“英特尔科学与工程奖”是美国面向中学生的著名科学奖项，在全美具有较高的影响力，1934年创设至今培养了大量科技精英和12名诺贝尔奖获得者.[1]为创设中国的“英特尔科学与工程奖”，国际著名数学大师、菲尔兹奖获得者丘成桐教授设立了东润丘成桐科学奖，[2]由泰康人寿董事长陈东升先生与孔东梅设立的东润公益基金会提供资金等支持.[3]东润丘成桐科学奖（下午简称“丘奖”）邀请国际知名科学家担任评委，参赛对象为全球华人高中生，设立中学数学奖、物理奖、化学奖和生物奖，2017年增设计算机奖.截至2016年，数学奖已举办8届，物理奖举办4届，2016年新增设化学奖与生物奖，丘奖已经纳入清华大学自主招生“拔尖计划”，随着影响力与规格的提升，吸引了越来越多中学生的参与.

就物理奖而言，中国大陆分为南部赛区、北部赛区和海外赛区，要求参赛团队（每个团队不超过3人）自定一个物理研究课题，在当年9月初提交研究报告，组委会在各个赛区进行评审，10月份公布入围分赛区决赛名单，其中南部与北部赛区各约12个团队入围，经过分赛区中文答辩共选出约14个团队参加全国总决赛，未入围全国总决赛的团队将会获得分赛区奖（不设获奖等级）.全国总决赛于12月中旬在清华大学举行，参赛同学需提交英文论文，进行英文答辩，最终评审出金奖1名，银奖1名，铜奖3名，优胜奖5名，鼓励奖4名.前十名团队将会获得一定的奖金，并有机会参加清华大学物理系和钱学森力学班自主招生面试，2013年-2015年共有15名同学获得清华大学自主招生资格.[2]丘奖的多年发展，已有不少同学进入清华等国内著名高校深造，另外获奖同学可以申请国外入学推荐信，至今有一些同学进入了哈佛大学等世界名校学习.其他学科的参赛流程大致如此.2015年共270个团队参加物理奖，2016年共227个团队参加物理奖，我校参赛队均进入了全国总决赛，2015年获得鼓励奖（全国第12名），2016年获得优胜奖（全国第8名）.

1.物理奖项目辅导的五大环节

   2014年我们在南京大学听到物理学院王思慧教授关于江苏省青年物理学家辩论赛（JSYPT，江苏省的IYPT竞赛）的报告，[4,5]报告中介绍了丘成桐物理奖的一些事宜，这激发了我们的兴趣，由此开始关注物理奖的比赛.本人指导学生连续参加了2015年与2016年的比赛，以下简要介绍指导丘成桐物理奖的点滴经验，希望给有兴趣的老师与同学提供一些帮助.

1.1挑选有能力、对物理有激情的学生

  参加物理奖其实就是物理小科研，需要学生去学习与思考很多课本上没有的东西.这要求参赛的学生具备较强的学习能力与物理素养.兴趣是最好的老师，挑选学生的首要原则还是看学生是否真正对物理研究充满激情，其次关注学生的学习能力、动手能力、英文表达能力等方面的潜质.

1.2培养学生掌握基本的研究技能

除了课本知识，多数中学生对如何开展研究知之甚少，这就需要老师指导学生学习一些新知识.指导物理奖的老师中的很多人有研究IYPT竞赛课题的经历，IYPT课题多数涉及普通物理，IYPT课题的研究方法会给物理奖参赛提供很多帮助，学生会学到一些软件的基本使用， 比如计算与绘图软件Mathematica或Matlab，运动分析软件Video Tracker Analysis[6]等.丘奖需要提交研究论文，进入总决赛需要提交英文论文，而多数学生对论文的认识几乎空白，指导学生阅读一些论文，尤其是英文论文是非常有必要的.指导老师需要为学生在漫无边际的论文中挑选合适的论文，结合使用IYPT课题参考资料的经验，[4] 我们推荐中国物理学会的《大学物理》杂志，美国物理教师协会（AAPT）的American Journal of Physics与The Physics Teacher杂志，[7,8]还有英国皇家物理学会（IOP）的European Journal of Physics与Physics Education杂志.[9,10]这些普通物理教育类杂志时常有一些新颖有趣的实验与理论研究，从这四种杂志中可以挑选出很多符合中学生物理认识水平的论文.通过阅读这些文章，老师和学生可以了解到别人在做什么、怎样做什么、为什么做，从而学到很多新颖的实验与理论方法.

1.3 论文的选题

爱因斯坦说，“提出一个问题比解决一个问题更重要”，这句话很多人耳熟能详，当要进行选题时才能体会到爱因斯坦真正要表达的意思. 选择一个新颖的点子，如果这个点子太难，会超出中学生的认识范围；如果这个点子太常见，或许会发现别人已经研究过.怎样选出适合中学生研究且有新意的课题呢？选题是整个物理奖研究过程中最大的困难，选一个好的课题非常重要. 我们认为站在前人的肩膀上是非常重要的，了解前人的工作，寻求合适的点子，拓展前人的研究.前文我们提到过挑选合适的论文给学生阅读，老师和学生通过阅读这些论文就会积淀很多疑问，大家讨论后就会生成很多想法，这些想法就是选题的来源.

2015年的我们参加物理奖课题则源于American Journal of Physics上的一篇论文，[9]这篇论文从理论上讨论引力势阱的问题，我们查阅了这篇论文的引用文献，发现之前也有一些从理论上讨论引力势阱的论文，却没有从实验上开展引力势阱的研究. 3D打印机可以打印出任何符合数学表达式的模型，于是我们用mathematica将函数画出，生成3D打印文件，利用3D打印机打出引力势阱，从实验上呈现理论. 我们对这个点子进行了拓展研究，陆续在国际物理教育杂志发表了两篇研究论文，其中一篇发表在国际著名物理教育SCI杂志American Journal of Physics，[12]另一篇发表在英国皇家物理学会的Physics Education.[13]

2016年物理奖课题也是源于一篇论文，我们偶然看到国际著名物理学术期刊physical Review Letters刊出了一篇有关吹泡泡的论文，[14]这引起了我们的关注，仔细研读后发现这篇论文只研究了吹出泡泡所需要的最小风速，并没有研究当风速大于最小风速时泡泡形成的规律，由此我们进行了预实验，发现了一些新奇的实验规律，基于这个想法开展了详细的理论与实验研究。

以上我们介绍了参加两届物理奖的相关课题，但是任何事情不是一蹴而就的，很多时候需要阅读很多论文，尝试很多想法，开展很多预实验，最终能成功孵化的点子凤毛麟角。

1.4课题的开展案例与剖析

课题研究不只是参赛学生的事情，完全交给中学生来完成是不现实的，老师需要引导中学生来学习很多知识，研读一些文献，设计实验.，更需要引导学生去思考问题、解决问题。2015年的物理奖，我们用3D打印机打印出了一个引力势阱实物，但是小球在上面运动时的实验效果不理想，主要由于3D打印的实物表面比较粗糙，怎样才能使它光滑呢？学生们试过抛光液、打磨等方法，效果始终不理想，研究工作中断了两个多月，大家都觉得没有希望.一次偶然的机会，一个同学坐他父亲的车发生了追尾事故，车被拖到了汽车修理店做烤漆，这个同学突然有了想法，能否将引力势阱实物表面做上烤漆，这样就光滑多了. 我们送了一个实物到汽车修理店做了烤漆，让大家惊喜的是实验效果非常好.

2016年我们研究泡泡形成的规律，实验开展得比较顺利，但是理论建模遇到了障碍，肥皂膜为什么会在液膜特定的位置截断飞出泡泡？我们查阅了大量文献，尝试了利用伯努利方程，悬链线模型等方法，理论结果都不理想.停顿了一个月之后，我们请教了大学相关专业的老师，才知道流体力学里有一种不稳定性机制在起作用.有趣的是，利用这个不稳定性，困扰我们的理论问题被很好地解决了.

爱因斯坦说，“如果我们知道需要做什么，那就不叫研究”.带学生的研究过程中经历了很多周折后才意识到研究的魅力所在，没有参考答案，不断尝试，不断受阻，不断思考，再不断尝试，最终才有可能取得成果.

1.5丘奖项目研究的指导对中学老师的新要求以及指导策略探讨

   指导老师在课题研究过程中扮演什么角色？如果像高校里导师带研究生那样，似乎不大现实。与研究生比，中学生有着升学压力，以及有限的空余时间.指导老师需要辅导学生掌握一些基本的研究方法，研读一些文献资料. 指导老师具备较强的业务素质，也需要指导老师具备较强的责任心.

每年入围全国总决赛的团队绝大多数来自一线、二线城市，很多参赛团队指导老师是重点高校教授。相比之下，更多的三线城市、县城的中学生由于地方高校资源的限制，不方便到高校实验室去做研究、不能有效得到高校老师指导.如今网络、通讯极其发达，这些困境在一定程度上可以克服. 首先，物理奖重点是锻炼学生的创造力、研究能力，参赛的多数课题局限于普通物理，并不需要高端的实验仪器，也不需要高深的物理理论. 不同于传统大课堂实验室，研究丘奖课题不需要批量采购实验器材，而是实验需要什么再准备什么，这样有较强的针对性和很好的自由度，课题研究在实验方面对多数中学不会有太大的问题.其次，要与一些高校老师建立良好的联络通道，可以有针对性咨询专业问题.

2.丘奖对中学生创新潜质培养重要性的再认识

  “英特尔科学与工程奖”经过80多年的发展与积淀被证明是成功的，为美国培养了大批科技精英，受到了美国社会的认可与赞誉.丘成桐教授以及东润公益基金会创立的“东润丘成桐科学奖”也是同样的定位，借鉴“英特尔科学与工程奖”的组织与选拔模式，舍弃试卷与标准答案，让学生参与科学研究，激发全球华裔中学生对科研的兴趣与创造力，发掘并培养有前途的年轻科学人才.

我们连续参加了两届物理奖竞赛，对此感触颇深.不同于传统的物理考试或者奥赛，物理奖需要学生在老师指导下完成一个课题研究，写出研究报告.在研究过程中学生可以真切体会到寻求“未知答案”煎熬与乐趣，在解决课题困难的过程中，激发他们的灵感与创造力；通过繁杂的实验、数据分析、理论计算等，培养他们的团队协作能力.

我们参加了两届丘奖，并带领学生在国际物理教育杂志发表了两篇论文，初步积累了些许参赛经验，我们希望本文能对有热情参与丘奖的老师与学生有所帮助.其实真正能入围团队是极少数，但是培养有科学潜能的学生开展课题研究并不是为了获奖，学生在开展研究的过程中，懂得了科研流程，学到更多课本上没有的知识，思考了别人没有想过的问题，感受到了研究过程的乐趣，这对学生的成长就是最大的财富，我想这也是丘成桐教授的初衷.丘奖在国内还是一个新生事物，其科学人才的培养模式与教育价值需要我们教育工作者去深入研究.

致谢

感谢丘成桐教授、陈东升先生和孔冬梅女士，他们满怀教育热情，为有志于投身科研的中学生提供了一个全新的平台. 感谢南京师范大学教师教育学院陆建隆教授，他为本人的专业发展提供了很多帮助. 感谢南京大学物理学院王思慧教授，她率先将IYPT竞赛引入到江苏省的中学教育阶段，倡导与开展了江苏省青年物理学家辩论赛（JSYPT），至今已连续举办四届，JSYPT使我们受益匪浅.感谢江苏省物理学会万建国秘书长、周惠君老师的支持.感谢吕建校长，杨斌副校长，董裕华副校长，王维国老师和张华老师等人长期来的支持与帮助.

参考文献：

1.英特尔科学与工程奖，

http://www.intel.com/content/www/us/en/education/competitions/international-science-and-engineering-fair.html

2.东润丘成桐科学奖，http://www.yau-awards.science/?page_id=2&lang=zh

3.东润公益基金会，http://www.drfoundation.org.cn/

4.IYPT，全称“国际青年物理学家锦标赛”，http://www.iypt.org/

5.江苏省青年物理学家辩论赛，简称JSYPT，采用IYPT课题，并采用相同的比赛形式.2013年-2014年由江苏省教育厅主办，2015年至今由江苏省物理学会主办.

6.一个开源的运动视频分析软件，http://physlets.org/tracker/

7.American Journal of Physics，http://aapt.scitation.org/journal/ajp

8.The Physics Teacher，http://aapt.scitation.org/journal/pte

9.European Journal of Physics，http://iopscience.iop.org/

10.Physics Education，http://iopscience.iop.org/

11.Chad A. Middleton, The 2D surfaces that generate Newtonian and general relativistic orbits with smallEccentricities[J], American Journal of Physics, 2015, 83(7): 608-615.

12.Jun Su, Weiguo Wang, et.al, Visualization of gravitational potential wells using 3D printing technology[J], American Journal of Physics, 2016, 84(12): 943-947.

13.Meishu Lu, Jun Su et.al, Visualisation of Kepler’s laws of planetary motion[J], Physics Education, 2017, 52(2): 025006.

14.Louis Salkinet.al, Generating Soap Bubbles by Blowing on Soap Films[J]. Physical Review Letters, 2016, 116(7): 077801.