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.
Postaram się pokazać, że chyba rozumiemy mniej, niż nam się wydaje. Zacznę od czterech pytań. Nie chodzi o hołdowanie jakimś zwyczajom. To taki nasz prywatny dowcip. Te pytania będą trudne nawet dla tych, którzy wiedzą sporo o nauce. Zadałem je producentom programów popularnonaukowych, słuchaczom wykładów naukowych, nauczycielom przedmiotów ścisłych, oraz siedmiolatkom. Ci ostatni radzą sobie troszkę lepiej, co jest zaskakujące.
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)
Podam teraz pierwsze pytanie. Możecie je zapisać, albo "zanotować" w umyśle. Tak samo oglądający na ekranie. Nasionko prawie nic nie waży, a drzewo całkiem sporo. Skąd drzewo bierze to, z czego zrobione jest to krzesło? Skąd się to wszystko wzięło? (Stukanie)
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?
Następne pytanie: Czy można zapalić małą żarówkę przy pomocy baterii, żarówki i kawałka przewodu? Jesteście to w stanie rozrysować? Jesteście to w stanie rozrysować? Nie rysujcie, tylko pytam. Czy sądzicie, że to niemożliwe?
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.
Trzy: Czemu latem jest cieplej niż zimą? Myślę, że zgadzamy się, że w lecie jest cieplej, ale czemu tak jest? Możecie to naszkicować, narysować model Układu Słonecznego pokazujący kształt orbit planet. Możecie to zrobić? Jeśli tak, narysujcie ten schemat.
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.
Dzieci uczą się nie od nauczycieli, ale dzięki zdrowemu rozsądkowi, doświadczaniu świata, interakcji z rówieśnikami, doświadczaniu świata, interakcji z rówieśnikami, opiekunom, rodzicom i różnorakim doświadczeniom. Jednym z ekspertów w tej dziedzinie był Kardynał Wolsey. Trzeba uważać, co się ludziom wkłada do głowy, bo potem raczej nie można tego zmienić. (Śmiech) Zaraz, jak on umarł? Ścięcie czy stryczek? (Śmiech) Dobrze odpowiedzieliście na pytania, nie odpisywaliście. Dobrze odpowiedzieliście na pytania, nie odpisywaliście. Zwykle wybieram kilkoro "ofiar", ale może nie tym razem.
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.
Nasionko waży całkiem sporo, ale 99% reszty wzięło się z powietrza. Około 85% osób, może na TED trochę mniej, odpowiada, że z ziemi, a po wykładzie ktoś przychodzi udowodnić mi, że się mylę. Ktoś zbiłby niezły interes na uzupełnianiu znikającej ziemi. Ktoś zbiłby niezły interes na uzupełnianiu znikającej ziemi. Ale jest inaczej. Masa drzewa bierze się z powietrza. Byłem dobry z biologii, ale nawet po maturze myślałem, że to pochodzi z ziemi. ale nawet po maturze myślałem, że to pochodzi z ziemi.
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.
Czy można zapalić żarówkę baterią i drutem? Jasne, zaraz pokażę. Mam złą wiadomość, przygotowałem dla was film, w którym niestety nie działa dźwięk, więc go opiszę - jak w Monty Pythonie. Badacze jadą do MIT w dzień zakończenia studiów. Badacze jadą do MIT w dzień zakończenia studiów. Wybraliśmy MIT, bo jest dość daleko, więc się nie obrazicie, ale tak samo jest w Wielkiej Brytanii i na Zachodnim Wybrzeżu USA. Absolwenci kierunków ścisłych nie poradzili sobie z tymi pytaniami. Wiele osób mówiło, że trudno im uwierzyć, że chodzi o powietrze. że trudno im uwierzyć, że chodzi o powietrze. A puszą się, że ich uczelnia jest najlepsza, niczym Brytyjczycy. (Śmiech) Kiedy zapytaliśmy świeżo upieczonych inżynierów, powiedzieli, że to niemożliwe. Daliśmy im baterię, drut i żarówkę i zapytaliśmy: "Umiecie to zrobić?" Nie potrafili. Tak samo jest w Imperial College w Londynie. Nie wyśmiewam tu Amerykanów.
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.
To ważne, bo skoro finansujemy naukę, lepiej robić to mądrze. Zrozumienie fotosyntezy przydaje się też z powodów społecznych. Na przykład, połowa obiegu dwutlenku węgla pochodzi z jego emisji, a reszta, co znam dobrze, jako członek Kew, to ilość, którą wchłaniają rośliny. Bez tego rośliny nie przeżyją. Nie wiem, czy ktoś zrozumie tą fińską grę słów: dosłownie i w przenośni chodzimy po cienkim lodzie, jeśli nie rozumiemy takich podstaw. A co z baterią i żarówką? Proste, co nie? Na pewno zgadliście. Ale jeśli nie bawiliście się tym, widzieliście tylko schemat, może się to wam nie udać, a to problem.
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.
Czemu jest cieplej latem? Dzieci uczą się: im bliżej, tym cieplej i można się sparzyć. To ważna wiedza, uczymy się tego wcześnie. Dlatego myślimy: jest cieplej, bo jesteśmy bliżej Słońca. Dlatego myślimy: jest cieplej, bo jesteśmy bliżej Słońca. Odpowiedziała tak większość. Kręcicie głowami, ale tylko niektórzy z przekonaniem, inni nieśmiało chichoczą. Cieplej jest latem, bo promienie Słońca są bardziej rozproszone przez nachylenie Ziemi. Nachylenie nie zbliża nas do Słońca. Słónce jest 150 mln km stąd, a my nachylamy się tak. To nie ma żadnego znaczenia, na północnej półkuli latem jesteśmy dalej od Słońca, to nie ma znaczenia. latem jesteśmy dalej od Słońca, to nie ma znaczenia.
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.
A teraz diagram Układu Słonecznego. Jeśli uważacie, że jest cieplej, bo jesteśmy bliżej Słońca, Jeśli uważacie, że jest cieplej, bo jesteśmy bliżej Słońca, to narysowaliście elipsę. To by wszystko wyjaśniało. Widzę, że potakujecie. Ale w przypadku elipsy, co się dzieje nocą? W Australii jest teraz lato, a tutaj mamy zimę... Czy Ziemia nocą pędzi ku Słońcu, a rano się oddala? Dzieje się coś dziwnego, mamy w głowie dwa modele, możliwego i niemożliwego, ludzie myślą tak w każdej dziedzinie.
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.
To kopernikański model Układu Słonecznego, coś takiego pewnie narysowaliście. A to obrazek NASA. Bardzo podobny. Widzicie to dziwne podobieństwo? Co zrobić z faktem, że ludzie mają mylne przekonania, wyobrażenia eliptycznych orbit, dzięki doświadczeniom z dzieciństwa? Jaki diagram Układu Słonecznego przekona ich, że jest inaczej? Diagram "z lotu ptaka", prawda? Diagram "z lotu ptaka", prawda? Ale zobaczcie, co jest w podręcznikach. Bo przecież pokażemy ludziom podręczniki, edukacyjne strony internetowe. A wszędzie jest tak, bo inaczej byłoby nudno. Tylko koncentryczne kręgi. Spoglądanie z ukosa jest fajniejsze. Ale w wyniku błędnego przekonania i takiej perspektywy ta reprezentacja czegoś trójwymiarowego wyda się elipsą. Ale to przecież bzdura. Szukamy potwierdzenia swoich modeli poznawczych. Robimy tak w kwestii rasy, polityki i wszystkiego innego. Z nauką jest tak samo. Naukowcy cały czas szukają dowodów, które potwierdzą ich modele, niektórzy są w tym aż za dobrzy.
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.
Jako że jestem w USA, podokuczam Europejczykom. To są przykłady złych praktyk w edukacji. To zdjęcia z La Vilette we Francji i z "Welcome Wing" w Muzeum Nauki w Londynie. Zobaczcie, jak to jest zbudowane. Wszystko za szybami, bardzo błękitne i profesjonalne. Przypomina się Woody Allen, w scenie z "Annie Hall", mówi spod kołdry "Boże, jak profesjonalnie!" Ale brak tu pasji, bezpośredniego doświadczenia. Przykładem dobrego podejścia jest pobliskie San Francisco Exploratorium, gdzie wszystkie pokazy i instalacje są z codziennych przedmiotów, zrozumiałych dla dzieci. Mogą się nimi bawić i eksperymentować. Wiem, że gdyby absolwenci MIT i Imperial College w Londynie mieliby baterię i drucik, i mieli okazję pobawić się takimi rzeczami, nauczyliby się, jak to naprawdę działa, zamiast bezsilnie kopiować schematy obwodów. W dobrej interpretacji jest coś, czego da się dotknąć, coś z naszego świata. Bez dodatkowych barier ze szkła, obrobionego tytanu. Bez dodatkowych barier ze szkła, obrobionego tytanu. Bez fantastyki, rozumiecie? Exploratorium pokazuje to naprawdę dobrze, jest amatorskie i to w najlepszym sensie, bo tu oznacza to miłość i pasję.
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.
Dziecko to nie puste naczynie. To przypomina Lorda Tajnej Pieczęci z Monty Pythona: To przypomina Lorda Tajnej Pieczęci z Monty Pythona: Dzieci to nie puste naczynia. Mają własne pomysły i teorie. Żeby je zmienić, musimy o tym pamiętać. Pewnie nie zmieniłem waszych modeli wszechświata. Pewnie nie zmieniłem waszych modeli wszechświata. Ale tak samo jest np. w sprzedaży nowych technologii. Wielkiej Brytanii próbują przełączyć wszystkich na telewizję cyfrową. Ale ludzie mają teorie, które mówią, jak to działa. Ciężko jest je zmienić. Modele poznawcze z dzieciństwa utrzymują się w dorosłości. Modele poznawcze z dzieciństwa utrzymują się w dorosłości. Złe nauczanie pogarsza sprawę. Tu i w Anglii dzieci przed rozpoczęciem edukacji lepiej rozumieją magnetyzm. Tak samo z grawitacją. To uczy pokory. Nauczyciele powinni się zastanowić. Po nauce w szkole ludzie gorzej wypadają w testach. A my kręcimy, piszemy testy, przynajmniej w Wielkiej Brytanii, tak by ludzie je zdawali. Rządy dobrze sobie radzą. Chwalą się osiągnięciami. A my jesteśmy z nimi w zmowie. Gdyby podczas matury z biologii sprawdzono, Gdyby podczas matury z biologii sprawdzono, czy coś rozumiem, nie tylko czy potrafię wykryć skrobię jodyną, nie tylko czy potrafię wykryć skrobię jodyną, ale rozumiem, że rośliny biorą masę z powietrza, mógłbym dostać lepszą ocenę. Dajmy ludziom wysłowić ich modele poznawcze.
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)
Zadanie domowe: Czemu skrzydło samolotu daje siłę nośną? Proste pytanie, pewnie już znacie odpowiedź. Pytanie dodatkowe: wyjaśnijcie, czemu samolot może latać do góry nogami. Drugie pytanie: Czemu morze jest niebieskie? Myślicie, że wiecie. Ale czemu jest niebieskie w pochmurne dni? (Śmiech) W USA to inaczej brzmi. (Śmiech) Mój apel: pozwólcie sobie, dzieciom, znajomym... Bawić się i eksperymentować. Choć nie zastąpi to tradycyjnej nauki, Choć nie zastąpi to tradycyjnej nauki, taka "zabawa" to niezbędny dodatek. Bardzo dziękuję. Nie przerywajcie sobie. (Brawa)