郭元和：跨越心中的鸿沟 入门流体力学

来源：中学生英才计划

栏目简介

“英才计划”自2013年启动以来，已有3000余名优秀中学生参与培养。培养期间，他们做出了哪些令人称道的科研项目？积累了哪些有益经验可供后来者学习?培养结束后他们又纷纷去向何方？

本栏目将持续推送往届优秀学员及本届学员的经验与成果，激发更多的青少年培养科学兴趣，树立科学志向，同时也欢迎更多的优秀中学生关注与参与“英才计划”。

本期主角

郭元和，就读于上海交通大学附属中学嘉定分校，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导师团队。

培养成果：郭元和的研究项目为“可变式翼在家用汽车上的应用”，他从空气动力学角度设计了一套减短高速时紧急制动距离的刹车辅助系统，在2019年“英才计划”物理学科论坛获得优秀学员称号。

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:物理学 力学 天文学》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

刚加入“英才计划”的时候，郭元和以为这就是一个超前学习大学知识的项目，与其他竞赛活动无异。一年以后，他才意识到并非如此。在这里，他收获到的是对学科的兴趣、对科研的整体认识；他意识到一个想法是否能成功并不是最重要的，独立之精神、自由之思想才是科创的基石与精髓。

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从自发到自主

郭元和长期对汽车有着浓厚的兴趣。高中阶段，他还自发地了解了汽车行业的动向、车辆的结构设计，并加入了学校F1-STEAM车队，但是他总觉得与真正的汽车工程仍然有一个沟壑无法跨越。2018年，经过多轮选拔，郭元和入选“英才计划”，师从季向东导师团队，由李晟老师具体指导。起初，郭元和参与“英才计划”的动力是为了寻找专业的教授带着他进入专业的研究领域。然而，导师的研究方向是天体物理，与他想要研究的机械工程或流体力学并不吻合。他面临的第一个难题就在于课题的方向。在老师的建议下，他最终选择遵循自己的兴趣研究流体力学。车辆工程十分复杂，流体力学更加复杂，研究过程中，指导老师给予了他很大的帮助。“他并非如授课一般一步步地教我应该做什么，而是告诉我一个大体方向与目标，以及做课题研究的方法论，让我摆脱束缚，自由地思考。”郭元和说：“从原本‘自发’地去了解车辆方面的知识，到‘自主’地学习，我根据自己的目标有计划地进行学习，这与平时的学习方式完全不同。”

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从入迷到入门

为了研究流体力学，郭元和购买了数学、物理等方面的书籍。面对庞大且复杂的知识量，郭元和阅读起来十分困难，于是又在网上搜索流体力学的教学视频，边看书边对照着视频进行学习。同时，还自主学习了三维建模，掌握Inventor软件的基本建模操作。“这一切都使我入迷，发现有别于学校的学习乐趣。”郭元和说。

刚开始，郭元和并未按照书中的顺序进行阅读，而是在目录上寻找最感兴趣的名词。不久他便发现，在知识储备不足的情况下，他并不适合这样的跳读方式，很多定义中的符号含义和数学原理他都无法准确理解。于是，他只能回到开头，踏踏实实地从基础概念开始阅读。他也感受到，课题方向可以基于兴趣，但真正开始学习时，不可以仅仅跟随兴趣，看似枯燥、无关的内容或许会是整个研究的关键。

手握上海交大的校园卡，郭元和可以自由出入上海交大享用丰富的学术资源，在这里，他学会了论文检索的方法，阅读了几十篇国内外关于车辆工程和航空航天的论文。“文献的阅读既是学习文献本身的专业知识，又是学习作者的思维方式，也是学习研究性论文的写作规范，如用词、格式等；同时，对于英文文献的阅读学习还提升了我的英文阅读理解能力，面对英文文献，我也不再畏惧。”郭元和表示，“‘英才计划’，使我从一名对科学入迷的高中生真正入门科学研究领域。”

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从广泛到广博

加入“英才计划”的一年，郭元和学到的不仅仅是流体力学方面的知识。每个月，“英才计划”都会组织活动，让学员能够进入上海交大聆听不同学科教授的讲座，物理、计算机、生物等学科均有涉及，这些广阔而又专业的讲座是郭元和平时所接触不到的。郭元和说：“虽然很多学科知识网上都有，我们可以广泛地阅读。但是，教授所讲述的是网络上所无法找到的，可以让我们以更专业、理性的眼光看待网络上的一些言论。一次次跨界的学习，使我迸发出无数灵感，包括我所研究和设计的可变式翼结构。”

在“英才计划”中，郭元和也结识了很多来自不同学校、不同学科方向的学员，他们在各自的学校都成绩优异、表现突出，通过学习交流，郭元和发现每个人都有自己追求的目标，都有自己独具特色的思维品质和性格。“他们的许多想法和探究问题的方式方法也拓宽了我的视野，使我明白可以从另一个角度去思考问题和解决问题。作为同龄人，我们之间的交流是无障碍的，‘英才计划’给予了我们相互学习、共同促进、共同发展的机会。”

一年中，郭元和尽力从紧张的学习中挤出时间，将一切休闲娱乐时间投入在课题研究上。“感谢‘英才计划’带领我迈入科学的大门。回首，那道鸿沟已在身后。只是遗憾的是，刚有了一点思路、有了一些感悟，一年的培养就快要结束了；但这一年的经历会使我终生受益。”

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。