名城大学理工学部 応用化学科 永田研究室
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ブログ「天白で有機化学やってます。」 ブログ「天白で有機化学やってます。」

問題のあるプレゼンテーション2017/11/17(金)

応用化学科では、2・3年生で履修する専門実験科目として「応用化学実験」があります。応用化学実験では、半期に1〜3回程度「発表」の時間があり、それまでの実験内容を10分弱程度のプレゼンテーションにまとめて発表する練習をしています。学生のプレゼンテーションは「わりと上手だな」と感じることが多いのですが、時々欠点が気になることもあります。私たち教員が「これはいかがなものか」と思うプレゼンテーションの悪しき特徴を、いくつか紹介してみます。

何よりも強烈に「うわーダメでしょ」と思うのは、無駄なアニメーション満載のプレゼンですね。実験手順を説明するのに、いちいちビーカーの中の試薬がフラスコの中に移動するとか、フラスコの中の溶液が分液ロートに移動するとか。予備知識を持たない人向けに化学実験を説明するのなら一定の効果があると思いますが、今回のプレゼンは「同業者」向けですよね。そういう場合は、全員が知っているはずの内容は極力簡素化すべきです。また、アニメーションは時間がかかりますので、「それなしでは内容を理解するのにもっと時間がかかってしまう」場合に限定して使うべきです。持ち時間(今回は8分)を有効に使わないといけない。

もう一つ、学生のみなさんが勘違いしがちなのが、写真の使い方です。写真は聞き手の印象に残りやすいので、つい使いたくなりますが、「その写真を使ってどういう科学的メッセージを伝えたいのか」をよく考えないといけません。たとえば、白い結晶の写真を載せたとします。その写真がよく撮れていれば、「白い結晶がとれた」という強いメッセージが伝わるでしょう。でも、その事実は、実験の内容の中で一番重要なことですか? IR や 1H NMR の結果が正しく解釈できたことの方が、もっと重要ではないのですか? そうだとすれば、結晶については「白色結晶」という事実だけを文字で伝えて、他の重要な結果に注目が集まるように、プレゼンテーションを組み立てるべきでしょう。

科学プレゼンテーションのポイントは「自分を印象づけること」ではありません。そういう指導をする人もいますが、科学や実験事実に対して不誠実な姿勢だと私は考えます。最も重要なのは、科学的内容を正しく伝えることです。実験の再現に必要な情報を(すべてではないにしても、重要な部分は)提供し、得られたデータについて客観的に評価し、得られた結論を第三者の批評に耐えうる形で提示することです。

プロフェッショナルのプレゼンテーションは、Instagram や Facebook でのアピール合戦や、小学生の総合学習のような「仲間同士の確かめ合い」とは全く質の違うものです。プレゼンの結果をもとにして、厳しい議論を重ねて、よりよい結論に導こうと努めるのが、プロの科学者・技術者というものです。大学で学ぶからには、プロの行動基準に少しでも近づけるように、研鑽を重ねていただきたいなと思います。

キログラムの定義が変わる2017/11/13(月)

少し前に、産業技術総合研究所(産総研)のプレスリリースで、「質量の単位『キログラム』の新たな基準となるプランク定数の決定に貢献」という記事が出ていました。科学の歴史に名を残す重要な成果なのですが、記事を読んだだけではよくわかりませんでした。もう少し背景を調べてみたので、解説してみたいと思います。(私はこの分野の専門家ではないので、間違いを書いているかもしれませんが…)

まず、「国際単位系 (SI)」についてのおさらい。国際単位系とは、物理量の単位を7つの基本単位の組み合わせとして表現するものです。7つの基本単位とは、キログラム (kg)・メートル (m)・秒 (s)・ケルビン (K)・アンペア (A)・モル (mol)・カンデラ (cd) です。それぞれの単位の定義については、計量標準総合センターの「基本単位の標準」を参照しましょう(Wikipedia の「SI基本単位」の項目が手っ取り早いのですが、本日現在では情報源が明示されていません。こういう情報は参考にしてはいけません)。この中で、唯一「キログラム」の定義だけが、「キログラム原器」と呼ばれる人工物の質量に依存しています。キログラム原器は注意深く管理されていますが、表面汚染などの問題により、50 µg 程度の質量変動は避けられないとされています(藤井賢一,「計測と制御」, 2014, 53, 144-149)。

そこで、キログラム原器に代わる質量の基準が検討されるようになりました。候補は2つあります。1つは、アボガドロ数を基本定数と考えて、「アボガドロ数個の12C原子の質量の 1000/12 倍」を 1 kg と定義するもの。もう1つは、アインシュタインによる光子エネルギーの式 E = と、質量とエネルギーの等価式 E = mc2 を使って、プランク定数 h の倍数として 1 kg を定義するものです。一番目の定義の方が化学者にはなじみの深いものですが、プランク定数はアンペアの定義にも関係しており、より高い汎用性を持ちます。そこで、プランク定数に基づく二番目の定義が採用されることになりました。

実は、アボガドロ数とプランク定数の比はすでに相対誤差 7.0×10-10 という高い精度で決定されています(P. J. Mohr et al. Rev. Mod. Phys., 2012, 84, 1527-1605)。アボガドロ数はプランク定数とは独立に測定することができますので、アボガドロ数を精密に決めることができれば、他の方法で決定したプランク定数の値と比較することによって、プランク定数の精密さをより確かにすることができます。

そこで、国際研究協力「アボガドロ国際プロジェクト」が発足し、そこに産総研も参画することになりました。プロジェクトの目的は「アボガドロ数を精密に測定する」ことなのですが、上に示した理由により、これは「プランク定数を精密に決定する」ことにつながり、さらに「キログラムの新しい定義を決定することに貢献する」ことになるわけです。先のプレスリリースは、このプロジェクトにより、「アボガドロ数が精密に測定され、先に測定されたプランク定数の値と合理的に関連付けられた」という成果が得られた、という発表だったわけです。

研究の詳しい内容については、元のプレスリリースを読んでみてください。「すごいな」と感心してほしいのは、ある物理量(この場合はケイ素球体の直径)を相対誤差 2×10-8 という高い精度で測定する技術があること、そして日本・欧州・米国のそれぞれの研究機関で決定されたプランク定数の値が同程度の精度で一致していることです。科学の根幹である「再現性」の究極の姿を私たちは見ているのです。この研究には、実用的な意味ももちろんあるのですが(微小な質量を測定するための基準と、それを実現するための方法が開発できた)、それ以上に「すべての科学を支える土台作り」に貢献した、という重大な意義を持っているのです。産総研のチームに拍手を送りたいと思います。

プレスリリースの「用語の説明」の中で、「プランク定数」の項に「プランク定数をもとに 12C の質量を決定し、そこからキログラムを定義できる」と読み取れる記述がありますが、これは誤解を招くように思います。現在提案されている新しいキログラムの定義は、「周波数 c2/h の光子のエネルギーと等価な質量(c は光速度、h はプランク定数)」で、12C の質量には依存していません。(参考:Bureau International des Poids et Mesures: FAQs: Q14

アルゴリズムと偏見2017/10/16(月)

Yahoo! ニュースの記事に、「機械による偏見」を取り扱った記事が出ていました。

数学やプログラミングに詳しくない人には、「アルゴリズム」という概念がわかりにくいかもしれません。この場合は、コンピュータが大量のデータを処理することで、意味ある結論を導き出すための「手順」のことを言っています。古典的なプログラミングでは、「手順」をすべて人間が書き出して、データの処理を行っていました。最近は、データがあまりにも巨大で相関関係が複雑化しているため、「手順」自体をコンピュータが探索するような方式が取り入れられているようです。「手順を決める手順」「手順を決める手順を決める手順」等々、処理がどんどん階層化している、というイメージです。

こうなると、どういう手順で結果が得られたのか、一般人には想像がつかない、という事態が起きてきます。実際、囲碁や将棋のプログラムは最近急速に強くなってきましたが、「なぜその手を打った(指した)」のか、もはや誰にも(プログラムを作った人ですら)説明できないところまで来ているようです。

囲碁や将棋のアルゴリズムであれば、判断を下した基準が理解できなくても、一般人には実害はありません。しかし、現代の社会では、巨大なデータをアルゴリズムで処理した結果が、日常生活に影響を与え始めています。Google の検索結果の順序も、ネット通販の「おすすめ」も、何かのアルゴリズムで決定したものが提供されているわけです。その決定の基準が、誰にもわからないものになっているとしたら、どうでしょうか。

この問題には、二つのとらえ方があります。一つは、プログラマーを含めて誰にもわからない基準で、物事が決定されていく、という危険性です。もう一つは、特定の企業が、人々を特定の方向に誘導する意図を持って、特定のアルゴリズムを広く配布する危険性です。一つ目は、「人工知能に人類が支配される」というディストピア思想に通じるものですが、「そんな大げさな」と拒否感を示す人もあるでしょう。しかし、二つ目については、「それは困る」と感じる人が多いのではないでしょうか。

実際に起きることは、おそらくこれらの中間です。つまり、「特定の方向に誘導する強い意図を持っているわけではないが、結果として偏った情報を与えるアルゴリズムを広く配布する」ということが起きます。上記記事に紹介されている「犯罪予測」のプログラムなどは、その典型例だと思われます。(もしこれが上記の二番目のケース、つまり「黒人の犯罪率が高い」ということを明示的にプログラムに組み込んでいたとしたら、本当に救いがありませんが、そこまでタチの悪い話ではないと信じたい。)

アルゴリズムの透明性確保や検査制度については、上記記事で述べられている通りですが、一般人の立場では、どのように対処していけばよいのでしょうか。まずやるべきことは、私たちの心のどこかにある「コンピュータがうまくやって出してくれた答えなんだから、きっと正しいに違いない」という思い込みを、排除することです。「Google検索で上位に来た記事だから、重要に違いない」というのはダメで、なぜそれを重要と思うのか、自分で説明できないといけない。Googleが上位にしている理由などわからなくても、「自分にとってなぜ重要なのか」はわかるはずだし、わからないと困ります。それが「主体的にものを考える」ということにつながります。

世の中は、「考えなくても済む」方向にどんどん動いています。考えないほうがラクだから、ついその流れに乗ってしまう人が多いのです。結局、そういう人は食い物にされるんですよ。きちんと自分の頭で考えて、「精神の自由」を確保しましょう。

阪大医学部がこれではあかんでしょ…2017/09/25(月)

阪大医学部教授・仲野徹先生のツイートを見て、ちょっと凹みました。

元々の記事は、「『スーパーグローバル』大学創成支援事業:二兎を追うものは一兎をも得ず」です。筆者のスティーブン・ギブンズ氏は、米ニューヨーク州弁護士で、長く東京で活動され、現在は上智大学法学部で教授職に就かれています。上で引用された「日本人の学部生」に対するコメントは、ご自身の教壇での経験を踏まえたものと思われます。それに対して、阪大教授の仲野先生も同意するほかない、と。阪大医学部の学生って、そんなに講義に出ないんですか…。

念のために書き添えておくと、仲野先生の研究室ウェブサイトや他のツイートを拝見すると、先生ご自身は「さぼっている奴は許さない」という姿勢で教育に臨んでおられます。試験は相当厳しいようだし、講義にもおそらく熱心に取り組んでおられるはずです。それでも学生を振り向かせることは容易ではない。「大学にこういった視点はまったくありません…」という先生の嘆きは、「教員が一人でできることには限界がある、やはり大学全体として『学生に真面目に授業を受けさせる』という取り組みが必要だ」という意味だと理解しました。

中堅以下の大学は、出席についてもっと厳格です。授業で出欠をとるのは当然だし、ある回数以上休んだら試験の受験資格がなくなります(欠格)。うちの大学では欠格の最終判断は担当教員に任せられてはいますが、原則「欠格になる」のが標準です。上位の大学になるほど、「学生の自主性を重んじるべきだ」という教員側の考えが優先されて、「欠席が多いと欠格」などという厳しい姿勢はとられなくなるものと思われます。

自主性を重んじるのは美しい考え方なのですが、それを優先するなら、「講義を聴くのと聴かないのとで理解度が大きく変わる」講義をしないといけない。上位大学の学生は頭がいいので、「そこそこ」の講義では教科書を読むのと大して変わらないレベルと感じるでしょう。だから「別に講義なんか聴かなくてもよくね?」となってしまうわけです。しかし、質の良い講義を提供するためには、準備に多大な労力が必要です。上位大学の先生方は軒並み非常に忙しいので、講義にそこまで手が回らない、というのが正直なところなのではないでしょうか。

簡単な処方箋があるわけではありませんが、「学部教育の充実なくして大学の質の向上はあり得ない」という認識は持っておきたいものです。といっても、研究もやれ・プロジェクトの提案や報告もやれ・海外交流もやれ・学部教育もちゃんとしろ、では、現場はパンクしてしまいます。現場で質のよい教育が提供できるように、運営側(大学理事会とか)は知恵を絞っていただかないとな、と思います。上(文部科学省)ばっかり見てないでね。

「元素をめぐる美と驚き(上・下)」(H. A. ウィリアムズ著)2017/09/20(水)

いやあ、これはすごい本だ。各章でほぼ1つの元素をとりあげて、歴史・地理・文学・絵画・映画など、文化のほとんどあらゆる分野の話題をちりばめて論じています。読むのに大変な教養が要求されますよ。私は力不足を痛感しました。ついていけない話題が多いんだもの。

著者はロンドン生まれで、ケンブリッジ大学で自然科学を学んだ後、ジャーナリストとなって科学・デザイン・建築についての書物を著しているとのこと(本書の著者紹介による)。文章はいかにもイギリスの教養人らしく、控えめな筆致で、ややもったいぶっていて、ひっそりとユーモアを漂わせています。各章の終り方がとても特徴的です。たいてい「ぷつっ」と突然終わるんだけど、妙に余韻が残ります。こういう文体、私は好きですね。

解説の佐藤健太郎さん(サイエンスライター)も書かれていますが、こういう博覧強記の権化のような本は、なかなか日本人には書けないんじゃないでしょうか。なんというか、一般教養の圧倒的な差を感じます。日本では「(知識の)守備範囲が広い」というのがあまり尊敬の対象にならない、という文化的背景もあるのかもしれません。

ちょっと質が違うんですが、D. ホフスタッター氏の名著「ゲーデル・エッシャー・バッハ」の訳者が、「これは肉食民族にしか書けない本だ」と評していたのを思い出します。なんか、「分厚い」んですよね。物理的にも内容的にも。世の中うすっぺらい本が多いんで、たまにはこういう本と格闘してみるのもいいかと思います。

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