本文發表於《大眾科學》的前部落格平臺，僅反映作者觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
這篇文章是突出青少年科學競賽系列文章的第一篇，該系列旨在強調讓年輕人體驗科研生涯的真實挑戰與回報的競賽。
我們大多數人都記得將紙質標題貼上在三摺紙板上，將我們簡單的實驗分解為背景、假設、方法、結果和結論。我們站在海報前，等待評委到來，向他們解釋我們試圖研究的內容以及我們發現的重要性。事實上，我可以想象，許多研究生在科學會議上第一次參加海報展示時，都會想起他們的三摺紙板。無論你從事什麼職業，學習提煉並以清晰簡潔的方式展示你的工作及其重要性都非常有價值。
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但並非所有人可能都知道，我們所處的時代，科學競賽已經超越了早期界限，融入了技術，並在將年輕人置身於真實科學的內容和挑戰之中邁出了巨大步伐。
有許多值得關注的競賽，但本系列將重點介紹以下三個能夠展現特定技能的競賽：
在一個高度專業化的專業領域中，作為團隊的一份子直接與他人競爭
爭奪有限的資源來研究一個提出的問題
利用現代技術和媒體來傳播您的成果的重要性
這篇文章重點介紹了一個體現第一點的競賽：科學奧林匹克。
我個人參與科學奧林匹克的經歷可以追溯到八年級，當時我是一名團隊成員，並一路闖入 1999 年的全國賽。該專案本身的歷史可以追溯到 31 年前，當時一群科學教師希望將體育運動中典型的團隊競爭精神帶入學術領域，這個領域需要“貫穿全年的準備、投入、指導和實踐”。
現在，這項競賽每年有超過 7000 支隊伍（每隊最多 15 名學生）參賽。比賽逐步進行，地區獲勝者參加州級比賽，最終頂尖隊伍每年參加全國賽事。
今年一月，麻省理工學院舉辦了一場邀請賽，吸引了來自 14 個州的 60 多支隊伍。比賽由該大學和龐大的校友志願者網路共同舉辦，這些校友從全國各地飛來，以支援他們認為對其早期科學家的發展至關重要的專案。
主題演講由 Dusty Schroeder 博士進行。他目前是加州理工學院 NASA 噴氣推進實驗室的雷達地球物理學家和系統工程師，也是中學天文賽事的全美賽事主管，以及科學奧林匹克全國地球與空間科學委員會的聯合主席。他也是科學奧林匹克的校友。
他的演講強調了對於任何考慮從事科學事業的人來說，保持對好奇心的競爭優勢的重要性。在隨後的談話中，我問他為什麼在十多年後仍然有動力參與其中。
“科學奧林匹克推動你超越提出有趣想法的階段，”Schroeder 博士說。“你知道最好的團隊和最好的競爭對手都在那裡，他們和你面臨著相同的目標和相同的限制。這種認知激勵著每個人超越僅僅思考創造一些酷炫的東西，而是開始思考如何設計和開發解決問題的最佳方案。”
正如本部落格之前討論過的那樣，任何人都不可能成為所有領域的專家。你專注於特定領域，儘可能多地瞭解該領域，以便有機會觸及該領域知識的前沿，並將其稍稍向前推進。
在科學奧林匹克中，這種專注範圍每年都由 23 個賽事的規則來定義。這些賽事必須由每隊 15 名學生的成員組合涵蓋，範圍從工程賽事到深入的知識型考試。每個賽事的規則都非常具體。
對於搭建（工程）賽事，只有一個需要達成的具體目標。一個例子是建造一輛車，儘可能快、儘可能直地將雞蛋運送到牆上的目標處，並在不打破雞蛋的情況下儘可能靠近牆壁停下。對於使用的材料、允許的空間、執行時間、動力源、雞蛋支架以及許多其他因素也有限制。距離本身只在選手有 8 分鐘時間校準給定距離然後執行汽車時才向其公佈。這意味著 11-18 歲的學生必須對其構建的任何東西有足夠紮實的工作知識，才能在比賽的瞬間進行適應、校準和交付。
Schroeder 博士說，這種經歷與他自己在南極洲上空飛行時必須診斷和維修精密儀器的經歷有著深刻的相似之處。“當您成為團隊的一份子，並使用一套精密的儀器在偏遠的環境中收集資料時，挑戰之一是在資源和時間受限的情況下獲得最具科學價值的資料。如果其中一臺儀器在野外發生故障，您需要與您的隊友合作，盡最大努力進行調整、維修和重新利用。這實際上很像科學奧林匹克競賽。”
這種在比賽的關鍵時刻發揮作用的需求也延伸到了筆試專案。賽事的大致範圍可能每年都保持不變，例如“太陽系”、“動態地球”或“疾病偵探”。但每個賽事的重點將改變星星和過程的型別、將使用的資料型別、海洋過程的型別或疾病的型別。
在比賽當天，學生兩人一組將有一個小時的時間完成考試，這種考試的設計初衷是即使兩個學生都發揮出最佳水平也很難完成。這些搭檔必須瞭解彼此的技能和時間管理能力，以信任對方的工作並完成考試。根據賽事的不同，學生可以攜帶活頁夾或其他資源。但是，考慮到一小時的限制，這意味著參賽者將進行充分的準備，以確保他們可以在比賽當天在短短幾分鐘內找到並使用正確的資源。
太平洋西北國家實驗室的 Susannah Burrows 博士，科學奧林匹克校友和近期麻省理工學院邀請賽的志願者表示，為賽事準備所需的合作和團隊合作水平對她產生了持久的影響。對於“定性分析”賽事（在 Burrows 博士參賽時被稱為“粉末鑑定”），團隊使用一套有限的化學測試和工具來儘快識別出單個和混合的白色粉末。Burrows 博士和她的搭檔在化學實驗室裡一起準備了好幾個小時。
“我和我的隊友建立了一個巨大的流程圖，繪製出一個演算法，一套預先確定的決策點，引導我們儘可能高效地找到正確的解決方案，”Burrows 博士解釋說。“我們請化學老師每週給我們一組新的挑戰粉末，每週，我們反覆測試和改進我們的程式，直到我們幾乎可以閉著眼睛完成它。”
Burrows 博士說，這種定義、測試和改進演算法的過程與她現在為分析氣候模型或觀測資料而起草然後改進一段新程式碼時所採取的方法並沒有太大不同。“即使是這項工作，我也覺得當它與一個運轉良好的團隊一起完成時，是最有意義的。”
考慮到參與學生的投入和能力，在建立考題時很容易低估參賽者。在我自己擔任賽事主管期間，我看到 14 歲的參賽者不僅在構造地質學任務中表現優於大學生，而且還在一個小時後走到我面前，感謝我出了這麼難的考題。Burrows 博士在麻省理工學院的錦標賽中也有類似的經歷，學生們對有機會參加如此困難的考試表示感謝。“有過他們的經歷，我可以理解為什麼，”Burrows 博士說，“但同時，這也有點出乎意料。”
由於這項競賽已經存在很長時間了，許多校友也成長為在科學奧林匹克中扮演更重要的角色，並在整個 STEM 領域擁有職業生涯。Schroeder 博士從 1997 年到 2002 年參加比賽，然後在接下來的 12 年裡從聯合賽事主管晉升為全國賽事主管，再到委員會聯合主席。他還從 2007 年到 2014 年執教了一支高中隊伍，與全國各地的隊伍競爭，這些隊伍由他自己的許多前隊友執教。Burrows 博士早期接觸到的氣候簡單物理模型已經發展成為她研究大氣氣溶膠的職業生涯。
一些校友承認在潛在的研究助理和實習生的簡歷上看到科學奧林匹克經歷的價值。“這不僅僅是他們本應具備的背景知識，”Schroeder 博士解釋說。“因為您親身經歷過，所以您瞭解其中涉及的專注程度、競爭力和團隊合作精神。”
無論是在科學奧林匹克還是在研究中，您的專業知識都非常專業化，以至於您最直接的競爭對手通常會成為您自己領域進步的寶貴資產。“當您是一名科學家時，唯一真正瞭解您在做什麼的人是您自己的團隊和您的競爭對手。”Schroeder 博士解釋說。“在科學領域，這些人會成為您的同行評審。在科學奧林匹克中，他們會成為未來的命題人和評委。”
許多校友都將科學奧林匹克視為他們首次接觸最終成為他們職業生涯的科學的途徑，這些科學是他們在課堂環境中原本不會接觸到的。但與我交談過的那些人表示，團隊合作和友誼的紐帶是一些最持久的影響。團隊正在分享一種緊張而 demanding 的體驗，這向他們展示了他們自身學術能力的程度，以及他們自身的韌性和在自身團隊利益與自身抱負和能力之間取得平衡的技能。他們學會了在團隊和夥伴關係中工作，這些團隊和夥伴關係導致了多年後的友誼和專業合作。
Burrows 博士和 Schroeder 博士本身就是一個極好的例子。兩人最初是在高中時作為來自不同州的競爭對手認識的。他們的團隊在全國賽的舞臺上競爭了多年，既建立了競爭關係，也建立了相互尊重。雖然他們的競爭精神在他們作為研究人員的日常生活中依然存在，但競爭關係已經消退。儘管仍然相隔遙遠，但他們彼此視作在研究和培養下一代科學頭腦方面的重要資源。
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