教育有方法44

        第十一章 摘得“美国西门子科学奖”大赛桂冠
        56.晋级“英特尔科学人才选拔赛”决赛
        2013年1月初，儿子获悉自己晋级了第七十二届英特尔科学人才选拔赛（Intel STS），将在3月中旬赴华盛顿参加英特尔的全美决赛。这是一个由美国英特尔公司赞助的全美高中生大赛，常被誉为美国高中生的小“诺贝尔奖”。凡在校注册的美国12年级学生均可报名参加，每年有近1700名学生报名参与此赛。在这次入围决赛的40名高中生中有10位华裔，每年几乎都是这种状况，由此可见，华裔学生在美国的实力。
        参赛的申请资料包括个人信息、老师推荐信、高中成绩、高考成绩、研究项目、导师推荐信、问答题和短文等内容。组织方先对参赛选手的申请材料进行初评，然后选出300名入围半决赛，最后选出40名选手前往首都华盛顿参加决赛。
        与西门子决赛相比，英特尔决赛有许多不同之处。首先，西门子决赛历经4天，而英特尔决赛则持续一星期。其次，西门子决赛采用“开放”形式，学生由家长或监护人全程陪同。对家长来说，这是一个难得的深度了解赛事全过程的机会。而英特尔决赛采用“封闭”形式，不邀请家长观摩具体赛事。当然，主办方邀请了家长参加赛后的颁奖典礼晚会。从中可以看出英特尔的用意，主办方希望尽量避免选手们在期间受其他因素的干扰，想让选手之间有充足的互动机会。
        英特尔决赛与西门子决赛的最大不同是评审内容。西门子决赛专注对学生的研究项目进行评审，而英特尔决赛考察学生的各个方面，其评审过程也因此会增添不少变数。
        我们非常庆幸儿子能入围英特尔的决赛，开始商定参加颁奖典礼的事宜。我们在那段时间一直陪儿子参观大学校园、参加西门子大赛和其他活动，还没有消除因频繁出行而积累下来的疲劳。考虑到这个因素，我与妻子决定这次就不去参加颁奖典礼了，反正我们可以在家跟踪媒体发布的消息，也能实时关注这场赛事。
        英特尔决赛的日程排得满满的，选手们每天都忙个不停。直至宣布决赛结果的前一个晚上，所有赛事活动才结束，儿子那时才有空往家打了个电话。在与儿子通话中，我最感兴趣的话题是赛场内幕，如评审的过程是怎样的、评委们问了哪些问题等。 英特尔决赛的评审工作由十几位评委负责，每个评委每次提一个问题，选手对每个问题只有几分钟的作答时间；一轮下来若还有剩余的时间，评委再逐个进行下一轮提问。评委面试的重点虽然还是学生的研究课题，但评委可以问及其他内容，涉及的面也很广。
        儿子在电话里说，一个评委竟然问了他这么一个问题：“在通电的电子线路中，电子的流动速度大概有多快？”还没等儿子说完，我就按捺不住了，“那不就是你小时候我们一起做的那个模拟示范吗！” 他小时候喜欢一个电子线路的玩具。有一天，我问他是否知道电子在电线中的移动有多快。他觉得很快：难道不是嘛，开关一打开，灯泡就亮了。为了帮助他理解，我给他做了下面一个简单的演示。它看似简单，却蕴含着极其深刻的科学原理。  我曾经找了一根透明的塑料长管，把弹珠一个个推入管中，尽量使弹珠一个个紧挨着。然后从长管的一端往里推弹珠，同时观察在长管的另一端发生了什么。 “你看，”我解释说，“你轻轻一推，弹珠就从另一端滚了出来”。“哦，但里面的弹珠几乎没动！”他像是发现了新大陆。 原来，力的本质是物体表面的分子电子排斥力，推力以近似光的速度从塑料管的一端传播到另一端。因为光速极快而塑料管很短，所以推力几乎不要任何时间就能从一端传到另一端。这就是为什么“弹珠滚出塑料管”与“推弹珠”几乎是同时发生的，而塑料管中的弹珠几乎没有移动。同样的道理，开关一打开，电磁波就以近似光的速度在线路中传播，电磁波推着电子移动。所以电子移动与玻璃球移动是很相似的，电子在线路中的移动速度比蜗牛还慢！
        前面提到的这些还只是个科普知识问题。在英特尔的评审中，像此类问题并不多见，也体现了评委的高水平。在所有问题中，我认为下面这个问题最有趣，这是一个典型的分析型问题。
        一位评委问：“有人做过这么一个实验，如果把猫抱起来，将猫的四脚朝天、背朝下，再放手。在绝大多数情况下，猫的四肢会先着地而避免摔伤。”评委说明了基本情况后问儿子：“你知道答案吗？”儿子疑惑地摇摇头：“我没养过猫，也没见过此事。” “很好，”评委高兴得继续问，“假定这是个事实，那怎么来分析这个现象呢？” “嗯，这确实是个有趣的问题……”儿子开始琢磨起来，他随后想到了什么，“这好像违反了物理‘角动量守恒定律’……假定这个现象是真的，那么猫身体的其他部位就必须同时反方向翻转才行。” “你马上能从这个角度去分析，相当不错。”评委嘉奖了一番又追问，“可能是什么翻转机制呢？” “是猫的尾巴朝反方向旋转吗？”儿子充满期待地问。 “猜得有道理，可惜不是。有人的确去试了，没尾巴的猫也同样能做到。” 过了一会儿，评委见他穷途末路，开始告诉他猫能成功翻转的原理。原来，由于猫的脊椎可弯曲，使得猫在坠落时身体能自动翻转，并同时保持角动量守恒。评委还走到黑板前，极有兴致地给儿子画了好几个示意图，开始交流了起来。
        我没养过猫，以前没见过天生没尾巴的猫，也不知道猫坠落时能自动翻转。我在电话里没听明白“猫脊椎可弯曲”究竟是怎么回事，通话后查了查，才知道的确有天生无尾巴的猫，又发现猫“摔不死”的现象竟然困惑了科学家一百多年。 这一现象似乎违背了物理学的角动量守恒定律，有人在1894年的《自然》杂志就发表过有关文章。直到1995年，约翰·加利（John Galli）在《物理学教师》杂志上破解了这个百年的谜。他先用一个“脊椎可弯曲”的机械猫做实验，成功演示了机械猫在坠落时能翻转就是因为它的脊椎能弯曲。为了消除所有疑问，他还将一只真猫的脊椎用硬纸板固定，使其不能弯曲，证明猫那时就再也不能在坠落时实现自动翻转了。从理论到实验，加利解开了猫“摔不死”的谜团。我那时才明白，原来人们常说的“猫有九命”是这么来的。
        还有一位评委问了儿子几道数学题。例如，100阶乘（100!）的尾部有多少个连续的零？为什么？但下面一题更有意思：一位赌徒在上午8点从家开车出发，用了3个半小时开开停停到了赌场。他输得精光，甚至把自己的车也搭上了。第二天上午8点，赌徒又从赌场出发，徒步了20个小时从原路返回到家。那么赌徒能否在这两天的同一时间到达路上的同一地点呢？为什么？ 学生以前如果参加过一些数学竞赛，他们应该不会被这些问题难倒。
        也有评委问了儿子有关生物方面的问题，如下面的问题。 问：科学家们在某个岩洞深处发现一个地下湖，发现湖里的细菌与地面上的细菌非常不同。你听说过吗？ 答：没听说过。 问：好。那么地下湖里细菌的基因是否可能与地面上细菌的基因不同？为什么？ 答：有可能。因为那里没有光，所以那些细菌所需的能量来源与地面的细菌完全不同。地下湖中细菌的食物可能是溶解在水中的矿物质，或是岩石表面的一些矿物质……从某种意义上说，那些是“外星人”，所以有不同基因是完全有可能的。 问：那你认为它们的生长速度如何？ 答：应该是较缓慢的，因为我猜想那里的温度较低，生理中化学反应速度会变慢。
        在评审过程中，不是所有时候都是严肃的，尤其是在评委自己也不知道答案的时候。
        问：如果让你给总统的能源政策出谋划策，你会怎样做？ 答：我会建议进一步探索替代能源，如太阳能、风能、地能、海流等。例如，我曾看到一个报道，说有一个新的技术，称为液态金属电池（Liquid Metal Battery）技术。它由麻省理工学院的一位教授发明，据说能大容量地存储太阳能电池在白天产生的电能，足以供大楼在晚上使用。 问：就是那些媒体报道的在波音787上烧了好多次的新电池？ 答：不是，波音787用的是“锂离子电池（Lithiumion Battery）”。我刚才说的是一种新型电池，叫液态金属电池，是两种完全不同原理的电池。 评委：哦，那不就是烧成了液态，就成了液态金属电池了呗。 评委的幽默引发了一阵笑声，场上气氛顿时变得轻松和热闹了许多。
        当然，最热闹的时刻是“黑色领带颁奖典礼晚会（Black Tie Gala）”。在美国国家建筑博物馆（National Building Museum），英特尔全美大赛揭晓了决赛的十名获奖者。儿子很幸运，得了第六名。儿子参赛前我选择了待在家通过网络观看颁奖典礼，但晚会还没开始就后悔当初的决定了。

        孩子的有秀与智商有关，更与启蒙有关。父母的高度决定了孩子的起点，父母的能力决定了孩子的加速度。

        尽管从本节只能看到美国人才选拔的冰山一角，也有值得我们学习的地方。