你的科學推理比你想象的更有缺陷

新概念不會取代錯誤的舊概念:它們只是學會共存

從某種意義上說,科學教育者很輕鬆。他們描述的事物本身就非常奇特有趣——看不見的場、分子機器、解釋生命統一性和宇宙起源的原理——其中大部分教學注意力都已融入其中。然而,他們在不得不與一種特別頑強的、高等教育的剋星作鬥爭時,會感到困難:這種剋星被恰當地(如果無可救藥地陳詞濫調)稱為“先入為主的觀念”。比單純的無知更糟糕的是,關於科學的幼稚想法會導致人們自信地做出錯誤的決定。在一個許多高風險問題最終歸結為科學的世界裡,這顯然是個問題。

當然,解決問題的方案在於良好的學校教育——清空人們頭腦中關於世界如何運作的幼稚猜測和直覺,並用經過反覆測試和驗證的健全的科學原理重新填充它們。擦除舊的作業系統,安裝新的作業系統。然而,根據安德魯·什圖爾曼和約書亞·瓦爾卡塞爾最近的一篇論文,我們可能無法如此乾淨利落地用新想法取代舊想法。雖然科學作為一個領域會拋棄錯誤或缺乏的理論,但什圖爾曼和瓦爾卡塞爾的研究表明,即使是具有科學素養的個體,也傾向於保留他們早期、未經教育且常常錯誤的關於自然世界的理論。即使在我們瞭解到這些直覺沒有任何科學依據之後,它們仍然會微妙地持續存在並影響我們的思維過程。就像舊習慣一樣,舊概念似乎難以消失。

對舊概念的永續性進行測試不能直接進行。相反,必須設定一種情境,使舊概念(如果存在)可以明顯地干擾心理表現。為此,什圖爾曼和瓦爾卡塞爾設計了一項任務,測試受試者驗證簡短科學陳述(例如:“空氣是由物質組成的”)的速度和準確性。在一個巧妙的轉折中,作者交替穿插了兩種陳述——在幼稚理論和正確的科學理論下具有相同真值的“一致”陳述,以及“不一致”陳述。例如,“空氣是由物質組成的”這句話是不一致的:在幼稚的理論下,它是錯誤的(空氣似乎只是空的空間,對吧?),但在科學上是正確的。相比之下,“人們將食物轉化為能量”這一說法是一致的:任何吃過飯的人都知道這是真的,而科學透過補充消化、呼吸和新陳代謝的細節來證實這一點。


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什圖爾曼和瓦爾卡塞爾對150名大學生進行了200項此類陳述的測試,其中包括來自天文學、進化論、生理學、遺傳學、波等幾個領域的相同且隨機混合的一致和不一致陳述。科學家們測量了參與者的反應速度和準確性,並研究了評估一致和不一致陳述方式的系統性差異。

如果科學概念一旦被學習,就會被完全內化,並且不會與我們早期幼稚的概念發生衝突,那麼人們會期望一致和不一致的陳述會以類似的方式被處理。另一方面,如果幼稚的概念從未被完全取代,並且悄悄地融入我們的思維過程,那麼評估不一致的陳述應該會花費更長的時間。換句話說,違揹我們曾經持有的幼稚理論的看法,應該需要一些額外的腦力勞動(和時間)。

這正是什圖爾曼和瓦爾卡塞爾發現的。雖然不同測試領域之間存在一些差異,但不一致的陳述平均需要多花費將近半秒的時間來驗證。當然,在解釋這個結果時存在一個重要的難題。具體來說,可能只是與幼稚直覺相沖突的科學概念,比與我們直覺一致的概念學得更不穩定。在這種觀點下,反應時間的差異不一定是我們的頭腦中舊概念和新概念之間持續內部衝突的證據——這只是一個問題,即某些概念比其他概念更容易獲得,這取決於它們學習的效果。

然而,有一些證據反對這種解釋。首先,作者發現,那些最掌握科學概念(由他們的總體準確性決定)的參與者,在驗證不一致的陳述時特別慢。基於學習的效能解釋會預測相反的情況——掌握和速度應該齊頭並進。更有說服力的是,另一項研究表明,即使那些在特定科學領域達到了極高水平能力的人,仍然容易根據童年時期幼稚的早期概念進行分類。在與什圖爾曼和瓦爾卡塞爾的任務類似的快速分類任務中,發現大學生物學教授在將植物分類為活體相對於移動的非生物時,花費的時間更長,這是一種將運動與生命等同起來的偏見,這種偏見在幼兒中很明顯。

總而言之,這些發現表明,我們可能天生就傾向於對自然世界抱持某些理論,這些理論很難被徹底取代或重組。這些幼稚的理論提供了猜測和經驗法則,可能在我們需要思考原子、細胞或相對論之前很久就幫助我們生存下來。雖然一些學習理論認為未經教育的頭腦是需要替換的“誤解的集合”,但也許替換是一個無法實現的目標。或者,如果它是可以實現的,我們可能需要重新思考科學的教學方式。

您是專門研究神經科學、認知科學或心理學的科學家嗎?您是否讀過最近一篇您想撰寫的同行評審論文?請將建議傳送給《心靈問題》編輯加雷斯·庫克,他是《波士頓環球報》的普利策獎獲獎記者。可以透過garethideas AT gmail.com或Twitter @garethideas聯絡他。

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