當復雜科學遇見青少年｜集智俱樂部走進北京第一實驗學校

導語

2026年7月5日，北京第一實驗學校與集智俱樂部聯合舉辦一場面向青少年的科普活動。

上半場，張江教授以游戲為鑰匙，為青少年推開復雜科學的大門；馬宇翰副教授從黑洞出發，揭示復雜系統的物理之美。

下半場的主角，是四組中學生：

有人用神經網絡重建乒乓球的空中軌跡；

有人在掃雷中探索臨界相變；

有人研究磁擺的混沌邊界；

有人用博弈論優化生態管護。

這是一場從“聽科學”到“做科學”的接力。

當前，我國正一體推進教育、科技、人才發展，其中創新人才自主培養是一個核心議題。當 AI for Science 開始改寫科研的基本方式，一個問題變得具體起來：下一代創新者需要什么樣的認知準備？

創新人才生長于支持性的生態中——當青少年在服務他人的真實挑戰任務中發掘意義，并調動跨學科視角應對現實時，真正的深度思考與創新能力會在不斷實踐、試錯、學習當中涌現出來。

復雜科學關心真實世界里的復雜系統——從大腦到生態系統，從鳥群蟻群到城市治理，從人體細胞到公共衛生系統。它的核心視角，是理解要素之間的連接、反饋與涌現。同時，復雜科學與人工智能之間存在深層聯系：掌握復雜科學思維，意味著一套認知工具——既能用來理解跨學科問題，也能用來理解大規模智能系統中的涌現與自適應特征。

因此，復雜科學學者走進校園科普，與青少年面對面交流，是一次認知框架的補充、一次真實對話的發生、也是一次有關好奇與探索的種子的播撒。

但與一般的科普不同，因為復雜科學關心「連接」——要素之間如何互動，整體如何涌現出單個部分不具備的性質，因此復雜科學科普的形態，也遵循這一邏輯：學生是真正的主體，他們的好奇心、主動性和創造力驅動整個過程。

請允許我們簡單介紹下這些好奇且主動的主體們和他們所處的系統——北京第一實驗學校。

把青少年作為主體

北京第一實驗學校以「找到孩子可以偉大的地方，幫助他們在通向偉大的道路上行走」為辦學使命，將「以學生為中心」作為核心教育理念，貫穿在日常教學的每一個環節。

在這一理念下，學校成立了工程技術與人工智能社區，社區將X-Lab 產學研合作實驗室作為核心創新載體。X-Lab產學研實驗室以真實科研挑戰與產業實際需求為切入點，鏈接高校、科研院所及前沿企業資源，推動學生在真實問題中開展跨學科、項目化學習。實驗室強調“從問題到解決方案”的完整實踐過程，引導學生經歷用戶調研、需求分析、產品定位、方案設計、制作驗證、材料選擇、成本核算、品牌傳播與路演表達等關鍵環節，形成面向真實世界的工程思維、創新能力與協作能力。

FGC全球機器人挑戰賽中國隊合影

目前，X-Lab重點聚焦三類實踐方向。第一類為水下機器人與水中具身智能項目，圍繞人工水域中的污染物沉降、水體環境監測及浮游生物采集等實際需求，探索水下感知、智能決策與自主作業等前沿應用。第二類為產業協同與產品商業化項目，以“造船公司”“滑板公司”等真實企業合作任務為載體，指導學生基于客戶需求和市場反饋開展產品研發、迭代優化與商業化落地，理解產品從設計到市場的完整鏈路。第三類為實驗室場景下的具身智能應用，關注的不只是完成基礎訓練任務，更是以人機協同方式回應實驗室運行中的實際痛點，提升實驗準備、操作管理與安全保障的效率和可靠性。

大運河生態多樣性保護項目 團隊合照

大運河生態多樣性保護項目 采樣

通過真實科研、真實產業與真實應用場景的深度連接，X-Lab致力于讓學生在解決問題的過程中形成面向未來的創新實踐能力，并推動教育成果、科研探索與產業應用之間的有效轉化。

與此同時，隨著新一輪人工智能浪潮與 STEM 教育的崛起，如何運用科學、技術、工程與數學去解決真實世界中的具體問題，成為日常教學中一條日益清晰的主線。

在日常的科學課堂上，學習往往從身邊開始。在探究力學時，學生們化身「實習工程師」，拆解、復刻學校健身房里的滑輪器械，通過嚴謹的計算出具圖文并茂的物理審計報告。公式和定理從試卷上走下來，成為觀察、建模與推演的認知工具。

每年，學校舉辦面向全校的學術挑戰賽。有學生親手設計微型風洞研究氣流變化，有學生精細觀測并記錄水滴入水的運動模態。學生自主經歷文獻調研、方案設計與成果答辯，在試錯與迭代中習得科學的研究方法。

學術挑戰賽答辯現場

更前沿的探索也在發生。學校聯合發起并組織了首屆青少年人工智能驅動科學挑戰營（AI4S TEEN CAMP），嘗試在基礎教育、高校科研與前沿產業之間搭起一座橋梁——學生開始運用機器學習等手段，去解構材料學或生命科學等領域的跨學科課題，在少年時期就學會借助先進工具去理解和剖析復雜的科學世界。

青少年人工智能驅動科學挑戰營（AI4S TEEN CAMP）

青少年人工智能驅動科學挑戰營（AI4S TEEN CAMP）

這些項目表面各不相同，但底層訓練的是一套共通的方法：從真實需求出發，在約束條件下做出判斷，用測試和證據改進方案，與他人協作完成交付——這正是復雜系統視角下創新與涌現的實踐方式。

正因如此，本次活動的一半時間，將留給青少年們：青少年展示自己的項目，專家面對面給予反饋，雙方進行深度的對話。

青少年復雜科學科普：活動介紹與展望

2026 年 7 月 5 日（周日）下午，北京第一實驗學校。

活動分為兩個部分。上半場是青少年復雜科學科普。北京師范大學系統科學學院教授、集智俱樂部創始人張江老師，將帶來《給青少年的復雜科學入門課：游戲中的復雜科學》。張江老師著有多本復雜科學領域書籍，長期致力于復雜科學的傳播與教育。北京師范大學物理與天文學院副教授馬宇翰老師，將主講《復雜科學 × 物理：黑洞作為復雜系統》。馬宇翰博士畢業于中國工程物理研究院、北京計算科學研究中心，研究領域為理論物理。

下半場是青少年創新 Demo Day。四組青少年將分享自己的研究心得：有同學利用神經網絡搭建雙目視覺系統，完成乒乓球三維軌跡的重建與時間序列預測；有同學編寫自動掃雷算法，融合數據驅動與機理驅動探索游戲中的臨界相變，以及其中隨機性與確定性的博弈；有同學結合實驗與數值仿真探究磁擺系統分形吸引域的混沌特性，分析若干因素對邊界維數的調控規律；還有的同學融合流體動力學與斯塔克爾伯格博弈建模，用遺傳算法求解保護區管護資源的最優分配。

分享之后，專家將進行面對面點評與深度討論。

集智俱樂部長期致力于復雜科學的科普與傳播工作，面對青少年的復雜科學科普，不會止于這一場活動。未來，我們將以多元化的方式持續推進，通過線上與線下結合的途徑，去到有創新文化土壤的地方，去到教育資源有限的地方，讓更多青少年有機會接觸復雜科學思維。

如果你也在做復雜科學青少年科普，或者愿意參與其中，歡迎聯系我們。共同以復雜科學助力青少年創新。

本次活動名額有限，歡迎集智成員掃碼報名。

「游戲×復雜科學」讀書會

集智俱樂部聯合人工智能、AIGC、游戲設計、復雜系統等領域的學者/工程師共同發起，自2026年3月31日起，每周二晚19:30-21:30，邀請來自各領域的研究者與實踐者，共同探索：

· 游戲如何啟發科學？

· 科學如何重塑游戲？

· 而我們是否生活在一個巨型多主體演化系統之中？

詳情請見：