英才风采 | 牛彦昭：从预备班到正式学员 自选课题探索物理魅力

来源：中学生英才计划

本期主角

牛彦昭，就读于华东师范大学第二附属中学。2019年“英才计划”物理学科优秀学员，师从上海交通大学季向东教授及李晟教授。

培养成果：研究课题为“悬浮水轮影响因素的探究”。在向上喷射的水射流上方放置一个轻小物体，在一定条件下这个物体会悬浮并开始旋转，这种现象被称为悬浮水轮。该课题就影响悬浮水轮产生的因素以及悬浮水轮的特点进行研究。在2019年“英才计划”物理学科论坛上获优秀学员。

导师简介

季向东，上海交通大学物理与天文学院鸿文讲席教授，PandaX国际合作组发起人和发言人。现在同时担任《中国科学 物理天文和力学》副主编，欧洲《Nuclear Physics A》杂志编委，及中国高能物理学会常务理事。主要从事核与粒子物理前沿领域的研究。主要成果是：开展质子和中子内部的夸克和胶子结构理论研究，引领和推动欧美强子结构方面的理论和实验发展，取得了多项引领性的重要成果。获得过多项国际重要学术奖项，如德国洪堡研究奖，美国杰弗森科学协会杰出核物理学家奖和美国物理学会2016年度Feshbach 奖等。他在上海交大建立了粒子物理与宇宙学研究所，并领导以上海交大为首的40余位学者组成的PandaX国际合作组，在四川锦屏深地实验室开展中国首个大型液氙暗物质探测实验，经过八年的努力，取得了暗物质探测领域当时世界最高灵敏度的探测结果，对暗物质性质作出最强的限制，受到国际同行的广泛重视。

李晟，1993年毕业于兰州大学物理系，获学士学位；1998年在兰州大学物理系获博士学位。1998年7月至2000年7月在中国科学院理论物理研究所任博士后。2000年8月至今在上海交通大学物理系任副教授，期间于2002年3月至2002年12月在香港浸会大学任访问学者。2016年转至上海交通大学李政道研究所负责科研管理工作。参与校教改项目1项、主持校985三期本科生课程建设一项、985三期研究生教材建设一项。多年来长期参与在上海英特尔青少年科创活动指导与评选工作，同时协助上海中学、交大附中、金山中学以及静安区青少年活动中心等单位协助指导青少年科创工作，并作为执行导师参与“英才计划”的科创指导工作。

正文

英才预备班脱颖而出

牛彦昭第一次听到“英才计划”是在初三升高一的暑假，那时，他参加了学校举办的科技夏令营，期间，一位学长在报告中提到他科研路上最重要的几件事情，这其中，就有“英才计划”。从那时开始，他就将这个词记在了脑海中，当学校的科创老师告知可以报名2019年“英才计划”时，他便果断报名参与选拔。

为了提升科学素养，在之后的面试中脱颖而出，牛彦昭参加了“英才计划”开办的英才预备班。英才预备班在他的科研起步之旅中，可谓起了十分关键的作用。王哲老师将物理解释为“格物致知，即物穷理”，让他对物理有了更深的理解。从选题、研究再到论文写作的科普性课程，也让他对未来要做的事有了大致的了解。通过这次预备班，我更是意识到科研与做题最大的区别，“做题时我只需要把题目给出的条件用足、用充分，就能得出确定的结论，科研则需要自己去寻找影响因素，找到不同因素的联系、建立模型，并给出结论，而且直到最后一刻才会知道之前的一切努力有没有结果。”

在“英才计划”正式选拔中，凭借在预备班做的工程类课题，牛彦昭轻松通过选拔，成为“英才计划”的正式学员。

遵循兴趣自选研究课题

牛彦昭的英才培养主要分为两部分，一部分是研究课题，另一部分则是参加上海省级管理办公室定期举行的英才创享会。每月的英才创享会，上海的英才学员会进入高校聆听教授以及学长学姐做的报告。牛彦昭介绍，这些报告内容多与学员做课题的进度相匹配，从最早的选题，到之后的研究以及最后的论文撰写，每次去都收获颇丰。

“英才计划”最重要的部分便是在高校导师指导下完成一项课题。2019年年初，选题的时候牛彦昭就曾纠结，是该根据自己的兴趣选择一个课题研究，还是要按照导师的研究方向来选择课题。与李晟教授线上交流后，牛彦昭最终决定遵循自身的兴趣做自己想做的课题，也就是“悬浮水轮影响因素的探究”。之后与李晟教授见面交流的时候，导师用一个半小时为他具体分析了课题可能会涉及的研究方向和内容，并为他推荐了一些可以参考的文献、专业书以及iypt的reference kit。交流过程中，他发现自己最初的想法仍然很稚嫩，只是草草地定下一个研究方向，却没有想好具体的研究内容。这次的见面也让他正式确定了课题。

经历考验收获成功喜悦

之后的几个月，在繁忙的学业之余牛彦昭开始准备材料、阅读文献以及预实验。当时，牛彦昭花了很多时间来寻找用于喷射水柱的装置，方便进行预实验。当他向教授询问是否有相关装置时，教授的一句话让他印象深刻：“没有材料要学会自己做，这东西你只需要在厨房水龙头上接一根水管就好了。”这让他意识到科研过程中要发现并利用身边一切可利用的资源的重要性。

暑假是做课题的黄金时间，牛彦昭正式开始做实验。与预实验不同，正式做实验不仅仅是做出现象就可以了，还要对各种变量进行具体研究，需要控制变量。他也第一次感受到，平时在卷子上经常写的控制变量，在实操中是多么的困难。单单是为了研究水柱倾斜角对悬浮水轮的影响，牛彦昭就花了近一周的时间来设计实验装置与实验过程，以求得比较严谨、准确的结果。

中期答辩是牛彦昭在培养期间遇到的第一个评估。准备答辩的过程中，牛彦昭对暑假所做的种种实验所得到的数据进行了整理，这也让他对整个课题形成了一个较为完整的认识。开学之后，牛彦昭开始进行数据分析，并对悬浮水轮现象进行理论分析。这些都帮助他在中期答辩以及学科论坛中有较好的表现奠定了基础。

“当敲完论文最后一个字并通读一遍时，那种满足感是难以形容的。”牛彦昭表示，看着自己的课题，随着时间的推移逐渐完善，心里有无尽的自豪感与满足感。同时，在和教授交流中，他也发现自己课题的漏洞，确定了后续的研究方向，这也让他感到十分充实。“可能现在，我做的课题还比较简单、基础，但这是我科研路的开始。”牛彦昭表示：“在这一年中，我对科研从最初的陌生、新鲜，到如今对科研过程的轻车熟路，这离不开导师对我的帮助，也离不开‘英才计划’其它学员与我的交流。”

什么是“英才计划”？

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》有关要求，切实促进高校优质科技教育资源开发开放，建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效方式，中国科协和教育部自2013年开始共同组织实施中学生科技创新后备人才培养计划（简称“英才计划”）。

“英才计划”旨在选拔一批品学兼优、学有余力的中学生走进大学，在自然科学基础学科领域的著名科学家指导下参加科学研究、学术研讨和科研实践，使中学生感受名师魅力，体验科研过程，激发科学兴趣，提高创新能力，树立科学志向，进而发现一批具有学科特长、创新潜质的优秀中学生，为“基础学科拔尖学生培养计划”输送后备力量，并以此促进中学教育与大学教育相衔接，建立高校与中学联合发现和培养青少年科技创新人才的有效模式，为青少年科技创新人才不断涌现和成长营造良好的社会氛围。