中国的考试制度一向广受争议。开启于汉代的这套人才选拔制度从明朝之后在中国文化中扮演决定性角色。从表面看来，这一体系给人一种唯才是举的假象，但实际上，它却排斥真正的思考和求索能力，受益者多为权贵。科举考试只面向特定的一群人：女性被完全排除在外，僧侣、行刑者、妓院老板、理发匠、服丧者、戏子及其后代也都无权参加考试。但更重要的是，艰涩的考试内容和对某些特定内容的强调将更多的人挡在大门之外。只有富人家里才请得起私塾先生，没那么富贵的人家只能寒窗苦读，皓首穷经。
热衷功名富贵的读书人必须经过三轮考试。第一轮被称为童生试，每年一次，在每个考区最大的城市中举行。应试者必须在12天里完成多篇诗文。通过童生试的人有资格参加当地官学主持的两年一度的考试，少至髫龄幼童，长至八旬老翁，全都要在逼仄的监号里考上一天一夜。为了防止作弊，这个过程还要重复一次。在大约2000多名考生中，只有20个文笔最优秀者能够脱颖而出。他们从此将被称为秀才，享有免交赋税、不被动刑的特权，而且可以进入当地官学攻读3年。
接下来就是每3年举行一次的乡试。秀才们将面临更加激烈的竞争：每12000名考生中，只有100余人可以通过这第二轮筛选。在长达3天的时间里，他们被关在仅容一人睡卧的号房里，完成规定格式的八股文和试帖诗。为了应付考试，一些人发明出了巧妙的作弊方式，但是一旦被发现，就可能被处死。科举考试的压力是如此之大，以至于有些人因此而神志失常，还有人在号房里突发疾病甚至死亡。那些最终胜出的考生，用一位历史学家的话来说，“简直就像奥运会金牌获得者一样”。他们自此可以夸耀乡里，在官僚体系中占据要职，而且获得了参加第三轮也是最后一轮考试的权利。
每3年在北京举行一次的殿试由皇帝亲自主持。最优秀的试卷被挑选出来，由皇帝加以御笔朱批，而这些八股文的作者也自此成为“士林典范”。能够在殿试中脱颖而出的考生几乎一定能够在帝都为官，许多人还会成为皇帝的内阁成员和宰辅。
根据政治风向和朝代变迁，考试的内容和方式也时常改变。帝王的个人喜好常会左右取士标准。比如，好大喜功的乾隆皇帝，就偏爱华丽的文风。“即使是字体也以丰圆肥润为上”，一位学者指出。而雍正皇帝当政时，宣扬止战非攻、与民生息的文章则大行于道。
有时候，科举考试甚至会带上一点刺探情报的间谍战味道。1644年，满族入主中原，征服了整个中国。一心想着如何完成统一大业、镇压汉人反叛，满族征服者将科举制度也当成了收集各地情报的一种途径。在考试中，考生们被要求用简短的文字回答诸如如何镇压叛乱、如何筹集军费、如何查处腐败、如何促进满汉融合等实际性的问题。
到了1740年的时候，科举考试已经开始遭到考生们的激烈抨击。当时人口激增，但入选名额却保持不变，而且即使是通过考试者，也很可能得不到官职。一直以来，官府对于这些问题和未能谋得官职的学子们的抱怨置若罔闻，但到了20世纪初，整个科举制度不得不作出改变，以应对西方遥遥领先的技术进步。
就在钱学森出生前几年，1901年庚子事变之后，清政府在《辛丑条约》中同意，凡有西方人遭义和团杀害的地区，科举考试停办5年。1901年，光绪皇帝下令废止八股取士，把考试重心从玄虚的八股文、书法和律诗转为更实际的施政问题。1905年，科举考试全面废止，此后在中国发生的众多大事更进一步动摇了传统教育体系的各个方面。
1915年，废除选举、称帝登基的袁世凯统治下的政府日益身陷外国债务的泥沼之中。对他窃取权力的声讨浪潮席卷全国，地方军阀纷纷宣布脱离袁世凯政府独立，袁世凯羞愤交加，健康状况急剧恶化，于1916年死于尿毒症。各地军阀之间的内战此起彼伏，自然灾害和饥荒也肆虐中原。尽管钱学森此时仍勤勉而愉快地专注于自己的学业之中，他却不可避免地将在一个混乱的国家中长大成人。
20世纪20年代初，一批深具影响力的访客先后来到北京，其中包括美国教育改革家杜威（Dewey），英国哲学家罗素，德国物理学家爱因斯坦，印度诗人泰戈尔……这些人中影响最大者首推杜威。在公开演讲中，杜威鼓吹在民主的环境下将教育与工业结合起来。通过强调让孩子在课堂中扮演主动角色，杜威给中国带来了“游戏实验室”的理念，用沙箱、测量仪器和积木打造出一个新式课堂。中国的教育家开始加倍关注美国的教育改革实践，比如男女合校、智商测试、心理测验以及课外活动等。钱学森不仅可以从学校中接触到这些理念，而且也可以在家里，从在教育部工作的父亲身上耳濡目染。
尽管为等级制度服务的旧有的教育制度已然灰飞烟灭，但它并没有一下子为现代的西方教育体系让开道路。一方面，在西方的实证主义传统下，钱学森被鼓励去探索、提问和挑战现有的知识体系，而在另一方面，他又不能够向教师的权威发起质疑。他仍然面临无休无止的默诵和考试。这样的结果就是，钱学森的童年几乎都是在20世纪20年代那个如流沙般时时变化的不完美的体系中力争完美地度过的。
两年的时间就这样过去了。1923年，钱学森考入了北京师范大学附中，当时京城里最好的男女合校的中学。这里所奉行的也是他自幼接触的实验教育体系。紧邻北京师范大学附小，建筑风格几乎如出一辙，这里的老师通常都是北京师范大学的毕业生或教授。在这里就读中学，不过是钱学森往日生活节奏的一种延续。
当然，北京师范大学附中要比第一实验小学大得多了。这儿有许多一层楼的教室、教师办公室和宿舍，一个椭圆形的大操场，几个网球场和排球场，一座新的图书馆，园丁精心打理的丁香圃，以及装备有刚刚从德国进口的崭新闪亮的科学仪器的实验室。每当整时三刻，一位老者会敲响树上悬挂的一口钟，通知大家下课的时间到了。
“这所学校里的学生在很多方面都与纽约著名的布朗克斯科学高中（Bronx High School of Science）并无分别。”一位校友回忆道。大多数学生希望日后在理、工、医这三个领域继续深造。在最初的3年时间里，学生们在英语、数学、中文、生物、化学、历史、物理和第二外语这几门科目上打下坚实的基础。此后，他们将在接下来的3年里，选择专攻科学或人文学科。一些学生在老师的指导下开展独立的研究计划，或者是进修高级的大学课程，例如微积分和社会学。
尽管有着大学的气氛，但北京师范大学附中却像一所军校一样管理严格。男孩子们身着灰色棉布制服，女生则是白衬衫配小黑裙。学校绝对不允许他们谈情说爱。一位毕业生回忆道：“曾经有一些学生陷入情网，但一旦被校方发现了他们的罗曼史，其中一方就必须离开学校。”
在考试之前开夜车也被加以禁绝。校方希望学生深入领会学到的东西并将它们变成每日生活的一部分。教师们会帮助学生掌握记笔记和记忆的技巧。钱学森从不开夜车。事实上，有着出众记忆力的他可能根本就不需要临时抱佛脚式的突击学习。他享受学习的过程，仿佛一直都在勤学不辍。即使是在放学后，钱学森也经常独自坐在空荡荡的教室里，埋头苦读。
在中学里，钱学森依然是个完美的学生。多年以后，当被要求描述钱学森给人留下的印象时，他的同学经常用到“安静”和“规矩”这两个形容词。钱学森的生活一丝不苟，井井有条。他偶尔也会和其他的男孩子一起打球，但每天下午总是会在同一时间准时回家。当朋友们登门拜访时，发现他的房间总是一尘不染。
一如既往，钱学森的功课还是遥遥领先。他的同学谭荫恒曾这样写道：“我听到同学们说，李士博（一位讲授生物学和植物学的资深教员，在北京师范大学附中享有很高的声誉）常常对钱学森对学业的专注和刻苦赞赏有加，并且要求我们都以他为榜样，用功学习。”
初中的3年时间让钱学森有机会可以探索不同的人生轨迹，未来逐渐在眼前展现。他擅长画动物、流水和花朵；他的生物学作业完成得非常生动，多年之后还被学校保留着；他对音乐有一种异乎寻常的敏锐感知，拉一手好小提琴；他与同学们讨论鲁迅和其他著名作家的作品，甚至被推选为班级代表参加辩论会。天赋出众的钱学森毕业时可以有十多种不同的人生道路选择，但当进入初中三年级时，他却下定了决心，要在科学领域一展所长。在接下来的3年里，钱学森全身心地投入到了高等化学、物理学、生物学和数学的学习中去。
如果北京的经济形势在20世纪20年代可以稍为稳定一些的话，钱学森或许会考虑一条完全不同的人生轨迹。比如，他曾经很认真地想过要成为一名艺术家。但是，他的中学时光却与年轻的中华民国最艰难的一段岁月恰好重合。
整个国家先是陷于无政府状态，然后便是此起彼伏的内战。直至1925年蒋介石率军北伐，中国一直处于军阀割据的战乱状态中。3年的艰苦奋战后，国民党取得胜利。1928年，国民政府迁都南京，而故都北京则逐渐陷入衰败之中。
北京城里百业萧条，只有少数经世致用之学尚有用武之地。整个20世纪20年代，北京是一座不断衰败下去的城市。紫禁城的红墙剥落失色，建筑工地半途而废，水泥路面破烂不堪，管线裸露，污泥遍布。失业率飙升，教授、政府官员甚至是以前雄踞一方的将军都沦落为与黄包车夫为伍的苦力。一些大学生为贫苦所迫，甚至过上了双重身份的生活：下课之后，躲在胡同里脱下长衫，便摇身一变成为黄包车夫。对教育体系感到幻灭的教师们开始信奉社会主义。所有这些都给年轻的钱学森留下了难以磨灭的印象。当忆及中学时代时，钱学森对当时的北京师范大学附中校长努力保全学校的勇气印象深刻：“你可以想象，在旧中国，在当时的北京，那是多么糟糕的一段时光。”在这种情况下保持学校的正常运转，简直是“不可能的任务”。但是附中的校长不仅做到了这一点，还将其变成20世纪全中国最好的学校之一，“这实在是个奇迹！”
1928年到1929年间，进入高中三年级的钱学森开始考虑上大学的问题。在一次班级组织的远足旅行中，他参观了两所北京城里最好的学校——清华大学和北京大学。他的同学回忆道，钱学森非常细心地考察了两所学校的实验室，并给出了敏锐精确的评价。
毫无疑问，钱学森将会上一所最好的大学。几乎没有例外，北京师范大学附中的毕业生都能考上大学，而其中半数以上将进入全国最好的大学就读。1929年，上海本地报纸《申报》刊登了一份上海交通大学的入学考试成绩单。钱学森以第三名的成绩被这所全中国最好的工学院的机械工程系所录取。
经过仔细考虑，钱学森决定主修铁路工程。在中国，这还是一个相当新的领域，增长速度惊人。直到1929年，中国绝大部分国土仍不通铁路。1881年，以西方零配件组装成的中国第一台蒸汽机车首次问世，而从开平煤矿到附近大运河的一段7英里长的铁轨是当时中国仅有的铁路。15年后的1896年，中国的铁路总长度只有可怜的370英里，而当时美国已经拥有惊人的182000英里长的铁路网。但是，在接下来的30年中，铁路逐渐成为一种强大的军事和政治武器，在中国的大地上留下永久的伤痕。
在清政府的抗议和阻挠下，中国的“铁路化”还是在世纪之交时开始了。在自己的势力范围内，俄国人建造了将黑龙江与口岸城市海参崴连接起来的铁路线，日本人的铁路从朝鲜半岛的釜山修到了奉天，德国人在山东大建铁路网，而在长江流域，举目是英国人修建的铁路。从1900年到1905年，外国人在中国建造了全长3222英里的铁路。每个国家所建铁路的标准均不一致，以免彼此连接。在事实上，这种现代化的交通体系开始将中国分裂成为一个个被外国人统治的区域，有效地将中国瓜分成为各自独立的殖民地。
形势很快变得明朗起来：控制住铁路，也就控制住了中国。在1900年的义和团运动中，清政府用北京的铁路线加快调兵遣将的速度，而后又将其拆毁，以减慢外国军队的推进。在1911年的辛亥革命中，清政府迅速从北京调集军队，借助铁路将其派往武汉，对革命军加以镇压。但从太原赶来的革命军成功切断了补给线，从而帮助革命军赢得最终的胜利。
国民党接管政权之后，开始致力于统一铁路。从1912年到1920年间，中国铺设了超过1000英里的新铁路，大多数由日本、欧洲和美国银行家提供投资。随着新铁路的不断建造，便需要雇用新的工程师，这一需求逐年看涨。这是一个胸怀大志的青年学生投身于脚踏实地的重要基础工业的绝佳机会。1929年秋天，钱学森脱下中学制服，换上一身学生长袍，怀着成为一名铁路工程师的理想，直奔上海交通大学。他与北京，就此作别。