澎湃新聞記者 秦藝逍
“我認為科學的主旨是解決問題，這樣的問題涉及到多個學科。我指的不是解決教科書中的問題，而是解決現實世界中的問題。我們需要科學家成為優秀的問題解答者。”
2001年諾貝爾物理學獎得主卡爾·威曼（Carl Wieman）10月30日在上海舉行的《世界頂尖科學家·科學T大會：科學第一課》上以影片形式分享了科學家思維的培養方法。
演講中，威曼反覆強調了科學思維的重要性。他指出，人類社會正面臨巨大的全球性挑戰，包括氣候變化、新冠疫情等。這要求大多數人能夠明智地做出決定，而這些決定是建立在真知灼見和科學思維的基礎上的。
威曼介紹了什麼是真正的科學思維，以及如何應用科學思維來解決問題。首先從最高層面來說，科學思維是判斷一件事情是否屬實的系統性方法，這要優於傳統方法、人們的慣性思維以及任何人的個人觀點。但是其前提是具有系統性思維，在此基礎上以更好的方式進行決策。
“這就定義了什麼是學科。”威曼說道，“一群共同解決問題的人、一群負責在某個相關領域做出決定的人，對於什麼是最好的決策方法達成了一致，然後做出更加準確的預測。這是基於這些決策的測試得出的，即研究的意義。比如在生物和醫學方面，如何利用資料判斷一種藥是否有效。如果你詢問同一個領域的科學家，他們會給你高度一致的答案。”。
認知心理學家安德森·艾瑞克森提出，人們在這個學科中掌握的專業知識的程度，很大程度上是由他們做了多少的刻意練習所決定的。刻苦練習確實會改變大腦、提高能力，以不同的方式連線神經元，讓大腦獲得新的和更強的能力。
威曼認為，概念應用的刻意練習的確能極大提高學生們解決其領域內概念性問題的能力，但在課堂學習中的其他方面，卻沒有太大改善。很多學生十分善於課程學習，但是在實驗室中真正做研究時卻困難重重。
在過去七年中，威曼的團隊採訪了大約50名不同領域、不同學科的科學家和工程師，收集他們在職業和工作中應對科學挑戰和解決問題的方法。令人意外的是，在對受訪者所做決定進行測試後，研究結果發現他們的決策步驟是一樣的，且決策步驟是有限的。在所有29個不同的決策過程中，反覆出現同樣的步驟。
“我想強調的是，這些不是流程，這些是專家們所做的決策。他們需要在掌握有限資訊的情況下做出選擇。如果他們掌握了完整的資訊，就只需要按照流程辦事。”威曼補充道。
他認為，真正為解答問題所做出的選擇其實都是在受過系統教育後的“猜測”，而專家們已經掌握了非常具體且優秀的方法來做出選擇。雖然不同領域所需要做出的決定是一樣的，但要做出怎樣的決定需要大量掌握該學科範疇內的深層知識。“真正的解答問題需要意識到哪些資訊是相關的，並且正確運用這些資訊來解決問題。”
此外，專家們所提出的知識是以非常明確的方式整理的，威曼將其稱之為可預測學術框架。這其實是一種心智模型，具備了所有解決問題需要的關鍵要素，以及這些要素如何以該學科需要的基本內在機制互相關聯。這就讓人知道如果改變一個變數的話，它會如何影響問題中的所有其他要素。有一些模型能預測這樣的結果，透過模型應用知識，就可以在求解問題的過程中做出決定。
如果一個人要真正學會解決實際的問題，需要做的就是進行刻意的練習，以現實情況為前提來做出決定。而最好的教學方法，就是讓學生動手去研究。學生們往往很擅長解答教科書上的問題，但實際上這並不需要做任何的決定，因為教科書上已經給出所需要的所有資訊，學生只需要根據流程來解答就可以了。
“學生掌握了很多資訊，他們能按照很多流程做事，但完全不能解決實際問題，他們無法以科學的方式來做決定，而這往往是最重要的。”威曼總結道。“很顯然我們需要讓人們理解科學，知道如何在科學的基礎上做出決策。而現在，我們的高校和教育體系並沒有做到這一點。”
卡爾·威曼是美國凝聚態物理學家，因“在鹼金屬原子稀釋氣體中（製成）玻色-愛因斯坦凝聚的成就，以及關於凝聚特性的早期基礎研究”，與沃爾夫岡·克特勒和埃裡克·康奈爾三人共同獲得2001年諾貝爾物理學獎。
自2013年起，卡爾·威曼兼任斯坦福大學物理學教授和教育學院教授。他在原子物理學和科學及工程教育均進行了廣泛的研究。
除了親自進行科研外，威曼也是一位致力於培養未來科學家的教育家。他用諾獎獎金創設了非營利教育專案PhET，並在2017年獲得了有“教育界的諾貝爾獎”之稱的WISE世界教育創新專案獎。目前，PhET已經被翻譯成包括中文在內的90多種語言，在200多個國家和地區中應用。
責任編輯：李躍群
