太空授課，中國科普教育的新契機

　　從2013年神舟十號航天員乘組第一次太空授課，到2021年12月的第一次“天宮課堂”，再到2022年3月23日的第二次“天宮課堂”，太空授課吸引了越來(lái)越多的青少年追逐“航天夢(mèng)想”。航天員擔任“太空教師”，課堂設置在飛行器、中國空間站，科普專(zhuān)家組成員通過(guò)媒體為受眾答疑解惑。這樣高配版的太空授課是如何設計的，它有怎樣的定位，它將會(huì )為中國科普教育帶來(lái)怎樣的啟示？

　　專(zhuān)家：

　　中國載人航天工程辦公室主任助理 季啟明

　　中國載人航天工程航天員系統總設計師、中國航天員科研訓練中心研究員 黃偉芬

　　中國科技館展覽教育中心副主任 葉菲菲

　　主持人：

　　本報記者 靳曉燕

　　“天宮課堂”是圍繞中國空間站精心打造的科普教育活動(dòng)品牌——

　　激發(fā)孩子們崇尚科學(xué)、探索未知、追求創(chuàng )新的熱情

　　記者：“天宮課堂”上，大家特別感興趣的是一次次奇妙的科學(xué)實(shí)驗展示。耳目一新的實(shí)驗讓大家不再是“霧里看花”，對背后的科學(xué)原理也不再是“勿理物理”。看來(lái)，科普的打開(kāi)方式非常重要，這對我們的科普教育有怎樣的啟示？

　　季啟明：“天宮課堂”是我們圍繞中國空間站精心打造的一個(gè)科普教育活動(dòng)品牌。

　　空間站工程在規劃論證之初，我們就把它定位為國家級太空實(shí)驗室：它不僅是科學(xué)家開(kāi)展空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應用的一個(gè)研究平臺，更是一個(gè)能夠為國家發(fā)揮綜合效益的平臺。其中一個(gè)重要方面，就是可以作為普及科學(xué)知識、弘揚科學(xué)精神、傳播科學(xué)思想、倡導科學(xué)方法的科普教育平臺。

　　空間站擁有特殊的空間環(huán)境條件，比如：微重力、強輻射、高真空、大溫差這些特殊的太空環(huán)境，航天員乘組定期輪換，長(cháng)期有人在軌工作生活，計劃開(kāi)展大量的科學(xué)實(shí)（試）驗，涉及諸多學(xué)科領(lǐng)域。利用這些天地環(huán)境差異、豐富的資源和特有的實(shí)驗條件，可以開(kāi)展許多在地面上難以做到的科普演示。

　　太空中的一些現象是非常神奇和有趣的，很多在地面上司空見(jiàn)慣的物理現象、化學(xué)現象、生物現象等，在太空中會(huì )有很大差別，甚至完全不一樣。不僅孩子們會(huì )很感興趣，許多成年人包括我們從事載人航天工程的科學(xué)家、工程師也都覺(jué)得很有意思。而天上地下不同的實(shí)驗現象，揭示出的是同樣的科學(xué)規律。這樣一個(gè)演示和驗證的過(guò)程，本身就是一個(gè)加深對科學(xué)原理理解的過(guò)程。

　　讓航天員在空間站上實(shí)際操作一些小實(shí)驗，展示一些我們正在做的科學(xué)研究項目，不僅在內容上、形式上、效果上對孩子們具有極大的吸引力，更重要的是能帶著(zhù)孩子們一起經(jīng)歷“從理性的思考、到懷疑的態(tài)度、再到實(shí)證的操作，最后拓展無(wú)限的想象空間”這樣一個(gè)過(guò)程，在無(wú)形中向他們傳遞了科學(xué)精神，從而激發(fā)他們崇尚科學(xué)、探索未知、追求創(chuàng )新的熱情。

　　黃偉芬：科普的打開(kāi)方式非常重要。隨著(zhù)我國綜合實(shí)力的不斷增強，大家越來(lái)越尊重科學(xué)、也越來(lái)越需要科學(xué)，這對科普教育工作提出了更高要求。在神舟十號太空授課活動(dòng)取得圓滿(mǎn)成功以來(lái)，我們國家的科普教育事業(yè)取得了長(cháng)足的進(jìn)步，各種新技術(shù)、新理念的發(fā)展也使得科普活動(dòng)的形式和內容越來(lái)越豐富多樣。在設計空間站時(shí)代的太空授課時(shí)，我們就堅持選擇符合科學(xué)原理清晰、實(shí)驗現象明顯、天地差異顯著(zhù)、易于理解和展示等標準的項目，事實(shí)證明我們的這套標準是行之有效的。此外，太空授課面向全國青少年群體、社會(huì )公眾乃至全球，因此在授課上不追求知識多么高深、概念多么復雜，而是注重體現大膽假設、小心求證的科學(xué)精神，強調對比差異發(fā)現問(wèn)題、利用問(wèn)題引導探索、通過(guò)探索得到答案，這將會(huì )是后續太空授課和系列在軌科普教育活動(dòng)堅持的原則。在這個(gè)過(guò)程中積累的良好做法也可以被更多的科普活動(dòng)借鑒，共同推動(dòng)我國的科普事業(yè)取得更大發(fā)展。

　　葉菲菲：在教學(xué)當中，我們總說(shuō)的一句話(huà)是“科學(xué)就在我們身邊”。但很多時(shí)候，對于科學(xué)我們“日用而不知”，就比如水油混合后，靜置一陣自然就分層了；打籃球投籃，籃球扔出去的軌跡一定是拋物線(xiàn)。為什么我們平時(shí)很少去關(guān)注這些現象呢？因為對于這些現象我們習以為常。就比如蘋(píng)果為什么會(huì )掉下來(lái)，而月亮一直在天上不會(huì )掉下來(lái)，在牛頓之前有沒(méi)有人思考過(guò)。但牛頓認真地去研究了這個(gè)大家都覺(jué)得“天經(jīng)地義”的事情，于是，萬(wàn)有引力定律誕生了，我們才知道，天上的星球和地上的蘋(píng)果都是由同樣的物理規律所支配的。“天宮課堂”最為重要的意義，是讓我們可以從另外一個(gè)角度去再現平時(shí)生活的現象，發(fā)現地面的生活經(jīng)驗都被打破了：水油可以不分離，水滴可以拉開(kāi)這么長(cháng)的距離，失重除了能讓航天員飄起來(lái)，還可以做無(wú)容器實(shí)驗等。“天宮課堂”的實(shí)驗打破了我們習以為常的固有知識體系，引起了大家與原有認知的沖突，有沖突就會(huì )有情感上的觸動(dòng)，會(huì )引起深度的思考，這樣就會(huì )引發(fā)學(xué)習行為。

　　小實(shí)驗，大道理，科普大發(fā)展應該有更多的科學(xué)家參與進(jìn)來(lái)——

　　極其簡(jiǎn)單現象背后的解釋?zhuān)枰茖W(xué)家、教育專(zhuān)家、科普工作者等共同配合完成

　　記者：航天員“太空教師”展示的科學(xué)實(shí)驗背后，其實(shí)是有一群科學(xué)專(zhuān)家的支持，有各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家多次推演討論。航天員給大家的不是簡(jiǎn)單傳授知識，而是讓孩子們通過(guò)自己的觀(guān)察和探索找答案。我們是如何設計這些實(shí)驗的，這是怎樣一個(gè)過(guò)程？

　　黃偉芬：我們始終堅持太空授課活動(dòng)的科普取向，設計這些實(shí)驗的出發(fā)點(diǎn)就是充分利用載人航天事業(yè)的受關(guān)注度和空間站的特殊環(huán)境，為青少年群體和社會(huì )大眾提供學(xué)習基礎科學(xué)知識、直觀(guān)感受空間站微重力特點(diǎn)、了解載人航天事業(yè)發(fā)展的窗口和機會(huì )。科普大發(fā)展應該有更多的科學(xué)家參與進(jìn)來(lái)，因此在設計這些實(shí)驗時(shí)，我們廣泛征求了一線(xiàn)授課教師、科普專(zhuān)家、科學(xué)專(zhuān)家、工程專(zhuān)家、轉播媒體等多方面的意見(jiàn)建議，一方面從現有教學(xué)體系出發(fā)，選取概念清晰、現象明顯、天地差異顯著(zhù)的候選項目，緊扣中小學(xué)生教學(xué)實(shí)際、兼顧媒體傳播需求；另一方面充分考慮工程約束條件，在確保在軌航天器和航天員絕對安全的基礎上再討論項目的可行性。在經(jīng)過(guò)多輪專(zhuān)家討論和評審后，我們還和航天員乘組保持密切溝通，根據乘組在軌嘗試和練習結果，對實(shí)驗項目的具體操作步驟和講解內容進(jìn)行針對性調整，最終呈現在大家面前的就是一個(gè)個(gè)精彩紛呈的授課實(shí)驗項目。

　　葉菲菲：簡(jiǎn)單的實(shí)驗現象背后蘊含大道理，比如在課程設計會(huì )上，扔“冰墩墩”這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗，討論所花的時(shí)間才是最多的。專(zhuān)家們討論的并不是要不要做這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗，而是這個(gè)實(shí)驗的重要性、深刻性。

　　“冰墩墩”是做勻速直線(xiàn)運動(dòng)嗎？這取決于你在哪里觀(guān)察，如果是在空間站里面看，的確走過(guò)一條直線(xiàn)；如果你從地面上看，“冰墩墩”走的可不是直線(xiàn)，而是繞著(zhù)地球走過(guò)一段圓弧。一個(gè)說(shuō)法是直線(xiàn)，一個(gè)說(shuō)法是圓弧，哪個(gè)是正確的呢？如果問(wèn)愛(ài)因斯坦，他會(huì )說(shuō)這兩種情況沒(méi)有任何區別，是等效的。等效原理是相對論的基礎和出發(fā)點(diǎn)。可以看到這個(gè)實(shí)驗雖然簡(jiǎn)單，背后卻是廣義相對論的基礎原理。但面對公眾如何簡(jiǎn)潔、清晰、明白地展示出來(lái)是更為重要的。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗，我們可以看到一個(gè)極其簡(jiǎn)單現象背后的解釋?zhuān)枰茖W(xué)家、傳播學(xué)者、教育專(zhuān)家、科普工作者共同配合來(lái)完成。“小實(shí)驗，大道理”，這是第二次“天宮課堂”實(shí)驗設計的一個(gè)簡(jiǎn)單概括，因此實(shí)驗內容不僅僅是實(shí)驗現象的展示，更要呈現實(shí)驗背后的科學(xué)原理。

　　在載人航天工程科技創(chuàng )新的同時(shí)，科普工作是工程的分內職責和社會(huì )責任——

　　科普教育為孩子提供了仰望星空、堅定前行的指引

　　記者：一些專(zhuān)家感慨，更多時(shí)候，科普是作為“見(jiàn)縫插針”的調劑品走進(jìn)學(xué)生生活的。相信這幾次太空授課正是科普發(fā)展的新契機，會(huì )激發(fā)大家對科普更大的興趣。科普與學(xué)校教育有怎樣的區別和聯(lián)系？在“雙減”背景下，我們該如何理解科普的價(jià)值？

　　季啟明：黨的十八大以來(lái)，黨中央、國務(wù)院對科學(xué)普及和科技創(chuàng )新做出一系列重要部署，先后出臺了《中華人民共和國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》《中華人民共和國科學(xué)技術(shù)普及法》《全民科學(xué)素質(zhì)行動(dòng)規劃綱要（2021—2035年）》等重要文件，對科普事業(yè)的重視程度越來(lái)越高。載人航天工程作為國家重大科技專(zhuān)項之一，應當模范踐行科技創(chuàng )新、科學(xué)普及“一體兩翼”的要求。在載人航天工程科技創(chuàng )新的同時(shí)，科普工作不是可做可不做的事，而是工程的分內職責和社會(huì )責任。我們將努力通過(guò)開(kāi)展具有更多中國特色、時(shí)代特色的科普活動(dòng)，更好地發(fā)揚載人航天精神，傳播載人航天科學(xué)知識，講好載人航天科學(xué)故事，種下一顆科學(xué)的種子，靜待花開(kāi)。

　　黃偉芬：科普教育是學(xué)校教育的重要補充，在激發(fā)學(xué)生興趣、引領(lǐng)學(xué)生探索方面發(fā)揮著(zhù)獨特的作用。這些年我們的學(xué)校教育在不斷改革，更加注重培養學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)探索精神。科普教育由于直觀(guān)、有趣、輕松等特點(diǎn)，對孩子們具有很強的吸引力，而好的科普教育更是對孩子們影響深遠。讓我印象特別深刻的是，當年許多看過(guò)神舟十號太空授課活動(dòng)的孩子在后來(lái)面臨專(zhuān)業(yè)選擇時(shí)，毫不猶豫地選擇了航空航天相關(guān)專(zhuān)業(yè)。他們都說(shuō)是當年的太空授課活動(dòng)在他們的心中播下了熱愛(ài)科學(xué)、熱愛(ài)航空航天事業(yè)的種子，引領(lǐng)了他們的人生方向。我想，刻苦全面的學(xué)校教育給了孩子們腳踏實(shí)地、勇敢追夢(mèng)的實(shí)力；而科普教育，尤其是載人航天事業(yè)相關(guān)的科普教育為他們提供了仰望星空、堅定前行的指引。

　　葉菲菲：學(xué)校教育和科技館的科普教育應相互配合、互為補充，共同使學(xué)生受益。科技館是一個(gè)開(kāi)展科學(xué)普及和科學(xué)教育的場(chǎng)所，通過(guò)眾多的互動(dòng)展品創(chuàng )設學(xué)習情景，是科技館所具有的獨特價(jià)值。

　　以“天宮課堂”為例，這次在科技館開(kāi)的科普課與普通的學(xué)校課堂有很大的區別。三位“太空教師”位于距離地面約400千米高的中國空間站，而主課堂的學(xué)生則位于地面課堂——中國科技館。教師與學(xué)生并不處于同一空間當中，教師并不能“直接”面對學(xué)生。在這樣一個(gè)差異的空間，引起天地之間生活體驗的不同，如重力水平、晝夜變化等，將處在不同空間的教師與學(xué)生組織在同一時(shí)間下，會(huì )出現非常多的認知之間的“碰撞”與“沖突”。突破以往的學(xué)習、生活場(chǎng)景，這正是太空授課、科技館科普教育的魅力所在。因此，科技館的科普教育非常強調創(chuàng )設學(xué)習環(huán)境。中國科技館的理念是“體驗科學(xué)、啟迪創(chuàng )新”，通過(guò)營(yíng)造在實(shí)踐中學(xué)習科學(xué)的情境，通過(guò)互動(dòng)、體驗等方式，引導公眾進(jìn)入探索與發(fā)現科學(xué)的過(guò)程。

　　空間站是重要的太空科普教育基地，蘊含著(zhù)得天獨厚的豐富教育資源——

　　來(lái)自孩子們的奇思妙想將是后續“天宮課堂”的精彩一筆

　　記者：隨著(zhù)中國空間站后續艙段的發(fā)射，“天宮課堂”還會(huì )有更大的空間和更豐富的內容，對后續課程設計有怎樣的設想？

　　季啟明：天宮空間站在今年建成后將長(cháng)期在軌運行。按照目前計劃，今后載人飛船每年訪(fǎng)問(wèn)2次，每個(gè)乘組將在軌駐留6個(gè)月，短期內計劃每年利用2次貨運飛船補給，將在軌開(kāi)展大量的空間科學(xué)實(shí)（試）驗任務(wù)。利用人在太空的活動(dòng)可以常態(tài)化安排天地一體化的科普實(shí)驗展示、科學(xué)項目講解、太空科學(xué)課、科普視頻拍攝等活動(dòng)。我們將把“天宮課堂”打造成載人航天科普的一個(gè)精品品牌活動(dòng)。

　　后續的課程設計，我們已經(jīng)邀請了各方面的專(zhuān)家一起進(jìn)行策劃和設計，總的考慮是要進(jìn)行體系化設計。比如，將按照數學(xué)、物理、化學(xué)、生物生命、天文觀(guān)測與對地觀(guān)測、人文等學(xué)科方向，進(jìn)行體系化的課程設計。

　　除了“天宮課堂”活動(dòng)，后續圍繞中國空間站開(kāi)展的經(jīng)常性科普活動(dòng)，內容將更加豐富、精彩，形式將更加多樣化，傳播手段將更加新穎，覆蓋面將更加廣泛。

　　黃偉芬：后續的課程設計，我們將堅持已經(jīng)積累的成功經(jīng)驗和良好做法，結合每次載人飛行任務(wù)的安排和乘組特點(diǎn)，不斷擴展“天宮課堂”的授課內容，努力形成全人群、多學(xué)科、廣覆蓋的“天宮課堂”授課體系。今年我們的問(wèn)天實(shí)驗艙、夢(mèng)天實(shí)驗艙發(fā)射后空間站將全面建成，屆時(shí)航天員在軌擁有更大更舒適的工作生活環(huán)境，我們的科學(xué)家也將擁有更加強大的在軌科研能力，開(kāi)展更加豐富、前沿的科學(xué)研究，這些都為我們的課程設計提供了豐富的素材。此外，面向孩子們征集的搭載實(shí)驗項目也在按計劃推進(jìn)中，我相信來(lái)自孩子們的奇思妙想也將是我們后續“天宮課堂”的精彩一筆。

　　太空授課是載人航天科普活動(dòng)的標志性事件，后續我們也將以太空授課活動(dòng)為牽引，更多地開(kāi)展地面專(zhuān)家解讀、學(xué)生對比實(shí)驗等拓展活動(dòng)，發(fā)揮好太空授課的引領(lǐng)作用，帶動(dòng)形成一批既科學(xué)又有趣、既嚴謹又生動(dòng)的科普活動(dòng)。

　　葉菲菲：空間站是重要的太空科普教育基地，蘊含著(zhù)得天獨厚的豐富教育資源，除了科學(xué)家所做的研究和實(shí)驗之外，我想青少年自己設計的實(shí)驗也一定會(huì )有機會(huì )在空間站進(jìn)行展示。