五一假期我在鼓浪屿给百造学堂的Grand Tour大游学做科学导师,带着一群小学生做科学实验和自然观察,希望能在他们小小的花园里种下小小的科学种子。
今天分享我设计的第二个课程,是一个适合小学生的随机单盲对照实验。同样的,欢迎家里有小朋友的家长参考采用。
这个实验的内容是让小朋友们在蒙眼状态下尝试分辨可乐与雪碧。通过这样一个参与门槛很低的实验,让小学生亲身感受科学研究中极度重要的一个思想:
盲法。
所谓盲法,就是让参与实验的人或开展实验的人“看不到”实验的内容,从而最大限度地排除主观因素对实验结果的影响,进而帮助人类掌握真正可靠的理论,检验真正可靠的产品(尤其是药品)。
盲法又分为单盲和双盲两种,有条件的话做双盲实验当然更完美,但考虑到小学生的参与难度,我采用的是单盲方案,在实验结束后再延伸介绍双盲的做法。
说回实验部分,我先是向同学们提出一个问题:
在可乐和雪碧之间选一个的话,你更喜欢可乐还是雪碧?
经举手统计发现,大部分同学更喜欢可乐,少数几位喜欢雪碧,还有一位从小被家长教育不能喝碳酸饮料。于是我接着问大家:
你确定自己能分得清可乐和雪碧吗?我现在给你看到瓶子,颜色不同当然很容易区分,要是倒进杯子,蒙上眼睛,你还能分得清吗?
小学生们自信爆棚,异口同声地说分得清。
这时我就可以借着这股好胜心来引入实验了。
首先我让他们自由组合,随机分成人数相同的两个组。第一组先用布条把眼睛蒙上,作为实验对象,第二组作为研究人员来做记录,做完一轮再交换位置,确保每位学生都体验到两种角色。
然后,每位蒙眼的同学面前摆三个杯子,编号123,分别倒进去可乐、雪碧和纯净水(作为空白对照)。搭档的同学负责把杯子递给他品尝,请他说出自己喝的是什么,并在表格里记录对或错。
不得不说,小朋友们的味觉可真是敏锐,这一轮测试里面接近九成的小朋友3杯都猜对了。
再然后我调整方案加大了一点难度,不再规定3个杯子放不同饮品,而是可以某一种重复2杯或3杯,比如2杯可乐1杯雪碧,甚至3杯都是雪碧,这样实验对象就不能通过排除法来帮助判断。这一改,直接让小朋友们喝到“怀疑人生”。
这一轮,只有不到七成的鉴定结果是正确的。做实验的小朋友看到同伴猜错非常得意,蒙着眼的同学则很不服气,发誓等下要设计难度让你们一个都猜不出来。
经过两轮实验,我让同学们交换位置,实验对象和研究人员互换角色。
还是做两轮测试,一轮简单的,一轮困难的。简单的这一轮照例是接近全对的结果,到提高难度时,有的小朋友开始想起了邪招,在其中一个杯子加入事先没有说过的冰红茶,还有的想到用纯净水稀释雪碧和可乐,进一步提高难度。
经过两轮测试,每位同学手里的小白板都记满了实验结果。这时我再引导大家学习实验数据的处理。
我喊了两位同学来数白板上第一组实验的正确与错误分别有多少个,两人一个数✅,一个数❌,很快填上了结果。
再请另外两位同学来数第二组的数据,这时就出现了我意料之中的问题,他们两人数出来的数量加起来和人数对不上。有眼尖的同学发现了这个问题,但我特意没有让他们当场修改,而是直接把这一行字用红色笔划掉,留到后面作为警示案例。
然后我再引导同学们思考,除了统计第一组和第二组的数据,我们还可以对实验结果做什么样的分析。这时有同学就想到了可以算一下男生和女生哪边正确率更高。
等第一组、第二组,男生组、女生组分别都统计完结果后,我再集中给大家分析实验结果:
第一,最明显的结论就是,当我们把眼睛蒙上时,是不能百分百分辨雪碧和可乐的。这告诉我们盲法在科学研究中的重要性,只有尽量排除了主观影响,才能得出更可靠的结论。
第二,在科学研究中,做实验需要认真细致,但这还不算完,记录和统计实验结果也是同等重要的步骤,也需要认真细致,否则结果统计出错就前功尽弃了。
第三,我请同学们思考,在本次实验中,男生分辨饮料的总体正确率比女生高了10多个百分点,这是不是可以说明男生在分辨饮料方面比女生更厉害呢?
这里同学们就产生了分歧,有的认为实验已经证明了,那就是男生更厉害,有的认为实验里女生比男生多,出错的概率也更高,这不公平。
顺着这些分歧,我给大家讲了实验对象数量对于实验结果的影响,对实验结论价值的影响。我告诉大家:
基于十几个人做出的实验研究能够反映一些初步的问题,提示我们后续研究的方向,但这样就得出普遍的结论说全世界的男生分辨饮料的能力比女生强,那还是远远不够的。这时就可以展开讲随机、大规模、多中心的概念。
最后我再延伸讲了双盲的概念:
今天的实验过程中,虽然实验组的同学是蒙着眼睛的,但负责测试的同学可以看得到,而且会跟实验组的同学交流,用语言暗示或者误导对方,还有的同学则直接说漏了嘴让蒙眼的同学不用品尝就猜到答案。
这就是单盲实验相对双盲实验的局限性,实验结果还是会在一定程度上受到主观因素的影响。所以在药品的双盲实验中,需要把药品包装去掉,连做实验的医生也不知道患者吃的是药品还是安慰剂,这样才更可靠。
到此,一场用可乐和雪碧开展的小实验,就圆满完成了它普及大规模随机双盲科学概念的任务。
希望这一粒粒小小的科学种子,将来开出大大的花。