科學(xué)是有趣的
——記2020年“外國(guó)專家科學(xué)講堂”

文/孫夢(mèng)格 黃秭茜 圖/車朋

（作者單位：北京中北明德測(cè)評(píng)技術(shù)研究院）

2020年8月23日，北京天文館五樓的一間教室中傳出孩子們的陣陣驚嘆和歡笑。講臺(tái)上，一團(tuán)彩色的煙霧散去，一個(gè)身穿白大褂，頭戴護(hù)目鏡，穿梭在形態(tài)不一的化學(xué)燒杯、量杯之間的身影清晰起來(lái)。這位擺弄著瓶瓶罐罐的化學(xué)試劑、像變魔術(shù)般展示著各種實(shí)驗(yàn)的人，就是來(lái)自北京化工大學(xué)的化學(xué)家戴偉教授。他的課充滿了炫酷的實(shí)驗(yàn)演示和深入淺出的知識(shí)原理，為本年度的“外國(guó)專家科學(xué)講堂”活動(dòng)拉開(kāi)了帷幕。

“外國(guó)專家科學(xué)講堂”是今年全國(guó)科技活動(dòng)周的一項(xiàng)重大示范活動(dòng)，由科學(xué)技術(shù)部引進(jìn)國(guó)外智力管理司、科學(xué)技術(shù)部國(guó)外人才研究中心主辦，北京大米未來(lái)科技有限公司和中北明德測(cè)評(píng)技術(shù)研究院承辦，以普及基本科學(xué)知識(shí)，激發(fā)科學(xué)興趣為使命。今年8月24日至26日，“外國(guó)專家科學(xué)講堂暨VIPKID外國(guó)專家科普公益課堂”在北京天文館組織了6場(chǎng)科普講座活動(dòng)。在此期間，5位外國(guó)高水平專家為北京的中小學(xué)生作了6場(chǎng)科普講座，講座主題涵蓋化學(xué)、物理、生物、工程等多個(gè)學(xué)科與領(lǐng)域。

有趣的化學(xué)反應(yīng)

第一課主題為“化學(xué)反應(yīng)是什么”，由北京化工大學(xué)特聘教授，北京化工大學(xué)科普實(shí)驗(yàn)中心主任，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)北京分會(huì)主席，中華人民共和國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)以及中國(guó)政府友誼獎(jiǎng)獲得者戴偉（David G. Evans）教授主講。

通過(guò)戴偉教授在課堂上的實(shí)驗(yàn)展示，原本枯燥的化學(xué)方程式變得可見(jiàn)、可聽(tīng)、可感。他將濃縮的過(guò)氧化氫與肥皂水混合，再加上少量碘化鉀，容器中瞬間就生成了大量綿密的藍(lán)綠色泡沫，從瓶口噴涌而出。綿密的泡沫就像牙膏一樣，而照泡沫巨大的體積來(lái)看，恐怕這管“牙膏”只有大象才能用了，“大象牙膏”實(shí)驗(yàn)也因此得名。

隨后，戴偉教授拿起一個(gè)裝有黃色液體的燒瓶搖晃了幾下，瓶中的液體瞬間變成了紅色；又搖晃了幾下，液體又變成了綠色。仿佛這樣還不過(guò)癮，他又拿起一杯無(wú)色的液體，依次倒進(jìn)桌上的一排裝有無(wú)色液體的燒杯中，只見(jiàn)原本無(wú)色的液體變?yōu)榧t、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫……桌上瞬間出現(xiàn)了一道彩虹。通過(guò)演示，戴偉教授說(shuō)明了化學(xué)變化的本質(zhì)：將一種或多種材料轉(zhuǎn)換為新的材料。

在課堂上，幽默的戴偉教授喜歡用類比和比喻的方式，深入淺出地講解化學(xué)知識(shí)。在提到化學(xué)反應(yīng)時(shí)，他說(shuō)，就像有些同學(xué)早上鬧鐘一響就會(huì)起床，而有些同學(xué)則喜歡賴床一樣，化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生速率也各不相同——有些反應(yīng)發(fā)生得很快，而有些則需要一些時(shí)間。他還將化學(xué)反應(yīng)中的催化劑稱為“雷鋒”，因?yàn)樗鼈兛梢詭椭磻?yīng)更快更好地進(jìn)行。比如，鐵就是一種催化劑，它可以把空氣中的氮?dú)夂蜌錃夂铣砂币院笞兂苫剩瑤椭r(nóng)民伯伯生產(chǎn)更多的糧食。

化學(xué)反應(yīng)無(wú)處不在，它對(duì)我們的生活至關(guān)重要。戴偉教授利用草酸酯和過(guò)氧化氫加入不同的熒光劑，在試管內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于每個(gè)試管內(nèi)的熒光劑不同，它們最終呈現(xiàn)出了繽紛的熒光色。這就是我們生活中常見(jiàn)的熒光棒的工作原理。當(dāng)用海藻酸鈉水溶液倒入氯化鈣水溶液時(shí)，戴偉教授制作出了一根根“化學(xué)面條”——當(dāng)使用食品級(jí)材料時(shí)，這個(gè)反應(yīng)也可以用來(lái)制作軟彈可口的“分子料理”；當(dāng)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域時(shí)，這個(gè)反應(yīng)可以被用來(lái)制作高科技創(chuàng)可貼。

除了讓人眼花繚亂的實(shí)驗(yàn)演示，戴偉教授還向同學(xué)們強(qiáng)調(diào)了作為科學(xué)家應(yīng)該具備的嚴(yán)謹(jǐn)理性的工作態(tài)度。了解了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，我們就不用談“化學(xué)”而色變。生活中的所有物質(zhì)都是化學(xué)物質(zhì)，我們也無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行著化學(xué)反應(yīng)——呼吸就是把氧氣轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸肌Ｋ?，?dāng)我們?cè)谏钪杏龅教?hào)稱自己“絕不添加化學(xué)成分”的洗發(fā)水、護(hù)膚品時(shí)，我們就知道他們?cè)隍_人啦！

在課堂上，戴偉教授始終面帶微笑，他一邊用流利的中文進(jìn)行著講解，雙手一刻不停地進(jìn)行著熟練精準(zhǔn)的操作。大膽探索的好奇、嚴(yán)謹(jǐn)求證的態(tài)度和一絲不茍的精神貫穿在課堂的始終?？諝庵酗h蕩的除了實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的火焰、氣泡、煙霧，更多的是孩子們嘖嘖的驚嘆、開(kāi)心的歡笑和意猶未盡的“再來(lái)一次！”。孩子們真正感受到，化學(xué)就在我們的生活中，探索化學(xué)魅力的機(jī)會(huì)就在我們身邊。

課堂上，戴偉教授將酒精噴灑在蠟燭上，形成了高躥的火苗

細(xì)微處的技術(shù)

25日上午的課程主題為“從晶體管的發(fā)明到納米技術(shù)的興起”，由中國(guó)科學(xué)院微電子研究所研究員亨利·H. 阿達(dá)姆松（Henry H.Radamson）教授主講。

納米技術(shù)屬于小尺寸的科學(xué)，在近幾十年中取得了飛速的發(fā)展。據(jù)阿達(dá)姆松教授介紹，納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位。1納米比單個(gè)細(xì)菌的長(zhǎng)度還要小很多，大約是人類一根頭發(fā)絲的萬(wàn)分之一！所以，人的肉眼根本無(wú)法觀察到一納米的長(zhǎng)度。然而，小小的納米卻有了不起的應(yīng)用。

從生活場(chǎng)景出發(fā)，阿達(dá)姆松教授告訴大家，納米技術(shù)與我們的生活息息相關(guān)，并且能夠極大地提升和改善我們的生活質(zhì)量。比如，用納米技術(shù)制作的衣服和鞋子，可以有效地防水。對(duì)于愛(ài)美的人來(lái)說(shuō)，納米材料還可以用來(lái)制作防曬和防皺面霜。我們每天接觸到的電腦、手機(jī)等智能設(shè)備的顯示屏也離不開(kāi)納米技術(shù)。

阿達(dá)姆松教授還向大家介紹了納米科技的應(yīng)用前景。比如，在醫(yī)療領(lǐng)域，我們可以運(yùn)用納米技術(shù)制造機(jī)器人，有針對(duì)性地治療各種身體疾病，納米顆粒在不遠(yuǎn)的未來(lái)甚至可以攻克癌癥。納米芯片可能帶來(lái)學(xué)習(xí)的革命，植入一個(gè)小小的芯片就能學(xué)會(huì)一門語(yǔ)言也許不再是科幻片里的幻想。

課程的尾聲，教授也鼓勵(lì)大家在今后繼續(xù)關(guān)注物理、材料等與納米科技息息相關(guān)的領(lǐng)域。他說(shuō)，今天在課堂上的同學(xué)們是未來(lái)國(guó)家科技的棟梁之材，他歡迎大家未來(lái)進(jìn)入中科院跟他一起學(xué)習(xí)、工作。他還提到，雖然他和大家膚色、種族不同，但都擁有共同的愿景，那就是一起用科技的力量創(chuàng)造人類更美好的未來(lái)，這也是他從事科普教育的初心和意義。

培育良好的科學(xué)精神

好奇心和求知欲是科學(xué)探索的起點(diǎn)，但追求科學(xué)的道路上，同樣必不可少的是嚴(yán)謹(jǐn)、理性的求知方法與學(xué)習(xí)態(tài)度。25日下午的課程“科學(xué)，我們?nèi)绾沃雷约核赖摹庇伤幬镅邪l(fā)領(lǐng)域?qū)＜?、長(zhǎng)風(fēng)藥業(yè)股份有限公司首席技術(shù)官博江盟（Jean-Marc Bovet）博士主講。他沒(méi)有局限于某個(gè)特定的領(lǐng)域，而是旁征博引、深入淺出地系統(tǒng)介紹了科學(xué)研究的理念和科學(xué)家所應(yīng)該具備的素養(yǎng)。

課程伊始，博江盟博士就通過(guò)人類的五感——視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)來(lái)說(shuō)明人類認(rèn)識(shí)世界的直接方式。同時(shí)，他也用錯(cuò)覺(jué)圖、盲人摸象等例子說(shuō)明了人類的大腦和認(rèn)知的局限性。他提到了著名的柏拉圖“洞穴寓言”，并以此來(lái)向同學(xué)們說(shuō)明我們也許永遠(yuǎn)也不能真的理解現(xiàn)實(shí)世界，而總是距離它一步之遙。這種保持謙遜、永不停止探索的精神也是科學(xué)家所必須具備的。

在談?wù)摰娇茖W(xué)和技術(shù)的關(guān)系時(shí)，博江盟博士指出，科學(xué)是通過(guò)發(fā)現(xiàn)自然現(xiàn)象獲得知識(shí)，而技術(shù)則是將知識(shí)付諸實(shí)踐來(lái)創(chuàng)造事物。為了更直觀地幫助同學(xué)們意識(shí)到兩者的不同和各自的意義，他邀請(qǐng)同學(xué)們積極參加折紙飛機(jī)游戲。當(dāng)各種各樣的飛機(jī)伴隨著“三、二、一”的倒數(shù)飛向講臺(tái)時(shí)，晦澀深?yuàn)W的知識(shí)和理論立刻就變得生動(dòng)活潑起來(lái)。

8月24—26日全國(guó)科技活動(dòng)周期間，北京天文館舉辦“外國(guó)專家科學(xué)講堂”。圖片依次為戴偉（David G. Evans，英國(guó)）、亨利·H. 阿達(dá)姆松 （Henry H.Radamson，瑞典）、博江盟 （Jean-Marc Bovet，瑞士）、薩拉·普拉托（Sara Platto，意大利）、羅杰威（Paolo Vincenzo Genovese，意大利）

博江盟博士還提出了好奇心和求知欲的重要性。他用為火星探測(cè)器命名的克拉拉·馬的例子向同學(xué)們說(shuō)明，好奇心是在每個(gè)人心中燃燒的永恒火焰。它是一種強(qiáng)大的力量，是驅(qū)使我們?cè)谌粘Ｉ钪星斑M(jìn)的熱情。我們正是好奇心驅(qū)動(dòng)下才能成為科學(xué)家。相信今天的課程也會(huì)在同學(xué)們心里種下科學(xué)求知和嚴(yán)謹(jǐn)探索的種子。

養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣也至關(guān)重要。博江盟博士向同學(xué)們介紹了“積極主動(dòng)”“有目標(biāo)有計(jì)劃”“做事分主次”“從雙贏角度考慮問(wèn)題”“理解別人”“協(xié)同合作”和“尋求健康和平衡”七個(gè)習(xí)慣，并希望大家能吸收這些好習(xí)慣，高效地學(xué)習(xí)，積極地生活。

認(rèn)識(shí)聰明的海豚

可愛(ài)的動(dòng)物是孩子們最好的朋友，而有關(guān)動(dòng)物朋友們的科普課也受到了同學(xué)們熱情的歡迎。26日上午的課程由來(lái)自漢江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的意大利籍專家，專門研究動(dòng)物行為學(xué)、動(dòng)物福利學(xué)和獸醫(yī)學(xué)的薩拉（Sara Platto）博士主講。她的課“聞聲識(shí)海豚”就是關(guān)于我們身邊熟悉又陌生的一類動(dòng)物朋友——海洋館里的明星、經(jīng)常被稱為“世界上最聰明的動(dòng)物”的海豚。

薩拉博士從五歲起就立志成為一名獸醫(yī)，童年時(shí)她會(huì)照顧和陪伴外婆家的寵物貓和寵物狗，并希望長(zhǎng)大后能到全世界旅行，救助可愛(ài)的動(dòng)物。她說(shuō)盡管當(dāng)時(shí)她的家長(zhǎng)并不理解，她依舊堅(jiān)持著自己對(duì)動(dòng)物的研究興趣，最終靠自己的努力和堅(jiān)持實(shí)現(xiàn)了夢(mèng)想。她鼓勵(lì)同學(xué)們，在追夢(mèng)的過(guò)程中，無(wú)論遇到什么困難都要依舊堅(jiān)持自己。

薩拉博士從事海豚研究的初心是希望理解動(dòng)物，并與它們進(jìn)行交流，從而更好地幫助和保護(hù)它們。所以課程也聚焦“海豚的交流方式和它們的智力”這個(gè)主題。她的一段鯨類和海豚在大海中遨游的視頻引起了同學(xué)們強(qiáng)烈的興趣，孩子們都很好奇——海豚如何“聽(tīng)”和“看”？海豚像人類一樣聰明嗎？

薩拉博士解釋道，海豚和人類的社會(huì)組織形態(tài)非常接近，既有像家庭一樣的社交小團(tuán)體，又有個(gè)體的身份意識(shí)。并且，海豚有很多人類所不具備的“本領(lǐng)”。比如，它們的頭部有許多獨(dú)特的組織和結(jié)構(gòu)，能夠幫助它們?cè)谏铄浜诎档暮５住奥?tīng)”到來(lái)自四面八方的聲音。同時(shí)，海豚的聽(tīng)力范圍比人類廣泛很多，所以，它們可以“聽(tīng)”到人類聽(tīng)不到的聲音。海豚“看”世界的方式也和人類不同。它們不像人類一樣使用視力，而是通過(guò)回聲定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確地在大腦中形成“全息圖像”。

在“說(shuō)話”的方式上，海豚會(huì)發(fā)出獨(dú)特的“哨音”和“和聲”，每一只海豚還有專屬于自己的獨(dú)特“哨音”。在課堂上，薩拉博士惟妙惟肖地模仿了這些聲音，并鼓勵(lì)孩子們也一起嘗試。這些獨(dú)特的聲音使海豚能夠像人類一樣帶著自己獨(dú)特的身份生活在群體中。并且，海豚的集體感和歸屬感非常強(qiáng)烈。它們認(rèn)為，每個(gè)個(gè)體都是集體不可缺少的部分，當(dāng)一只海豚因?yàn)樯眢w不適而被沖到岸邊時(shí)，它身體健康的朋友們也會(huì)自愿來(lái)到岸邊陪伴著它。

薩拉教授告訴孩子們，海豚和我們?nèi)祟悷o(wú)論是從身體構(gòu)造還是智力結(jié)構(gòu)上都截然不同。但是，它們同樣也是大自然創(chuàng)造的智慧而神奇的生物。人類千萬(wàn)不能被自己的傲慢所局限，并因此認(rèn)為自己才是世界的主宰。我們應(yīng)該記住的是，人類和動(dòng)物朋友一樣都是平等的。物種之間的智力沒(méi)有高低之分，只是感官系統(tǒng)能夠適應(yīng)的環(huán)境不同而已。我們的世界，也正是因?yàn)橛辛诉@種多樣性才變得更加復(fù)雜和美麗。同學(xué)們?cè)谒_拉博士的引導(dǎo)下，紛紛表示今后會(huì)善待大自然所創(chuàng)造的每一個(gè)生命。

學(xué)習(xí)自然 尊重自然

有關(guān)自然的科普討論延伸到了26日下午科普課堂的最后一堂課。來(lái)自意大利的建筑學(xué)專家、天津大學(xué)建筑學(xué)院博士生導(dǎo)師、天津大學(xué)仿生建筑與規(guī)劃研究中心主任羅杰威（Paolo Vincenzo Genovese）教授就從大自然的奇跡談到了建筑空間與技術(shù)的仿生方法，他生動(dòng)地講解了“建筑空間與技術(shù)的仿生方法：從大自然的奇跡到技術(shù)的奇跡”這一主題。

羅杰威教授用一段視頻開(kāi)啟了課程。在視頻中，自然界中的植物和動(dòng)物千姿百態(tài)地展示著自己的風(fēng)姿。羅杰威教授說(shuō)，從大自然的啟示中，人類不斷進(jìn)行著學(xué)習(xí)，由此而建立的一門學(xué)科就是仿生學(xué)。仿生學(xué)是模仿生物的特殊本領(lǐng)的一門科學(xué)。它通過(guò)了解生物的結(jié)構(gòu)和功能原理，來(lái)研究并創(chuàng)造適用于人類的新的設(shè)備、工具和技術(shù)。

通過(guò)觀察和學(xué)習(xí)自然中的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家和工程師就可以建造出綜合了美感與性能的建筑物。比如，生活中常見(jiàn)的肥皂泡結(jié)構(gòu)其實(shí)有著精確的幾何規(guī)則，它的表面遵循著最小面原理，運(yùn)用它我們可以高效地建造橋梁等承壓結(jié)構(gòu)。

課堂上，羅杰威教授還向大家介紹了神奇的斐波那契數(shù)列。斐波那契數(shù)列由0和1開(kāi)始，之后的數(shù)就由之前的兩數(shù)相加而得，比如：0，1，1，2，3，5，8，13，21……令人驚奇的是，斐波那契數(shù)列中仿佛隱藏著大自然的密碼——我們?cè)谥参锏娜~片生長(zhǎng)、貝殼的紋理、人體的身體比例，甚至龐大的宇宙星系中，都能發(fā)現(xiàn)這一數(shù)列揭示的規(guī)律。利用數(shù)列的規(guī)律所繪制的繪畫、編寫的音樂(lè)以及建造的建筑，也都成了美與和諧的象征。因此，我們會(huì)把符合斐波那契數(shù)列規(guī)律的比例稱為“黃金分割比例”。

人類建筑史上的許多瑰寶都得益于仿生。羅杰威教授介紹說(shuō)，位于巴塞羅那的圣家堂就運(yùn)用了“懸鏈線”的反向結(jié)構(gòu)。顧名思義，當(dāng)一段柔軟的鏈條被懸掛起來(lái)的時(shí)候形成的曲線就是懸鏈線，像森林中懸垂的藤蔓、垂著露水的蜘蛛網(wǎng)等等。建筑大師高迪創(chuàng)造性地將懸鏈線反轉(zhuǎn)，并大量運(yùn)用在圣家堂的建筑結(jié)構(gòu)中，這種結(jié)構(gòu)在光線的襯托下，極富奇幻色彩，完美展現(xiàn)了圣家堂的藝術(shù)成就。

羅杰威教授在課程的最后提醒大家，仿生學(xué)背后的理念是敬畏自然，因?yàn)榇笞匀挥肋h(yuǎn)遵循解決問(wèn)題的最好辦法。我們應(yīng)該意識(shí)到，目前我們身處的世界非常美麗，人類應(yīng)該愛(ài)護(hù)自然，減少污染和浪費(fèi)，與自然和諧相處。教授隨后拿出了他準(zhǔn)備好的地球模型送給在場(chǎng)的同學(xué)們，愛(ài)護(hù)共同家園的使命也借助著科普課堂的平臺(tái)在科學(xué)家和未來(lái)的地球主人翁之間傳遞。

短短三天，“外國(guó)專家科學(xué)講堂”為同學(xué)們搭建了一個(gè)求知的樂(lè)園，制作了一桌科普的盛宴。外國(guó)專家以精心的編排與生動(dòng)的講授，使小觀眾們感受到了科學(xué)的魅力可以串聯(lián)古今中外，它的影響也無(wú)處不在。每堂課結(jié)束后，同學(xué)們都爭(zhēng)先恐后地與專家教授們合影留念，笑容洋溢在臉上，科學(xué)求知的種子也深深地埋進(jìn)了他們的心里。