馬馳川在互聯(lián)網(wǎng)上的個(gè)人信息很少。當(dāng)《中國科學(xué)報(bào)》記者向他索要自我介紹時(shí)，這位北大理論物理學(xué)博士出身的中學(xué)教師在一個(gè)小時(shí)后，發(fā)來了一份臨時(shí)寫就的簡歷。

在這份不到600字的簡歷中，他給出了兩張示意圖，其中有4個(gè)關(guān)鍵詞——實(shí)驗(yàn)范式、理論范式、計(jì)算范式和物理文化。他認(rèn)為，中學(xué)物理教育要在一定程度上反映物理學(xué)研究的范式，即要帶領(lǐng)學(xué)生一起感受物理學(xué)家到底是怎么看待這個(gè)世界的。

馬馳川任教于北京市一所重點(diǎn)中學(xué)。在不到3年的教師生涯里，他主要做了三件事：第一，帶中學(xué)生做科研，這些學(xué)生在他眼中個(gè)個(gè)都是青年物理學(xué)家；第二，引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)輔助物理的學(xué)習(xí)；第三，和學(xué)生一起組建了讀書會(huì)，營造做題之外的物理文化，并以此孕育具有跨學(xué)科視野的未來人才。

他說，中學(xué)教師可以做許多很“搖滾”的事兒。按照他的理解，搖滾意味著顛覆與創(chuàng)新，因?yàn)閾u滾就是這么一路發(fā)展而來的。

2025年3月29日，馬馳川在首屆AI4S TEEN CUP青少年人工智能驅(qū)動(dòng)科學(xué)大賽的頒獎(jiǎng)典禮上發(fā)言。

  “下一代不能再這樣了”

做中學(xué)教師的想法，是在他讀博期間冒頭的。

來自甘肅的馬馳川是高中物理競賽全國銅牌得主，并因此于2012年被保送到北大力學(xué)系。雖然是刷題出身，但回過頭他發(fā)現(xiàn)，自己在備賽后期就有了一種要跳出來的感覺。在最緊張的那段時(shí)間，他停止了刷題，開始讀《費(fèi)曼物理學(xué)講義》之類的書籍，“這對應(yīng)試的幫助并不大，但是我覺得更好玩”。

大二時(shí)，在聽了北京大學(xué)物理學(xué)院教授劉川的《平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)物理》課后，他十分著迷，覺得自己的愛好還是物理學(xué)，于是決定轉(zhuǎn)到物理學(xué)院，“情緒來了，就想轉(zhuǎn)了”。

另一件有點(diǎn)出格的事情是，他在轉(zhuǎn)系時(shí)選擇多念了一年本科。他說，“當(dāng)時(shí)的想法非常神奇，我想多學(xué)點(diǎn)東西，就給自己延長了一年。”這一年他到處聽課，北大數(shù)學(xué)學(xué)院、清華、中國科學(xué)院物理所，他每周都騎車奔波在這些不同的地方，不亦樂乎。

2017年，他被保送到本校理論物理研究所，攻讀高能物理方向的博士。這個(gè)時(shí)期，馬馳川在粒子物理學(xué)這個(gè)光怪陸離、精彩紛呈的世界陷入了煩惱中——當(dāng)在一個(gè)非常狹窄的方向待久了，他產(chǎn)生了一種深深的孤獨(dú)感，“全世界可能一共也就那么幾個(gè)人在關(guān)注高圈圖精確計(jì)算這個(gè)方向，因?yàn)橐郧澳芩愕亩家呀?jīng)算完了，剩下的是大家都不太會(huì)算的”。

還有一個(gè)煩惱是，從小學(xué)、中學(xué)再到大學(xué)，他一路都非常順，“但是在博士階段的研究中，我就發(fā)現(xiàn)使不上勁了”。

那段最為困頓、焦慮的讀博時(shí)光，讓他開始反思自己的人生軌跡。到底哪兒出了問題？在經(jīng)歷了一番思考后，他終于想明白了：過往的學(xué)習(xí)都是有標(biāo)準(zhǔn)答案的，可以靠刷題得到高分，但博士生的研究課題是沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的，沒法刷題了。

他在周圍人群中也看到了類似現(xiàn)象：在解決有標(biāo)準(zhǔn)答案的問題上，大家都特別強(qiáng)，而在解決真實(shí)世界問題的時(shí)候，大家常常撞南墻。

由此追溯，馬馳川認(rèn)為，問題的根源應(yīng)該是在基礎(chǔ)教育當(dāng)中，“我曾一度極為崇尚知識(shí)，認(rèn)為越早學(xué)習(xí)物理知識(shí)就能夠解決越多的物理難題”。

至此，他的答案水落石出，“下一代不能再這樣了”。他要去中學(xué)當(dāng)老師做糾偏的事情，讓學(xué)生們擁有對科學(xué)的正確認(rèn)識(shí)。

在讀博期間，他發(fā)現(xiàn)自己真正擅長的是扮演引導(dǎo)別人的角色。旁人可能不知道，舉止沉穩(wěn)、看起來不太張揚(yáng)的馬馳川是一個(gè)喜歡攛掇大家一起做事的人。他會(huì)和師兄弟們一起組建量子場論的討論班；他還特別喜歡當(dāng)助教，在量子力學(xué)的助教課上會(huì)問學(xué)生想聽什么更好玩的，然后竭盡心力去備課。

數(shù)年后，馬馳川對中學(xué)的科學(xué)教育有了更深入的總結(jié)：傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都為已知結(jié)論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只會(huì)理解書中建好的模型，因此對科學(xué)只有封閉性認(rèn)知，而不擅長基于現(xiàn)象進(jìn)行建模，導(dǎo)致缺乏大膽猜測、試錯(cuò)迭代的思路。而后者才是科學(xué)研究的實(shí)質(zhì)。

求職前夕，他去找他的大學(xué)老師聊這件事情，希望找到更多的信心。這位老師提供了不一樣的歷史視角：上個(gè)世紀(jì)的中國急需工業(yè)型人才，那是大干快上的建設(shè)時(shí)期，所以需要先把別人的東西趕緊學(xué)過來，而沒有太多時(shí)間讓人們?nèi)ジ銊?chuàng)新；而現(xiàn)在，中國國力增強(qiáng)了，我們需要?jiǎng)?chuàng)新型人才去引領(lǐng)世界了。

這給了馬馳川一顆定心丸，讓他覺得自己的思考朝著一個(gè)正確的方向。

  “青年物理學(xué)家”

成為中學(xué)教師后，他做的第一件事就是和學(xué)生們一起“整活兒”。他們創(chuàng)辦了一個(gè)叫“青年物理學(xué)社”的社團(tuán)。在這里，學(xué)生可以研究一些極具開放性的、貼近生活的、有趣的科學(xué)問題。

比如一個(gè)稱為“磁機(jī)械振蕩”的問題是這樣的：將兩個(gè)相同的板簧的下端固定到非磁性底座上，并將磁鐵連接到板簧上端，使它們相互排斥并可以自由移動(dòng)。學(xué)生們需要研究相關(guān)參數(shù)是如何影響磁鐵運(yùn)動(dòng)的。

這些問題來自一個(gè)叫國際青年物理學(xué)家錦標(biāo)賽（IYPT）的賽事。對于IYPT，馬馳川更看重其背后的育人價(jià)值。在備賽過程中，學(xué)生需要組成團(tuán)隊(duì)，在長達(dá)半年的時(shí)間里對類似“磁機(jī)械振蕩”這樣的問題展開研究。學(xué)生必然會(huì)經(jīng)歷從觀察現(xiàn)象，到定義問題、理論建模、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，再到得出結(jié)論這樣一個(gè)較為完整的科研過程。更為有趣的是，在最終比賽時(shí)，學(xué)生還會(huì)以匯報(bào)方、挑戰(zhàn)方和評論方的角色針對賽題展開深入的學(xué)術(shù)交流。

馬馳川這樣總結(jié)他眼中的IYPT：在研究過程中，學(xué)生會(huì)在大量試錯(cuò)中提高能力素養(yǎng)；在學(xué)術(shù)匯報(bào)時(shí)，學(xué)生會(huì)在交流中感受研究思路的豐富多元。整個(gè)過程都指向?qū)ξ锢韺W(xué)的開放性認(rèn)知。

在帶學(xué)生做這些課題的過程中，馬馳川發(fā)現(xiàn)，學(xué)生與老師的界限模糊了。在這個(gè)社團(tuán)，他希望學(xué)生能自由地表達(dá)意見；老師再也不是也根本無法充當(dāng)權(quán)威，也可以盡情地展現(xiàn)自己的無知并與學(xué)生一起試錯(cuò)。二者不再是師生，而是合作者。按照他的說法，“獨(dú)立的人格與批判的精神得以在此生根發(fā)芽”。

比如在“磁機(jī)械振蕩”這個(gè)問題中，如何測定磁鐵之間的相互作用力？雖然高校有很多高端檢測設(shè)備，但中學(xué)生卻有著“很糙但實(shí)用”的腦洞：他們把一片磁鐵放在電子秤上，另外一片磁鐵放在空中往下壓，這樣就把受力測出來了。

諸如這般神奇的腦洞，讓馬馳川有諸多感慨，他把自己的學(xué)生稱作“青年物理學(xué)家”。之所以這么稱呼，他解釋說，“這個(gè)詞實(shí)際上表達(dá)了一種當(dāng)仁不讓的自信，而這種自信恰恰是青年需要擁有的。”

當(dāng)組織學(xué)生研究和討論時(shí)，他會(huì)把學(xué)生們分成幾個(gè)組，每個(gè)組都有自己的課題，馬馳川會(huì)跟他們一起在小白板前討論。在這個(gè)過程中，他仿佛置身于電影《奧本海默》里的男主角跟研究生討論科學(xué)問題的場景，“我覺得夢想當(dāng)中的物理課堂就該是這個(gè)樣子的”。

馬馳川常常在學(xué)生試錯(cuò)的過程中給予鼓勵(lì)，因?yàn)樗钪茖W(xué)研究前進(jìn)的腳步是蹣跚的、道路荊棘滿布的，是需要助力的。

他提到一個(gè)細(xì)節(jié)：在對一個(gè)不常見函數(shù)進(jìn)行擬合時(shí)，有個(gè)學(xué)生歷盡艱難終獲成功，激動(dòng)之下在夜里給馬馳川發(fā)了一個(gè)“yeah”的表情?；蛟S是有點(diǎn)害羞，學(xué)生迅即撤回了消息。馬馳川捕捉到這一撤回的消息后馬上鼓勵(lì)學(xué)生說，“不用撤回，你這個(gè)‘yeah’和2000多年前阿基米德在浴池里發(fā)現(xiàn)浮力理論時(shí)說出的‘尤里卡’是一模一樣的。”馬馳川說，這個(gè)學(xué)生第二天看自己的眼神都不一樣了。

回看從這個(gè)社團(tuán)里走出的學(xué)生，馬馳川至今仍震驚于學(xué)生在能力上的成長。他覺得這是基于真實(shí)問題所激發(fā)出來的潛力。

  營造物理文化氛圍

至今馬馳川還常常回憶起，大二時(shí)他半夜抱著理論物理學(xué)家Abraham Pais那本《基本粒子物理學(xué)史》的激動(dòng)時(shí)刻，“那是一種死去活來的感覺，恨不得穿越回去”。

如何在中學(xué)階段就開始孕育孵化具有廣闊視野的未來的大科學(xué)家呢？這是馬馳川到中學(xué)后一直在思考的問題。他覺得物理文化尤其是刷題之外的物理文化氛圍的營造是十分重要的。于是，他一邊帶著學(xué)生做科研，一邊組織讀書會(huì)。

他們的讀書會(huì)是從閱讀北京大學(xué)物理學(xué)教授趙凱華所著的《定性與半定量物理學(xué)》開始的。那是一本思想非常深刻的物理學(xué)著作，通過大量的案例培養(yǎng)學(xué)生的物理直覺和物理審美。

他們一開始的主題是“對稱與對稱的破缺”。在完成對諸如餐桌禮儀以及螞蟻覓食等例子的討論之后，學(xué)生很快對相變、耗散結(jié)構(gòu)等話題產(chǎn)生了興趣，于是自發(fā)地開始涉獵相關(guān)內(nèi)容，并將其定為接下來讀書會(huì)的主題。

就這樣，讀書會(huì)在興趣的牽引下涉足各種“奇奇怪怪”的領(lǐng)域：從生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模、圖靈斑圖、生命涌現(xiàn)，到與2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)有關(guān)的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Boltzmann機(jī)，再到《利維坦與空氣泵》中的科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)。馬馳川至今都無法準(zhǔn)確描述這些看上去并不關(guān)聯(lián)的話題是如何被串起來的，可能源于某次讀書會(huì)上學(xué)生隨機(jī)打開的腦洞。但無論話題被牽引至何方，馬馳川堅(jiān)信，這種打破學(xué)科邊界的討論能夠培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)領(lǐng)域的廣闊視野，而這正是他組織讀書會(huì)的初衷。

談到科學(xué)史，馬馳川在常規(guī)課的教學(xué)中就很重視這一點(diǎn)。這與他一直在強(qiáng)調(diào)的物理文化熏陶殊途同歸。比如在講加速度這個(gè)概念的時(shí)候，他會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生回到伽利略的時(shí)代，探討這個(gè)概念提出的歷史背景，引導(dǎo)學(xué)生思考“我們能不能不定義加速度；如果沒有加速度，我們還能怎樣研究運(yùn)動(dòng)學(xué)”這樣的問題。

馬馳川說，他不想讓學(xué)生輕易接受課本上任何一個(gè)概念，因?yàn)樵诳茖W(xué)探究的過程中，每一個(gè)概念的提出都不是從天而降的，而經(jīng)歷過一番非常艱難的思考。他說，這也是批判性思維的訓(xùn)練。

馬馳川在簡歷中提到的中學(xué)物理教育革新理念

  “AI for Science”

有段時(shí)間正值《三體》電視劇熱播，借著這股科幻熱情，馬馳川和學(xué)生們開展了一個(gè)名為“三體運(yùn)動(dòng)的模擬與可視化”的項(xiàng)目。學(xué)生們頭腦中雖然有三體運(yùn)動(dòng)的概念，但他們的理解是模糊的。要實(shí)現(xiàn)三體運(yùn)動(dòng)的模擬，對學(xué)生來說其實(shí)相當(dāng)困難，因?yàn)樗麄兇饲安]有計(jì)算機(jī)輔助物理學(xué)習(xí)的任何經(jīng)驗(yàn)。好在那段時(shí)間ChatGPT火了起來，馬馳川就想：何不借著大模型幫助學(xué)生解決編程這一技術(shù)上的困難呢？

在簡單介紹了數(shù)值求解動(dòng)力學(xué)方程的基本思想后，馬馳川向?qū)W生示范了如何向ChatGPT提問。學(xué)生們在這樣的示范下，也都獲得了一段獨(dú)屬于自己的三體模擬代碼。但ChatGPT給出的代碼并不總是能夠成功運(yùn)行，這就需要每個(gè)學(xué)生基于現(xiàn)實(shí)的報(bào)錯(cuò)信息，再與ChatGPT進(jìn)行交互，直到解決這個(gè)問題。

有趣的是，因?yàn)槊课粚W(xué)生與ChatGPT對話的方式不同，他們的解決方法和可視化的方式也不同，因此這個(gè)題目就變成了一個(gè)半開放性質(zhì)的問題。

這件事帶給馬馳川的感受很強(qiáng)烈，“AI時(shí)代的來臨，使得學(xué)習(xí)的勢壘一下子變得很低，學(xué)生可以在AI的幫助下很快上手一些在以前看上去很困難的問題”。

但他覺得這不是故事的全部。作為工具，讓AI去幫助學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)是一回事，而讓學(xué)生用機(jī)器學(xué)習(xí)的思想去解決科學(xué)問題又是另一回事。2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的頒布，已經(jīng)揭示AI for Science（人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究）時(shí)代的到來，“這一新的范式將極大地改變科學(xué)研究的面貌，事實(shí)上，這已經(jīng)發(fā)生了”。

但如何將AI for Science這一前沿的思想方法下沉為中學(xué)生可以理解的版本，真正助力中學(xué)生以一種從未有過的視角去解決當(dāng)下面臨的科學(xué)問題，還是一個(gè)有待摸索的領(lǐng)域。這在全世界都還沒有先例。

2024年6月，他和北京市十一學(xué)校人工智能首席教師鄭子杰、深勢科技教學(xué)總監(jiān)王一博，以及深圳清華大學(xué)研究院的龔超博士坐在了一起，討論AI for Science在中學(xué)落地的方案。他們四人初步的設(shè)想是，“以賽促教、以賽促學(xué)”。

他們攢了個(gè)新局，這就是目前人們看到的AI4S TEEN CUP青少年人工智能驅(qū)動(dòng)科學(xué)大賽。AI4S，正是AI for Science。

賽事通過若干符合中學(xué)生認(rèn)知的科學(xué)問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的思想，結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和機(jī)理驅(qū)動(dòng)去解決這些科學(xué)問題。第一屆賽事在2024年12月4日啟動(dòng)，面向13至19周歲的青少年。馬馳川主要負(fù)責(zé)物理賽題的設(shè)計(jì)和賽事配套課程整體的搭建。

2025年3月29日，首屆賽事的頒獎(jiǎng)典禮在北京中關(guān)村論壇舉辦。這是他們的一大步。馬馳川在當(dāng)天頒獎(jiǎng)典禮上發(fā)言說，“當(dāng)AI與科學(xué)相遇，青少年的創(chuàng)造力遠(yuǎn)超我們的預(yù)期，這也從側(cè)面印證了AI for Science這一科學(xué)研究范式的巨大潛力?！?/span>

比賽期間，馬馳川特別注意到了一個(gè)來自溫州中學(xué)的學(xué)生。這名學(xué)生說，他完全沒想到自己在做化學(xué)賽題時(shí)，在一個(gè)既和純AI無關(guān)，又和化學(xué)無關(guān)的掩碼問題上被卡住。于是，他花了一上午的時(shí)間學(xué)習(xí)如何解決這個(gè)問題。為了不讓其他同學(xué)也在此處卡殼，他還特意將他的解決方案開源在賽題討論區(qū)。

這個(gè)軼事深深打動(dòng)了馬馳川，“其一，開放性的問題能逼迫學(xué)生脫離以往刷題的固有思維，使其想方設(shè)法地解決實(shí)際問題；其二，‘開源’思想在下一代身上生根發(fā)芽，這是一件多么美哉樂哉的事情啊”。

這恰恰呼應(yīng)了他們辦賽的初衷。這個(gè)初衷也是馬馳川最初選擇做中學(xué)教師的動(dòng)力：給學(xué)生們種下一顆種子，不讓標(biāo)準(zhǔn)答案的慣性卡住他們本該張揚(yáng)的思維。