科學是有趣的
——記2020年“外國專家科學講堂”

文/孫夢格 黃秭茜 圖/車朋

（作者單位：北京中北明德測評技術研究院）

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。講臺上，一團彩色的煙霧散去，一個身穿白大褂，頭戴護目鏡，穿梭在形態不一的化學燒杯、量杯之間的身影清晰起來。這位擺弄著瓶瓶罐罐的化學試劑、像變魔術般展示著各種實驗的人，就是來自北京化工大學的化學家戴偉教授。他的課充滿了炫酷的實驗演示和深入淺出的知識原理，為本年度的“外國專家科學講堂”活動拉開了帷幕。

“外國專家科學講堂”是今年全國科技活動周的一項重大示范活動，由科學技術部引進國外智力管理司、科學技術部國外人才研究中心主辦，北京大米未來科技有限公司和中北明德測評技術研究院承辦，以普及基本科學知識，激發科學興趣為使命。今年8月24日至26日，“外國專家科學講堂暨VIPKID外國專家科普公益課堂”在北京天文館組織了6場科普講座活動。在此期間，5位外國高水平專家為北京的中小學生作了6場科普講座，講座主題涵蓋化學、物理、生物、工程等多個學科與領域。

有趣的化學反應

第一課主題為“化學反應是什么”，由北京化工大學特聘教授，北京化工大學科普實驗中心主任，英國皇家化學會北京分會主席，中華人民共和國國際科學技術合作獎以及中國政府友誼獎獲得者戴偉（David G. Evans）教授主講。

通過戴偉教授在課堂上的實驗展示，原本枯燥的化學方程式變得可見、可聽、可感。他將濃縮的過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看，恐怕這管“牙膏”只有大象才能用了，“大象牙膏”實驗也因此得名。

隨后，戴偉教授拿起一個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。仿佛這樣還不過癮，他又拿起一杯無色的液體，依次倒進桌上的一排裝有無色液體的燒杯中，只見原本無色的液體變為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫……桌上瞬間出現了一道彩虹。通過演示，戴偉教授說明了化學變化的本質：將一種或多種材料轉換為新的材料。

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知識。在提到化學反應時，他說，就像有些同學早上鬧鐘一響就會起床，而有些同學則喜歡賴床一樣，化學反應的發生速率也各不相同——有些反應發生得很快，而有些則需要一些時間。他還將化學反應中的催化劑稱為“雷鋒”，因為它們可以幫助反應更快更好地進行。比如，鐵就是一種催化劑，它可以把空氣中的氮氣和氫氣合成氨以后變成化肥，幫助農民伯伯生產更多的糧食。

化學反應無處不在，它對我們的生活至關重要。戴偉教授利用草酸酯和過氧化氫加入不同的熒光劑，在試管內進行化學反應。由于每個試管內的熒光劑不同，它們最終呈現出了繽紛的熒光色。這就是我們生活中常見的熒光棒的工作原理。當用海藻酸鈉水溶液倒入氯化鈣水溶液時，戴偉教授制作出了一根根“化學面條”——當使用食品級材料時，這個反應也可以用來制作軟彈可口的“分子料理”；當應用到醫學領域時，這個反應可以被用來制作高科技創可貼。

除了讓人眼花繚亂的實驗演示，戴偉教授還向同學們強調了作為科學家應該具備的嚴謹理性的工作態度。了解了化學反應的本質，我們就不用談“化學”而色變。生活中的所有物質都是化學物質，我們也無時無刻不在進行著化學反應——呼吸就是把氧氣轉變為二氧化碳。所以，當我們在生活中遇到號稱自己“絕不添加化學成分”的洗發水、護膚品時，我們就知道他們在騙人啦！

在課堂上，戴偉教授始終面帶微笑，他一邊用流利的中文進行著講解，雙手一刻不停地進行著熟練精準的操作。大膽探索的好奇、嚴謹求證的態度和一絲不茍的精神貫穿在課堂的始終。空氣中飄蕩的除了實驗產生的火焰、氣泡、煙霧，更多的是孩子們嘖嘖的驚嘆、開心的歡笑和意猶未盡的“再來一次！”。孩子們真正感受到，化學就在我們的生活中，探索化學魅力的機會就在我們身邊。

課堂上，戴偉教授將酒精噴灑在蠟燭上，形成了高躥的火苗

細微處的技術

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

納米技術屬于小尺寸的科學，在近幾十年中取得了飛速的發展。據阿達姆松教授介紹，納米是一個長度單位。1納米比單個細菌的長度還要小很多，大約是人類一根頭發絲的萬分之一！所以，人的肉眼根本無法觀察到一納米的長度。然而，小小的納米卻有了不起的應用。

從生活場景出發，阿達姆松教授告訴大家，納米技術與我們的生活息息相關，并且能夠極大地提升和改善我們的生活質量。比如，用納米技術制作的衣服和鞋子，可以有效地防水。對于愛美的人來說，納米材料還可以用來制作防曬和防皺面霜。我們每天接觸到的電腦、手機等智能設備的顯示屏也離不開納米技術。

阿達姆松教授還向大家介紹了納米科技的應用前景。比如，在醫療領域，我們可以運用納米技術制造機器人，有針對性地治療各種身體疾病，納米顆粒在不遠的未來甚至可以攻克癌癥。納米芯片可能帶來學習的革命，植入一個小小的芯片就能學會一門語言也許不再是科幻片里的幻想。

課程的尾聲，教授也鼓勵大家在今后繼續關注物理、材料等與納米科技息息相關的領域。他說，今天在課堂上的同學們是未來國家科技的棟梁之材，他歡迎大家未來進入中科院跟他一起學習、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造人類更美好的未來，這也是他從事科普教育的初心和意義。

培育良好的科學精神

好奇心和求知欲是科學探索的起點，但追求科學的道路上，同樣必不可少的是嚴謹、理性的求知方法與學習態度。25日下午的課程“科學，我們如何知道自己所知道的”由藥物研發領域專家、長風藥業股份有限公司首席技術官博江盟（Jean-Marc Bovet）博士主講。他沒有局限于某個特定的領域，而是旁征博引、深入淺出地系統介紹了科學研究的理念和科學家所應該具備的素養。

課程伊始，博江盟博士就通過人類的五感——視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺來說明人類認識世界的直接方式。同時，他也用錯覺圖、盲人摸象等例子說明了人類的大腦和認知的局限性。他提到了著名的柏拉圖“洞穴寓言”，并以此來向同學們說明我們也許永遠也不能真的理解現實世界，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家所必須具備的。

在談論到科學和技術的關系時，博江盟博士指出，科學是通過發現自然現象獲得知識，而技術則是將知識付諸實踐來創造事物。為了更直觀地幫助同學們意識到兩者的不同和各自的意義，他邀請同學們積極參加折紙飛機游戲。當各種各樣的飛機伴隨著“三、二、一”的倒數飛向講臺時，晦澀深奧的知識和理論立刻就變得生動活潑起來。

8月24—26日全國科技活動周期間，北京天文館舉辦“外國專家科學講堂”。圖片依次為戴偉（David G. Evans，英國）、亨利·H. 阿達姆松 （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。他用為火星探測器命名的克拉拉·馬的例子向同學們說明，好奇心是在每個人心中燃燒的永恒火焰。它是一種強大的力量，是驅使我們在日常生活中前進的熱情。我們正是好奇心驅動下才能成為科學家。相信今天的課程也會在同學們心里種下科學求知和嚴謹探索的種子。

養成良好的學習和生活習慣也至關重要。博江盟博士向同學們介紹了“積極主動”“有目標有計劃”“做事分主次”“從雙贏角度考慮問題”“理解別人”“協同合作”和“尋求健康和平衡”七個習慣，并希望大家能吸收這些好習慣，高效地學習，積極地生活。

認識聰明的海豚

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

薩拉博士從五歲起就立志成為一名獸醫，童年時她會照顧和陪伴外婆家的寵物貓和寵物狗，并希望長大后能到全世界旅行，救助可愛的動物。她說盡管當時她的家長并不理解，她依舊堅持著自己對動物的研究興趣，最終靠自己的努力和堅持實現了夢想。她鼓勵同學們，在追夢的過程中，無論遇到什么困難都要依舊堅持自己。

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

薩拉博士解釋道，海豚和人類的社會組織形態非常接近，既有像家庭一樣的社交小團體，又有個體的身份意識。并且，海豚有很多人類所不具備的“本領”。比如，它們的頭部有許多獨特的組織和結構，能夠幫助它們在深邃黑暗的海底“聽”到來自四面八方的聲音。同時，海豚的聽力范圍比人類廣泛很多，所以，它們可以“聽”到人類聽不到的聲音。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，而是通過回聲定位系統，準確地在大腦中形成“全息圖像”。

在“說話”的方式上，海豚會發出獨特的“哨音”和“和聲”，每一只海豚還有專屬于自己的獨特“哨音”。在課堂上，薩拉博士惟妙惟肖地模仿了這些聲音，并鼓勵孩子們也一起嘗試。這些獨特的聲音使海豚能夠像人類一樣帶著自己獨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烈。它們認為，每個個體都是集體不可缺少的部分，當一只海豚因為身體不適而被沖到岸邊時，它身體健康的朋友們也會自愿來到岸邊陪伴著它。

薩拉教授告訴孩子們，海豚和我們人類無論是從身體構造還是智力結構上都截然不同。但是，它們同樣也是大自然創造的智慧而神奇的生物。人類千萬不能被自己的傲慢所局限，并因此認為自己才是世界的主宰。我們應該記住的是，人類和動物朋友一樣都是平等的。物種之間的智力沒有高低之分，只是感官系統能夠適應的環境不同而已。我們的世界，也正是因為有了這種多樣性才變得更加復雜和美麗。同學們在薩拉博士的引導下，紛紛表示今后會善待大自然所創造的每一個生命。

學習自然 尊重自然

有關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。來自意大利的建筑學專家、天津大學建筑學院博士生導師、天津大學仿生建筑與規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的仿生方法，他生動地講解了“建筑空間與技術的仿生方法：從大自然的奇跡到技術的奇跡”這一主題。

羅杰威教授用一段視頻開啟了課程。在視頻中，自然界中的植物和動物千姿百態地展示著自己的風姿。羅杰威教授說，從大自然的啟示中，人類不斷進行著學習，由此而建立的一門學科就是仿生學。仿生學是模仿生物的特殊本領的一門科學。它通過了解生物的結構和功能原理，來研究并創造適用于人類的新的設備、工具和技術。

通過觀察和學習自然中的結構，科學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，生活中常見的肥皂泡結構其實有著精確的幾何規則，它的表面遵循著最小面原理，運用它我們可以高效地建造橋梁等承壓結構。

課堂上，羅杰威教授還向大家介紹了神奇的斐波那契數列。斐波那契數列由0和1開始，之后的數就由之前的兩數相加而得，比如：0，1，1，2，3，5，8，13，21……令人驚奇的是，斐波那契數列中仿佛隱藏著大自然的密碼——我們在植物的葉片生長、貝殼的紋理、人體的身體比例，甚至龐大的宇宙星系中，都能發現這一數列揭示的規律。利用數列的規律所繪制的繪畫、編寫的音樂以及建造的建筑，也都成了美與和諧的象征。因此，我們會把符合斐波那契數列規律的比例稱為“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，位于巴塞羅那的圣家堂就運用了“懸鏈線”的反向結構。顧名思義，當一段柔軟的鏈條被懸掛起來的時候形成的曲線就是懸鏈線，像森林中懸垂的藤蔓、垂著露水的蜘蛛網等等。建筑大師高迪創造性地將懸鏈線反轉，并大量運用在圣家堂的建筑結構中，這種結構在光線的襯托下，極富奇幻色彩，完美展現了圣家堂的藝術成就。

羅杰威教授在課程的最后提醒大家，仿生學背后的理念是敬畏自然，因為大自然永遠遵循解決問題的最好辦法。我們應該意識到，目前我們身處的世界非常美麗，人類應該愛護自然，減少污染和浪費，與自然和諧相處。教授隨后拿出了他準備好的地球模型送給在場的同學們，愛護共同家園的使命也借助著科普課堂的平臺在科學家和未來的地球主人翁之間傳遞。

短短三天，“外國專家科學講堂”為同學們搭建了一個求知的樂園，制作了一桌科普的盛宴。外國專家以精心的編排與生動的講授，使小觀眾們感受到了科學的魅力可以串聯古今中外，它的影響也無處不在。每堂課結束后，同學們都爭先恐后地與專家教授們合影留念，笑容洋溢在臉上，科學求知的種子也深深地埋進了他們的心里。