我們的下一代和美國pk科技，能贏在起跑線上嗎？

分享一篇我的好朋友談教育的文章，作者郝景芳是大陸知名新銳科幻作家、教育企業「童行學院」的聯合創始人，比較東西方在兒童基礎教育思維上的差異，探討我們的下一代需要什麼、而我們能為他們做什麼？

文章轉載自郝景芳的微信公眾號：晴媽說（id：qingmashuo），已獲作者轉載授權。

前一段時間，有一所學校招生的新聞悄無聲息佔據了很多關注教育的人目光C位，紛紛議論：如果是你，會送孩子去這所驚世駭俗的學校嗎？

▎從一所學校引發的討論

這是一所什麼樣的學校呢？原來是矽谷鋼鐵俠 Elon Musk 埃隆.馬斯克給自己孩子建立的私人小學，現在對外公開招生了。

消息一經發出，瞬間擠破頭。加州有1000個以上家庭遞交了申請。 （注意！這只是本校Ad Astra的分校Astra Nova，雖然課程和模式照搬了本校，但畢竟只是子品牌，就已經如此轟動了。）為什麼？

我們先來看一下這所學校入學考什麼：

試題一：首次殖民火星任務需要一位隊長。以下為六位候選人自評及他評的創造力、合作力、尋找資源力、定力、學習力、體力、意志力，七個方面的數值。

1.1 請問哪位候選人最適合擔任隊長來完成以下任務：

“存活並在火星建立基地，在兩年後返回地球。”

1.2 如果任務變成以下，誰又更適合：

“存活並在火星建立基地，使用火星的資源建立能源工廠。永久待在火星並等待三年後第二批殖民者。”

1.3 我們是否應該派人去殖民火星？為什麼？

試題二是一款自創的策略桌遊，讓孩子跟對手對戰二十次，摸清桌遊規律，並尋找出最佳策略。

哇哦，這樣的入學測試題，是不是耳目一新呢？你家小朋友會如何回答呢？

馬斯克原本建立的Ad Astra學校，只是給他的SpaceX員工家的少量小朋友辦的”子弟校“，也算是承襲了我們社會主義祖國”企業辦校“的優良傳統，有著濃濃的SpaceX企業風。那麼這所學校日常如何教學呢？

Ad Astra的學生：
- 不分年級：8-14歲的孩子一起上課
- 側重科技：學習的科目主要是編程、AI、倫理和工程
- 練習創業：每人都會建一家虛擬公司，使用學校的虛擬貨幣進行創業和交易
- 接受複雜性挑戰：模擬、案例研究、製造和設計項目、Astra Nova開發的實驗室和企業合作夥伴；學生被複雜性和解決未知問題的能力所吸引。
- 每年更新：每年根據學生和每個項目、實驗室、討論或戰略計劃的經驗教訓來重新設計。
- 讓孩子們喜歡上學：如果學生被認真對待，他們的時間被充分利用，會怎麼樣呢?

哈哈，就是赤裸裸地培養科技創業企業家啊！說不准其中就有SpaceX的繼承人，或是下一代矽谷獨角獸公司創始人。

很想了解一下，這樣直奔主題、前沿酷炫、自由創新、前途未卜、不走尋常路、偏科嚴重的學校，如果是你，會給孩子報名嗎？

▎從科技之爭引發的思考

Ad Astra對科技的重視，讓我們想到近期另一​​個持續火爆的話題：中國大陸的科技和西方發達國家之間到底有多大差距？

我們都知道，自從去年華為被美國針對性封鎖以來，中國科技面臨著前所未有的挑戰：敵人像窮凶極惡的野狼一樣圍追堵截，而我們在關鍵性技術——尤其是芯片上——受到了極大掣肘。美國進入了麥卡錫主義，對所有與科研有關的華人採取排擠和封鎖政策。這讓人議論紛紛、憂心忡忡、怒氣沖衝。

這引發了很多討論：大陸和發達國家的科技差距，最主要的來源是什麼？

對這個問題，我曾經寫過兩篇文章，從資金投入、資金結構、產業結構角度進行了分析：《創新中國仍然缺失的必要環節》和《特朗普貿易戰，為什麼是個教育問題》，在此不多展開。

在此只想分析一種說法：“中國科研起步晚、投入少，暫時落後很正常，只要持續花錢投入，假以時日，一定能全方位超越歐美髮達國家。”

這種說法聽起來很有道理，但是深入分析就會發現問題：如果認為中國20年後科研水平將全方位超越歐美發達國家，那就意味著，20年後，中國的科研主力軍實力水平要全面超越於歐美髮達國家科研主力軍之上，進一步推論，這就意味著，今天10歲的中國孩子，未來的科研能力要全面超越於今天10歲的歐美孩子。

是這樣嗎？我們的少年真能贏在科研的起跑線上嗎？

我向大家推荐一本書：《Cycles of Invention and Discovery——Rethinking the Endless Frontier》，是一本深入回顧科學和科技創新的研究，有不少紮實的工作和洞見（尤其推薦其中講貝爾實驗室的部分）。

這本書裡詳細回顧了現代半導體和通信工業的發展歷程，其中重大的成果節點包括：
- 1956年諾貝爾獎（1947/48年成果）：晶體管的發現/發明；
- 1964年諾貝爾獎（1954/58年成果）：量子電子學的發展引發激光的發現/發明；
- 1985年諾貝爾獎（1980年成果）：量子霍爾效應的發現；
- 1998年諾貝爾獎（1982年成果）：帶有分數電荷的新型量子流體的發現；
- 2000年諾貝爾獎（1957/63/70年成果）：半導體異質結構的發明；
- 2009年諾貝爾獎（1966年成果）：光纖波導的發明；

可以看得出來，這裡面有兩個非常明顯的現象：
1）發達的信息工業背後，是強大的基礎研究作為水下冰山；
2）發現和發明往往先於工業應用很多年。

晶體管的發現/發明（1948年）先於英特爾公司成立20年（1968年），更早於286芯片上市（80年代）。再往前追溯，晶體管的前身電子管，是1884年的想法，1904年的專利。是100多年持續不間斷的強大的基礎研究才導向今天發達的工業應用。那是什麼力量帶來了這樣強大的基礎研究？

基礎研究不同於應用研究。應用研究通常是把所有能獲取的科學成果整合在一起。結果是可控的、時間是可控的、成本是可控的、方向是可控的。但是基礎研究不是這樣。基礎研究方向是完全不確定的，它的目標就是發現和理解，是向未知前行。站在歷史節點上，我們會發現：

半導體的發現不是為了電腦，是法拉第發現了異常電阻現象；電磁波的發現不是為了手機，是麥克斯韋從數學上整合電現象和磁現象；流體力學方程不是為了飛機，是伯努利為了解釋水流速不同的現象；激光的預言不是為了光纖和武器，是愛因斯坦發現的光電效應和量子力學能級理論的推演。

所有這些帶來劃時代改變的重大發現，都是為了解釋自然現象、探索基本規律，背後是抽象思想帶來的快感，是科學家對自然不斷追問的樂趣。

▎教育系統需要作出的改革和困難

從前面的梳理我們可以看到，真正劃時代的重大發現，都是去解決未知問題。但是我們目前的教育，讓學生練習的都是“解決已知答案的問題”，而不是“解決未知答案的問題”。我們練就了孩子們猜測出題人心思的能力，但是真正面對複雜未知的自然，該如何思考和探索，孩子們是毫無概念的。

真正好的基礎教育，是讓孩子學習探索未知問題。這種教育需要教孩子的是探索問題的方法，而不是直接記住答案。

馬斯克在接受采訪時說過，如果你想教別人如何使用引擎，你應該把引擎給他們，讓他們自己動手拆卸，而不是簡單地在教科書上閱讀螺絲刀和汽車的知識。如果一個孩子把引擎拆開，他們會明白所有的部分是如何一起工作的，他們會明白整體，而不是部分。

我們的傳統教育是告訴孩子電磁感應定律是什麼，然後讓孩子通過左右手定則做練習題，而真正培養創新者的教育，應該反過來：讓孩子理解法拉第到底在探索什麼問題，他觀察到什麼，他是怎樣想問題的，是怎樣提出理論猜想，怎樣做實驗驗證，遇到什麼挫折，又是怎樣找到答案，最後得出電磁感應定律。

也就是說，傳統教育是從知識出發，培養創新者的教育是從探索出發，讓知識作為結果。

我們有多少課堂帶孩子了解過科學定律的發現過程？我們有多少學生知道，胡克是為什麼研究彈簧？伽利略是為什麼研究慣性？如果不知道科學探索背後的思維邏輯，就很難做出未來的創新。可是引領孩子探索知識的發現過程太花時間了，沒有哪個課堂有這樣的耐心。

對比中美教育創新，會發現，我們的基礎教育改革實在是太慢了、太難了，不要說一所像Ad Astra這樣顛覆式創新的學校，就連做一些教材和教學法方面的改革，都舉步維艱。

制度政策先不說，人才培養方面，能夠做“以問題為引導”“探究式教學”設計的老師就十分稀缺；考核方式方面，目前之所以只強調應試，是因為其他教學方式缺乏統一評價標準，給舞弊開了口子；教育出路方面，現在仍然只有高考一條路能導向好的職場發展，缺乏和新興職場發展的鏈接；社會環境方面，現在整個大環境都急功近利，讓父母也充滿焦慮。這些方面都讓真正開創性的教育探索困難重重。

▎致力培養下個時代的革新者

我之所以創辦童行學院，就是希望在中國也能做一些面向下個時代培養創新者的事情。辦學校不容易，我們就辦課外學校。

童行學院採取線上課的方式，給孩子項目制的實踐機會，培養孩子知識、視野、思維，並讓孩子感受並學習科學、人文、藝術背後的思維方法。童行學院的所有課程和引導理念，都是以問題為出發，問題驅動的學習。我們在時空之旅課程裡，帶孩子探訪科學家，回到科學發現的現場，跟科學家一起發現知識。這種“問題驅動——激發好奇——引導思考——培養思維——學習知識”的教學思路，是一種從根本出發的教學方式。

在童行學院的“火星探索”項目制學習營中，有一個環節是讓孩子探索“如何讓火星車減速，安全抵達火星”。我們讓孩子準備一個煮雞蛋，用生活中各種能想到的材料，想辦法讓煮雞蛋從高空中落下而不摔碎。孩子通過動手，再和老師討論，會真正理解火星探索過程中的挑戰，也會對重力/空氣阻力/緩衝等等物理概念充滿好奇，熱情發問。

我們希望有更多同路人參與，我們會積極尋找志同道合的合作者，也希望更多家庭和孩子加入我們。

MIT科技評論11/10

* 【具有里程碑意義的結核病疫苗已進入人體試驗的最終階段】知名製藥公司葛蘭素（GSK）在《新英格蘭醫學雜誌》發表了一個新生產關於新型結核病（TB）疫苗功效的2b期人體試驗。最終結果，大約50%的疫苗接種對象，可長期安全免受破壞性疾病的侵害。現在，該研究將進入試驗的最終階段，未來7到10年內進行臨床實驗。

* 【MIT研發出可自組裝成各種結構的變形機器人，或將用於救災】MIT電腦科學和人工智能實驗室CSAIL 提出了一個簡單的想法：自組裝機器人成為立方體，讓他們上下攀爬、旋轉跳躍、互相識別。現在，這樣的自形組裝機器人已能完成簡單的任務，比如形成一條直線或跟蹤一束光。除了救災，它們將被應用於製造業、醫療等領域。

* 【一大波機器狗列隊跑進MIT，集體空翻+帶球過人】列隊入場，集體空翻，在一場機器人足球賽上帶球過人。一場歡樂的機器人秀在麻省理工學院的校內草坪上演。

近日，美國麻省理工學院生物實驗室（MIT’s Biomimetics Robotics Lab）展示了一大群四足機器人（或稱為機器狗）。這也是該實驗室在機器人領域的最新進展。

實驗室將機器狗命名為：迷你獵豹（mini cheetah）。這是一種輕量化四足機器人，同時採用了模塊化設計。

* 【新型兩足機器人問世，真正「人機合一」】進入陌生環境中怎麼活動？這對人來說，不成問題，但換上機器人，就一籌莫展了。科學家找到了一個捷徑來解決這個難題：模仿。他們創建了一個人機界面，可以將人的動作映射到兩足機器人身上。

因為有人的輔助，這款機器人可以執行此前從未進行過的操作任務。更重要的是，這個機器人可用於災難應對。作者在論文引言描述道，如果在 2011 年 3 月就有此技術的話，機器人可以承受致命核輻射水平，從而在第一個 24 小時內進入日本福島第一核電站進行操作，福島核電廠反應爐可能就會及時穩定下來，那場核事故的災難後果就會大大減輕。

這項研究發表在 10 月 30 日的《科學機器人》（Science Robotics）上，作者是伊利諾伊州大學香檳分校機械科學與工程系助理教授 João Ramos 和麻省理工學院機械工程系副教授 Sangbae Kim。

* 【DeepMind全種族打敗《星際2》人類玩家， AI全面征服即時戰略遊戲之巔】官宣！DeepMind AI 開發的星際爭霸 2 AI"AlphaStar"進化成了完全體"AlphaStar Final"，三個種族（神族、人族和蟲族）均達到歐服戰網宗師組級別，最高達到 6275 分，在遵守所有遊戲規則的情況下，超越了 99.8% 的歐服玩家！有關新版 AlphaStar 的論文也登上了Nature 雜誌。

根據 DeepMind 介紹，AlphaStar 於今年 7 月正式登陸星際 2 戰網，開始以匿名的方式和歐服天梯玩家對戰，以確保得到公平對戰。得益於新算法的幫助，完全體版本 AlphaStar Final 的競技水平突飛猛進。

在不到 4 個月的時間里，它使用每個種族進行了 30 場天梯比賽，三個種族的水平都達到了宗師級別：神族 6275 分（勝率 83%），人族 6048 分（勝率 60%），蟲族 5835 分（勝率 60%）。

* 【苦等140年後，一個新公式奠定半導體電學測量新里程碑】近日，一篇刊登於 Nature 期刊的文章，向世人展示了一項霍爾效應苦等 140 年的應用。

這篇文章的名字十分明𥇦：「Carrier-resolved photo-Hall effect」，意為「能解析載流子信息的光霍爾效應」。文章中介紹了一種全新的測量方法，能夠同時測量導電材料中兩種載流子的重要信息，可以為新型的太陽能電池材料和光電材料提供有力的檢測手段和指導方向；同時，這一突破可以讓我們更加詳盡地瞭解半導體的物理特性，對研發和改進半導體材料有著重大意義。

* 【SpaceX完成載人飛船關鍵測試，領先波音公司，明年正式升空】載人飛船發射時間臨近，SpaceX 近日再完成發射前的關鍵測試。

在經過了數次重大改進之後，SpaceX 近期又對龍飛船降落傘進行了一系列測試。昨日，SpaceX 在其官方推特上展示一段測試視頻，顯示載人龍飛船的降落傘系統共有 4 個降落傘組成，其中一個降落傘有意不展開，以證明即使出現部分故障時，該系統也能幫助飛船安全著陸。

據介紹，最新測試的降落傘已經是 SpaceX 開發的第三代降落傘，在材料上使用了一種名為 Zylon 的高性能纖維材料，取代此前使用的尼龍材料。Zylon 材料也曾被 NASA 用來製作高空氣球，在 SpaceX 的降落傘系統中，這種材料支撐的繩索在強度上達到了尼龍的 3 倍。此外 SpaceX 還改進了降落傘的縫合方式，進一步優化降落傘的平衡。

* 【美軍最神秘太空飛機返回地球，飛行780天，具體任務是個謎】近日，美國空軍宣佈其著名的軌道試驗飛機 X-37B 在肯尼迪航天中心成功著陸。這台迷你航天飛機於 2017 年 9 月由一枚 SpaceX 的獵鷹九火箭送上軌道，直到重返地球，該飛機在天上飛行了近 780 天，創下了該型號的最長在軌時間紀錄。

X-37B 是一款屬於美國空軍的太空飛機，也是目前 X-37 項目中使用的飛行器。其外觀上與航天飛機相似，但在尺寸上要小得多，同時不具備載人能力。飛機長約 8.8公尺，高 2.9 公尺，翼展不足 4.6 公尺，差不多是一輛小客車的尺寸。

該飛機的起飛重量僅為 5 噸左右。

一直以來，X-37 都是一個頗為神秘的項目，美國軍方極少透露該飛機的具體任務目的和行蹤，對飛機上的每個有效荷載也都嚴格保密。這也引起了不少外界的猜測，甚至認為 X-37B 是一架太空戰鬥機。不過這些說法都被美國軍方否認。

*【研究人員已能從人的頭髮中檢測出精神分裂的生物標誌物】人類毛髮中隱藏著很多秘密——結核病、腸胃病、貧血以及動脈粥樣硬化都可以透過頭髮進行判斷。近日，日本RIKEN腦科學中心的科學家們在對小鼠和人類死後的大腦組織樣本進行檢測，發現精神分裂的一種亞型與大腦中異常高水平的硫化氫有關，而大腦中的硫化氫水平可以反映在頭髮中。這意味著在未來，醫生將能對頭髮樣本進行簡單分析來判斷一個人是否患有精神分裂症。

* 【警鐘：以糞便微生物治療移植致一人死亡！技術試驗監管升級】今年年初，美國兩名免疫功能不全的臨床實驗者在接受了含有耐藥細菌的糞便微生物移植（fecal microbiota transplantation, FMT）臨床試驗後，發生嚴重感染，其中一名 73 歲患者不幸死亡。

隨後於 6 月，美國食品和藥品監督管理局（FDA）發佈通知，警告糞便微生物移植治療方法存在嚴重的潛在健康風險，甚至可能危及生命。同時，FDA 緊急叫停了一系列相關臨床試驗。

【新的公斤定義520走馬上任囉～】

恭喜國際公斤原器 IPK 「大K」退休，從 5/20 起改採新的單位計算公斤，對需要精細測量的產業來說會更加精準，也不用常常為了大K忽然掉體重而擔心受怕了～

如果你真的很想很想知道新的公斤算法是怎樣，文章裡有↓↓

#公斤原器

#小編開聊
昨天的一公斤，不是今天的一公斤？「公斤」的新定義今天生效啦！
　　
自從 1889 年，第一屆國際度量衡大會定義「一公斤」等於「國際公斤原器（International Prototype of the Kilogram，IPK）」的質量，就沒再改過了，成為最後一個還在用實體物來定義的基本單位。
　　
然而實體物並非永恆不變，即使封存在真空的三層玻璃罩內，又有嚴密的環境監控，IPK 和它的複製品的質量差值還是愈來愈高，在最近一次（2014年）的測量顯示，差值已達到50微克（μg）。這種不穩定、不精確的情況可讓人無法忍受啊！
　　
因此，在科學界幾十年來的努力下，終於在去年第 26 屆國際度量衡大會拍板定案，由 #普朗克常數 重新定義公斤，並定於世界計量日（World Metrology Day）的今天正式生效，和國際公斤原器說 bye-bye！
　　
現在，以普朗克常數 h=6.62607015×10^-34 kg⋅m2⋅s−1 來定義質量有兩種方法，第一種是以「基布爾秤（Kibble balance）」測量。測量又分為靜態模式和動態模式，在靜態模式中，天平一端放置砝碼，下方在磁場中放置線圈，將線圈通過電流 I 會受力，當磁力與重力達到靜力平衡時 mg=IBL；在動態模式中，拿掉砝碼，將線圈以等速度 v 移動，會產生感應電動勢 V=vBL；兩種模式中，BL 的數值一樣，因此整理得到 IV=mgv 或是 m = IV/gν。然後電流和電壓，根據約瑟夫森效應和量子霍爾效應，就會連結到普朗克常數囉！
　　
而我國採用的是第二種，X 光晶體密度法（x-ray-crystal-density method, XRCD method），又稱為矽晶球法。由德國聯邦物理技術研究院（PTB）製作的高純度矽晶球，是經過純化、長晶、切割、研磨與拋光多道程序所製作，純度超過 99.99 %、直徑為 93.7 mm 的完美球體。藉由計數矽晶球內含有多少顆矽原子，再乘以矽原子平均質量（而矽原子的質量會連結至普朗克常數），進而得到非常精確的矽晶球質量。
　　
今天新制上路後，世界各國的質量單位精準度就往前邁一步啦！不過啊，在半導體、醫療等精密產業是失之毫釐、差之千里，如果你去量體重，是看不出來差別的呦（逃~
　　
參考資料
1.科學月刊，＜SI基本單位的重新定義＞
http://scimonth.blogspot.com/2018/09/si.html
2.NIST，＜Kilogram: The Kibble Balance＞
https://www.nist.gov/si-redefinition/kilogram-kibble-balance
3.國家度量衡標準實驗室，＜新質量標準「公斤」 重新定義＞
https://www.nml.org.tw/…/rela…/3851-2019-02-19-17-04-08.html
4.國家度量衡標準實驗室，＜質量的單位：千克(kg) ＞
https://www.nml.org.tw/…/new-…/3343-2014-05-16-03-45-54.html
5.實作派電子實驗室，＜公斤定義-改用普朗克常數定義/揮別公斤原器＞
https://www.strongpilab.com/kilogram-redefine-by-planckcon…/

📸圖片來源：pixabay
https://pixabay.com/p…/kitchen-scale-weight-cooking-2608932/