广陵游子
美国大学申请游戏规则和战略战术探讨
在美国大学申请中，科研、竞赛、实习，是让申请人脱颖而出的重要因素。我们曾经把美国大学申请的各项因素比作做披萨，其中高中GPA和标准化考试成绩相当于底部的大饼, 高中挑战性课程(AP, IB等) 、推荐信、文书、竞赛获奖、课外活动、社会服务、体育、艺术特长等相当于披萨的Topping。科研、竞赛、实习，则是学术方面最亮眼的Topping。它们能够考察学生除了学校课程学习之外的学习能力，以及对将来有可能学习的学科和职业的兴趣和了解，而学生本人也能通过参加这些活动在高水平上提升自己对这些学科的认知。有了这些高级的Topping,才能做出美味可口，让人垂涎欲滴的顶级披萨。
这三类项目不一样，但是相互之间有联系。
先说说竞赛。
竞赛，可以分为学科类竞赛和科研类竞赛。学科竞赛，又可以称为做题类或者考试类竞赛。最有名的就是奥数。美国的主流数学竞赛，从初中开始，有MathCounts, Math League, ARML, AMC8等等。高中阶段，有AMC10， AMC12，晋级之后参加AIME，然后进入USJMO，USAMO。 最后胜出的学生组成美国国家队，参加国际奥林匹克数学竞赛。
每个国家都有自己的奥林匹克学科竞赛体系。但是有些国家的比赛是可以跨国参加的。在中国，可以报名参加美国、英国、加拿大、澳大利亚的比赛。
其他学科，物理、化学、生物、计算机等，有类似的竞赛体系。但是，他们的含金量比不上数学。参加AMC8的学生为15万人，参加AMC10和AMC12的加起来有10多万人。而参加物理竞赛F=ma的学生有4000到6000人，化学20000-30000人，生物6000到7000人。从获奖的难度来看，参加奥林匹克数学竞赛，相当于国际奥林匹克运动会中的田径100米或者是游泳100米自由泳，是万众瞩目的顶尖明星。物理、化学、生物的奥赛可以类比于奥运会中的乒乓球、羽毛球金牌，虽然含金量比不上100米短跑或者100米自由泳的金牌，但远远高于那些拿不到奖牌的田径和游泳选手。
科研类竞赛最有名的是再生元科学天才搜寻大赛 (Regeneron Science Talent Search，STS) 和再生元国际科学与工程比赛 (Regeneron International Science and Engineering Fair， ISEF， 以前叫英特尔科学竞赛)，其他还有如Google Science Fair, National Science Olympiad, National Science Bowl等等。这些竞赛主要考查学生的科学创新能力。同时，作为竞赛，学生的科学表达能力占了很大比重。
STS大奖的最高奖金为40万美元，号称小诺贝尔奖。近几年，我担任ISEF比赛化学组的评委。常常有家长问我，我怎么能找到保证能让学生获奖的教练？我说，我不知道到哪里找保证让学生获奖的教练，但是我知道到哪里去找那些不能获奖的教练，就是上年度指导学生获奖的那些教练。在ISEF评奖历史上，很少有教练能够蝉联获奖的。
高中生科研，是这几年被热炒的项目。但是，怎样才能真正做到有效的高水平科研，里面是有很大讲究的。
高中生的科研项目，从进行的方式来说，大概有这么几种形式：
第一，大学有专门的帮助高中生的科研项目。美国的很多大学都有接受高中生做科研的传统，有的还作为实习项目给高中生一定的经济补贴；中国也有一些大学有和高中的合作项目。
第二，导师个人愿意指导高中生进行科研。这些项目有的是免费的，有的是收费的。
第三，有些顶尖的夏校本身就是科研项目，如MIT最有名的理工科研究夏校RSI。这一类夏校，往往要经过激烈竞争，才能获得入选资格。
第四, 就是参加竞赛的科研项目，最有名的就是前面提到的STS和ISEF。
高中生科研选题要结合高中生的特点。高中生参加的科研项目，有的是在老师指导之下独立完成的，有的是参加同一个课题组，和博士后，博士生，本科生一起工作，参加其中的一部分。从形式来说，有实验室研究，有野外科研，还有线上科研。从学科类型来说，比较适合高中生进行的科研项目要与高中的学习内容相衔接，比较直观，容易理解。在理工学科中，生物学的观测项目，化学学科中的分析、测定、表征项目，环境科学中的小发明，计算机科学中的应用项目，应用统计，还有那些与日常生活相关的数据分析等等，是高中生比较容易上手，也容易出成果的方向。去年申请季结束后，一个家长告诉我，某学生在一个大学化学系老师实验室做了一个暑假，发表了两篇论文，录取到哈佛大学。我马上就问她，是不是与分析测试表征相关的工作？那个家长反问我，你怎么知道的？
另一类比较容易出成果的课题，是把这一个研究方向已经证明有效的研究方法，搬到另一个研究领域。当然这种山寨要有前瞻性，不然很可能踩空。甲烷气体的分析，在分析化学中是一个比较容易的分析技术。上个世纪90年代，环境科学家们发现，甲烷单分子对温室效应的贡献是二氧化碳的200倍，而水稻种植有可能产生甲烷。一位敏锐的科学家，马上就测定了水稻中产生的甲烷气体。这篇论文一下子就发表到世界顶尖刊物Science上面了。我在90年代的研究成果曾经被两名诺贝尔和平奖获得者引用，也是因为我的研究拓宽了他们对生物源产生的还原性含硫气体的环境影响的探索。后来我被两名获诺贝尔奖的科学家邀请一起工作。
爱因斯坦说过，我最讨厌那些科学家，喜欢在薄薄的木板上钻很多很多小洞。而南大物理系的冯端院士说，要在木板上钻大洞的方法之一，就是先钻很多很多小洞，然后把它们连起来就有机会钻大洞了。对一个高中生来说，能够钻出科学意义上任何真正的洞都是一件了不起的事情。这不仅在大学申请中能够脱颖而出，对他的人生、将来的职业导向都重要的意义。
1993年，我在日本筑波科学城做客座科学家的时候，和后来担任中国农学会理事长、中国农业大学副校长的李里特老师是邻居。我们聊到中国科学家的科研情况的时候，他说的话我至今还记得。他的专业是农业工程。他说，我们的科学家研究牛耕田的犁，一直就是在想办法把这个犁怎么样改进，做的形状更好，耕田效益更高。但是从来没有想到过，哪一天我们不用牛拉犁，用拖拉机，或者换一个更高级的合金材料来做这个犁。他的这番话是对该领域的顶尖科学家的要求。而对于一个高中生来说，他如果能够把这个犁的形状用数学模型计算出来怎么样是最高效的，并且能够找出耕田最有效的合金材料，那么在他人生道路上必定是一个很重要的成果。他这样的科研成果在申请农业工程、机械工程、计算机科学、化学、冶金工程等专业时，都会成为重量级的助推器。他将来很有可能，就能成为抛弃牛拉犁，去发现拖拉机的那一位科学家。
高中生科研的发表方式，可以有这么几种：研究报告，会议墙展，会议分组报告，会议大会报告，网上刊物发表，同行评议期刊发表，科学竞赛参赛。究竟以何种方式发表与研究项目的内容和研究成果有关。曾经有家长问我有没有可以包发表的科研项目。我说爱因斯坦的投稿也有被退稿的。如果在研究前已经知道一定有结果，那么这类研究的含金量也就可想而知了。当然，有些研究比方说分析测定，是会一定有结果的。但是是什么样的结果，也只能做出来才知道。
有些同学参加科研的内容是阶段性结果，这些结果往往以研究报告的形式写出来。有些内容，由于项目的要求不能公开发表。比如说，我们去年有一个同学参加了加州理工和NASA联合实验室的计算卫星轨道的项目。参加其已有的研究项目的研究，如果是在项目进行的早期，对项目的贡献很重要，当时不容易发表，可能要等到学生申请大学之后才能够发表。如果学生参加的时候正好结果快要出来了，赶上了临门一角，就很容易就发表。
高中生科研导师的选择，不一定要选择那些最大牌的名校教授。老实说，有一些大牌教授，自己指导的博士生，平时都是靠他们自己努力的，只有在关键的时刻，关键的节点，和导师去讨论受到点拨。本科生往往都很难理解这些教授的专业，更不要说高中生了。以前听过华人诺贝尔奖获得者李远哲的演讲。他说他之所以后来的科研有突破性的进展，就是因为他的博士导师很少管他,逼着自己独立思考。但是，对一个高中生来说，这显然是不合适的。而真正有能力指导高中生科研的导师，一定要能够用最通俗易懂的语言，让已经具备了一定学术基础的优秀高中生快速捕捉到学术关键点，并进入角色。
最后再提一下实习。
前面已经说了，有些大学高中生科研是实习项目。还有的公司也有高中生实习项目。这些实习不一定是科研项目，但是能够让参加实习的学生对行业有所了解，从而有助于选择正确的大学专业和将来的职业目标。这些项目也让大学知道你对所申请的专业已经有了一定了解，从而增加了你的录取机会。
