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

在這份不到600字的簡歷中，他給出了兩張示意圖，其中有4個關(guān)鍵詞——實驗范式、理論范式、計算范式和物理文化。他認為，中學物理教育要在一定程度上反映物理學研究的范式，即要帶領(lǐng)學生一起感受物理學家到底是怎么看待這個世界的。

馬馳川任教于北京市一所重點中學。在不到3年的教師生涯里，他主要做了三件事：第一，帶中學生做科研，這些學生在他眼中個個都是青年物理學家；第二，引導學生利用計算機輔助物理的學習；第三，和學生一起組建了讀書會，營造做題之外的物理文化，并以此孕育具有跨學科視野的未來人才。

他說，中學教師可以做許多很“搖滾”的事兒。按照他的理解，搖滾意味著顛覆與創(chuàng)新，因為搖滾就是這么一路發(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)動科學大賽的頒獎典禮上發(fā)言。

  “下一代不能再這樣了”

做中學教師的想法，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。在最緊張的那段時間，他停止了刷題，開始讀《費曼物理學講義》之類的書籍，“這對應試的幫助并不大，但是我覺得更好玩”。

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

另一件有點出格的事情是，他在轉(zhuǎn)系時選擇多念了一年本科。他說，“當時的想法非常神奇，我想多學點東西，就給自己延長了一年。”這一年他到處聽課，北大數(shù)學學院、清華、中國科學院物理所，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。這個時期，馬馳川在粒子物理學這個光怪陸離、精彩紛呈的世界陷入了煩惱中——當在一個非常狹窄的方向待久了，他產(chǎn)生了一種深深的孤獨感，“全世界可能一共也就那么幾個人在關(guān)注高圈圖精確計算這個方向，因為以前能算的都已經(jīng)算完了，剩下的是大家都不太會算的”。

還有一個煩惱是，從小學、中學再到大學，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：過往的學習都是有標準答案的，可以靠刷題得到高分，但博士生的研究課題是沒有標準答案的，沒法刷題了。

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

由此追溯，馬馳川認為，問題的根源應該是在基礎(chǔ)教育當中，“我曾一度極為崇尚知識，認為越早學習物理知識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”。他要去中學當老師做糾偏的事情，讓學生們擁有對科學的正確認識。

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

數(shù)年后，馬馳川對中學的科學教育有了更深入的總結(jié)：傳統(tǒng)的實驗教學大都為已知結(jié)論的驗證性實驗，學生只會理解書中建好的模型，因此對科學只有封閉性認知，而不擅長基于現(xiàn)象進行建模，導致缺乏大膽猜測、試錯迭代的思路。而后者才是科學研究的實質(zhì)。

求職前夕，他去找他的大學老師聊這件事情，希望找到更多的信心。這位老師提供了不一樣的歷史視角：上個世紀的中國急需工業(yè)型人才，那是大干快上的建設(shè)時期，所以需要先把別人的東西趕緊學過來，而沒有太多時間讓人們?nèi)ジ銊?chuàng)新；而現(xiàn)在，中國國力增強了，我們需要創(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正確的方向。

  “青年物理學家”

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

比如一個稱為“磁機械振蕩”的問題是這樣的：將兩個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。學生們需要研究相關(guān)參數(shù)是如何影響磁鐵運動的。

這些問題來自一個叫國際青年物理學家錦標賽（IYPT）的賽事。對于IYPT，馬馳川更看重其背后的育人價值。在備賽過程中，學生需要組成團隊，在長達半年的時間里對類似“磁機械振蕩”這樣的問題展開研究。學生必然會經(jīng)歷從觀察現(xiàn)象，到定義問題、理論建模、實驗驗證，再到得出結(jié)論這樣一個較為完整的科研過程。更為有趣的是，在最終比賽時，學生還會以匯報方、挑戰(zhàn)方和評論方的角色針對賽題展開深入的學術(shù)交流。

馬馳川這樣總結(jié)他眼中的IYPT：在研究過程中，學生會在大量試錯中提高能力素養(yǎng)；在學術(shù)匯報時，學生會在交流中感受研究思路的豐富多元。整個過程都指向?qū)ξ锢韺W的開放性認知。

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

比如在“磁機械振蕩”這個問題中，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，但中學生卻有著“很糙但實用”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，他把自己的學生稱作“青年物理學家”。之所以這么稱呼，他解釋說，“這個詞實際上表達了一種當仁不讓的自信，而這種自信恰恰是青年需要擁有的。”

當組織學生研究和討論時，他會把學生們分成幾個組，每個組都有自己的課題，馬馳川會跟他們一起在小白板前討論。在這個過程中，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問題的場景，“我覺得夢想當中的物理課堂就該是這個樣子的”。

馬馳川常常在學生試錯的過程中給予鼓勵，因為他深知科學研究前進的腳步是蹣跚的、道路荊棘滿布的，是需要助力的。

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

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

  營造物理文化氛圍

至今馬馳川還常?；貞浧穑蠖r他半夜抱著理論物理學家Abraham Pais那本《基本粒子物理學史》的激動時刻，“那是一種死去活來的感覺，恨不得穿越回去”。

如何在中學階段就開始孕育孵化具有廣闊視野的未來的大科學家呢？這是馬馳川到中學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，他一邊帶著學生做科研，一邊組織讀書會。

他們的讀書會是從閱讀北京大學物理學教授趙凱華所著的《定性與半定量物理學》開始的。那是一本思想非常深刻的物理學著作，通過大量的案例培養(yǎng)學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的主題。

就這樣，讀書會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)學建模、圖靈斑圖、生命涌現(xiàn)，到與2024年諾貝爾物理學獎有關(guān)的Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Boltzmann機，再到《利維坦與空氣泵》中的科學史與科學哲學。馬馳川至今都無法準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上學生隨機打開的腦洞。但無論話題被牽引至何方，馬馳川堅信，這種打破學科邊界的討論能夠培養(yǎng)學生在科學領(lǐng)域的廣闊視野，而這正是他組織讀書會的初衷。

談到科學史，馬馳川在常規(guī)課的教學中就很重視這一點。這與他一直在強調(diào)的物理文化熏陶殊途同歸。比如在講加速度這個概念的時候，他會帶領(lǐng)學生回到伽利略的時代，探討這個概念提出的歷史背景，引導學生思考“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動學”這樣的問題。

馬馳川說，他不想讓學生輕易接受課本上任何一個概念，因為在科學探究的過程中，每一個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練。

馬馳川在簡歷中提到的中學物理教育革新理念

  “AI for Science”

有段時間正值《三體》電視劇熱播，借著這股科幻熱情，馬馳川和學生們開展了一個名為“三體運動的模擬與可視化”的項目。學生們頭腦中雖然有三體運動的概念，但他們的理解是模糊的。要實現(xiàn)三體運動的模擬，對學生來說其實相當困難，因為他們此前并沒有計算機輔助物理學習的任何經(jīng)驗。好在那段時間ChatGPT火了起來，馬馳川就想：何不借著大模型幫助學生解決編程這一技術(shù)上的困難呢？

在簡單介紹了數(shù)值求解動力學方程的基本思想后，馬馳川向?qū)W生示范了如何向ChatGPT提問。學生們在這樣的示范下，也都獲得了一段獨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行，這就需要每個學生基于現(xiàn)實的報錯信息，再與ChatGPT進行交互，直到解決這個問題。

有趣的是，因為每位學生與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，因此這個題目就變成了一個半開放性質(zhì)的問題。

這件事帶給馬馳川的感受很強烈，“AI時代的來臨，使得學習的勢壘一下子變得很低，學生可以在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去幫助學生學習科學是一回事，而讓學生用機器學習的思想去解決科學問題又是另一回事。2024年諾貝爾物理學獎和諾貝爾化學獎的頒布，已經(jīng)揭示AI for Science（人工智能驅(qū)動的科學研究）時代的到來，“這一新的范式將極大地改變科學研究的面貌，事實上，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生可以理解的版本，真正助力中學生以一種從未有過的視角去解決當下面臨的科學問題，還是一個有待摸索的領(lǐng)域。這在全世界都還沒有先例。

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

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

賽事通過若干符合中學生認知的科學問題，引導學生運用機器學習的思想，結(jié)合數(shù)據(jù)驅(qū)動和機理驅(qū)動去解決這些科學問題。第一屆賽事在2024年12月4日啟動，面向13至19周歲的青少年。馬馳川主要負責物理賽題的設(shè)計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。馬馳川在當天頒獎典禮上發(fā)言說，“當AI與科學相遇，青少年的創(chuàng)造力遠超我們的預期，這也從側(cè)面印證了AI for Science這一科學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來自溫州中學的學生。這名學生說，他完全沒想到自己在做化學賽題時，在一個既和純AI無關(guān)，又和化學無關(guān)的掩碼問題上被卡住。于是，他花了一上午的時間學習如何解決這個問題。為了不讓其他同學也在此處卡殼，他還特意將他的解決方案開源在賽題討論區(qū)。

這個軼事深深打動了馬馳川，“其一，開放性的問題能逼迫學生脫離以往刷題的固有思維，使其想方設(shè)法地解決實際問題；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”。

這恰恰呼應了他們辦賽的初衷。這個初衷也是馬馳川最初選擇做中學教師的動力：給學生們種下一顆種子，不讓標準答案的慣性卡住他們本該張揚的思維。