零一論壇︱葛健：項目驅動教育和少年科學天才培養(yǎng)

2017年，我當時講原始創(chuàng)新及項目驅動教育的時候，我意識到人工智能的快速發(fā)展對教育產(chǎn)生了巨大的沖擊。我當時的想法到現(xiàn)在都沒有改變，那就是我們必須注重原始創(chuàng)新，培養(yǎng)欣賞力和創(chuàng)造力，因為只有這些才是人工智能無法取代的核心能力。

現(xiàn)在，我每天都離不開ChatGPT。它能幫我迅速地搜尋信息，回答問題。比如在我訪問中國科學院新疆理化技術研究所時，以前需要數(shù)月調(diào)研才能獲得的關于CMOS探測器的資料，現(xiàn)在只需要花幾分鐘的時間就能獲得，這簡直是令人難以置信的進步。當我需要了解有關小天體的信息時，ChatGPT能夠立即提供較為準確的答案，為我提供初步的解決方案，這讓我感到非常震撼。ChatGPT還可以幫助我的學生，比如在畫圖方面，當他們需要處理開普勒的數(shù)據(jù)時，ChatGPT會立即給出相應的繪圖軟件，讓他們只需要下載數(shù)據(jù)就能繪制出需要的數(shù)據(jù)圖。這對于以前需要進行幾個月訓練的大學生和研究生來說，變成了一個更為簡單的事情，他們可以用更短的時間快速完成。

ChatGPT的驚人能力讓我不得不承認，它對人類產(chǎn)生了巨大的沖擊。我常常開玩笑說，我現(xiàn)在有個CA（ChatGPT Assistant），它比我的研究助理還要厲害。

2017年，我們開始與一位來自加州的非常有內(nèi)驅力的年輕高中學生合作，經(jīng)過一年的學習與研究，我們的研究成果得到了一家歷史悠久的、頂級的英國天文學期刊的接受并發(fā)表。2020年，我們正式啟動了項目驅動的教育模式，這種現(xiàn)象自那時起就像雨后春筍一樣層出不窮。

在這個項目中，相當一部分學生在研究中都運用了人工智能，而ChatGPT作為人工智能的代表，超過一半的學生用它進行學習和創(chuàng)新。雖然很多人批評中國學術界過于追求論文數(shù)量，但高中生可以發(fā)表科學論文實屬難得，因為這在中國和美國都非常罕見。對現(xiàn)在的高中生來說，經(jīng)過訓練之后，可以達到和博士生相當?shù)难芯磕芰λ剑踔凉ぷ髻|(zhì)量更高，其中一個很重要的因素是因為經(jīng)過了以項目為驅動的訓練。

2018年，我們項目中的高中生在天文頂級期刊發(fā)表了一篇論文，2020年正式成立私人教育機構之后，發(fā)表了三篇文章，而今年預計至少將有5篇文章發(fā)表，這是什么概念？美國的大學中，各個大學天文系發(fā)表的論文數(shù)量常常被拿來作為排名的參考標準之一，以加州理工大學的天文系為例，其教授團隊平均每年發(fā)表的國際頂尖雜志論文數(shù)是4.9篇，而我們的高中生通過項目驅動教育，所發(fā)表的論文數(shù)已經(jīng)要達到了加州理工大學優(yōu)秀的教授團隊的水平，這充分說明了項目驅動教育帶來的巨大變革。

項目驅動教育的實現(xiàn)過程包括以下幾個關鍵步驟：

首先，需要培養(yǎng)學生的興趣。學生應該根據(jù)自己感興趣的方向做調(diào)研，隨后提出并回答三個關鍵問題：

• 有什么樣的問題尚未解決？

• 要怎樣解決這些問題？

• 為什么要解決這個問題？

這三個問題是循序漸進的。回想過去幾千年間，中國人很少會問“為什么”，我們有指南針，但是沒有人問為什么指南針可以用來辨別方向，所以沒有發(fā)現(xiàn)電磁學。我們要求學生對這三類問題進行深入的思考，即使不能完全回答，但至少要在某些方面提出見解。

其次，學生需要建立概念。一旦確定了方向，就應該全面理解該方向所涉及的各種關鍵概念。任何領域都是由概念組成的，比如愛因斯坦的相對論，就是基于時間和空間的概念，并結合光速不變原理，從而得出狹義相對論。我們應該深入了解各個概念及他們之間的關系，這些關系可能表現(xiàn)為定律、規(guī)律、原理或者性能等。同時還要關注概念與概念之間的組合，例如，有些人工智能的核心在于理解臉部特征，從而實現(xiàn)面部識別。我常告訴學生，我們的宇宙本質(zhì)上是由概念組成的，人工智能也是如此。所有的事物都可以模型化，分解成各種概念，它們的組合就是模型，從而能夠被機器學習，實現(xiàn)認識和發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象的預定目標。基于這種簡單的原理，我們引導學生識別關鍵概念，深入研究一個個概念和概念之間的關系，確保對其有透徹理解。

第三步，學生需要制定計劃并執(zhí)行，這是非常艱苦的過程。在此過程中，需要運用心理學原理，讓學生能不斷實現(xiàn)里程碑的進步，使學生認識到這并非難以克服的困難，而是一步一步的訓練和強化，通過不斷的實踐取得成功。

最終一步是取得結果。然而，很多人停留在結果階段，將結果看成是結論。如果不理性思考它的不確定性，就不知道結果是真的還是假的，真理和魔鬼都在不確定性中。當你有結論的時候，你不知道真和假，要分析不確定性。美國的孩子之所以自信，是因為他們把想做的事理解透徹了。同樣，我們不需要學生什么都懂，但是要把做的事情理解清楚，這樣就更加自信了。

總體而言，項目驅動教育的實現(xiàn)過程就是從好奇心開始，到問題提出、提出假設，開展實踐并驗證、得出結果并研究透不確定性，最后得出結論。這個過程培養(yǎng)了學生的興趣、思維能力和實踐技能，使其終身受益。通過科學訓練，學生不僅能夠獲得專業(yè)知識，還能培養(yǎng)他們的良好品德。

項目驅動教育是以問題為導向，在提出概念、假設，發(fā)揮想象，實踐、試錯、研究不確定性等一系列的過程后，得到結果，最后學生可以發(fā)表出相當于博士生水平的論文。因此我認為，所謂少年天才，最主要的就是“持續(xù)的熱愛+努力+毅力”的結果。

（上述精彩觀點整理自首屆零一國際創(chuàng)新教育論壇現(xiàn)場報告，略有刪減）

整理：趙婉彤

海報：陳彩盈（實習生）

編輯：陳橋魁

校對：謝  綠

初審：荊麗雯、鄧支青

二審：熊小敏

審核：相韶華、白峰杉