诺奖得主卡尔·威曼谈科学思维：如何成为优秀的问题解答者

“我认为科学的主旨是解决问题，这样的问题涉及到多个学科。我指的不是解决教科书中的问题，而是解决现实世界中的问题。我们需要科学家成为优秀的问题解答者。”

2001年诺贝尔物理学奖得主卡尔·威曼（Carl Wieman）10月30日在上海举行的《世界顶尖科学家·科学T大会：科学第一课》上以视频形式分享了科学家思维的培养方法。

演讲中，威曼反复强调了科学思维的重要性。他指出，人类社会正面临巨大的全球性挑战，包括气候变化、新冠疫情等。这要求大多数人能够明智地做出决定，而这些决定是建立在真知灼见和科学思维的基础上的。

威曼介绍了什么是真正的科学思维，以及如何应用科学思维来解决问题。首先从最高层面来说，科学思维是判断一件事情是否属实的系统性方法，这要优于传统方法、人们的惯性思维以及任何人的个人观点。但是其前提是具有系统性思维，在此基础上以更好的方式进行决策。

“这就定义了什么是学科。”威曼说道，“一群共同解决问题的人、一群负责在某个相关领域做出决定的人，对于什么是最好的决策方法达成了一致，然后做出更加准确的预测。这是基于这些决策的测试得出的，即研究的意义。比如在生物和医学方面，如何利用数据判断一种药是否有效。如果你询问同一个领域的科学家，他们会给你高度一致的答案。”。

认知心理学家安德森·艾瑞克森提出，人们在这个学科中掌握的专业知识的程度，很大程度上是由他们做了多少的刻意练习所决定的。刻苦练习确实会改变大脑、提高能力，以不同的方式连接神经元，让大脑获得新的和更强的能力。

威曼认为，概念应用的刻意练习的确能极大提高学生们解决其领域内概念性问题的能力，但在课堂学习中的其他方面，却没有太大改善。很多学生十分善于课程学习，但是在实验室中真正做研究时却困难重重。

在过去七年中，威曼的团队采访了大约50名不同领域、不同学科的科学家和工程师，收集他们在职业和工作中应对科学挑战和解决问题的方法。令人意外的是，在对受访者所做决定进行测试后，研究结果发现他们的决策步骤是一样的，且决策步骤是有限的。在所有29个不同的决策过程中，反复出现同样的步骤。

“我想强调的是，这些不是流程，这些是专家们所做的决策。他们需要在掌握有限信息的情况下做出选择。如果他们掌握了完整的信息，就只需要按照流程办事。”威曼补充道。

他认为，真正为解答问题所做出的选择其实都是在受过系统教育后的“猜测”，而专家们已经掌握了非常具体且优秀的方法来做出选择。虽然不同领域所需要做出的决定是一样的，但要做出怎样的决定需要大量掌握该学科范畴内的深层知识。“真正的解答问题需要意识到哪些信息是相关的，并且正确运用这些信息来解决问题。”

此外，专家们所提出的知识是以非常明确的方式整理的，威曼将其称之为可预测学术框架。这其实是一种心智模型，具备了所有解决问题需要的关键要素，以及这些要素如何以该学科需要的基本内在机制互相关联。这就让人知道如果改变一个变量的话，它会如何影响问题中的所有其他要素。有一些模型能预测这样的结果，通过模型应用知识，就可以在求解问题的过程中做出决定。

如果一个人要真正学会解决实际的问题，需要做的就是进行刻意的练习，以现实情况为前提来做出决定。而最好的教学方法，就是让学生动手去研究。学生们往往很擅长解答教科书上的问题，但实际上这并不需要做任何的决定，因为教科书上已经给出所需要的所有信息，学生只需要根据流程来解答就可以了。

“学生掌握了很多信息，他们能按照很多流程做事，但完全不能解决实际问题，他们无法以科学的方式来做决定，而这往往是最重要的。”威曼总结道。“很显然我们需要让人们理解科学，知道如何在科学的基础上做出决策。而现在，我们的高校和教育体系并没有做到这一点。”

卡尔·威曼是美国凝聚态物理学家，因“在碱金属原子稀释气体中（制成）玻色-爱因斯坦凝聚的成就，以及关于凝聚特性的早期基础研究”，与沃尔夫冈·克特勒和埃里克·康奈尔三人共同获得2001年诺贝尔物理学奖。

自2013年起，卡尔·威曼兼任斯坦福大学物理学教授和教育学院教授。他在原子物理学和科学及工程教育均进行了广泛的研究。

除了亲自进行科研外，威曼也是一位致力于培养未来科学家的教育家。他用诺奖奖金创设了非营利教育项目PhET，并在2017年获得了有“教育界的诺贝尔奖”之称的WISE世界教育创新项目奖。目前，PhET已经被翻译成包括中文在内的90多种语言，在200多个国家和地区中应用。