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.
Ik zal proberen uit te leggen waarom we misschien niet zoveel begrijpen als we denken. Ik begin graag met vier vragen. Dit is niet zo'n cultuurding voor de tijd van het jaar. Dat is trouwens een grapje voor insiders. Deze vier vragen zijn moeilijk, zelfs voor mensen die veel weten over wetenschap. Ik heb ze gesteld aan producenten van wetenschapstelevisie, een publiek van wetenschapseducatoren -- ofwel leerkrachten wetenschappen -- en ook aan kinderen van zeven. Het resultaat is dat kinderen van zeven het iets beter doen dan de anderen, wat nogal verrassend is.
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)
Eerste vraag -- je kan ze best noteren, op een stukje papier, fysiek, of op een virtueel papiertje, in je hoofd. Kijkers thuis kunnen dit ook proberen. Een zaadje weegt bijna niets en een boom weegt veel, niet? Daar zijn we het over eens. Waar haalt de boom het spul dat deze stoel maakt, Waar komt al dat spul vandaan? (Klopt)
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?
Volgende vraag: kan je het lampje van een zaklamp laten branden met een batterij, een lamp en één stuk draad? Zou je instaat zijn om te tekenen -- niet nu, maar zou je het diagram kunnen tekenen als je dat moest, of zou je gewoon zeggen dat dat niet mogelijk is?
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.
Derde vraag: waarom is het warmer in de zomer dan in de winter? We zijn het allicht eens dat het warmer is in de zomer dan in de winter, maar waarom is dat? Tot slot: zou je in staat zijn om -- het hoeft niet mooi getekend te zijn -- een plan van het zonnestelsel te schetsen, met de vorm van de baan van de planeten? Zou je dat kunnen? Zo ja, maak dan gewoon een schets van het patroon.
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.
Kinderen krijgen hun ideeën, niet van leerkrachten, zoals leerkrachten vaak denken, maar van gezond verstand, van hun ervaring met de wereld rondom hen, van alle interactie van kinderen met hun leeftijdsgenoten en diegenen die voor hen zorgen, hun ouders -- ervaring. Een van de grote experten op dat gebied was wijlen Kardinaal Wolsey. Wees voorzichtig met wat je in de hoofden van de mensen stopt, want achteraf kan je het bijna niet meer wijzigen. (Gelach) Ik weet niet meer zeker hoe hij gestorven is. Werd hij onthoofd of opgehangen? (Gelach) Die vragen, die je natuurlijk goed had, zonder samen te werken -- normaal kies ik iemand uit en verneder ik die, maar dat zal ik deze keer niet doen.
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.
Een zaadje weegt veel, en al dit spul, 99 procent van dit spul komt uit de lucht. Ik verzeker je dat 85 procent van jullie, misschien wat minder bij TED, zullen gezegd hebben dat het uit de grond komt. Sommigen, misschien twee van jullie, zullen achteraf met me komen debatteren en zeggen dat het echt uit de grond komt. Als dat waar was, zouden we rondrijdende vrachtwagens hebben die de tuin van mensen met grond vulden, een goede business. Maar dat doen we niet. De massa hiervan komt uit de lucht. Ik was geslaagd op al mijn biologie-examens in Groot-Brittannië, ik had echt goede cijfers, maar ik verliet de school met de gedachte dat dat spul uit de grond kwam.
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.
Ten tweede, kan je het lampje van een kleine zaklamp aansteken met een batterij, lamp en één stuk draad? Ja, dat kan. Ik toon het je zo. Ik heb slecht nieuws: ik had een video om jullie te tonen, maar helaas werkt het geluid niet in deze zaal. Ik zal je dus in ware Monty Python-stijl tonen wat er in de video gebeurt. In de video gaat een groep onderzoekers naar MIT op de dag van de promoties. We kozen MIT omdat dat heel ver weg is van hier en jullie het dus niet erg zouden vinden. Maar het werkt ongeveer op dezelfde manier in Groot-Brittannië als aan de Westkust van de VS. We stelden ze deze vragen, we stelden ze aan afgestudeerden in de wetenschappen, en ze kenden het antwoord niet. Vele mensen zeiden: "Het zou me erg verbazen als je me zei dat dit uit de lucht kwam. Dat vind ik echt verrassend." Dit zijn afgestudeerden in de wetenschappen. We wisselen af met "We zijn de wereldtop van de wetenschapsuniversiteiten", gewoon vanwege de Britse hubris. (Gelach) Toen stelden we de vraag aan afgestudeerde ingenieurs. Ze zeiden dat het niet mogelijk was. We gaven ze een batterij, een draadje en een lamp en zeiden: "Kan je het?" Ze konden het niet. Het gaat net zo in Imperial College, Londen, overigens, het gaat hier niet om een anti-Amerikaans ding.
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.
De reden waarom dit ertoe doet, is dat we heel veel geld betalen voor onderwijs. Dan kunnen we het beter goed doen. Er zijn maatschappelijke redenen waarom het goed is dat mensen begrijpen wat er gebeurt bij fotosynthese. Bijvoorbeeld, de ene helft van de koolstofvergelijking is hoeveel we uitstoten, en de andere helft is -- als trustee van Kew weet ik dat maar al te goed -- hoeveel dingen opzuigen. Ze zuigen koolstofdioxide uit de atmosfeer. Dat is hoe planten de kost verdienen. Voor de Finnen in het publiek, dit is een Fins grapje: we schaatsen letterlijk en figuurlijk op dun ijs als we dat soort dingen niet begrijpen. Hier komt de manier om de batterij en de lamp te maken. Makkelijk, niet? Dat wisten jullie natuurlijk allemaal. Maar als je niet met een batterij en een lamp hebt gespeeld, als je alleen de tekening van de stroomkring hebt gezien, dan kan je dat misschien niet, en dat is één van de problemen.
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.
Waarom is het warmer in de zomer dan in de winter? We leren als kinderen dat als je dichter bij iets warms komt, je je verbrandt. Dat is een krachtig leermoment, en het komt al vroeg. Dus denken we bij uitbreiding: "Dat het warmer is in de zomer dan in de winter, komt vast omdat we dichter bij de zon zijn." Ik weet zeker dat de meesten dat hebben opgeschreven. Jullie schudden allemaal het hoofd, maar slechts enkelen schudden het echt overtuigd. Anderen doen het zo-zo. OK. Het is warmer in de zomer dan in de winter omdat de zonnestralen meer verspreid zijn, omwille van de helling van de aarde. Als je denkt dat de helling ons dichterbij doet hellen, dat is niet zo. De zon is 150 miljoen km ver, en we hellen zo. Het maakt niet uit, in het noordelijke halfrond, zijn we verder van de zon in de zomer, in feite, maar het maakt niet uit, het verschil.
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.
Nu de schets van het diagram van het zonnestelsel. Als je gelooft, zoals de meesten, dat het warmer is in de zomer dan in de winter omdat we dichter bij de zon zitten, dan heb je vast een ellips getekend. Dat zou het verklaren, niet? Behalve dit -- je knikt -- : heb je bedacht, bij je ellips, wat er gebeurt tijdens de nacht? Tussen Australië en hier, het is zomer voor hen en winter voor ons. Spoedt de aarde zich naar de zon tijdens de nacht, en dan weer terug? Het is iets heel vreemds, en we hebben twee modellen in ons hoofd, van wat juist is en wat niet, en als mensen doen we dat op allerlei terreinen.
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.
Hier is de visie van Copernicus over het plan van het zonnestelsel. Dat zou je zo ongeveer op je papier moeten hebben staan. En dit is de visie van NASA. Ziet er verbluffend gelijk uit. Ik hoop dat je de gelijkenis hier ziet. Wat zou je doen als je wist dat deze misvatting bij mensen bestond, in hun hoofd, van elliptische banen omwille van onze ervaring als kinderen? Wat voor plan van het zonnestelsel zou je ze tonen om aan te tonen dat het niet helemaal zo is? Je zou ze iets dergelijks tonen, niet? Het is een plan waarbij je van boven kijkt. Maar nee, dit is wat ik in de handboeken vond, dat is wat je mensen toont, niet? Handboeken, websites, educatieve websites, je vindt dit bijna overal. De reden is dat het erg saai is om een hoop concentrische cirkels te hebben. Het is veel spannender om er zo naar te kijken, niet? En door het zo te doen, zal, als je die misvatting in je hoofd hebt, de tweedimensionale voorstelling van een driedimensionaal ding elliptisch zijn. Dat is echt rommel, niet? Met deze mentale modellen zoeken we bewijs dat onze modellen versterkt. We doen dat ook met ras, politiek, en al de rest. We doen het ook in de wetenschap. We zoeken -- wetenschappers doen dat voortdurend -- naar bewijs dat onze modellen versterkt. Sommige mensen zijn maar al te goed en maar al te bereid om bewijs te leveren dat de modellen versterkt.
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.
Ik ben in de Verenigde Staten, dus nu dan maar een steek naar de Europeanen. Dit zijn voorbeelden van wat ik slechte gewoontes in de wetenschap noem, een soort leercentra. Dit zijn beelden uit La Villette in Frankrijk, en de Welcome Wing van het Wetenschapsmuseum in Londen. Als je kijkt naar de manier waarop deze dingen zijn opgesteld, dan zie je dat er veel glas tussen zit, het is erg blauw en professioneel. Een beetje zoals Woody Allen tevoorschijn komt, van onder de lakens, in die scène in Annie Hall, en zegt: "God, dat is zo professioneel!" Er zit geen passie in, het is niet interactief, hands-on. Dat was een grap. Goede interpretatie is zoals dit voorbeeld van dichtbij, het San Francisco Exploratorium. Alle dingen, de demonstraties en zo, zijn gemaakt van alledaagse dingen die kinderen kunnen begrijpen. Het is interactief, ze kunnen deelnemen en experimenteren. Ik weet dat als de afgestudeerden van MIT en van Imperial College in Londen de batterij en de draad hadden gehad, de spullen, en als ze hadden kunnen doen, dat ze geleerd zouden hebben hoe het werkte, in plaats van te denken dat ze stroomkringen volgden en het niet konden. Goede interpretatie gaat meer over dingen die rommelig zijn, en uit mijn wereld komen, niet? Waar er geen extra barrière is van glas, of van verwerkt titanium, en het er allemaal fantastisch uitziet. Het Exploratorium doet dat heel erg goed. Het is amateuristisch, maar in de goede zin, dat wil zeggen: de oorsprong van het woord is liefde en passie.
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.
Kinderen zijn geen lege vaten. Zoals Monty Python zou zeggen: het klinkt een beetje als Zijne Excellentie om het zo te zeggen, maar hierbij verklaar ik dat kinderen geen lege vaten zijn. Ze hebben hun eigen ideeën en hun eigen theorieën. Als je er niet mee aan de slag gaat, zal je ze niet kunnen wijzigen. Waarschijnlijk heb ik jullie idee over hoe de wereld in elkaar zit, ook niet gewijzigd. Dit is ook van toepassing op hoe je nieuwe technologie verkoopt. In Groot-Brittannië zijn we aan het proberen om de hele bevolking naar digitale televisie te doen overstappen. Eén van de moeilijke dingen is dat als mensen een vooraf bestaand idee hebben over hoe het werkt, je dat moeilijk kan wijzigen. We zijn geen lege vaten. De modellen die we als kinderen hebben, blijven doorwerken in ons volwassen leven; Slecht onderwijs doet meer kwaad dan goed. In dit land, en in Groot-Brittannië, begrijpen kinderen magnetisme beter voor ze naar school geweest zijn dan erna. Idem voor zwaartekracht. Het maakt je echt wel nederig. Als je leerkracht bent, en je vergelijkt voor en na, dan stemt dat tot nadenken. Ze scoren slechter in de test na de les. We spannen samen: we zetten onze tests zo op, tenminste in Groot-Brittannië, dat mensen slagen. Overheden doen het heel goed. Ze geven zichzelf een schouderklopje. We spannen samen. Als iemand een test had opgezet voor mij, toen ik mijn examens biologie aflegde, om na te gaan of ik het echt had begrepen, meer dan gewoon zetmeel en jodium mengen en zien dat het blauw wordt, of ik echt begreep dat planten hun massa uit de lucht halen, dan was ik misschien beter geweest in wetenschappen. Het belangrijkste is dat mensen hun modellen duidelijk uitwerken.
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)
Je huiswerk is: hoe creëert de vleugel van een vliegtuig stijgkracht? Een evidente vraag. Je hebt het antwoord in je hoofd. Logische volgende vraag: zorg ervoor dat je ook uitlegt hoe vliegtuigen op hun kop kunnen vliegen. Aha, juist. Tweede vraag: waarom is de zee blauw? Je hebt allemaal een idee in je hoofd van het antwoord. Waarom is ze dan blauw op bewolkte dagen? Zie je. (Gelach) Ik heb dat altijd al willen zeggen in dit land. (Gelach) Tenslotte is mijn pleidooi dat jullie jezelf en jullie kinderen en iedereen die je kent, toelaten om te prutsen met spullen, omdat het is door te prutsen met spullen dat je je andere leren aanvult. Het is geen vervanging. Het is gewoon een belangrijk onderdeel van leren. Heel erg bedankt. OK, doe dan maar verder. (Applaus)