On teaching

Do elite nerds need any education? 

[Finnish version: click here]

Niko Porjo’s posting last week (Finnish only) raised some conflicting feelings. Summary: based on his own experiences when studying physics, Porjo strongly questioned whether lectures are an efficient type of teaching at all.  I found this argument compelling, given that it resonates with my own experiences.

Porjo then suggested, perhaps polemically, that it would be more efficient to get rid of most artificial and formal types of education. Learning by doing is the most efficient way, and theory should flow from the practical work rather than vice versa. I did not agree with this suggestion at all.

I believe Porjo may be right, but only within tight boundaries. It is true that sitting in compulsory classes is slow and inefficient, especially now that much of the information is available on the Net already. If someone wants to listen to good lectures, there are sites like  TEDx or the Khan Academy.

Whatever the field of study, the actual learning happens elsewhere, not in lectures. Physics requires vast amounts of exercises. Some subjects require massive amounts of reading and writing. In practical subjects, only the practical work teaches what the work really is.

I do not break any confidences if I say that Porjo is a gifted physicist and an extreme nerd (in the most positive sense of that term). He studied physics in Turku in the 90’s, and I studied physics in Helsinki in the 90’s. Although we only met at work in the 00’s, our student experiences are similar.

That is why I found Porjo’s skepticism about lectures so familiar, even heartwarming. I never got much out of lectures, even the good ones. I was mostly too fidgety to even sit in them, even the good ones. I did pass, and even got a PhD (though it took me exactly twenty years), but I was no academic star.

This was quite common in the University of Helsinki’s physics department in the 90’s. All the familiar faces sat at the cafeteria, not the lecture rooms. (Actually, the largest number of familiar faces sat at the library doing physics exercises. It is not possible to graduate in physics without undergoing a punishing regime of thousands of calculations. For every hour spent goofing off from lectures, I spent two hours doing exercises).

But — and here is the crux — we are talking about maybe a few dozen people. Not really an elite, but an unusual crowd. We spent our first kegger making physics calculations, even though there was beer on offer (no women though, for some reason). We spent all keggers that way, actually. Those were the days. The Big Bang Theory may be a parody of physicists, but it is a subtle parody.

What do the learning experiences of this crowd teach us about the ways in which education in Finland should be arranged?

Nothing.

The situation Porjo describes applies to a very specific group of Finns: introverted people who are voluntarily studying scientific or technical subjects. In practice, this group would teach itself the basics whether or not there was any formal teaching at all.

Should the world rotate around this group? It is trendy to suggest that a nation succeeds only if its cognitive elite succeeds. Give the top percent all the resources it needs, weed out the weak ones, and let Darwinism do its magic. The fittest will survive and save society.

I beg to disagree. A nation is on average as competent as its average citizens. Finland has no Nobel laureates, but even a mediocre engineer is quite good and well-rounded here. This is almost certainly one reason why the cell phone business rose so quickly in such a small country. A company could recruit almost anyone at random, and be reasonably sure that they were reasonably competent.

This business has now collapsed (see the Finnish-only blog by Timo Tokkonen), but the average competence means that people will learn to do something other than cell phones, although the transition will be painful. If all Finnish engineers were only trained to optimize Symbian code, we would be in trouble. Luckily, the educational system is well-rounded, at all levels.

So who should we focus on: the elite or the average? Porjo’s blog gives an immediate answer. The most gifted and motivated people will dig up their knowledge from under a rock, if they have to. All they need is Net access. After that there is no particular need to pamper them.

Resources should be put into providing a good well-rounded education for the average Finn. (In fact, I feel that a civilized society should give even its weakest members the best feasible education, even when it doesn’t seem to make quantitative economic sense. I have no rational defense for this idea, it is simply an ideology).

Since I know nothing about pedagogy, I don’t quite know what this means. Probably, it means that education must be quite structured, perhaps repetitive, and even include some formal discipline. It definitely cannot mean the type of anarchistic workaholism that got me and my friends through. But I am happy to leave the exact definitions to the professionals.

The key point is that in this debate, the experiences of people like Porjo and me are largely irrelevant. We have our place in the margins of society (an important place even). But in terms of the education debate, almost everyone else is more important.

Liikennepakojen matematiikkaa, osa 2

Numeroita rakastavan on tarkkaan tiedettävä, milloin hänen rakkaansa on jättänyt hänet. Jatkoin pidemmälle suojatieonnettomuuksien analyysiä, ja päädyin tuloksiin jotka ovat kauniin näköisiä, mutta jotka nähdäkseni eivät tarkoita mitään konkreettista. Riskianalyysit on tehtävä paikan päälle menemällä, ei numeroita vääntämällä.

Helsingin sanomien mukaan nykyään tapahtuu melkein joka päivä suojatieonnettomuus.  Niistä kourallinen johtaa kuolemaan.  Aloin tarkastella asiaa toisesta näkökulmasta. Kuinka vaarallista suojatien ylittäminen itse asiassa on?

Riskiä voi arvioida joko jalankulkijan näkökulmasta (mikä on todennäköisyys, että loukkaa itsensä tien ylityksessä) tai sitten autoilijan näkökulmasta (mikä on todennäköisyys, että on osallisena onnettomuudessa). Autoilijan näkökulmasta on huomattavasti yksinkertaisempaa löytää numeroarvoja.

Oletetaan, että ajokortti on voimassa noin 50 vuotta (18-vuotiaasta noin seitsemänkymppiseksi). Tämän viidenkymmenen vuoden aikana siis tapahtuisi yhteensä noin 15,000 suojatieonnettomuutta. Yksittäisen autoilijan todennäköisyys olla sellaisessa osallisena ei ole suuri, jos autoilijoita on paljon.

Heitä on paljon. Noin 90% aikuisista hankkii ajokortin (lähde: Wikipedia), ja Tilastokeskuksen mukaan 18-75-vuotiaita on noin 3.6 miljoonaa.  Kaiken kaikkiaan Suomessa olisi noin kolme miljoonaa ajokortillista ihmistä, joista tosin läheskään kaikki eivät ole aktiiviautoilijoita.

Todennäköisyys aiheuttaa suojatieonnettomuus olisi siis noin 15,000/3,000,000 eli yksi kahdestasadasta. Keskimäärin siis jokainen ihminen tuntisi jonkun tällaisen autoilijan, mutta sen lähemmäs asia ei tyypillisesti koskettaisi.

Mutta tämä ei vielä kerro suojatien ylittämisen riskiä, koska ei ole tietoa kuinka moni kuski itse asiassa ajaa suojateiden yli ja kuinka usein. Aktiiviautoilija kaupungissa ajaa suojatien yli kymmeniä ellei satoja kertoja useammin kuin maaseudulla. Käytännössä kaupunkilaiskuski luultavasti oppii taitavammaksi, mutta siitä huolimatta onnettomuusmahdollisuuksien suuri määrä yksinkertaisesti dominoi kaiken taidon.

Kuinka monen suojatien yli tyypillinen kaupunkilainen sitten elämänsä aikana ajaa?

Ylärajalta löytyvät ammattilaiset, ennen muuta bussikuskit. Pahin skenaario mikä tulee mieleen on palvelulinjojen bussien kuljettaja suurehkossa kaupungissa — nämä linjat kulkevat sellaisten asuinalueiden läpi, joissa on paljon suojateitä.  Otan esimerkkinä palvelulinjan P2 Turussa, koska asun sen varrella ja tunnen tiet kohtuullisesti.

Turun palvelulinjan P2 reitti. Lähde: Turun kaupunkiliikenne.

Reitin P2 ajoaika on tasan tunnin. Kävin reitin läpi kartalla, Streetviewlla, ja osan ajamalla, ja laskin reitillä olevan yli 60 suojatietä. Jos kuski ajaa reitin läpi työpäivän aikana kuusi kertaa, suojatien ylityksiä tulee lähes 400.  Työpäiviä on vuodessa noin 250, vuosilomapäiviä 25. Jos lasketaan muutama sairasloma- ja koulutuspäivä, jokainen kuski ajaa vuodessa yli 80,000 kertaa suojatien yli.

Bussikuskille mahdollisesti sattuu vähemmän onnettomuuksia kuin muille, koska bussi on helpompi nähdä kaukaa, ja ihmiset osaavat varoa. Kuskien keskimääräinen ammattitaito on myös kovempi. Toisaalta kilometrimäärät ovat suuria, ja äkkijarrutus hankalampaa kuin henkilöautolla.

Reitti P2 on koukeroisempi kuin useimpien ihmisten työmatka, joten risteysten arvio on yläkanttiin. Hyvä arvio voisi olla hieman yli 30 risteystä yhteen suuntaan, kaksi kertaa päivässä.  Karkeana arviona työmatkalainen kulkisi 10,000 suojatien yli vuodessa.

Tilastokeskuksen mukaan vuonna 2010 Suomessa oli noin 2.3 miljoonaa työllistä, joista noin 1.4. miljoonaa suurimmissa kaupungeissa tai niiden naapureissa. YLE:n mukaan  “valtaosa työmatkoista ajetaan omalla autolla”, missä ei kuitenkaan ole otettu mukaan kimppakyytien todennäköisyyttä. Kanta-Helsingin alueella ehkä merkittävä osa käyttää julkista liikennettä, mutta muutoin miljoona autoa päivässä ei liene huono arvio ylärajalle.

Tämä tarkoittaa noin 10 miljardia suojatien yliajoa vuodessa koko Suomen alueella. Kun onnettomuuksia on reilu 300, tämä tarkoittaa, että kun auto ylittää suojatien, sen todennäköisyys aiheuttaa onnettomuus on alle yksi kolmesta miljoonasta.

Tarkoittaako tämä luku itse asiassa yhtään mitään?

Olen itse hiukan kahden vaiheilla.  Ainakaan se ei ole käytännöllinen. Jalankulkija ei sen perusteella pysty päättämään, uskaltaako hän enää kävellä suojateillä ollenkaan. Autoilija ei pysty päättäämään, muuttaisiko reittiään vai jäisikö kokonaan kotiin.

Luku on niin pieni, että se varsinaisista onnettomuustilastoista on vaikea päätellä yhtään mitään tietyn risteyksen turvallisuudesta, tai tarpeesta muuttaa sitä (esimerkiksi korokkeilla). Makaaberisti sanottuna onnettomuuksia tapahtuu “liian vähän”. Tilanne olisi toinen, jos myös läheltä-piti-tilanteet rekisteröitäisiin johonkin, mutta onnettomuustilastoista päätteleminen on jokseenkin toivotonta. Kahden auton välisiä onnettomuuksia saattaa tapahtua enemmän kuin suojatieonnettomuuksia, mutta nekään eivät suoraan kerro suojatien ongelmista.

Riskejä on pystyttävä arvioimaan muilla keinoin, joko käyttämällä tervettä järkeä tai (paljon mieluummin) käytettävyystutkimuksen menetelmiä. Riskisuojatiet on mahdollista tunnistaa kävelemällä niitä läpi ja arvioimalla riskejä tapaus kerrallaan. Matematiikalla on asiassa hyvin pieni rooli. Liiikenne- ja jalankulkijamäärien arvioinnilla voi olla merkitystä, kun priorisoidaan mitkä risteykset tutkitaan ensin.

Mutta jos halutaan löytää keinoja parantaa suojateiden turvallisuutta, kannattanee suhtautua skeptisesti ihmisiin, jotka väittävät näkevänsä riskit tilastojen perusteella. Mikään ei korvaa sitä, että kovatasoinen ammattilainen käy fyysisesti paikan päällä.

Näkisin, että tämä on yksi niistä tapauksista, joissa matematiikalla ja tilastoilla ei pääse oikein mihinkään. Joskus näinkin.

Miksi liikennejärjestelmässä luotetaan sääntöihin?

 

 

Liikennesäännöt on pyritty suunnittelemaan siten, että niitä noudattamalla liikkuminen on turvallista. Jonkin verran harkintaa täytyy käyttää esimerkiksi nopeuden suhteen; ilmoitettu rajoitus on suurin sallittu, mutta voi olla ja monesti onkin liian suuri joissakin olosuhteissa.

On kuitenkin selvää, että kaikki liikenteessä toimivat rikkovat sääntöjä joskus. Tahallaan tai vahingossa. Tapana on rankaista niitä jotka jäävät kiinni, riippumatta siitä oliko kyseessä vahinko vai ei. Harkintaa varmaan käytetään tässäkin, toiset teot ovat helpommin hyväksyttävissä vahingoiksi kuin toiset. Kännissä ajeleminen voi olla vahinko mutta sitä ei tarvitse sellaiseksi hyväksyä, punaisia päin ajaminen voi olla tahallista, huolimattomuutta tai ihan vaan aivopieru, siis virhe.

Järjestelmän toiminnan kannalta ei ole suurta merkitystä miksi sääntöjä rikotaan. Joissakin tilanteissa virheellä ei ole merkitystä Pieni tai suurikaan ylinopeus tyhjällä suoralla tiellä ei juuri vaikuta kenenkään turvallisuuteen. Stop-merkin ohittaminen pysähtymättä voi johtaa rajuun onnettomuuteen. Voi se ajoneuvo toki lähteä käsistä sen ylinopeudenkin vuoksi.

Rangaistuksilla pyritään kannustamaan sääntöjen noudattamiseen. Voikin helposti kuvitella muutaman tonnin sakonuhan keventävän kaasujalkaa. Väitän kuitenkin, ettei isollakaan sakolla uhkailemalla saada puhtaita virheitä vähennettyä. En ihan tarkkaan tiedä miten ihminen riskiä arvioi, mutta omalta kohdaltani voin sanoa ettei sakon uhalla ole tällä hetkellä, pahimman testosteroniryöpyn iän myötä laannuttua, juurikaan vaikutusta ajamiseeni. Pyrin ajamaan sääntöjen mukaan, koska se vie varmemmin perille.

Silti voisin heti luetella viimeisen vuoden ajalta toistakymmentä tapahtumaa tai virhetyyppiä joista olisi heilahtanut jonkinlainen sakko tai ainakin tiukka katse valvovalta viranomaiselta. Myönnettäköön että moottoritiellä saattaisin joskus mennä jonkin verran kovempaa jos sitä ei olisi kielletty, enkä heti keksi muuta syytä kuin sakon uhka joka sen nyt estää. En kuitenkaan usko sakon uhalla olevan kovinkaan suurta vaikutusta vahinkoihin. Epäsuora vaikutus voitaisiin kuvitella ajattelemalla yleisen rangaistuksen uhan lisäävän yleistä varovaisuutta. Uskoo ken tahtoo.

Pidän koko ajatusta liikenteen toimimisesta rangaistuksen uhan voimalla kuvottavana. Jalan, pyörällä ja autolla liikkuminen on jokapäiväistä elämää. En oikein mitenkään pysty mieltämään siinä tapahtuvien vääjäämättömien virheiden olevan rangaistuksen paikkoja.

Olen käsittänyt nykyisen asiantilan johtuvan vaihtoehtojen puutteesta. Mutta se ei voi olla totta, sillä vaihtoehtoja on tarjolla. Otetaan esimerkiksi punaisia päin ajaminen. Miksei risteyksessä ole puomia estämässä ajamista kun valo on punainen? Ensimmäinen ja varmaan ainoa vastaus on hinta. Mitä maksaa yksi törmäys jossa kaksi ajoneuvoa menee lunastukseen ja useampi ihminen loukkantuu? Heitetään hihasta: vähintään 50 k€, helposti 150 k€. Saako tuolla hinnalla sellaiset  puomit jotka eivät hidasta liikennettä risteyksessä? Saa.

Vaihtuvat nopeusrajoitukset, osa 1

Katso myös osa 2

 

Liikenteen nopeuksia rajoitetaan useista syistä. Muuttuvista olosuhteista johtuen parhaaseen tulokseen päästään vaihtamalla rajoitusta vastaamaan kulloistakin tilannetta. Perinteisiin nopeusrajoitusmerkkeihin verrattuna muuttuvista rajoituksista muodostuva järjestelmä on kuitenkin kallis.

Nopeusrajoitusten tehtävä on alentaa onnettomuusriskiä, luoda tasainen liikennevirta, sujuvoittaa liikennettä, luoda katto tilannenopeuksille sekä helpottaa ennakointia (Luukkanen ja Rajalin 2003). Lisäisin näihin vielä väylien kulumisen, ulkoisvaikutusten sekä joskus esille tulevan päästöjen rajoittamisen.

Onnettomuusriskin voidaan ajatella koostuvan sekä todennäköisyydestä joutua onnettomuuteen että mahdollisen onnettomuuden seurauksista. Ei aiheuttane suurta pahennusta vaikka perustelematta oletan molempien kasvavan liikennevirran nopeuden kasvaessa. Ainakin kun pidetään muut seikat kuten liikenneympäristö ja ajoneuvon rakenne vakioina.

Tarkasteltaessa nopeutta rajoittavia tekijöitä yhdistelisin liikennevirran tasaisuuden, sujuvuuden sekä ennakoinnin yhdeksi käsitteeksi sujuvuus. Nämä kaikki sekä vähentävät liikennejärjestelmän kapasitettia että kasvattavat ajoaikaa nopeuksien kasvaessa. Jos esimerkiksi nostetaan päätien nopeusrajoitus 80 km/h -> 110 km/h voi sivutieltä liikennevirtaan liittyminen vaikeutua merkittävästi, jolloin systeemin toiminta heikkenee. Järjestelmä ei siis ole tässä nopeusrajoituksen suhteen lineaarinen. Tiettyyn rajaan asti ajoajat lyhenevät suurimman sallitun nopeuden kasvaessa, mahdollisesti lineaarisesti, mutta sen jälkeen alkavat kasvaa (Kuva1).

Kuva 1.

Jätän tässä tarkastelussa päästöjen rajoittamisen huomiotta, koska en näe sen olevan oleellinen tekijä nopeusrajoituksia asetettaessa. Päästöt toki kasvavat merkittävästi nopeuden kasvaessa, mutta luonnollinen paikka päästöjen säätelylle on käytetyn energian hinnassa. Energian kulutus ei sinänsä ole pahasta, sen sivuvaikutukset ovat. Jos oletetaan etteivät ihmiset lue Tekniikan Maailmaa voidaan energiankulutukseen puuttua myös auton hankinnan yhteydessä. Tällä ei kuitenkaan nykyisillä nopeuksilla ole suurta vaikutusta nopeuksiin; jokseenkin kaikki myytävät autot pystyvät saavuttamaan suurimman sallittun moottoritienopeuden, ainakin tasaisella. Toisaalta jos yhdistetään agressiivinen vero-ohjaus ostotapahtuman yhteydessä suurimman sallitun nopeuden nostamiseen vaikkapa 160 km/h tasolle alkaa jo käydä niin ettei koko autokanta enää pysty saavuttamaan suurimpia nopeuksia.

Liikennejärjestelmän kuluminen kasvaa ajonopeuksien kasvaessa, siksi tätä voidaan pitää yhtenä fundamentaalina nopeuksia rajoittavana tekijänä. Kulumisen toissijainen vaikutus, pölyn leviäminen ympäristöön, on puolestaan haitallinen ulkoisvaikutus. Sillä on sekä terveysvaikutuksia että negatiivinen vaikutus ympäröivän maa-alueen haluttavuuteen ja siten hintaan. Muita ulkoisvaikutuksia ovat esimerkiksi melu ja liikennealueen usein epäesteettinen ulkonäkö.

Liikenteen nopeutta rajoittaviksi tekijöiksi jäävät siis:

  1. onnettomuusriski
  2. sujuvuus
  3. väylien kuluminen
  4. ulkoisvaikutukset

Ottamatta kantaa siihen mikä on missäkin tilanteessa oikea tärkeysjärjestys, niin nämä asettavat tietyssä ajassa, paikassa ja liikennetilanteessa järkevän ylärajan suurimmalle sallitulle nopeudelle. Nopeuksien nostamisen puolesta vaikuttaa lähinnä ajan säästyminen. Kohdat 1-3 vaikuttavat kuitenkin nopeutta nostettaessa säästöä vastaan, jolloin lopputuloksen selvittäminen etukäteen on vaikeaa. Kaikki neljä seikkaa vaihtelevat kuitenkin merkittävästi ajan funktiona samassakin paikassa. Esimerkiksi onnettomuusriski on merkittävästi suurempi kun kitkakerroin on hyvin matala, valoisana kesäisenä aamuyönä ei sujuvuutta voi paikoin edes määritellä kun liikkeellä on koko läänissä vain pari autoa, märkä tienpinpinta ja nastarenkaat kuluttavat tietä enemmän kuin kuiva pinta ja kesäkumit ja pölyn haitat jalankulkijoille ovat selvästi suuremmat keväällä kuin vaikka märkänä syyspäivänä.

Tilanteen mukaan vaihtuvat nopeusrajoitukset ovat yksi ratkaisu tähän optimointiongelmaan. Liikennejärjestelmän välityskykyä voitaneen parantaa ja siitä aiheutuvia haittoja vähentää muuttamalla rajoituksia tilanteen mukaan. Yksi tämän tyyppisen järjestelmän haitta on sen mahdollinen kalleus, varsinkin kun hyötyjen laskeminen ei ole yksiselitteistä. Erityisen vaikeaa on laittaa hinta vähentyvälle inhimilliselle kärsimykselle, säästyneelle ajalle sekä pienentyneille negatiivisille ulkoisvaikutuksille. Arvioita on toki mahdollista tehdä. Muita haittoja ovat mm. epävarmuus matka-ajasta sekä järjestelmässä mahdollisesti tapahtuvien virheiden seuraukset.

Linkin takana on yksi selvitys josta saa käsityksen kustannuksista. Melko vaatimattomallakin verkostolla toteuttamiskustannukset ovat selvästi suurempia kun 100 M€. Lisäksi projisoidaan käyttö, hoito ja ylläpito kuluja tulevan 20 vuoden ajalta toinen mokoma. Toisaalla pitävät vajaan 12 000 henkilön otoksella Iltalehden lukijat 93 prosenttisesti vaihtuvia nopeusrajoituksia tarpeellisina.

Minulla on langattomiin yhteyksiin perustuva ehdotus muuttuvien nopeusrajoitusten ulottamisesta koko maahan. Kirjoitan siitä tarkemmin seuraavassa aihetta sivuavassa blogissa.

Translate »