avataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravataravatar
Oś Świata/Kolokolo Bird

Prawo Webera, czyli jak zmierzyć odczucia i wrażenia

20.06
2012

I znów ze specjalną dedykacją dla Marzeny — dziś naukowo badamy mózg, zmysły i wrażenia, przy okazji zachwycając się pruską nauką pierwszej połowy XIX wieku.

Dziś do mojej kolekcji w Akademii Uczniowskiej doświadczenie pokazujące prawo Webera-Fechnera. Choć sam główny temat leży poza podstawą programową (a nawet nie wiadomo, do której szufladki przedmiotowej można by go włożyć: do biologii?) to doskonale nadaje się do pokazania stosowalności metody naukowej w poznawaniu ludzkiej psychiki i subiektywnych odczuć. Świetnie sprawdza się do wywołania zainteresowania uczniów nastawionych „humanistycznie” nauką ścisłą. Wymaga współpracy uczniów w kilkuosobowych grupach.

Grupa docelowa:
U mnie liceum. Ale może i gimnazjum?
Zajęcia przeznaczone były dla mojej licealnej uczennicy zainteresowanej naukami ścisłymi, ale przyłączyły się do niej jej dwie szkolne koleżanki, planujące studia na psychologii i medycynie. W roli królików doświadczalnych wystąpiła dwójka późnopodstawówkowego rodzeństwa — wciągnęli się w doświadczenia i z wielkim zaangażowaniem w nich uczestniczyli.

Cele edukacyjne:
Prawo Webera-Fechnera (poza curriculum), junctim psychologii, fizjologii, neurologii i fizyki, zastosowanie metody fizykalnej w nauce o człowieku, ścisłe podejście do nieostrych (subiektywnych) zjawisk, metodologia doświadczalna, pomiary, wykresy, funkcja logarytmiczna, ciągi geometryczne i funkcja wykładnicza, interpretacja wykresów, budzenie zainteresowania naukami ścisłymi wśród uczniów o zdecydowanie w inną stronę ukierunkowanych zainteresowaniach.

Doświadczenie:
Badamy prawo Webera-Fechnera w odniesieniu do minimalnych, rozpoznawalnych ludzką percepcją, różnic ciężarów dwóch obiektów.

Wprowadzenie:
Dajemy uczniowi do ręki dwa przedmioty: lekki i ciężki. Czujemy, odbieramy wrażenie ciężaru. Czujemy, który przedmiot jest cięższy. Możemy powiedzieć, że coś jest dużo cięższe, albo tylko trochę cięższe — umiemy stopniować wrażenie. Ale czy możemy obiektywnie, liczbowo zmierzyć wrażenie? 170 lat temu zrobił to Ernst Heinrich Weber.

Oryginalne sformułowanie Webera z pracy opublikowanej w 1846 roku:
Jeśli porównywane są wielkości bodźców, na naszą percepcję oddziałuje nie arytmetyczna różnica pomiędzy nimi, lecz stosunek porównywanych wielkości.

W 30 lat późniejszym różniczkowym ujęciu Gustava Fechnera: $$dw\propto\frac{dB}{B}$$gdzie $w$ oznacza subiektywne wrażenie, a $B$ fizyczną wielkość bodźca.

Dygresja historyczna o rozkwicie nauki w Prusach XIX wieku, a w szczególności wkładzie Uniwersytetu w Lipsku w rozwój fizjologii, anatomii, psychofizjologii i zoologii (obaj Weber i Fechner pracowali na tym uniwersytecie).
Nie pomylmy Ernsta Heinricha z jego (bardziej znanym) młodszym bratem, Wilhelmem Weberem, zajmującym się elektrycznością i magnetyzmem!

Dyskutujemy równoważność ujęć Webera i Fechnera.

Sprzęt:
– dwa identyczne plastikowe wiaderka o pojemności 0.5-1l albo podobne pojemniki;
– piasek;
– waga (kuchenna);
– papier milimetrowy (tym razem nie zachęcam do komputerowego sporządzania wykresu);
– karton, dykta, stojak i zasłonka albo coś w tym stylu do zrobienia parawanu;
– kostka do gry lub moneta.

Doświadczenie:
Doświadczenie będziemy prowadzić w parach lub trójkach: osoba badana, eksperymentator i ewentualnie jego asystent pomagający eksperymentatorowi notując wyniki, sporządzając wykresy, przygotowując ciężarki, losując monetą, itp. U nas „królikami doświadczalnymi” było młodsze rodzeństwo, zachwycone tą rolą i bardzo zaangażowane w badania. Cały cykl pomiarów należy wykonać z jedną i tą samą osobą badaną w ciągu jednej sesji. Dla każdego z badanych oddzielnie będziemy też analizować wyniki. Oczywiście, ten sam rodzaj pomiaru warto powtórzyć (albo przeprowadzić równolegle) na więcej niż jednej badanej osobie, by porównać potem ich reakcje. Ale danych uzyskanych od różnych osób nie można mieszać ze sobą i analizować łącznie — różnice wrażliwości na bodźce pomiędzy poszczególnymi badanymi osobami mogą być dramatycznie duże.

Badany siada na krześle, rękę kładzie na rogu stołu tak, by przedramię było podparte, ale dłoń (grzbietem do dołu) wystawała poza krawędź.
Na krawędzi stołu montujemy parawan (np. z kartonowego pudła albo zasłonki na jakimś stojaku) tak, że badana osoba nie widzi swojej dłoni ani przygotowań badacza.

Do jednego wiaderka wsypujemy tyle piasku, żeby całkowita masa wyniosła 150g. Drugie wiaderko napełniamy piaskiem do całkowitej masy 160g. Wiaderka muszą być identyczne, zwłaszcza pałąki muszą być nieodróżnialne w dotyku (sprawdźmy, czy nie ma jakiegoś wyszczerbienia).

W losowej kolejności (rzut kostką/monetą) zawieszamy je na palcu wskazującym badanego na ok. dwie sekundy każde i pytamy, które było cięższe. Odpowiedź do wyboru: „pierwsze”/”drugie”/”nie wiem”. Jeśli dostaliśmy odpowiedź „nie wiem” lub błędną, to notujemy „brak rozpoznania” i przechodzimy dalej. Jeśli badany odpowiedział poprawnie, to powtarzamy pomiar jeszcze dwa razy, za każdym razem losując kolejność: cięższe-lżejsze lub lżejsze-cięższe. Tylko w przypadku, gdy dostaliśmy trzy poprawne odpowiedzi, notujemy ten przypadek jako „poprawnie rozpoznany”. W przeciwnym razie jako „nie rozpoznany”.

Zwiększamy różnicę pomiędzy wiaderkami do 20g. Powtarzamy pomiar. Zwiększamy różnicę o kolejne 10g — i tak postępujemy tak długo, aż dla trzech kolejnych, coraz większych różnic wagi dostaniemy poprawne rozpoznania — wtedy zakładamy, że i większe różnice zostałyby poprawnie rozpoznane, nie ma więc sensu tracić czasu i męczyć badanego.

Pierwsze wiaderko obciążamy do 200g (o 50g więcej, niż w poprzedniej serii), a cięższe na taką różnicę, jaka poprzednio została rozpoznana jako pierwsza (powiedzmy: 30g różnicy, czyli 230g). Powtarzamy pomiary ze zwiększającą się różnicą, aż w trzech kolejnych znów dostaniemy poprawne rozpoznania. Teraz uzupełniamy tę serię schodząc z różnicą w dół: 220g, 210g, aż dostaniemy odpowiedź „nie wiem” albo trzy kolejne różnice nie będą rozpoznane, albo aż dojdziemy do 10g różnicy (dalej już nie da się zejść).

Robimy wykres: na poziomej osi ciężar lżejszego wiaderka $m$, na pionowej osi różnica ciężarów wiaderek $\Delta $, zaznaczamy punkty wszystkich pomiarów: jednym kolorem poprawnie rozpoznane, innym kolorem nie rozpoznane różnice. Wykresy warto zresztą robić na bieżąco, po każdej kombinacji $(m, \,m+\Delta)$ zaznaczając punkt.
Granica pomiędzy obszarem niebieskich i czerwonych punktów wyznacza granicę czułości zmysłów (nazwijmy ją $\rho$), będącą funkcją masy wiaderka $\rho(m)$.

Dyskusja:
Jaki jest kształt otrzymanej linii (powinniśmy otrzymać bliski proporcjonalności $\rho(m)\approx \alpha m$), wyznaczającej granicę czułości zmysłów? Z uczniami niezbyt wyrobionymi matematycznie warto sporządzić też wykres: na poziomej osi masa wiaderka, na pionowej stosunek $\frac{\Delta }{m}$ (ten wykres powinien dać linię poziomą). Dyskutujemy powiązanie zależności pomiędzy tymi przedstawieniami i całą związaną z tym matematykę.

Tworzymy teraz ciąg postaci: $$\{m_i\}:\quad m_i=\begin{cases}150{\rm g},&i=1\\ m_{i-1}+\rho(m_{i-1}), & i\gt 1\end{cases}$$
Ciąg ten możemy nazwać „skalą wrażliwości” dla danego badanego: wyznacza on najgęściej ustawione rozróżnialne przez daną osobę wartości. Robimy wykres tego ciągu w skali zwykłej i logarytmicznej. Z uczniami wymagającymi przypominania matematyki — powtarzamy własności ciągu geometrycznego, pokazujemy, że $\{m_i\}$ jest ciągiem geometrycznym, przypominamy zależności pomiędzy ciągiem geometrycznym, funkcją wykładniczą i skalą logarytmiczną.

Porównujemy zależności otrzymane dla różnych badanych osób. Czy zdolność rozróżniania ciężaru u Kasi i Jacka jest taka sama, czy różni się istotnie? Dla którego z nich indywidualna „skala wrażliwości” jest gęstsza?

Jeśli uczniowie mają odpowiednie przygotowanie matematyczne, to dyskutujemy problem: stworzyliśmy właśnie „skalę wrażliwości” dla danej osoby, ta skala jest dyskretna (wrażeń różniących się o mniej niż pewne quantum nie odróżniamy). Czy wobec tego różniczkowe podejście Gustava Fechnera, zakładające ciągłość (a nawet różniczkowalność) wrażenia jest uprawnione?

Tłumaczymy pochodzenie i znaczenie jednostki bel (i pochodnej od niej: decybel) i jej zastosowanie do wielkości oddziałujących na zmysły.

Doświadczenie:
Pierwsze wiaderko wyważamy na 150g. Drugie na $m_{10}$ w skali Kasi. Zawieszamy Kasi na palcu wiaderko $m_1=150\rm g$ informując, że to jest jeden na jej skali. Zawieszamy jej wiaderko $m_{10}$, mówiąc, że to jest dziesięć na jej skali. Kolejne wiaderko wybieramy losowo pomiędzy $m_3$ a $m_8$ i prosimy o określenie ciężaru według tak zadanej skali.
Bądźmy przygotowani na omówienie obu możliwości: część ludzi nie ma problemu z takimi ćwiczeniami i odpowie myląc się najwyżej o jeden szczebelek skali. Dla wielu osób stanowi to jednak sporą trudność i odpowiedź może być skrajnie błędna.

Uwagi:
Nasze wiaderka (po jakiejś paście do czyszczenia) były dość ciężkie, musieliśmy więc zacząć od 150g. Oczywiście, dysponując lżejszymi wiaderkami, możemy zacząć od 100g.

Dla zaoszczędzenia czasu możemy stosować różny krok $\Delta$ w zależności od $m$. Dla lekkich wiaderek ($m<300\rm g$) zmieniać $\Delta$ co $5\rm g$, dla średnich co $10\rm g$, dla najcięższych co $20\rm g$.

Jeśli chcielibyśmy być bardzo precyzyjni i wyeliminować niewielki błąd systematyczny, to powinniśmy zmieniać wagę obu wiaderek, ustawiając je nie na $(m, m+\Delta)$, a raczej na $(m-\frac{\Delta}{2},m+\frac{\Delta}{2})$, albo w puryzmie eksperymentalnym nawet na $\left( \sqrt{m^2+\frac{\Delta^2}{4}}-\frac{\Delta}{2}, \sqrt{m^2+\frac{\Delta^2}{4}}+\frac{\Delta}{2} \right)$. Ten błąd systematyczny jest jednak na tyle niewielki, że nie warto komplikować pomiarów przeważając za każdym razem oba wiaderka. Bądźmy jenak przygotowani na dyskusję tego zagadnienia, jeśli mamy wyjątkowo dociekliwych uczniów!

Uzupełnienie:
Doświadczenie można przeprowadzić z mnóstwem innych bodźców i reakcjami na nie. Jeśli uczniowie są zainteresowani tematem warto powtórzyć je z zupełnie innym rodzajem bodźca (myśmy powtórzyli z natężeniem dźwięku i intensywnością smaku), by wykazać ogólną prawidłowość prawa Webera, nie ograniczającą się do wyczucia ciężaru, ale dotyczą niemal wszystkich zmysłów.

W szczególności można spróbować:

Odległość — to oryginalne doświadczenie Webera. Dotykamy skóry tępym cyrklem, rozwartym na jakiś rozstaw, badany rozpoznaje, czy kolejne takie dotknięcia są bliższe, czy dalsze sobie;
Smak — rozpoznajemy stężenie substancji smakowej (lepiej soli niż cukru) rozpuszczonej w wodzie;
Natężenie światła — rozróżniamy, który z dwóch LED jest jaśniejszy (LED są najlepszym źródłem światła, bo natężenie światła jest bardzo dobrze proporcjonalne do natężenia prądu, jakim je zasilamy);
Natężenie dźwięku — rozróżniamy który z dźwięków w słuchawkach jest głośniejszy — potrzebujemy generatora o regulowanej amplitudzie albo precyzyjnie wyskalowanego wzmacniacza audio;
Częstotliwość dźwięku — rozróżniamy dźwięki o różnej częstotliwości. Nie próbujmy tego z dziećmi z klasy skrzypiec w szkole muzycznej!
Temperatura — dwie szklanki z wodą o różnej temperaturze, zanurzamy w nich palec. Warto przeprowadzić to doświadczenie, bo temperatura jest wyjątkiem od prawa Webera. Możemy przypomnieć, że temperatura już jest wyrażona w skali logarytmicznej, a pierwotną wielkością jest energia molekuł. Argument ten nie jest jednak do końca uczciwy — jeśli temperaturę wyrazilibyśmy w skali bezwzględnej, to zakres w jakim prowadzimy pomiary (285–310 K) jest zbyt mały, byśmy mogli wiarygodnie rozróżnić pomiędzy skalą logarytmiczną a liniową. A poza tym zakresem temperatur wpadamy już w obszar „palec drętwieje” / „parzy”.
Interwał czasowy — trzy sygnały w kilku-kilkudziesięciosekundowych odstępach, badany określa, czy między pierwszym a drugim, czy drugim a trzecim upłynęło więcej czasu.

Podziel się ze znajomymi

9 komentarze do “Prawo Webera, czyli jak zmierzyć odczucia i wrażenia

  1. Dziękuję, piękne doświadczenie :-)
    Niesamowite, jak można połączyć wiedzę o człowieku z matematyką! Osoby, które chcą studiować psychologię, widzą też, co należy do warsztatu pracy psychologa i rozumieją, do czego może im się przydać matematyka.
    Oj pomyślę, gdzie bym mogła to doświadczenie wykorzystać!

  2. Przez noc przyszło mi do głowy coś jeszcze. Opisany eksperyment pokazuje, na czym polega rola badacza i daje odpowiedni warsztat. W ten sposób rozwijany jest naukowy sposób myslenia i patrzenia na świat: postaw tezę i ją sprawdź.
    Można by przypuszczać, że takie kompetencje nie przydadzą się większości uczniów, bo ilu z nich zostanie naukowcami? Sama nie raz pisałam, że szkoła kształci głównie małych profesorków, ale teraz widze, że to był błąd. Naukowcy zaczynają od badań i eksperymentów, to ich wciąga i nakręca ich motywację, a dopiero potem opisują swoje dokonania w książkach. W badaniach, eksperymentach jest życie, jest ten znak zapytania, niepewność, ciekawość, co nam wyjdzie, w opisie jest już tylko odpowiedź.
    Błąd szkoły polega na tym, że nie daje pierwszej fazy, nie daje tego, co pobudziło ciekawość naukowców, co było tak ekscytujące, szkoła daje tylko suche odpowiedzi.
    Sądzę, że w każdym dziecku siedzi badacz, że każde lubiłoby eksperymentować. Ale naiwnością jest wymagać, że zabierzemy im tę najciekawszą fazę, gdy stawia się pytania i gdy można być aktywnym, a zostawimy to, co jest mało ekscytujące, suche odpowiedzi, a oni będa mocno zmotywowani.
    Czy naukowcy mieliby pasję, którą mają, gdyby zabrać im fazę badań?
    To właśnie kolejny błąd szkoły!

  3. Tych „zabranych” przez szkołę faz jest nawet więcej!

    „naukowy sposób myslenia i patrzenia na świat: postaw tezę i ją sprawdź.” — tej definicji naukowego sposobu myślenia nauczyła Cię zapewne szkoła.

    Powyższą moją lekcję można uznać za mieszczącą się w tym schemacie: jest w niej „wprowadzenie”, mówiące, co chcemy osiągnąć i do czego dojść. Ale to właśnie jest element szkolny: nauczyciel z góry wie, jakich wyników się spodziewać i to pozwala z góry postawić tezę „prawo Webera jest spełnione z przyzwoitą dokładnością w przypadku Kasi percepcji ciężaru”.

    Ale w większości badań są jeszcze cztery etapy wcześniej (tak było z samym Ernstem Weberem, gdy brał się do tych doświadczeń). My też byśmy tak mogli podejść i większość moich doświadczeń jest wykonywana w tym pełnym porządku. Tutaj z jakiś (nie pamiętam już jakich, pewnie po prostu ograniczeń czasowych i konieczności szybkiego przyciągnięcia uwagi tych dwóch, nie przywykłych do takiego stylu, koleżanek) powodów ten porządek odwróciłem.

    Ale Ernst Weber, badając zjawisko, co później doprowadziło do sformułowania tego prawa, przeszedł przez pełen cykl, mający jeszcze cztery wcześniejsze fazy.

    1. Bardzo ogólne i otwarte postawienie pytania w rodzaju: „jaką miarą można mierzyć ludzkie wrażenie? Jak to wrażenie powiązane jest z fizyczną wielkością bodźca, wywołującego to wrażenie?”

    2. Zdefiniowanie pojęć i utworzenie narzędzi (pojęciowych) dla pomiaru: Zdefiniujmy skalę „stopni wrażenia” tak, że wrażenia o tej samej mierze są nieodróżnialne, wrażenia, różniące się o jeden stopień są ledwo rozróżnialne, ale można powiedzieć które jest silniejsze, wrażenie o dwa stopnie silniejsze od danego to takie, które jest o jeden stopień silniejsze od wrażenia o stopień silniejszego od wyjściowego, etc.

    3. Zebranie sporej ilości danych, w postaci par: (fizyczny bodziec, odpowiadające mu wrażenie) albo matematycznie mu równoważnej (u nas była to postać równoważna, bo nie mierzyliśmy bezwzględnego wrażenia, tylko łatwiejsze i szybsze – taki bodziec, który daje wrażenie o jeden wyższe)

    4. Przyjrzenie się tym danym i próba (intuicyjnego) znalezienia w nim jakichś prawidłowości — w tym przypadku zauważenie logarytmicznej zależności wrażenia od bodźca.

    I dopiero teraz dochodzimy do tego, co szkoła uczy jako „początek metody naukowej”: postawienia konkretnej hipotezy co do prawidłowości, sprawdzenia, czy ta hipoteza jest spełniona przez nasze już zebrane dane i jeśli tak, to (to już robiliśmy na następnej lekcji, gdy powtarzaliśmy te doświadczenia z zupełnie innym rodzajem bodźca) zaprojektowanie innego doświadczenia, które (jeśli nasza hipoteza jest prawdziwa) da przewidywany przez nas wynik, przeprowadzenie tego doświadczenia i sprawdzenie, czy jego rzeczywisty wynik jest spójny z naszą hipotezą.

    Bardzo ubolewam, że w polskiej szkole, jako „metodę naukową” przedstawia się tylko jej część od etapu postawienia hipotezy. W innych krajach (np. w Kalifornii) są bardzo staranne programy pokazania metody naukowej w pełnej rozciągłości, a nie w schematycznym, szkolnym uproszczeniu. Nasi gospodarze – CEO planują spolszczenie tego kalifornijskiego programu, mam nadzieję, że da się rozwiązać problemy organizacyjne i projekt niedługo ruszy.

    W końcu, gdy Darwin wsiadał na Beagle, wyruszając na Galapagos, nie miał żadnej hipotezy do zweryfikowania. Te hipotezy pojawiły się w jego głowie dopiero gdy wrócił z Galapagos i zaczął w domu przeglądać szkice ubarwienia zięb, jakie zrobił na tej wyprawie — robiąc je nie wiedział czy i do czego mogą się przydać i nie robił ich z żadną tezą.

  4. „naukowy sposób myslenia i patrzenia na świat: postaw tezę i ją sprawdź.” — tej definicji naukowego sposobu myślenia nauczyła Cię zapewne szkoła.

    Szkoła? Nie, nie szkoła, Popper :-)

  5. Zgaduję, że z „Logiki odkrycia naukowego”?

    Dziś (od przełomy XIX/XX wieku) fizycy i naukowcy z pokrewnych dziedzin dzielą się dziś na dwie grupy: teoretyków i doświadczalników. Dawniej te dwie role nie zawsze były rozdzielone.

    Popper skupił się na budowie teorii naukowej — pracy teoretyka, który te wcześniejsze etapy ma przyniesione na tacy — korzysta z obserwacji zjawisk i wyszukaniu w nich prawidłowości, dokonanych przez doświadczalników. To jest najważniejszy element rozwoju nauki i tworzenia nowych (rozwijania starych) teorii.

    Pamiętajmy jednak, że na każdego teoretyka przypada kilkunastu doświadczalników, dla których te wstępne etapy to znaczna część ich pracy. Nie wiem, czy nie najciekawsza.
    Oczywiście, w w działalności eksperymentatorskiej jest tez mnóstwo doświadczeń i badań, zaczynających się na etapie testowania postawionej tezy: sprawdzanie własnych poprzednich doświadczeń, powtarzanie cudzych doświadczeń, weryfikacja pomysłów, przyniesionych przez teoretyków.

    Sam byłem fizykiem doświadczalnym i te wstępne etapy eksploracji jakiegoś nieznanego obszaru, w warunkach całkowicie otwartego problemu, zawsze mnie wciągał najbardziej — zresztą i dla uczniów jest chyba też najciekawszy.
    Szkoła ławkowa: „zapamiętajcie, że nietoperze mieszkają w jaskiniach”;
    Szkolne doświadczenie: „idziemy do jaskini, ZOBACZYĆ ŻE TAM SĄ nietoperze”;
    Darwinowskie doświadczenie: „idziemy do jaskini, zobaczyć CO TAM ZNAJDZIEMY”.
    W większości przypadków to trzecie podejście budzi najwięcej ciekawości. Choć, oczywiście, doświadczenia weryfikujące tezę mają jak najbardziej rację bytu i w wielkiej nauce i w szkolnej dydaktyce.

    Szkoła (być może za Popperem, który dokonał tego uproszczenia) niestety zupełnie zapomina o tych wcześniejszych etapach. Doprowadza też ten skrót do absurdu, traktując go literalnie. Niech CEO mi wybaczy, że jako przykład dam „karty pracy” eksperymentów szkolnych z Akademii Uczniowskiej: powinny się one zaczynać postawieniem tez przez uczniów, a potem te tezy są weryfikowane. Coś, co Popper opisał jako model powstawania teorii, zostało w szkole przekształcone w schemat do wykonania według formularza. Teza: postawić, odhaczyć że załatwione. Teraz: weryfikacja…

    Na jakiej podstawie uczeń (albo badacz, badający nowy obszar) ma stawiać te tezy? Wysysać z palca? Zgadywać?
    By postawić jakąś hipotezę, trzeba mieć do tego przesłanki: znalezienie prawidłowości, we wcześniej zebranych danych albo wcześniej znalezionych, ale nie poprowadzonych dość daleko uogólnieniach. Ale by Newton mógł postawić tezy o prawach ruchu i grawitacji, musiał sam zebrać trochę wstępnych danych zderzając wahadła i połączyć to z prawidłowością (eliptycznym kształtem orbit i empirycznym określeniem prędkości planet), znalezioną przez Keplera w setkach tomów zapisków pozycji planet, zebranych przez Tychona Brache.
    Popper (i szkoła) zapominają o Tychonie zupełnie, a Keplera traktują tu po macoszemu.

  6. Chciałbym zwrócić uwagę na jeszcze jedno niebezpieczeństwo, wynikające z tego „skrócenia” widzenia myślenia naukowego: rozpoczęcia sekwencji od postawienia tezy.
    Skrót ten, rzeczywiście ciągnący się za Popperem, został wykręcony z uproszczenia, czy skrótu myślowego, jakim był u Poppera, do twardej reguły i naczelnego paradygmatu, jakim stał się w szkole i częstej zwłaszcza u przedstawicieli social science (*) wizji nauki.

    To niebezpieczeństwo, to właśnie widzenie badania naukowego, jako zaczynającego się od tezy, tej tezie podporządkowanemu. Zadaniem nauki przestaje być badanie nieznanych aspektów świata, a zaczyna być dowodzenie z góry założonych tez, których geneza może być zupełnie dowolna. Przy tej okazji odkręcono też popperowskie podejście do weryfikacji: u Poppera badania mają być nastawione na usiłowanie falsyfikacji tezy, i dopiero teza która przeżyje odpowiednio wiele prób falsyfikacji zyskuje na wiarygodności. W postmodernistycznej (i szkolnej) wizji badanie nastawione jest na potwierdzenie tezy.

    (*) – Marzeno, nie do Ciebie tym razem piję, ale do różnej maści postmodernistycznych intelektueli, od Lacana po fakultety gender studies…

  7. Bardzo mi się spodobał przykład z nietoperzami! Myślę, że mogę na podstawie własnych naukowych doświadczeń przedstawić realny sposób podejścia do problemu nietoperzy we współczesnych naukach biologicznych.
    1. Obserwujemy, że nietoperze występują w przyrodzie i ciekawi nas gdzież to one znikają w dzień.
    2. Stawiamy hipotezę – analogicznie do innych zwierząt – być może gdzieś mieszkają.
    3. Opcjonalnie – Jeśli ktoś przed nami interesował się już nietoperzami – to szukamy odpowiednich danych i udaje się ustalić, że gacki lubią ciemność i wilgoć. Ograniczamy poszukiwania domu nietoperzy do miejsc spełniających kryteria.
    4. Zwiedzamy możliwie dużo potencjalnych miejsc, gdzie mógłby się zmieścić nietoperz, np. nory w ziemi, korony drzew liściastych, opuszczone budynki, słoneczne łąki, jaskinie, brzegi rzek itp. (Jeśli mamy dużo szczęścia i ktoś już interesował się nietoperzami możemy pominąć łąkę)
    5. Znajdujemy nietoperze w jaskini i w opuszczonym budynku
    6. Weryfikujemy hipotezę „Nietoperze mieszkają w jaskiniach” – weź jednego nietoperza (albo lepiej grupę nietoperzy zapewniającą otrzymanie statystycznie istonych wyników), znakujemy go, wypuszczmy i śledzimy miejsce gdzie będzie nocował. Najlepiej przez miesiąc.
    7. Powtarzamy ten eksperyment na niezależnych grupach nietoperzy co najmniej 3 razy
    8. Modyfikujemy naszą wstępną hipotezę uwzględniając wyniki eksperymentu „Nietoperze mieszkają w ciemnchy miejscach zapewniającch stałą temperaturę i wilgotność, np. jaskiniach lub opuszczonych budynkach”
    9. Wysyłamy nasze wiekopomne odkrycie do Nature :-)

    Jak łatwo się zorientować z tego przydługiego opisu „prawdziwego” procesu naukowego oprócz stawiania i weryfikowania hipotez bardzo istony jest też etap zbierania wstępnych danych. Czy to na podstawie własnych obserwacji (niech żyje Darwin), czy też przeglądu literatury. Bez rzetelnego przeprowadzenia tego etapu cały eksperyment pewnie poszedłby w krzaki. Jest mała szansa na to, że w poszukiwaniu nietoperzy akurat odwiedzilibyśmy jaskinię, a nie tracili czasu na przeszukiwanie łąk, koron drzew,brzegów jezior itp. Ten aspekt jest zupełnie w sposobie „naukowego podejścia” serwowanego w szkole nieobecny! Uczniowie mają bazować na tych danych, których dostarczył im miłościwy nauczyciel, bądź autor podręcznika. Kluczowa w realnych badaniach potrzeba obserwacji samodzielnej i weryfikacji danych w ogóle w szkole nie występuje. Wszystkie „dane podane w zadaniu” są z założenia istotne i poprawne. To całkowite nieporozumienie. Całe życie (również nienaukowe) polega na filtrowaniu bombardujących nas informacji i wybieraniu tych istotnych. Na przykład dla szukania miejsca zamieszkania nietoperzy można spokojnie pominąć pracę pt. „Systematyka ssaków – rękoskrzydłe (Chiroptera)” A należałoby rozpatrzyć sposób odżywiania i menu naszego przedmiotu badań.
    Do tego należy zauważyć, że ten prosty projekt badawczy zająłby sporo czasu, gdyby miał być przeprowadzony rzetelnie. Cierpliwości i weryfikacji wyników też szkoła nie wymaga. Wszystko ma być szybko lekcja ma tylko 45 minut, a na teście jest mało czasu i dużo pytań.
    I znowu (pełna zgoda z Xawerem!!) postawiona hipoteza wymaga korekty po przeprowadzeniu eksperymentu. W prawdziwym życiu niewielu hipotezom udaje się przetrwać twarde zderzenie z rzeczywistością w nienaruszonym stanie. Niestety, większość uczniów dotąd będzie manipulowało danymi i kombinowało aż „im wyjdzie” – założony z góry wynik oczekiwany przez nauczyciela. W rezultacie tak w okolicy połowy liceum stają się wysoce sprawnymi kombinatorami i zupełnie wypranymi z logicznego i obiektywnego myślenia kukiełkami. A potem taki bardzo sprawny w odgadywaniu „co autor miał na myśli” uczeń trafia na studia…

    Przykład z życia wzięty: magistrantka, biochemia (na szczęście nie w Polsce – choć nie dałabym sobie ręki uciąć, że taka scena nie mogłaby mieć miejsca również w naszym pięknym kraju). Ma roztwór 1 milimolowy. Potrzebuje 500 mikromolowego. Rozpacz w oczach. No to zaczynamy od początku – ile mikro jest w jednym mili? Wie. Jak już mamy ustalone jednostki, zadaję pytanie pomocnicze: o ile bardziej jest stężony nasz wyjściowy roztwór? Chwila wahania, bruzda na czole i…eureka! To ja mam podzielić czy pomnożyć przez 2 – wypaliło dziewczę. Rozpacz w moich oczach. Przypominam – to była MAGISTRANTKA!!! Z licencjatem prestiżowegp kierunku studiów – farmakologia. W kraju o dużo dłuższej niż nasza tradycji obiektywnych, zewnętrznych egzaminów testowych.

    Myślę, że w obliczu sukcesów polskiego systemu edukacji w tresowaniu kolejnych pokoleń uczniów do szybkiego zgadywania prawidłowych i jedynie słusznych odpowiedzi na pytania testowe, już wkrótce uda nam się osiągnąć ten poziom. :-)

  8. @Skorpi – mnóstwo w Tobie łagodności… Ja bym się poznęcał nad tą magistrantką, choćby biorąc ten milimolowy roztwór, wlewając „na oko” pół próbówki, dopełniając wodą i każąc jej miareczkować (żadne tam elektroniczne maszyny, XIX-wieczna biureta i sama ma w podręczniku znaleźć reakcję charakterystyczną dla tego miareczkowania) dla wyznaczenia stężenia z dokładnością lepszą niż 2%. I sprawdziłbym sam, czy moje chlupnięcie dało 450 mikromoli, czy 520…, a jak nie, to pannę z powrotem za biuretę i nie dostanie zaliczenia, aż nie dowie się sama, jakie stężenie dostanie po dwukrotnym rozcieńczeniu.
    Sama myje szkło po skończonym ćwiczeniu ;)

    A przy okazji, gdy już zgadzamy się, że darwinowska metoda powinna jakoś dotrzeć do szkół, bardzo polecam wszystkim nauczycielom polskiego i angielskiego w gimnazjach (a także rodzicom i samym uczniom!) czytanie „Podróży na okręcie Beagle” (wyszło po polsku w 2008) — „Voyage of the Beagle” (wyszło po angielsku w 1845 ;) ) Charlesa Darwina.
    Można to czytać jako powieść przygodową dla nastolatków, lepszą niż „Tomek…” czy „Dzieci kapitana Granta”. A zyskuje autentycznością i przesłaniem zachęcającym do badań naukowych.

  9. @Miareczkowanie
    Pomysł przedni. Przyznaję, że idea pastwienia się nad biedaczką nie przyszła mi do głowy. Prawdopodobnie nie tyle łagodności, co z powodu mojej osobistej traumy związanej z miareczkowaniem. Otóż, jaki to horror dla dlatonisty na pewno potrafisz sobie wyobrazić. A ja mam tego (genetycznego) pecha, że jstem kobietą – daltonistą. I do dziś pamiętam moje udręki na ćwiczeniach z chemi analitycznej. Nie jestem w stanie zgotować takiego losu żadnej magistrantce. :-)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

*