一辆复兴号高铁列车从上海虹桥火车站开往杭州东站，如何安排行驶速度，高铁能耗才能降到最低？在同济大学交通学院轨道交通智慧运营实验室，10名高一学生坐在高铁模拟驾驶室里，化身高铁司机“驾驶”列车飞驰在沪杭城际高速铁路上，探索如何解决这个问题。

将中学课堂学到的物理公式，运用到真实生活情境中解决实际问题，是同济大学交通学院青少年科学创新实践工作站带给这些高中生的首个挑战。

暑假中，这10名高一学生要完成基于沉浸式虚实融合的《高速铁路速度提升与能耗降低的权衡分析》的课题探究。从理论学习到虚拟仿真驾驶实验，再到实操驾驶模拟实验，打破了高中生对科学探究的固有认知：“原来科学研究并非都是探索从0到1的重大突破，如果能通过模拟对比实验，为降低高铁能耗、提高旅客出行便捷度和舒适度提供数据参考，从1到1.1，也是有价值的。”

找到生活中数理化公式的意义所在

“飞驰的高铁列车，受到了哪些作用力？其中哪些力在给它做功？”课题研究的第一次课上，同济大学交通学院副研究员王芳盛率先抛出一个力学问题。受力分析与做功分析，是中学物理课上的常见题型。“这些力是一直在做功吗，例如重力、牵引力？”“这些力是一成不变的吗，例如空气阻力、摩擦力？”看着面前的高铁模拟驾驶室，几名高中生却有点踌躇不前：“这些知识在中学的物理、地理等课堂上都学过，但为什么应用在真实生活中却变得错综复杂？”

抛砖引玉的小问题，是王芳盛的“别有用心”，“这是为了提醒学生，课堂上的许多知识其实是解决实际问题的基础，更是科研探索和创新的起点。中学课堂所学的科学原理、数学逻辑和思维方法，都是解决实际问题的关键工具”。

徐汇中学高一学生王子涵一直对工科有浓厚的兴趣，并在高中选修了交通运输模拟驾驶相关课程，但是她的第一堂实践课却多少有些“不完美”。她一字一句记录下王芳盛老师讲解的模拟驾驶启动步骤，然而当自己坐在驾驶位前，按部就班地照着操作步骤实施后，“火车”竟然一动不动。“原来，场景不同，驾驶员需要根据实际情况调整启动方案。”这给王子涵上了一课，实践远比书本上的理论要复杂得多，除了要记住相关的数理化公式，还要结合复杂多变的实际环境制定有针对性的解决方案。

让生活更美好的微小改变，也是科研的价值

这些高中生第一次迈入实验室开展科研探究，通常都有些畏难情绪，但是随着研究的开展，他们往往从自己产生的疑问中找到了不断推进研究的热情。

周泽儒在操作高铁模拟驾驶系统时觉得很是有趣，但一想到要写课题报告就觉得有点不自信，不知道自己的课题研究是否能够产出“惊天动地”的成果。但是，随着研究的开展，周泽儒的奇思妙想不断：“高铁列车现在的限速是350公里每小时，如果将列车限速改为250公里每小时，将对高铁列车的运行时间、所需能耗产生哪些影响？”只要有新的想法，王芳盛老师都鼓励学生们勇敢地在高铁模拟驾驶实验中进行实践与论证。

“我们这些课题探究，既不能让高铁运行的速度快速提升，也不能大幅度改善高铁运行的现状，科研意义何在？”面对高中生的疑惑，同济大学道路与交通工程教育部重点实验室常务副主任、交通运输工程上海市实验教学示范中心常务副主任洪玲教授直言，科学研究既有从0到1的重大理论突破，也有面向工程实践需要、用实验结论为相关部门提供参考的扎扎实实的探究，这些都是科研工作者不断探索的价值所在。

课题探究为高中生补上生活经验一课

同济大学交通运输工程实践工作站依托交通运输工程一流学科的教学和科研资源，已经连续6年面向高中生开设工科类创新实践课程，初步探索“科研-科普”协同创新模式，培养学生从科学问题的兴趣到科学研究的志趣。

王子涵想要研究天气因素对高铁列车行驶速度和能耗的影响。她发现，与课本上的理想实验数据不同，真实生活中，高铁在行驶过程中常常会受到天气、地形甚至行驶区域等各种因素的影响，想要做出一组能在真实生活中应用的研究，并没那么容易。“我尽可能控制变量，可每次实验过程中总是会遇到突发状况，每次测量的数据都有出入，刚开始的几次实验下来我快崩溃了。”但是，随着研究的开展，她却发现，要正视部分实验因素存在的误差，才能让实验进行下去。

“让高中生参与课题实践，不仅要传递最先进的科学理念，更关键的是传递一种科学研究的思维方式。基于现实生活的课题探究，不仅要会书本理论，还要补上生活经验这一课。”学生们的点滴进步，让洪玲看到了从科研项目到中学生创新研究课题的“科研-科普”协同创新实施路径的意义所在。

文：张鹏 图：张鹏