“一名优秀的高中生，只要TA对科研真正感兴趣，通过恰当的引导和训练，科研潜力不亚于一名博士生。”在3月14日的2023年特色科学教师研修班上，中国科学院上海天文台葛健教授透露了培养高中生原始创新能力的三大关键。

过去近十年，中国科学院上海天文台葛健教授在暑假期间带教的三十多位海外高中生，论文频频登上权威学术期刊，选题有近地小行星搜寻、寻找早期宇宙星系内星际介质，到系外环双星行星的探测等。由于高中阶段所表现出的优秀科研素养和研究潜力，他们先后获得了哈佛、麻省理工学院、普林、斯坦福、耶鲁、哥伦比亚、加州理工、剑桥、康奈尔大学等名校青睐。

“并非所有学生都适合参与到原创科研的培训中。”多年来，葛健在带教学生的遴选与培养中，总结出了具有培养潜质学生的三个关键特质：

首先，对科研有挚爱之情。葛健认为，这是特别重要的一点。“英文中passion一词，我认为比‘热情’更恰当的中文对应词汇应该是‘挚爱’。”他说，曾经有来自不同族裔的三名高中生在他的实验室同时做一个课题，有两个孩子都放弃了，只有一个坚持下来，“科研是一个枯燥而艰苦的过程，没有passion的强大内驱力，很难坚持下来”。

第二，愿意投入时间。“如果一个孩子在面试时告诉我，每周只能投入四小时，我就会pass掉他。”葛健说，精力过于分散就不可能有所收获，与其蜻蜓点水式地来“混个经历”，不如把时间用到更有价值的地方。

第三，能讲出自己如何解决困难、想办法解决问题的故事。“适合原创科研能力培养的学生，会具备敢于冒险，坚韧不拔的品质。”葛健觉得，成功的科学家一定要“皮实”，经得起挫折，才能最终接近并解开宇宙的奥秘。

葛健归纳出了一个“篮球哲学”：做原创性研究，就像投篮，如果你不去投，肯定进不了球，但要练就高命中率的投篮技巧，就必须反复练习，不断试错，并从中总结经验，才能最终成为“灌篮高手”。

如何培养高中生进行原创性研究？葛健认为，主要有以下四个步骤：

第一，要遵循自己的兴趣，并对即将从事的相关研究领域进行调研。

他认为，针对一个科学现象，学生要提出以下三种问题：什么？（What）如何？（How）为什么？（Why）。“这三个问题代表由浅入深的三个层次，而多数人都止步在第二个问题，但正是第三问Why，将研究带向了科学。”他以指南针为例，中国很早发明指南针，但止步于经验层面，没有继续追问为何磁铁可以指示南北方向，“如果类似的追问多了，科学会否在中国诞生呢？”

因此，当一个高中生有志于科研时，指导老师的第一步就是要引导学生对即将进入的领域进行调研，除了“现在什么状况？”“存在什么问题？”“应该怎么解决？”，最关键还要问“为什么要进行这个研究？”“为什么会发生这种现象？”。

第二，学习关键概念，理解概念之间的关系（定律、原理和功能）、概念的组合（物理图像、模型），大胆想象并提出新想法和假说。

在葛健看来，很多人对概念的理解不够清晰，“概念清晰了，很多问题就变简单了。”他认为，在大数据时代，概念组合很重要，定义物理图像其实就是多个概念的组合。这就好像人脸识别技术，把一些关键信息概念组合到一起，就能识别出“独特的你”。而如今正当红的ChatGPT正是用了170多亿个概念的组合，把语言表达的每个符号都变成数字代码，通过机器学习训练，让它学会了各种概念的组合模型。

第三，制定科研计划并执行。

“这是一个不断试错的过程，也是一个磨人、枯燥，但至关重要的过程。”葛健说，这个时候，学生就要调动全部积极性，寻找各种资源、手段，为解决科学问题而努力。针对高中生兴趣点转移较快的特点，他建议指导老师应该对科学问题进行“阶梯式分解”，让学生每一步都要付出一些努力才能达到，但又不能过多地挫败，这会过快消磨孩子对科研的兴趣和热情。

第四，在产生新的结果后，研究新结果中的不确定性，得出结论并给出置信度，并提出未来的研究方向。

葛健从自己多年科研经历中，体会到“真理和魔鬼都在不确定性中，如果研究结果不确定、不清晰，容易产生误导，就会滑入魔鬼的领地，如果研究者可以给出结果的置信度，并不断让结果向确定性靠拢，最终会发现真理。”

他认为，宇宙是概念组成的，任何能被建模的都可以被AI学习、探测、分类并应用，然而想象力和好奇心没法被表达、没法被建模，“所以，这才是我们要培养和激发的，教育的本质和目的是让学生产生独立思想、形成独立人格、培养起创新能力，并追求自己的挚爱和梦想”。

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