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CASEと現実の間(2)

世界をどのように切り取って整理するかは、いわゆる「フレーム問題」に関連する能力だろうと思う。私の理解の範囲で簡単に言うなら、見えている世界から、当面の事に関係のある事柄とない事柄を振り分け、関係のある事柄をある枠組みの中で理解するプロセスの話だ。こうなると、話は科学教育なんかの分野を超えて人間の発達過程で、世界認識をどのように得られるのかという問題になってしまう。科学は人間の営みの一つである以上は、これは、当然の成り行きではあるのだけれども、問題としては非常に難解なものになってしまう。

人が世界を見る枠組みについては、これまでは知識の習得により枠組みが得られるということが、それなりに信じられていたような気がする。出典は定かではないが、物理の問題を解くのに、初心者は運動方程式などの個々の法則を使おうとするのに対して物理学者などの習熟者はエネルギー保存則などから問題を考えるようになるという話がある。また、学習が進むにつれて、問題を解くのに対してよけいな事を考えなくなるとも言う。

この話は調査結果であるので、事実であろうとは思う。しかし、この結果から「物理の知識を学ぶ事により理解の枠組みが形作られる」という結論は出せない。というのは、同じような物理教育を受けても、同じ枠組みでは考えられない人もいるからだ。おそらく、実際に起こっていることは「物理的な考えの枠組みを(物理を習う以前に)持っている人が物理学者として残っていく」ことではないかと思う。

空気中でボールを落とした時に、風切り音などを無視して真空中の落下を見られる人だけが物理学者になれるのであって、それ以外のことに目が向いてしまう人は、物理学者にはならない。こんな事を書くと、ボールを見るのは自明の事だという反論がでてくるかもしれないけれど、それは決して自明ではない。

前に取り上げた自閉症の東山さんの本を読むと、彼にとって、すべての音は等価であり、ある特定の音声が自分に向かって話しかけられていると『普通』の人が理解できるのかが分からないという。たしかテンプル・グランディンの「動物感覚」の中にも、目で見たものが等価に頭に飛び込んでくるという記述があった。特定の物に無意識にでも注意を向けるというのは脳の機能の一であり、決して自明な物ではない。

そしてまた、ボールに着目できても、その後の理解の枠組みが違っていると物理学者にはならない。そしてまた、異なった枠組みで世界を見ていることを相互に認識するのはとてつもなく困難である。何しろ、それは、ユークリッド幾何学の世界の住人と非ユークリッド幾何学の世界の住人の対話のような物であるのだから。

ユークリッド幾何学の世界の住人と、正の非ユークリッド幾何学の世界の住人との対話で、お互いに他の公理系があるとは思っていないものとしよう。彼らが三角形の内角の和を測定して180度を超えた場合に、ユークリッド幾何学の世界の人は測定に問題があると判断する。一方で、非ユークリッド世界の人は、世界の曲率が測定されたと判断する。両者の言っていることは合致せず、相互理解は不可能だし、前提としている公理に違いがあることを認識しない限りは、論理展開により合意に至ることは不可能である。

ユークリッドと非ユークリッド世界では、数少ない公理の一つが違っているだけだから、議論により公理の相違点に行き着くこともできるかもしれない。しかし、現実世界を区切る体系は、より多くの公理のようなものから成立しており、また相違も複数箇所あるだろうから、それを明らかにしていくことは非常に困難であろうと思う。

平均から大きく外れた人では、普通の人との間の公理体系の違いが大きいために、食い違いが目立つこともあるように思うけれども、普通の人の間にも公理体系の違いは存在すると考えるべきである。個々の人間は、物事を理解するために、その人固有の枠組み(μパラダイムとでもいうべき)を持っている。そして、そのμパラダイムの凸凹から、ある人はボールの落下をみて物理学者になり、別の人は詩人になる。

ここで、驚くべき事は、人の数だけμパラダイムがあるにも関わらず、多くの人は程度は別として相互に理解した気になっている。これには2つの理由があると思われる。一点目はハードウェア制約により相互のμパラダイムに共通点が多いこと。これはチョムスキーの生成文法の言い換えだけれども、思考の形式枠のある部分は生得的なもので脳のハードウェア構造から定まっているので、人の間で共通しているという考え方だ。もう一つは言語が中間翻訳機能を持っているため。たとえば、物理に関する英語で書かれた本を日本語に翻訳したのを読んでも物理の内容を理解できるが、これは、言語が、ある概念を運ぶコンテナの役割を果たしているためである。もちろん、言語の伝達は不十分なので誤解が生じることも多々あるけれども、それでも多くの場合は曖昧さも含めて内容の伝達が行われていく。

μパラダイムも、クーンの言うパラダイムのように、不変のものではなく、あるタイミングで転換が起こる。非常に大きな転換が起こると、悟りが開けたりするし、それほど大きくないと目から鱗が落ちたりする。μパラダイムの転換にともない、自己の経験の持っている意味合いも、時間をさかのぼって変化する。これは、ディケンズのクリスマスキャロルでスクルージが体験したことである。逆に、大きな体験をしても、自己の経験の意味をさかのぼって再形成することがないのなら、その体験は、その後の生き方に影響を及ぼすことはあっても、即時的な悟りは引き起こさない。

話をそらしてしまったけれど、科学的な事柄を扱う場合に限定して話を進めるなら、μパラダイムは階層構造を持ったものであり、より上位のμパラダイムの中に、複数の小さなμパラダイムが存在しているように思う。

話をさらに元に戻すと、実験条件の統制などを目の前の現象に当てはめるためには、目の前の現象を、妥当なμパラダイムの元で取り扱わなければならない。そのためには、まずは目の前の現象を説明できるμパラダイムを見つけ出さなければならない、しかし、それは、フレーム問題に属するようなことで、μパラダイムを見いだすための一般戦略は(おそらくは)存在しない。ただ、認知科学の本などを斜め読みした限りでは、人は、いくつかの戦略で、μパラダイムを順繰りに適用して、使えそうなものを無意識のうちに探しているような印象がある。ここまでの話は「外界を知識や方法が使えるような枠組みで切り取るかという、まったく異なった種類の能力」をμパラダイムという言葉で置き換えただけという印象のものになっているけれども、μパラダイムという考え方の引き出しと、それが階層構造にあると考えると、引き出しの数を増やして整理するための方策ということについては、少しは戦略を立てやすくなるのではないかと思う。
(この項、次は少しあきそう)
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by ZAM20F2 | 2012-10-30 07:26 | 文系 | Comments(0)

CASEと現実の間(1)

何度か採り上げたことのあるCASEは、ピアジェの説に基づいて科学的な認知方法の習得を加速するプログラムだ。修得を加速するとなると、極東の島国では必要な知識を教え込むような方向になりそうだけれど、CASEでは生徒間の議論による葛藤と、オープンエンド(ある結論に収束して終わるような形態でない)という特徴がある。

CASEのやり方を極東の島国にある「仮説実験授業」と比べてみると、生徒間の議論による葛藤という点は類似しているけれど、実験の前に仮説をもうけていないことや、ある結論にいたって大団円にしないあたりに違いがある。これは、仮説実験授業が概念を学ばせようとしているのに対して、CASEは方法を習得させようとしているところからくる違いかもしれない。

この前、見学したCASEの授業はFair Testの項目で、プラスチックと金属製の筒(長さ3種類、太さ3種類)が用意されていて、その一方の口を手のひらで叩いた時の音が何によって定まるかを実験で確かめるという内容だ。実験では一度に2つの筒しか持ってこられないという制限が課されている。で、4回ほどの試行を行った後に(結果は配布された紙の表の中にまとめる。まとめ方は、どの条件を変えたかと、結果がどうだったか示すようになっている)、「長さが音の高さにどのように影響するかを明らかにしているペアはありますか」といった質問に対応する試行があったかなどを考えていく。実験事実としては、パイプの長さのみが音程に影響することを見いだすわけだけれども、それより、複数の変数の中で1組のみを変化させないと正しい比較ができないことを体験するような作りになっている。ただし、シート自体には、変数を1組のみ変えるべきということは明示的には示されておらず、あくまでも学習者が論理的に判断して理解する作りになっている。また、最終的に「一変数のみを変化させる」などという結論はなく、やりっ放しという印象の終わり方になる。

さて、今回の授業を見て意外だったのは、試行にあたって、ほとんどすべての生徒さんが一変数しか違わない(例えば、材料と長さは同じで太さだけ違う)ペアを持ってきて比較を行っていたこと。つまり、この時間に学ぶことが想定されている内容が既に身についていたのだ。

それを意外だと感じたのは、もう少し年を取った人々が実験をする際に、一変数しか変えずに実験をするという概念が必ずしも身についていない例をある頻度で見ているからだ。北緯38.1度の街で、「物理スイート」の発表をしていた人から、このあたりの事情について「極東の島国では小学校5年生で、実験条件の統制に関する内容を扱っているけれども、振り子の授業の中で、明示的に扱われていないので、必ずしも身についていないようだ」というような話を聞いて、CASE的なことをやる必要があると再確認した気になっていた。

今回見学した場所の対岸の島でCASEをやっている人に聞いてみたら、そこではCASEを小学校でやっているけれど、今回見た課題に関しては、6年生で比較時には1組の変数のみを変えることが認識されているという。そうしてみると、極東の島国の理科教育も捨てたものではないかもしれない。

というわけで、結論としてはCASEにより深い認知は可能かもしれないが、極東の島国の理科教育も捨てた物ではないと話が続きそうな感じになっているのだけれど、実はここまでが話の前置きである。その後に見学した課題研究発表でどんでん返しが待っていたのである。

課題研究発表を行ったのは、CASEの授業を受けてきたはずの生徒さんである。それにも係わらず、多くの発表で、実験条件の統制がされていなかった。それを目の当たりにした瞬間に、より一般的な話として、実験条件の統制ができない人は実験条件の統制という概念を知らないのではなく、知ってはいるけれどもそれを直面する問題に当てはめられないのだろうと思い当たった。

科学的方法ではなく知識に関しては、習ったはずのことが実際に使えないという批判は多くなされているように認識している。それは、知識を活用する方法が身についていないためと理解されていて、だから考えることを学ばせる教育が必要であるという流れになっていたように理解している。教育の専門家ではないので、間違いはあるかもしれないけれど、報道などを通して伝わってくる話はこんな感じであり、そのために実験などを増やして自分の手で経験して考える機会をという話になっていたと思っていた。しかし、今回の経験は私に関する限りこの信仰を打ち砕いてしまった。実験や議論などを通して修得したはずの方法論だって、使えるような形で定着しないのだ。

CASEにしても仮説実験にしても、授業で行う以上は、整理された状態で一つの問題を浮き立たせるような形で生徒さんに呈示せざるを得ない。そうじゃないと限られた授業時間中では、ターゲットを絞れずに混沌の中に授業が終わってしまう。一方、実際の研究では整理されていない状況を科学的方法論が適用出来るように整理する必要がある。いや、それ以前に目の前にある事柄から、何が当面の議論に関係のある意味のある事柄であるのかを抽出しておく必要がある。

課題研究をやった高校生さん達は、混沌とした状況から必要な情報を抽出して整理する能力に問題がある可能性が高い。この点は、授業で習う知識が条件が明示的に示されて機械的に公式等を当てはめればよい状況(ペーパーテスト)では使えるけれど、違う文脈の中で出てくると使えないというのと同じ点が問題になっている。

繰り返しになるけれども、知識にしても考えるための方法にしても、それを修得したあとに、新しい状況下でそれを使うためには、その時に対峙している外界を知識や方法が使えるような枠組みで切り取るかという、まったく異なった種類の能力が要求されているのだろうと推測される。
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by ZAM20F2 | 2012-10-28 17:50 | 文系 | Comments(0)

未整備

溝の北端の街の博物館で見かけたのと似ている顕微鏡がやってきた。
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島津の鉱物顕微鏡なのだけれど、本体には
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オリンパスの銘がも入っている。ただ、レンズは
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とYashima製だ。
最初はレンズはオリジナルではないのだろうと思ったのだけれど、対物の最高倍率が箱によると30倍で、ついていたもの30倍。こんな半端な倍率の対物がそこらに転がっているとは思えないので、オリジナルなのかなという気になっている。
ついていた検板もなかなか良い風情だ。
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by ZAM20F2 | 2012-10-25 21:13 | 顕微系 | Comments(0)

在庫品

お蔵入りとなってしまったレーザーポインター/LED懐中電灯を売っていた店では
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なものも売っていた。考えて見れば、もう随分と使っていないものであるけれども、これベースで動く測定器などが、まだ転がっていたりするので、少しばかり買っておくことにした。1枚80円程度。
そろそろ、その辺りにいる人にみせても、何だか分からなくなるのだろうなと、ふと思った。
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by ZAM20F2 | 2012-10-24 21:47 | 物系 | Comments(0)

お蔵入り

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一足早い秋を感じた街で買い込んだ品。ボタンが2つついているけれど、一方は
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とLED懐中電灯。そしてもう一方は
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赤色のレーザーポインターだ。
これ一個持っていれば、両方の役に立つので便利だと鞄に入れていたのだけれど、レーザーポインターとして使っていたときに微妙に違和感が生じた。光が移動した後に補色が見える気がしたのだ。
補色が見えるということは、レーザー光が結構つよいことを示唆している。で、ラベルをしげしげと眺めてみたら
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なんと、最大パワーは5MW以下と書いてあるではありませんか。こんな小さなレーザーから、MWクラスのパワーが出てくるとは思わなかったぜというのは冗談で、5mW以下と読むのが正しいのだけれど、それでもクラスIIIAに分類されている。これは、持ち歩いているとまずい品ですね。人の目に入ると障碍が起きても驚かないレベルになっています。というわけで、鞄に入れておくのは止めにして自宅でお蔵入りになってしまった。
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by ZAM20F2 | 2012-10-23 19:56 | 物系 | Comments(0)

島国のクレーン

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工事現場で見かけたクレーン。北緯50度の街と比べると、遙かにがっしりとしている。この違いは(それだけでなく耐震基準の違いも)コストに反映するのだろうなぁと思う。
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by ZAM20F2 | 2012-10-22 22:08 | 街角系 | Comments(0)

昨日・今日

昨日
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本日
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だいぶ秋になってきたなという気分
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by ZAM20F2 | 2012-10-21 20:46 | 植物系 | Comments(0)

明日まで

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だそうです。振り返るとこちらは
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運動会
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by ZAM20F2 | 2012-10-20 22:03 | 街角系 | Comments(0)

あたりまえの確認

接写台を組み立てたのは、普通のカメラとレンズで対物ミクロメータをどこまで解像できるか確かめたかったから。単純に考えると、カメラの画素が5ミクロンピッチで、対物ミクロメータが10ミクロンなので、撮影倍率が2倍なら解像できるけど、等倍だと解像できないはずである。
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これは撮影倍率6倍
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真中を切り出すと
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と対物ミクロは解像出来ている。
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は2.5倍弱
対物ミクロのを切り出すと
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とこちらも解像している。
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は1.8倍ぐらい。真中を切り出すと(ここからは切り出して倍にしている)
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と何とか解像している。最後の
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は1.2倍程度。真中を切り出して拡大すると
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と10ミクロン線はもはや解像していない。
使ったレンズは6倍がOM38mm、残りはOM80mmマクロ。カメラはX50
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by ZAM20F2 | 2012-10-19 07:19 | 顕微系 | Comments(3)

複写台

等倍程度以下の複写には普通のコピースタンドを使っているのだけれど、ベローズを使っての撮影では剛性が足りない気がしていた。しばらく前にネットオークションにオプチフォトクラスの鏡筒がついた特殊な顕微鏡が出ていたのを見てベローズ組み合わせの複写台に転用できそうと拾うことにした。夏の間は空調のない作業スペースで何もする気がなかったので放置していたのだけれど、ようやく活動できる気温になってモゾモゾと動き出すことにした。
といっても、東急ハンズに行って100×200×10mmのアルミ板を買い、穴を10個あけて貰っただけ。自分であけることも考えないではなかったけれど、7mmと11mmのドリフ刃の在庫はなく、それを買うよりあけてもらった方が安くつきそうで、安直な道を選んでしまった。で、組み立てたのが
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ベローズは、OMシステムの普通のベローズではなく、それより長いマクロ撮影システム用のものだと思う。ベローズ部分だけネットオークションで入手していたので、もともとどのように使われていたかは不明。アルミ板への取り付けは、普通のベローズ用の三脚取り付け部品を2つ使っている。これは、ベローズ本体とは別に買った普通のベローズやフォーカシングステージの付属品。
あと、サンプルステージはニコンの測定顕微鏡についているような試料台を入手してあるのだけれど、それは今後の課題といったところ。
剛性は随分と高くなった。その分、やたら重くて移動は困難。また、今まで使っているコピースタンドとは場所の関係で排他使用となるのが結構面倒だ…
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by ZAM20F2 | 2012-10-18 06:44 | 物系 | Comments(0)