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天下乌鸦(三):介绍几个有趣的闯关实验设计

已有 1818 次阅读 2020-11-22 16:26 |个人分类:乌鸦与喜鹊|系统分类:观点评述

天 下 乌 鸦(三)

—— 认知行为测试灰喜鹊的智商


最近,央视正大综艺系列节目在“动物来啦”里播放了一段南京大学动物行为与保护实验室在南京红山森林动物园共同合作下完成的一个有趣科学实验录像,验证了2600多年前伊索寓言故事中《乌鸦喝水》的情景。这个故事大家耳熟能详,一直以为寓言就是来哄小孩子的,哪里想到可以在实验室里重复科学验证。作为鸦科动物的灰喜鹊也会解决“喝水”的问题,与寓言故事里的乌鸦一样厉害,甚至更厉害,让人大开眼界。
借用这个节目及录像(截屏),我们再现整个试验过程,探索其中的奥秘。
以下是这项科学实验的设计思路及几个经典片段的截屏,环环相扣,错综复杂,缜密而又有趣。

第一关 液体与固体(物理性质)
试验设计:放置两个试管,一个注入液体(水),一个放入固体(沙子),表面有昆虫做诱饵。灰喜鹊为了吃到虫子,会设法够到虫子(下图)。
在实验室中,鸟儿面临的诱惑不仅仅是甘甜可口的水,还有漂浮在水面上的那条面包虫。灰喜鹊不仅会将石头扔进管子,使水面上升,而且在选择石头时还会倾向于选择大一点的石头,从而提高自己的效率,更快地获得食物。这里面涉及到了几个物理性质:大与小、液体与固体等。
显然,鸟类对于固体和液体是能够正确区分的,而且胸有成竹,不假思索,立刻完成。这里,是不是会有什么试错过程,学习的过程,在试验中我们看不到。灰喜鹊好像一开始就知道石头可以让水面上升,而不能让沙子上升。这个智商指数
和认知能力,已经超过了四五岁的儿童水平了。


张宜贵 第一关 沙子与水 测试灰喜鹊吃虫子.JPG

第一关 液体与固体实验,左为沙子(固体),右为水(液体);截屏自央视正大综艺系列节目“动物来啦”(2020)


第二关 空心与实心(比重)
实验设计:放置一个试管,注入一定水位,放入一只面包虫(下图)。准备两种不一样材质的“石头”,一种是空心的(可漂浮),另一种是实心的(可沉底)。同样是为了获取食物,测试灰喜鹊会选择什么样的物质(比重)来达到目的。
国外的一个类似实验(用新喀鸦或松鸦测试),是用泡沫塑料块或者软木塞代替“空心石块”,属于测试不同的物质组成和浮力问题。
这一次,灰喜鹊出现了小小失误——所谓的试错过程,就是学习过程吧。可以理解,对于形状和颜色相同的两种“石块”,用肉眼是没有办法识别空心还是实心,失误不可避免。它投入的第一块石块竟然漂浮在了水面上,这不能改变虫子的位置,灰喜鹊也被迷惑住了。但是,灰喜鹊通过试错,很快就能够做出正确选择。这个实验,涉及到比重和浮力,有一定的难度,应该相当于五六岁儿童的智商。


张宜贵 第二关 空心与实心 不同石块.JPG
第二关 空心与实心实验,各有六块,混合摆放;截屏自央视正大综艺系列节目“动物来啦”(2020)


第三关 玻璃管的粗和细
试验设计:放置两个粗细不同的试管,都注入水,水位一样高,上面各放入一只面包虫(下图)。限制条件是石块的数量有限(六块),如果投错,就可能得不到食物。只有将石块投入到比较细的玻璃管里,才能够得到食物。
这一次挑战难度加大了,除了思考,可能还要有耐心,不能太着急。在节目中,灰喜鹊一开始就投错了,这好像不打紧,它很快发现了问题,及时纠正了错误,连续投入三四个石块到比较细的玻璃管中,顺利吃到面包虫。这个测试,涉及到耐心和效率,还有一个学习的过程。如果没有限制性条件,无论粗细都同样可以获得食物,而花的时间可能不一样,效率就不一样。这一次实验虽然有一点抽象,好像对于灰喜鹊,也不是太难。当然,因为是科普节目,一些学习(试错)和训练的过程被省略了。上面所有的实验,都是在室内进行,如果在野外是否可能完成呢,我们不知道。


张宜贵 第三关 粗和细.JPG

第三关 玻璃管的粗和细实验,左侧为细玻璃管,右前为粗玻璃管;截屏自央视正大综艺系列节目“动物来啦”(2020)


第四关 水位的高与低
实验设计:放置两个一样的试管,都注入水,但水位的高低不一样,上面各放入一只面包虫(下图)。这一次难度更大了,测试的是空间概念,辨别高低。同样的限制条件是石块的数量还是六块,如果投错,就不能够得到食物。
不知道为什么,灰喜鹊越来越表现出聪明的一面,认知能力几乎不亚于乌鸦什么的。这一次,它放慢了速度,跳来跳去,左顾右盼,因为它是在俯视玻璃管内的水位,需要看仔细了,找到二者的区别,才能够有的放矢。在面对一个高水位的管子和一个低水位的管子时,最终灰喜鹊选择了将石头扔进了高水位的管子,因为它明白选择高水位的管子投入石头可以让自己更快地吃到水面上的面包虫。上面的实验,可能都涉及到效率问题,对于一只如饥似渴的灰喜鹊,只有减少失误,才能够更快地得到水或食物。这里面还有一个因果关系,有一个推理过程:因为水位高,所以效率也高。看来这几关都没有难倒灰喜鹊,它很快通关了。


张宜贵 第四关 水位高与低.JPG

第四关 水位的高与低实验,左为低水位,右为高水位;截屏自央视正大综艺系列节目“动物来啦”(2020)

... ...

 “乌鸦喝水”实验装置,涉及到一些物理法则,如水位、固体与液体(密度)、浮力、尺寸、粗和细、高与低、U形管、轻和重(比重)、实心与空心等,... ...。研究人员曾经用同样的实验分别测试了五岁、六岁和七岁的儿童,五岁的儿童不了解浮力的原理,将所有的石块都扔进了管子,而六岁的儿童尝试用试验解决问题,发现了下沉的石块可以使水面上升。由于七岁的儿童已经完全理解了浮力的概念,只投入了较重的石块。

... ...  类似的科普节目,类似的闯关设计,花样翻新,国外还有许多,国内的乌鸦爱好者可能都看不到。而且,这些认知行为节目很早就在英国广播公司(BBC)和油管视频网站(YouTube)等上都播放过(2009),吸引了成千上万的观众。除了新喀鸦、灰喜鹊,还有世界各地的松鸦、秃鼻乌鸦、渡鸦、喜鹊等参与闯关,都有精彩表现。中国学者,包括中国的鸟,在这方面,后起直追,也取得了非常好的成绩。

那么,我们不禁要问,人设陷阱诱导鸟类入瓮,目的是什么,不仅仅是看热闹吧!

在过去的几十年里,科学家一直在绞尽脑汁寻找答案,鸟类的这些能力,是“本能”还是智慧,有没有认识、思考、学习、记忆、推理什么的。我们知道鸽子的导航能力非常强,大雁南来北往“记忆”也是很厉害,甚至远远超过了人类。但是,这些与智商没有关系,好像都是螺旋状的遗传基因的功劳。

在2600年前,伊索看到的乌鸦喝水,应该是在自然条件下,没有人设。现在的重复实验,都是在实验室里进行,两者还是不一样的。如果是在野外,观测的难度很大,依照鸟类的心思,通常不会轻易“上当”。



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