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.
Vou tentar explicar porque é que, provavelmente, não entendemos tanto quanto julgamos. Gostava de começar com quatro perguntas. Não se trata duma coisa cultural para esta época do ano. — de resto, isto é uma piada — Estas quatro perguntas são difíceis de responder, mesmo por pessoas que sabem muito de ciência. São perguntas que fiz a produtores de ciência na televisão, a plateias de educadores de ciência — professores de ciências — e ainda a crianças de 7 anos. Descobri que crianças de 7 anos respondem melhor que os outros, o que é surpreendente.
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)
A primeira pergunta — podem querer registá-la no papel, ou na vossa cabeça. Quem estiver em casa, também pode fazer o mesmo. "Uma sementinha quase não tem peso e uma árvore pesa muito". Penso que concordamos. "Onde é que a árvore vai buscar o material que dá origem... a este banco? "De onde vem toda esta madeira?"
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?
A pergunta seguinte é: "Podemos acender uma pequena lanterna "com uma pilha, uma lâmpada e um pedaço de arame?" "E conseguem desenhar o diagrama — não é preciso desenhá-lo — "mas conseguiam desenhar o diagrama, "ou diriam que isso não é possível?"
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.
A terceira pergunta é: "Porque é que o verão é mais quente do que o inverno?" Acho que concordamos que o verão é mais quente do que o inverno, mas porquê? E por fim: "São capazes de esboçar... — podem esboçar, se quiserem — "esboçar um diagrama do sistema solar "mostrando a forma das órbitas dos planetas?" São capazes de fazer isso? Se conseguem, façam lá o esboço.
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.
As crianças não recebem as suas ideias dos professores, como os professores julgam, mas do senso comum, da experiência do mundo à sua volta, de todas as coisas que experimentam umas com as outras, e de quem toma conta delas, dos pais, etc. Experiência. Um dos grandes especialistas nesta área foi o cardeal Wolsey. "Tenham muito cuidado com o que metem na cabeça das pessoas, "porque depois é praticamente impossível tirá-lo de lá". (Risos) Não sei bem como é que ele morreu... Foi decapitado ou enforcado? (Risos) Estas perguntas a que devem ter respondido bem, mas ainda não conferiram... — normalmente, escolho uma pessoa e envergonho-a, mas desta vez talvez não.
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.
Uma sementinha pesa muito e, basicamente, toda aquela madeira, 99% desta madeira, provém do ar. Posso apostar que 85% de vocês — aqui na TED talvez sejam menos — terão dito que provém da terra. E uma ou duas pessoas, virão ter comigo no fim para contrapor e dizer que provém mesmo da terra. Se assim fosse, andavam camiões a passear pelo país a encher de terra os jardins das pessoas. Seria um negócio fantástico. Mas não fazemos nada disso. Esta madeira provém do ar. Eu fiquei aprovado em todos os exames de biologia na Grã-Bretanha. Tive uma boa nota, mas apesar disso saí da escola
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.
pensando que este material saía da terra. "Podemos acender uma lanterna com uma pilha, uma lâmpada e arame?" Claro que podemos e já vos mostro como se faz. Agora, tenho más notícias: Tinha aqui um vídeo que vos queria mostrar mas infelizmente, o som não funciona nesta sala. Por isso vou descrever, no estilo "Monty Python", o que acontece no vídeo. (Risos) Um grupo de investigadores vai ao MIT no dia do fim do curso. Escolhemos o MIT porque fica muito longe daqui e vocês não vão ficar melindrados, embora seja mais ou menos igual na Grã-Bretanha e na Costa Oeste dos EUA. Fizemos lá estas perguntas a licenciados em ciências e eles não conseguiram responder. Há gente que diz: "Fico muito admirado por me dizer que isso provém do ar". São licenciados em ciências! Fazemos um corte: "Somos a melhor universidade de ciências do mundo!" porque os britânicos são arrogantes. (Risos) Quando fizemos a 2.ª pergunta a engenheiros licenciados, disseram que era impossível fazê-lo. Demos uma pilha, um pedaço de arame e uma lâmpada e dissemos: "Podem fazê-lo?". Não conseguiram. Aconteceu o mesmo no Imperial College, em Londres, — não é uma coisa antiamericana.
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.
(Risos) Isto é muito importante porque pagamos muito dinheiro para ensinar. Devíamos ensinar bem. E também há razões sociais para querermos que as pessoas compreendam o que está a acontecer na fotossíntese. Por exemplo, emitimos metade da equação do carbono e a outra metade da equação — como sei, como administrador dos Jardins de Kew — é o que as coisas absorvem. Absorvem dióxido de carbono da atmosfera. É o que as plantas fazem para viver. Se há aqui algum finlandês, eis um trocadilho finlandês: "Estamos a patinar, literal e metaforicamente, no gelo fino "se não compreendemos esse tipo de coisas". É assim que fazemos com a pilha e a lâmpada. É tão fácil, não é? Claro que vocês sabiam disso. Mas se nunca brincaram com uma pilha e uma lâmpada, se apenas viram um diagrama de um circuito, podiam não conseguir.
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.
Esse é um dos problemas. Porque é o verão mais quente do que o inverno? Aprendemos em crianças que, quando nos aproximamos duma coisa quente, queimamo-nos. É uma aprendizagem muito poderosa e acontece muito cedo. Por extensão, pensamos: "O verão é mais quente do que o inverno "porque estamos mais perto do sol". Aposto que a maioria de vocês pensou assim. Estão a abanar a cabeça, mas só alguns com convicção. Há outros que fazem assim. O verão é mais quente do que o inverno porque os raios do sol estão mais espalhados, por causa da inclinação da Terra. Se pensam que a inclinação se inclina para mais perto, está mal. O sol está a 150 milhões de km de distância e nós temos esta inclinação, não é? Não tem a mínima importância. No Hemisfério Norte ainda estamos mais afastados do sol, no verão, mas não faz qualquer diferença.
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.
Agora, o esboço do diagrama do sistema solar. Se pensam, como é provável para a maioria, que o verão é mais quente que o inverno, porque estamos mais perto do sol, devem ter desenhado uma elipse. Isso explicaria tudo, não é? Exceto... na vossa elipse... vocês pensaram: "O que é que acontece durante a noite "entre a Austrália e aqui? "Eles estão no verão e nós estamos no inverno "A Terra corre para o sol durante a noite "e depois volta para trás a correr?" É uma coisa muito esquisita! Mantemos estes dois modelos na cabeça, o que está certo e o que não está.
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.
E, enquanto seres humanos, fazemos o mesmo em todos os campos. Esta é a visão de Copérnico do aspeto do sistema solar, em plano. Deve ser muito parecido com o que vocês têm nos vossos papéis, não é? E esta é a visão da NASA. São surpreendentemente semelhantes. Espero que tenham reparado nesta coincidência. O que é que fariam se soubessem que as pessoas tinham esta ideia errada na sua cabeça, quanto às órbitas elípticas, provocada pelas nossas experiências enquanto crianças? Que diagrama do sistema solar lhes mostrariam, para elas verem que não é assim? Mostrar-lhes-iam uma coisa assim, não é? É um plano, visto de cima. Mas, não. Reparem no que eu encontrei nos manuais. É o que se mostra às pessoas. Estão em manuais, em "websites", em "websites" educativos. Quase tudo o que encontramos é assim. A razão é porque é muito aborrecido ter uma série de círculos concêntricos, e é muito mais excitante olhar para uma coisa neste ângulo. Fazendo o desenho nesta perspetiva ficamos com a ideia errada na cabeça a duma representação bidimensional duma coisa tridimensional, que dá elipses. Portanto é uma... é uma porcaria, não é? Procuramos provas que reforçam os nossos modelos. Fazemos o mesmo nas questões de raça, de política e de tudo o mais e também o fazemos na ciência. Portanto, procuramos — os cientistas fazem-no constantemente — procuramos provas que reforcem os nossos modelos e há sempre pessoas dispostas a fornecer as provas que reforçam os modelos.
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.
Como estou nos EUA, vou fazer troça dos europeus. Isto são exemplos do que acho ser má prática nos centros de ensino de ciências. Estas imagens são de La Villette em França e da ala Wellcome do Museu da Ciência em Londres. Se repararem na forma como estas coisas estão montadas, há muita coisa atrás de vidros, tudo muito azul e profissional... do género em que Woody Allen aparece por baixo dos lençóis, naquela cena de "Annie Hall", e diz: "Céus! Sou tão profissional!". Não existe paixão, não é nada prático. — sem segundas intenções. Uma boa interpretação é o San Francisco Exploratorium, aqui próximo, onde todas as coisas, as demonstrações, etc. são feitas com objetos do dia-a-dia que as crianças podem entender. É muito prático, e elas podem fazer experiências com eles. Sei que se os licenciados no MIT e no Imperial College de Londres, tivessem uma pilha e um arame e coisas dessas, conseguiam fazê-lo. Tinham aprendido como funciona, em vez de pensarem que seguem diagramas de circuitos e não o podem fazer. Portanto, uma boa interpretação tem mais a ver com coisas que são atamancadas e avariadas e do meu mundo. Onde não haja uma barreira extra dum vidro ou de titânio armadilhado e tenha tudo um ar fantástico. O Exploratorium funciona muito bem. É amador, mas amador no melhor sentido. Por outras palavras, a raiz do mundo é o amor e a paixão.
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.
As crianças não são frascos vazios. Por isso, como os "Monthy Python" diriam, dizer isto é um pouco redundante, mas as crianças não são frascos vazios. Têm as suas ideias, têm as suas teorias. Se não trabalharmos com elas, não seremos capazes de as mudar. Provavelmente também não mudei as vossas ideias de como funciona o mundo e o universo. Isto aplica-se também quando tentamos vender novas tecnologias. Na Grã-Bretanha estamos a tentar fazer a transição da população para a tecnologia digital da televisão. Uma das coisas difíceis é que as pessoas têm ideias feitas sobre isso. É muito difícil mudar isso. Nós não somos frascos vazios. Os modelos mentais que temos em crianças permanecem na idade adulta. Um ensino pobre é mais prejudicial do que bom. Neste país e na Grã-Bretanha, as crianças entendem melhor o magnetismo antes de irem para a escola do que depois. (Risos) O mesmo para a gravidade, dois conceitos que... — como sabem, se forem professores — são muito aborrecidos. Fazem pior nos testes, depois das lições. Nós somos cúmplices. Concebemos testes — pelo menos na Grã-Bretanha — para que elas passem. E os governos acham bem. Dão pancadinhas nas costas. Somos cúmplices. Se alguém tivesse concebido um teste para mim quando eu fiz os meus exames de biologia para perceber, ver se eu sabia, — para além de juntar amido e iodo e observar que ficava azul — se eu sabia que as plantas fabricam a sua massa a partir do ar, talvez eu tivesse sido melhor em ciências. A coisa mais importante é levar as pessoas a articular os seus modelos.
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)
O vosso trabalho de casa é: "Como é que a asa de um avião cria a elevação?" Uma pergunta óbvia e vocês já têm a resposta na cabeça. Mas há uma observação ligada: "Não se esqueçam de explicar como é que os aviões podem voar de pernas para o ar". (Risos) A segunda pergunta é: "Porque é que o mar é azul?" Vocês já têm uma ideia da resposta na cabeça. Então, "Porque é que é azul nos dias com nuvens?" Estão a ver? Ahhh! (Risos) Sempre me apeteceu dizer isto neste país. (Risos) Finalmente, o meu pedido é que permitam a vós próprios, aos vossos filhos, e a todos os que conhecem, lidar com coisas, porque é lidando com coisas que vocês complementam a outra aprendizagem, não como uma substituição. Faz parte da aprendizagem, o que é importante. Muito obrigado. Continuem, continuem. (Aplausos)