本文发表于《大众科学》的前博客平台，仅反映作者观点，不一定代表《大众科学》的观点
这篇文章是突出青少年科学竞赛系列文章的第一篇，该系列旨在强调让年轻人体验科研生涯的真实挑战与回报的竞赛。
我们大多数人都记得将纸质标题粘贴在三折纸板上，将我们简单的实验分解为背景、假设、方法、结果和结论。我们站在海报前，等待评委到来，向他们解释我们试图研究的内容以及我们发现的重要性。事实上，我可以想象，许多研究生在科学会议上第一次参加海报展示时，都会想起他们的三折纸板。无论你从事什么职业，学习提炼并以清晰简洁的方式展示你的工作及其重要性都非常有价值。
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但并非所有人可能都知道，我们所处的时代，科学竞赛已经超越了早期界限，融入了技术，并在将年轻人置身于真实科学的内容和挑战之中迈出了巨大步伐。
有许多值得关注的竞赛，但本系列将重点介绍以下三个能够展现特定技能的竞赛：
在一个高度专业化的专业领域中，作为团队的一份子直接与他人竞争
争夺有限的资源来研究一个提出的问题
利用现代技术和媒体来传播您的成果的重要性
这篇文章重点介绍了一个体现第一点的竞赛：科学奥林匹克。
我个人参与科学奥林匹克的经历可以追溯到八年级，当时我是一名团队成员，并一路闯入 1999 年的全国赛。该项目本身的历史可以追溯到 31 年前，当时一群科学教师希望将体育运动中典型的团队竞争精神带入学术领域，这个领域需要“贯穿全年的准备、投入、指导和实践”。
现在，这项竞赛每年有超过 7000 支队伍（每队最多 15 名学生）参赛。比赛逐步进行，地区获胜者参加州级比赛，最终顶尖队伍每年参加全国赛事。
今年一月，麻省理工学院举办了一场邀请赛，吸引了来自 14 个州的 60 多支队伍。比赛由该大学和庞大的校友志愿者网络共同举办，这些校友从全国各地飞来，以支持他们认为对其早期科学家的发展至关重要的项目。
主题演讲由 Dusty Schroeder 博士进行。他目前是加州理工学院 NASA 喷气推进实验室的雷达地球物理学家和系统工程师，也是中学天文赛事的全美赛事主管，以及科学奥林匹克全国地球与空间科学委员会的联合主席。他也是科学奥林匹克的校友。
他的演讲强调了对于任何考虑从事科学事业的人来说，保持对好奇心的竞争优势的重要性。在随后的谈话中，我问他为什么在十多年后仍然有动力参与其中。
“科学奥林匹克推动你超越提出有趣想法的阶段，”Schroeder 博士说。“你知道最好的团队和最好的竞争对手都在那里，他们和你面临着相同的目标和相同的限制。这种认知激励着每个人超越仅仅思考创造一些酷炫的东西，而是开始思考如何设计和开发解决问题的最佳方案。”
正如本博客之前讨论过的那样，任何人都不可能成为所有领域的专家。你专注于特定领域，尽可能多地了解该领域，以便有机会触及该领域知识的前沿，并将其稍稍向前推进。
在科学奥林匹克中，这种专注范围每年都由 23 个赛事的规则来定义。这些赛事必须由每队 15 名学生的成员组合涵盖，范围从工程赛事到深入的知识型考试。每个赛事的规则都非常具体。
对于搭建（工程）赛事，只有一个需要达成的具体目标。一个例子是建造一辆车，尽可能快、尽可能直地将鸡蛋运送到墙上的目标处，并在不打破鸡蛋的情况下尽可能靠近墙壁停下。对于使用的材料、允许的空间、执行时间、动力源、鸡蛋支架以及许多其他因素也有限制。距离本身只在选手有 8 分钟时间校准给定距离然后运行汽车时才向其公布。这意味着 11-18 岁的学生必须对其构建的任何东西有足够扎实的工作知识，才能在比赛的瞬间进行适应、校准和交付。
Schroeder 博士说，这种经历与他自己在南极洲上空飞行时必须诊断和维修精密仪器的经历有着深刻的相似之处。“当您成为团队的一份子，并使用一套精密的仪器在偏远的环境中收集数据时，挑战之一是在资源和时间受限的情况下获得最具科学价值的数据。如果其中一台仪器在野外发生故障，您需要与您的队友合作，尽最大努力进行调整、维修和重新利用。这实际上很像科学奥林匹克竞赛。”
这种在比赛的关键时刻发挥作用的需求也延伸到了笔试项目。赛事的大致范围可能每年都保持不变，例如“太阳系”、“动态地球”或“疾病侦探”。但每个赛事的重点将改变星星和过程的类型、将使用的数据类型、海洋过程的类型或疾病的类型。
在比赛当天，学生两人一组将有一个小时的时间完成考试，这种考试的设计初衷是即使两个学生都发挥出最佳水平也很难完成。这些搭档必须了解彼此的技能和时间管理能力，以信任对方的工作并完成考试。根据赛事的不同，学生可以携带活页夹或其他资源。但是，考虑到一小时的限制，这意味着参赛者将进行充分的准备，以确保他们可以在比赛当天在短短几分钟内找到并使用正确的资源。
太平洋西北国家实验室的 Susannah Burrows 博士，科学奥林匹克校友和近期麻省理工学院邀请赛的志愿者表示，为赛事准备所需的合作和团队合作水平对她产生了持久的影响。对于“定性分析”赛事（在 Burrows 博士参赛时被称为“粉末鉴定”），团队使用一套有限的化学测试和工具来尽快识别出单个和混合的白色粉末。Burrows 博士和她的搭档在化学实验室里一起准备了好几个小时。
“我和我的队友创建了一个巨大的流程图，绘制出一个算法，一套预先确定的决策点，引导我们尽可能高效地找到正确的解决方案，”Burrows 博士解释说。“我们请化学老师每周给我们一组新的挑战粉末，每周，我们反复测试和改进我们的程序，直到我们几乎可以闭着眼睛完成它。”
Burrows 博士说，这种定义、测试和改进算法的过程与她现在为分析气候模型或观测数据而起草然后改进一段新代码时所采取的方法并没有太大不同。“即使是这项工作，我也觉得当它与一个运转良好的团队一起完成时，是最有意义的。”
考虑到参与学生的投入和能力，在创建考题时很容易低估参赛者。在我自己担任赛事主管期间，我看到 14 岁的参赛者不仅在构造地质学任务中表现优于大学生，而且还在一个小时后走到我面前，感谢我出了这么难的考题。Burrows 博士在麻省理工学院的锦标赛中也有类似的经历，学生们对有机会参加如此困难的考试表示感谢。“有过他们的经历，我可以理解为什么，”Burrows 博士说，“但同时，这也有点出乎意料。”
由于这项竞赛已经存在很长时间了，许多校友也成长为在科学奥林匹克中扮演更重要的角色，并在整个 STEM 领域拥有职业生涯。Schroeder 博士从 1997 年到 2002 年参加比赛，然后在接下来的 12 年里从联合赛事主管晋升为全国赛事主管，再到委员会联合主席。他还从 2007 年到 2014 年执教了一支高中队伍，与全国各地的队伍竞争，这些队伍由他自己的许多前队友执教。Burrows 博士早期接触到的气候简单物理模型已经发展成为她研究大气气溶胶的职业生涯。
一些校友承认在潜在的研究助理和实习生的简历上看到科学奥林匹克经历的价值。“这不仅仅是他们本应具备的背景知识，”Schroeder 博士解释说。“因为您亲身经历过，所以您了解其中涉及的专注程度、竞争力和团队合作精神。”
无论是在科学奥林匹克还是在研究中，您的专业知识都非常专业化，以至于您最直接的竞争对手通常会成为您自己领域进步的宝贵资产。“当您是一名科学家时，唯一真正了解您在做什么的人是您自己的团队和您的竞争对手。”Schroeder 博士解释说。“在科学领域，这些人会成为您的同行评审。在科学奥林匹克中，他们会成为未来的命题人和评委。”
许多校友都将科学奥林匹克视为他们首次接触最终成为他们职业生涯的科学的途径，这些科学是他们在课堂环境中原本不会接触到的。但与我交谈过的那些人表示，团队合作和友谊的纽带是一些最持久的影响。团队正在分享一种紧张而 demanding 的体验，这向他们展示了他们自身学术能力的程度，以及他们自身的韧性和在自身团队利益与自身抱负和能力之间取得平衡的技能。他们学会了在团队和伙伴关系中工作，这些团队和伙伴关系导致了多年后的友谊和专业合作。
Burrows 博士和 Schroeder 博士本身就是一个极好的例子。两人最初是在高中时作为来自不同州的竞争对手认识的。他们的团队在全国赛的舞台上竞争了多年，既建立了竞争关系，也建立了相互尊重。虽然他们的竞争精神在他们作为研究人员的日常生活中依然存在，但竞争关系已经消退。尽管仍然相隔遥远，但他们彼此视作在研究和培养下一代科学头脑方面的重要资源。
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