got winter, and what -- does the Earth kind of rush towards the Sun at night, and then rush back again? I mean, it's a very strange thing going on, and we hold these two models in our head, of what's right and what isn't right, and we do that, as human beings, in all sorts of fields.
Ok, maintenant, le dessin du système solaire. Si vous croyez, comme la majorité d'entre vous, qu'il fait plus chaud en été qu'en hiver parce que nous sommes plus proches du soleil, vous avez certainement dessiné une ellipse. D'accord ? Ceci expliquerait cela, n'est-ce pas ? Sauf que dans votre... vous hochez la tête... dans votre ellipse, avez-vous pensé, "Bon, qu'est-ce qui se passe pendant la nuit ?" Entre l'Australie et ici, ils sont en été et nous sommes en hiver, est-ce que la Terre se jette vers le soleil pendant la nuit, et ensuite retourne à sa place à toute vitesse ? Voilà un phénomène très étrange, et nous avons donc deux modèles, ce qui est correct et ce qui ne l'est pas, et nous faisons ça, les humains, dans toutes sortes de domaines.
So, here's Copernicus' view of what the solar system looked like as a plan. That's pretty much what you should have on your piece of paper. Right? And this is NASA's view. They're stunningly similar. I hope you notice the coincidence here. What would you do if you knew that people had this misconception, right, in their heads, of elliptical orbits caused by our experiences as children? What sort of diagram would you show them of the solar system, to show that it's not really like that? You'd show them something like this, wouldn't you? It's a plan, looking down from above. But, no, look what I found in the textbooks. That's what you show people, right? These are from textbooks, from websites, educational websites -- and almost anything you pick up is like that. And the reason it's like that is because it's dead boring to have a load of concentric circles, whereas that's much more exciting, to look at something at that angle, isn't it? Right? And by doing it at that angle, if you've got that misconception in your head, then that two-dimensional representation of a three-dimensional thing will be ellipses. So you've -- it's crap, isn't it really? As we say. So, these mental models -- we look for evidence that reinforces our models. We do this, of course, with matters of race, and politics, and everything else, and we do it in science as well. So we look, just look -- and scientists do it, constantly -- we look for evidence that reinforces our models, and some folks are just all too able and willing to provide the evidence that reinforces the models.
Voici la vision de Copernic : le système solaire ressemble à ça, et c'est plus ou moins ce que vous avez sur votre papier. Pas vrai ? Voici la vision de la NASA. Elles se ressemblent comme deux gouttes d'eau. J'espère que vous avez remarqué la coïncidence. Que feriez-vous si vous saviez que les gens conservent cette mauvaise idée, dans leur insconscient, d'orbites en forme d'ellipse à cause de leur expérience quand ils étaient enfants ? Quel schéma leur montreriez-vous du système solaire, pour leur montrer que ce n'est pas la vérité ? Vous leur montreriez quelque chose dans ce genre là, n'est-ce pas ? C'est un plan, vu en plongée. Mais, non, regardez ce que j'ai trouvé dans ces livres de cours, c'est ce qu'on montre aux gens, ok ? Ces images viennent de livres scolaires, de sites éducatifs, et presque tout ce que vous trouverez sera comme ça. C'est parce que c'est mortellement ennuyeux de se contenter de cercles concentriques, alors que c'est beaucoup plus excitant, de regarder avec cet angle-là, n'est-ce pas ? Et en regardant avec cet angle-là, si vous avez d'emblée cette mauvaise idée, alors la représentation en 2D d'une chose en 3D serait en ellipses. Donc vous... c'est nul, n'est-ce pas ? Donc, avec ces modèles mentaux, nous cherchons des preuves pour renforcer nos modèles. Et nous le faisons, bien sûr, avec des sujets concernant la race, la politique, et tout le reste, et nous le faisons aussi en science. Donc nous cherchons -- et les scientifiques le font constamment -- des preuves qui renforcent nos modèles, et certaines personnes sont plus que capables et ravies de nous donner les preuves que nous avons raison.
So, being I'm in the United States, I'll have a dig at the Europeans. These are examples of what I would say is bad practice in science teaching centers. These pictures are from La Villette in France and the welcome wing of the Science Museum in London. And, if you look at the, kind of the way these things are constructed, there's a lot of mediation by glass, and it's very blue, and kind of professional -- in that way that, you know, Woody Allen comes up from under the sheets in that scene in "Annie Hall," and said, "God, that's so professional." And that you don't -- there's no passion in it, and it's not hands on, right, and, you know, pun intended. Whereas good interpretation -- I'll use an example from nearby -- is San Francisco Exploratorium, where all the things that -- the demonstrations, and so on, are made out of everyday objects that children can understand, it's very hands-on, and they can engage with, and experiment with. And I know that if the graduates at MIT and in the Imperial College in London had had the battery and the wire and the bit of stuff, and you know, been able to do it, they would have learned how it actually works, rather than thinking that they follow circuit diagrams and can't do it. So good interpretation is more about things that are bodged and stuffed and of my world, right? And things that -- where there isn't an extra barrier of a piece of glass or machined titanium, and it all looks fantastic, OK? And the Exploratorium does that really, really well. And it's amateur, but amateur in the best sense, in other words, the root of the word being of love and passion.
Puisque j'habite aux États-Unis, je m'en prendrai aux Européens. Voilà ce que j'appellerai de mauvaises habitudes en science, des centres éducatifs. Ces photos viennent de La Villette en France, et de la Welcome Wing du Musée des Sciences à Londres. Et, si vous regardez la manière dont ces choses sont faites, il y a énormément de médiation avec du verre, c'est très bleu, et d'un genre assez professionnel, vous voyez, comme Woody Allen qui débarque de dessous les draps, dans Annie Hall, et qui dit "Mon dieu, c'est tellement professionnel" il n'y a aucune passion, aucun moyen de toucher. Maintenant un bon exemple, qui est assez proche d'ici, l'Exploratorium de San Francisco, où toutes les choses, les démonstrations, et ainsi de suite, sont faites avec des objets de tous les jours que les enfants comprennent, c'est très direct, et ils peuvent essayer, et expérimenter. Si les diplômés du MIT et de l'Imperial College à Londres avaient eu la pile et le fil électrique, et des petits trucs comme ça, ils auraient été capables de faire ça, ils auraient appris comment ça fonctionne, au lieu de suivre un schéma sans pouvoir l'appliquer. Donc la bonne interprétation est faite à base de trucs rafistolés et qui appartiennent à mon monde. Et il n'y a pas la barrière supplémentaire d'une vitre, ou de titane, et ça a de l'allure, ok ? Et l'Exploratorium fait ça très bien, c'est amateur, mais amateur dans le meilleur sens du mot, au sens de sa racine, amour et passion.
So, children are not empty vessels, OK? So, as "Monty Python" would have it, this is a bit Lord Privy Seal to say so, but this is -- children are not empty vessels. They come with their own ideas and their own theories, and unless you work with those, then you won't be able to shift them, right? And I probably haven't shifted your ideas of how the world and universe operates, either. But this applies, equally, to matters of trying to sell new technology. For example, we are, in Britain, we're trying to do a digital switchover of the whole population into digital technology [for television]. And it's one of the difficult things is that when people have preconceptions of how it all works, it's quite difficult to shift those. So we're not empty vessels; the mental models that we have as children persist into adulthood. Poor teaching actually does more harm than good. In this country and in Britain, magnetism is understood better by children before they've been to school than afterwards, OK? Same for gravity, two concepts, so it's -- which is quite humbling, as a, you know, if you're a teacher, and you look before and after, that's quite worrying. They do worse in tests afterwards, after the teaching. And we collude. We design tests, or at least in Britain, so that people pass them. Right? And governments do very well. They pat themselves on the back. OK? We collude, and actually if you -- if someone had designed a test for me when I was doing my biology exams, to really understand, to see whether I'd understood more than just kind of putting starch and iodine together and seeing it go blue, and really understood that plants took their mass out of the air, then I might have done better at science. So the most important thing is to get people to articulate their models.
Donc, les enfants de sont pas des récipients vides, ok ? Comme le diraient si bien les Monty Python, Lord Privy Seal pourrait en parler, les enfants ne sont pas des récipients vides. Ils grandissent avec leurs propres idées et leurs propres théories, et à moins que vous ne travailliez avec celles-ci, vous ne serez pas capable de les changer, Je n'ai probablement pas changé vos idées sur le fonctionnement du monde et de l'univers non plus. Mais ça marche aussi pour vendre les nouvelles technologies. Par exemple, en Grande-Bretagne, nous voulons faire passer toute la population à la télévision numérique. Et c'est assez difficile lorsque les gens ont des idées préconçues sur le fonctionnement du tout, il est assez difficile de changer ces idées. Donc nous ne sommes pas des récipients vides, les modèles mentaux que nous avons enfants persistent dans l'âge adulte. Le mauvais enseignement fait plus de mal que de bien. Dans ce pays, et en Grande-Bretagne, les enfants comprennent mieux le magnétisme avant d'être allés à l'école qu'après, ok ? Pareil pour la gravité, deux concepts, ça a de quoi nous rabaisser le caquet, si vous êtes un professeur, et que vous regardez l'avant et l'après, c'est assez inquiétant. Les enfants ont de plus mauvais résultats après l'enseignement. Et nous conspirons à ça, nous imaginons des examens, en tout cas en Grande-Bretagne, pour que les gens les réussissent. Et les gouvernements font ça très bien et s'en félicitent. Nous conspirons, et en fait... si quelqu'un avait imaginé un examen pour moi quand je passais mes examens de biologie, pour voir si j'avais compris plutôt que de me faire mettre de l'amidon et de l'iode ensemble, pour voir que ça devient bleu, j'aurai compris que les plantes prennent leur matière de l'air, alors j'aurai été meilleur en sciences. Le plus important est de faire en sorte que les gens rendent leurs modèles clairs et intelligents.
Your homework is -- you know, how does an aircraft's wing create lift? An obvious question, and you'll have an answer now in your heads. And the second question to that then is, ensure you've explained how it is that planes can fly upside down. Ah ha, right. Second question is, why is the sea blue? All right? And you've all got an idea in your head of the answer. So, why is it blue on cloudy days? Ah, see. (Laughter) I've always wanted to say that in this country. (Laughter) Finally, my plea to you is to allow yourselves, and your children, and anyone you know, to kind of fiddle with stuff, because it's by fiddling with things that you, you know, you complement your other learning. It's not a replacement, it's just part of learning that's important. Thank you very much. Now -- oh, oh yeah, go on then, go on. (Applause)
Vos devoirs maintenant... comment est-ce que les ailes d'un avion créent la suspension ? Une question évidente, et maintenant que vous avez une réponse, la deuxième question est : vérifiez que vous avez expliqué comment les avions peuvent voler à l'envers. Ah ha, bien. La deuxième question est : pourquoi la mer est-elle bleue ? Et vous avez tous une idée de la réponse. Alors, pourquoi est-elle bleue quand il y a des nuages ? Ah, vous voyez. (Rires) J'ai toujours voulu dire ça dans ce pays. (Rires) Pour finir, je vous demande de faire en sorte que vous et vos enfants, et les gens que vous connaissez, vous bidouilliez un peu, parce que c'est en bricolant que, vous savez, vous complétez vos apprentissages. Ce n'est pas un remplacement, c'est une part de l'apprentissage qui est importante. Merci beaucoup. Non, oh, bon d'accord allez-y,allez-y. (Applaudissements)