文｜《中国科学报》记者 孙滔

马驰川在互联网上的个人信息很少。当《中国科学报》记者向他索要自我介绍时，这位北大理论物理学博士出身的中学教师在一个小时后，发来了一份临时写就的简历。

在这份不到600字的简历中，他给出了两张示意图，其中有4个关键词——实验范式、理论范式、计算范式和物理文化。他认为，中学物理教育要在一定程度上反映物理学研究的范式，即要带领学生一起感受物理学家到底是怎么看待这个世界的。

马驰川任教于北京市一所重点中学。在不到3年的教师生涯里，他主要做了三件事：第一，带中学生做科研，这些学生在他眼中个个都是青年物理学家；第二，引导学生利用计算机辅助物理的学习；第三，和学生一起组建了读书会，营造做题之外的物理文化，并以此孕育具有跨学科视野的未来人才。

他说，中学教师可以做许多很“摇滚”的事儿。按照他的理解，摇滚意味着颠覆与创新，因为摇滚就是这么一路发展而来的。

2025年3月29日，马驰川在首届AI4S TEEN CUP青少年人工智能驱动科学大赛的颁奖典礼上发言。

“下一代不能再这样了”

做中学教师的想法，是在他读博期间冒头的。

来自甘肃的马驰川是高中物理竞赛全国铜牌得主，并因此于2012年被保送到北大力学系。虽然是刷题出身，但回过头他发现，自己在备赛后期就有了一种要跳出来的感觉。在最紧张的那段时间，他停止了刷题，开始读《费曼物理学讲义》之类的书籍，“这对应试的帮助并不大，但是我觉得更好玩”。

大二时，在听了北京大学物理学院教授刘川的《平衡态统计物理》课后，他十分着迷，觉得自己的爱好还是物理学，于是决定转到物理学院，“情绪来了，就想转了”。

另一件有点出格的事情是，他在转系时选择多念了一年本科。他说，“当时的想法非常神奇，我想多学点东西，就给自己延长了一年。”这一年他到处听课，北大数学学院、清华、中国科学院物理所，他每周都骑车奔波在这些不同的地方，不亦乐乎。

2017年，他被保送到本校理论物理研究所，攻读高能物理方向的博士。这个时期，马驰川在粒子物理学这个光怪陆离、精彩纷呈的世界陷入了烦恼中——当在一个非常狭窄的方向待久了，他产生了一种深深的孤独感，“全世界可能一共也就那么几个人在关注高圈图精确计算这个方向，因为以前能算的都已经算完了，剩下的是大家都不太会算的”。

还有一个烦恼是，从小学、中学再到大学，他一路都非常顺，“但是在博士阶段的研究中，我就发现使不上劲了”。

那段最为困顿、焦虑的读博时光，让他开始反思自己的人生轨迹。到底哪儿出了问题？在经历了一番思考后，他终于想明白了：过往的学习都是有标准答案的，可以靠刷题得到高分，但博士生的研究课题是没有标准答案的，没法刷题了。

他在周围人群中也看到了类似现象：在解决有标准答案的问题上，大家都特别强，而在解决真实世界问题的时候，大家常常撞南墙。

由此追溯，马驰川认为，问题的根源应该是在基础教育当中，“我曾一度极为崇尚知识，认为越早学习物理知识就能够解决越多的物理难题”。

至此，他的答案水落石出，“下一代不能再这样了”。他要去中学当老师做纠偏的事情，让学生们拥有对科学的正确认识。

在读博期间，他发现自己真正擅长的是扮演引导别人的角色。旁人可能不知道，举止沉稳、看起来不太张扬的马驰川是一个喜欢撺掇大家一起做事的人。他会和师兄弟们一起组建量子场论的讨论班；他还特别喜欢当助教，在量子力学的助教课上会问学生想听什么更好玩的，然后竭尽心力去备课。

数年后，马驰川对中学的科学教育有了更深入的总结：传统的实验教学大都为已知结论的验证性实验，学生只会理解书中建好的模型，因此对科学只有封闭性认知，而不擅长基于现象进行建模，导致缺乏大胆猜测、试错迭代的思路。而后者才是科学研究的实质。

求职前夕，他去找他的大学老师聊这件事情，希望找到更多的信心。这位老师提供了不一样的历史视角：上个世纪的中国急需工业型人才，那是大干快上的建设时期，所以需要先把别人的东西赶紧学过来，而没有太多时间让人们去搞创新；而现在，中国国力增强了，我们需要创新型人才去引领世界了。

这给了马驰川一颗定心丸，让他觉得自己的思考朝着一个正确的方向。

“青年物理学家”

成为中学教师后，他做的第一件事就是和学生们一起“整活儿”。他们创办了一个叫“青年物理学社”的社团。在这里，学生可以研究一些极具开放性的、贴近生活的、有趣的科学问题。

比如一个称为“磁机械振荡”的问题是这样的：将两个相同的板簧的下端固定到非磁性底座上，并将磁铁连接到板簧上端，使它们相互排斥并可以自由移动。学生们需要研究相关参数是如何影响磁铁运动的。

这些问题来自一个叫国际青年物理学家锦标赛（IYPT）的赛事。对于IYPT，马驰川更看重其背后的育人价值。在备赛过程中，学生需要组成团队，在长达半年的时间里对类似“磁机械振荡”这样的问题展开研究。学生必然会经历从观察现象，到定义问题、理论建模、实验验证，再到得出结论这样一个较为完整的科研过程。更为有趣的是，在最终比赛时，学生还会以汇报方、挑战方和评论方的角色针对赛题展开深入的学术交流。

马驰川这样总结他眼中的IYPT：在研究过程中，学生会在大量试错中提高能力素养；在学术汇报时，学生会在交流中感受研究思路的丰富多元。整个过程都指向对物理学的开放性认知。

在带学生做这些课题的过程中，马驰川发现，学生与老师的界限模糊了。在这个社团，他希望学生能自由地表达意见；老师再也不是也根本无法充当权威，也可以尽情地展现自己的无知并与学生一起试错。二者不再是师生，而是合作者。按照他的说法，“独立的人格与批判的精神得以在此生根发芽”。

比如在“磁机械振荡”这个问题中，如何测定磁铁之间的相互作用力？虽然高校有很多高端检测设备，但中学生却有着“很糙但实用”的脑洞：他们把一片磁铁放在电子秤上，另外一片磁铁放在空中往下压，这样就把受力测出来了。

图为“磁机械振荡”的装置

诸如这般神奇的脑洞，让马驰川有诸多感慨，他把自己的学生称作“青年物理学家”。之所以这么称呼，他解释说，“这个词实际上表达了一种当仁不让的自信，而这种自信恰恰是青年需要拥有的。”

当组织学生研究和讨论时，他会把学生们分成几个组，每个组都有自己的课题，马驰川会跟他们一起在小白板前讨论。在这个过程中，他仿佛置身于电影《奥本海默》里的男主角跟研究生讨论科学问题的场景，“我觉得梦想当中的物理课堂就该是这个样子的”。

马驰川常常在学生试错的过程中给予鼓励，因为他深知科学研究前进的脚步是蹒跚的、道路荆棘满布的，是需要助力的。

他提到一个细节：在对一个不常见函数进行拟合时，有个学生历尽艰难终获成功，激动之下在夜里给马驰川发了一个“yeah”的表情。或许是有点害羞，学生迅即撤回了消息。马驰川捕捉到这一撤回的消息后马上鼓励学生说，“不用撤回，你这个‘yeah’和2000多年前阿基米德在浴池里发现浮力理论时说出的‘尤里卡’是一模一样的。”马驰川说，这个学生第二天看自己的眼神都不一样了。

回看从这个社团里走出的学生，马驰川至今仍震惊于学生在能力上的成长。他觉得这是基于真实问题所激发出来的潜力。

营造物理文化氛围

至今马驰川还常常回忆起，大二时他半夜抱着理论物理学家Abraham Pais那本《基本粒子物理学史》的激动时刻，“那是一种死去活来的感觉，恨不得穿越回去”。

如何在中学阶段就开始孕育孵化具有广阔视野的未来的大科学家呢？这是马驰川到中学后一直在思考的问题。他觉得物理文化尤其是刷题之外的物理文化氛围的营造是十分重要的。于是，他一边带着学生做科研，一边组织读书会。

他们的读书会是从阅读北京大学物理学教授赵凯华所著的《定性与半定量物理学》开始的。那是一本思想非常深刻的物理学著作，通过大量的案例培养学生的物理直觉和物理审美。

他们一开始的主题是“对称与对称的破缺”。在完成对诸如餐桌礼仪以及蚂蚁觅食等例子的讨论之后，学生很快对相变、耗散结构等话题产生了兴趣，于是自发地开始涉猎相关内容，并将其定为接下来读书会的主题。

就这样，读书会在兴趣的牵引下涉足各种“奇奇怪怪”的领域：从生态系统的数学建模、图灵斑图、生命涌现，到与2024年诺贝尔物理学奖有关的Hopfield神经网络、Boltzmann机，再到《利维坦与空气泵》中的科学史与科学哲学。马驰川至今都无法准确描述这些看上去并不关联的话题是如何被串起来的，可能源于某次读书会上学生随机打开的脑洞。但无论话题被牵引至何方，马驰川坚信，这种打破学科边界的讨论能够培养学生在科学领域的广阔视野，而这正是他组织读书会的初衷。

谈到科学史，马驰川在常规课的教学中就很重视这一点。这与他一直在强调的物理文化熏陶殊途同归。比如在讲加速度这个概念的时候，他会带领学生回到伽利略的时代，探讨这个概念提出的历史背景，引导学生思考“我们能不能不定义加速度；如果没有加速度，我们还能怎样研究运动学”这样的问题。

马驰川说，他不想让学生轻易接受课本上任何一个概念，因为在科学探究的过程中，每一个概念的提出都不是从天而降的，而经历过一番非常艰难的思考。他说，这也是批判性思维的训练。

马驰川在简历中提到的中学物理教育革新理念

“AI for Science”

有段时间正值《三体》电视剧热播，借着这股科幻热情，马驰川和学生们开展了一个名为“三体运动的模拟与可视化”的项目。学生们头脑中虽然有三体运动的概念，但他们的理解是模糊的。要实现三体运动的模拟，对学生来说其实相当困难，因为他们此前并没有计算机辅助物理学习的任何经验。好在那段时间ChatGPT火了起来，马驰川就想：何不借着大模型帮助学生解决编程这一技术上的困难呢？

在简单介绍了数值求解动力学方程的基本思想后，马驰川向学生示范了如何向ChatGPT提问。学生们在这样的示范下，也都获得了一段独属于自己的三体模拟代码。但ChatGPT给出的代码并不总是能够成功运行，这就需要每个学生基于现实的报错信息，再与ChatGPT进行交互，直到解决这个问题。

有趣的是，因为每位学生与ChatGPT对话的方式不同，他们的解决方法和可视化的方式也不同，因此这个题目就变成了一个半开放性质的问题。

这件事带给马驰川的感受很强烈，“AI时代的来临，使得学习的势垒一下子变得很低，学生可以在AI的帮助下很快上手一些在以前看上去很困难的问题”。

但他觉得这不是故事的全部。作为工具，让AI去帮助学生学习科学是一回事，而让学生用机器学习的思想去解决科学问题又是另一回事。2024年诺贝尔物理学奖和诺贝尔化学奖的颁布，已经揭示AI for Science（人工智能驱动的科学研究）时代的到来，“这一新的范式将极大地改变科学研究的面貌，事实上，这已经发生了”。

但如何将AI for Science这一前沿的思想方法下沉为中学生可以理解的版本，真正助力中学生以一种从未有过的视角去解决当下面临的科学问题，还是一个有待摸索的领域。这在全世界都还没有先例。

2024年6月，他和北京市十一学校人工智能首席教师郑子杰、深势科技教学总监王一博，以及深圳清华大学研究院的龚超博士坐在了一起，讨论AI for Science在中学落地的方案。他们四人初步的设想是，“以赛促教、以赛促学”。

他们攒了个新局，这就是目前人们看到的AI4S TEEN CUP青少年人工智能驱动科学大赛。AI4S，正是AI for Science。

赛事通过若干符合中学生认知的科学问题，引导学生运用机器学习的思想，结合数据驱动和机理驱动去解决这些科学问题。第一届赛事在2024年12月4日启动，面向13至19周岁的青少年。马驰川主要负责物理赛题的设计和赛事配套课程整体的搭建。

2025年3月29日，首届赛事的颁奖典礼在北京中关村论坛举办。这是他们的一大步。马驰川在当天颁奖典礼上发言说，“当AI与科学相遇，青少年的创造力远超我们的预期，这也从侧面印证了AI for Science这一科学研究范式的巨大潜力。”

比赛期间，马驰川特别注意到了一个来自温州中学的学生。这名学生说，他完全没想到自己在做化学赛题时，在一个既和纯AI无关，又和化学无关的掩码问题上被卡住。于是，他花了一上午的时间学习如何解决这个问题。为了不让其他同学也在此处卡壳，他还特意将他的解决方案开源在赛题讨论区。

这个轶事深深打动了马驰川，“其一，开放性的问题能逼迫学生脱离以往刷题的固有思维，使其想方设法地解决实际问题；其二，‘开源’思想在下一代身上生根发芽，这是一件多么美哉乐哉的事情啊”。

这恰恰呼应了他们办赛的初衷。这个初衷也是马驰川最初选择做中学教师的动力：给学生们种下一颗种子，不让标准答案的惯性卡住他们本该张扬的思维。