回忆和孩子一起参加Science Fair活动

Science Fair历史可以追溯到1928年，以及1964年在西雅图举行了首届国际science fair [1-2]-题记

照片1 Science Fair; 照片2 女儿听诊; 照片3 ISEF纪念章

高中第二年，女儿说要报名参加学校组织的Science Fair（科学博览会）活动，问我怎么办？这是一次难得的和孩子互动机会，求之不得。但不曾想到一声“没有问题”注定了孩子的未来人生之路。

之前，对Science Fair活动已有所闻。有一个同事的孩子因获得International Science and Engineering Fair（ISEF）大奖，被MIT录取，对高中生来说，搞蛋白晶体结构，难度超出想象，这孩子拼的是哈佛妈。我想说的是，美国本土家长推娃一点不含糊。再比如，另一个同事推孩子的音乐，最后申请大学时，花钱让孩子去当地专业音乐录音室（studio）精心录制了一张CD音质的大提琴Solo作品，作为大学申请的补充材料，孩子被康乃尔大学和卡内基梅隆大学建筑设计专业录取，不得不说音乐和建筑学关系密切，推在点上。不奇怪，有建筑系的专家学者就把自己的学生带到了音乐厅，一边听着古典音乐，一边让学生把自己的想法画出来，不无道理，因为建筑就是凝固的音乐。但是，别人的经验好像难以如法炮制，选什么课题让俺有点头疼。

中学为家长们推荐了一位可敬的退休工程师志愿者，他热情邀请大家到他家，介绍以前如何帮助学生，从他的家庭作坊走到国际大奖的经历听起来很有吸引力，他希望从感兴趣的学生中挑选一两个。女儿可能多问了他一些问题，他觉得她是合适人选之一，更可能看中了孩子的认真专注的态度，咱也相信“态度决定一切”，不是美国作家齐格·齐格勒（Zig Ziglar)曾经说过：“Your attitude, not your aptitude, will determine your altitude.”（你的态度而不是天资将决定你成就的高度），在“天资“和“态度“二选一，“态度”总为上。热情的工程师主动相约在我的办公室见了一面，交流了他的机械工程课题详细想法，俺感觉不太适合女孩子，且和自己对孩子未来方向的想法有些偏差，另外多少有点不放心让孩子去陌生人家，婉言拒绝了他的盛情邀请。后来证明，工程师有实力，且慧眼识人。

那么，自己给孩子想一个吧。心里已经有个大概，第一，不要太难、太高大上；第二，一定要和医学有点关系。没有目标，贵在参与，但希望孩子认真记录过程，有始有终。

不久，自然想到了心电图（ECG），这也许和孩子小时候喜欢的那一套精美玩具听诊器有关。希望她尝试把心电图（ECG）转变成“音乐”，听起来很神奇，孩子兴致很高。第一阶段从一些基本函数和各种ECG图形特点入手，建立数学模型，然后了解周期信号频率分析方法，包括学习数学软件包的使用等。孩子做得不错，有模有样，顺利完成了第一阶段的“理论”任务后，首次参赛，就获得地区数学类第一名，初馋甜头。

随后，孩子的物理老师加入课题第二阶段，也获得学校一些经费资助，几个同学一起搭建了一个真正的ECG装置实体。同时，学校资助她和另外一个获奖的孩子代表学校，在一位老师带领下，参加了一次在新泽西一所大学举办的本科生科研论文交流活动，女儿做为高中生在大会上作了项目阶段性进展性展示，引起大家的很大兴趣（注：不知道学校如何获得有关信息的，非常感激给予这样的机会）。从纽约时代广场回来后，她信心满满，在随后一次更大范围的Science Fair中，认为拿第一稳稳的，精益求精上有些怠慢，结果失去大奖1000刀，尝到了“千刀万剐”的滋味，这不是一件坏事。

“心跳音乐”之路仍在继续，目标更远、更高。

有一天，孩子回家，兴高采烈地分享示波器记录的首张ECG图，看起来像那么回事，但自己感觉细节有点不对。于是，让孩子把装置带回家看一看，注意到孩子们用了一个集成块叫Arduino，可能没有搞清楚模拟和数字信号的不同，以及之间转换问题，因此电路设计有点问题，首张“ECG图”其实就是有点周期性的噪音，有点邪门，心跳如噪音还了得。俺不熟Arduino，但觉得很好玩，于是，一边找书看一边教孩子给Arduino编简单程序，完成ECG信号到声音的转换，以及数据输出等，另外发现Arduino缺一个必要的直流电压源。电路经过改进后，和孩子一起用电脑成功记录下第一个真正的心电图数据，来自俺在跑步机上手足四个电极信号，装置上的小喇叭发出了逐渐加快变强的ECG声音（Tempo) ，美妙的旋律，可谓开心时刻，High Five！

很多年以后，发现有“好事者”制作一个视频（见下面YouTube 2020”），把一些经典流行音乐歌曲和ECG联系起来，想法很独特有趣，至少让外行比较容易记住一些ECG的特征。

https://youtu.be/3kz-oVJ0U8I

接下来，在参加International Science and Engineering Fair（ISEF）地区的选拔赛中，孩子的努力得到回报，拿下医学类别第一，同时获得区域两个大奖中的一个。值得一提的是，另外一名佼佼者就是那位退休工程师指导的学生，最后，两孩子代表地区会师旧金山。虽然旧金山之行没有获得ISEF的任何奖项，但遇到了很多来自故乡的同胞和其他国家的同龄人，彼此交换了纪念章，参观了伯克利分校等地方，还主动和一位诺贝尔化学奖得主合影留念。

后来，俺惊奇地发现，2017年Smithsonian 杂志网站以标题“Turning Irregular Heartbeats Into Music”介绍了伦敦玛丽女王大学的一位数字媒体教授和她的学生在做同样的事情[3]，而且，2021年欧洲心脏杂志（European Heart Journal）发表一篇题为“Putting (One's) Heart into Music”论文[4]，探讨了音乐和心脏心律的关系，如贝多芬的一些音乐作品和他的心率不齐（失常）之间的蛛丝马迹。可见，仍有人继续这个神奇的课题，即音乐和心跳之间的关系，如音乐和建筑关系一样，和我们的心跳息息相关。

女儿至今仍然津津乐道这个小小的高中项目，它不可思议地一直暗中助她从高中进入了心仪大学，一所我们没有想到的大学；再披荆斩棘，非常幸运脱颖而出，义无反顾地走上了学医之路。孩子也多次不无遗憾地说她应该继续这个的课题，她在大学时的同系的一位教授愿意为她开放实验室并提高指导和经费上的帮助，但我建议她没有必要再继续了，注意力应该集中在当时所参加的心血管微成像CT技术及药物靶向有关课题上，告诉她，有一天，你可能有机会用自己的手触及病人的心脏，治病救人，不是比ECG更近了一步吗？

或许和您有共同的感受，音乐、绘画及摄影赋予了一种不同于文字的细微表达和想象延伸。当聆听来自Buckethead的电吉他音乐专辑《Healing Inside Outside Every Side》并注意到专辑封面的独特设计（音乐视频见下），被两者吸引住，简简单单的一圆和一手，圆让我联想到心脏，但伸出的手是左手还是右手，或手心向上或向下？意思可能有些不一样，设计者要表达什么？或许音乐专辑已经给出答案。不由得记起当年父亲带着小小的我到游泳馆，当第一次爬上高高的跳水台，本能地环视游泳馆，寻找着什么，看到父亲在向我微微招手，如一道光影划过，看不清是手心还是手背，于是，让有些犹豫不决的我一跃入水，下坠中那一阵心里拔凉和前额触水时的撞击疼痛，仍记忆犹新，不知道跳台有多高，前面的一位成年勇（泳）者肚皮触水产生的巨大响声回荡在空旷的游泳馆里，时间仿佛凝固了…。后来，和自己孩子的互动时，可能无形中传递了同样的东西，自己没有意识到，但可以肯定，孩子一定感受到了，如当年站在跳水台的自己。以后，俺才完全真正理解父亲让我看见是他的手心手背啊！

《Fireflies》by Buckethead

https://youtu.be/x00lKWqSAnA