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越多的青少年追逐“航天夢想”。航天員擔任“太空教師”，課堂設置在飛行器、中國空間站，科普專家組成員通過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，它將會為中國科普教育帶來怎樣的啟示？

　　專家：

　　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品牌——

　　激發孩子們崇尚科學、探索未知、追求創新的熱情

　　記者：“天宮課堂”上，大家特別感興趣的是一次次奇妙的科學實驗展示。耳目一新的實驗讓大家不再是“霧里看花”，對背后的科學原理也不再是“勿理物理”。看來，科普的打開方式非常重要，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科普教育活動品牌。

　　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驗室：它不僅是科學家開展空間科學、空間技術、空間應用的一個研究平臺，更是一個能夠為國家發揮綜合效益的平臺。其中一個重要方面，就是可以作為普及科學知識、弘揚科學精神、傳播科學思想、倡導科學方法的科普教育平臺。

　　空間站擁有特殊的空間環境條件，比如：微重力、強輻射、高真空、大溫差這些特殊的太空環境，航天員乘組定期輪換，長期有人在軌工作生活，計劃開展大量的科學實（試）驗，涉及諸多學科領域。利用這些天地環境差異、豐富的資源和特有的實驗條件，可以開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慣的物理現象、化學現象、生物現象等，在太空中會有很大差別，甚至完全不一樣。不僅孩子們會很感興趣，許多成年人包括我們從事載人航天工程的科學家、工程師也都覺得很有意思。而天上地下不同的實驗現象，揭示出的是同樣的科學規律。這樣一個演示和驗證的過程，本身就是一個加深對科學原理理解的過程。

　　讓航天員在空間站上實際操作一些小實驗，展示一些我們正在做的科學研究項目，不僅在內容上、形式上、效果上對孩子們具有極大的吸引力，更重要的是能帶著孩子們一起經歷“從理性的思考、到懷疑的態度、再到實證的操作，最后拓展無限的想象空間”這樣一個過程，在無形中向他們傳遞了科學精神，從而激發他們崇尚科學、探索未知、追求創新的熱情。

　　黃偉芬：科普的打開方式非常重要。隨著我國綜合實力的不斷增強，大家越來越尊重科學、也越來越需要科學，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取得圓滿成功以來，我們國家的科普教育事業取得了長足的進步，各種新技術、新理念的發展也使得科普活動的形式和內容越來越豐富多樣。在設計空間站時代的太空授課時，我們就堅持選擇符合科學原理清晰、實驗現象明顯、天地差異顯著、易于理解和展示等標準的項目，事實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、小心求證的科學精神，強調對比差異發現問題、利用問題引導探索、通過探索得到答案，這將會是后續太空授課和系列在軌科普教育活動堅持的原則。在這個過程中積累的良好做法也可以被更多的科普活動借鑒，共同推動我國的科普事業取得更大發展。

　　葉菲菲：在教學當中，我們總說的一句話是“科學就在我們身邊”。但很多時候，對于科學我們“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。為什么我們平時很少去關注這些現象呢？因為對于這些現象我們習以為常。就比如蘋果為什么會掉下來，而月亮一直在天上不會掉下來，在牛頓之前有沒有人思考過。但牛頓認真地去研究了這個大家都覺得“天經地義”的事情，于是，萬有引力定律誕生了，我們才知道，天上的星球和地上的蘋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角度去再現平時生活的現象，發現地面的生活經驗都被打破了：水油可以不分離，水滴可以拉開這么長的距離，失重除了能讓航天員飄起來，還可以做無容器實驗等。“天宮課堂”的實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，有沖突就會有情感上的觸動，會引起深度的思考，這樣就會引發學習行為。

　　小實驗，大道理，科普大發展應該有更多的科學家參與進來——

　　極其簡單現象背后的解釋，需要科學家、教育專家、科普工作者等共同配合完成

　　記者：航天員“太空教師”展示的科學實驗背后，其實是有一群科學專家的支持，有各個領域的專家多次推演討論。航天員給大家的不是簡單傳授知識，而是讓孩子們通過自己的觀察和探索找答案。我們是如何設計這些實驗的，這是怎樣一個過程？

　　黃偉芬：我們始終堅持太空授課活動的科普取向，設計這些實驗的出發點就是充分利用載人航天事業的受關注度和空間站的特殊環境，為青少年群體和社會大眾提供學習基礎科學知識、直觀感受空間站微重力特點、了解載人航天事業發展的窗口和機會。科普大發展應該有更多的科學家參與進來，因此在設計這些實驗時，我們廣泛征求了一線授課教師、科普專家、科學專家、工程專家、轉播媒體等多方面的意見建議，一方面從現有教學體系出發，選取概念清晰、現象明顯、天地差異顯著的候選項目，緊扣中小學生教學實際、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。在經過多輪專家討論和評審后，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，對實驗項目的具體操作步驟和講解內容進行針對性調整，最終呈現在大家面前的就是一個個精彩紛呈的授課實驗項目。

　　葉菲菲：簡單的實驗現象背后蘊含大道理，比如在課程設計會上，扔“冰墩墩”這個簡單的實驗，討論所花的時間才是最多的。專家們討論的并不是要不要做這個簡單的實驗，而是這個實驗的重要性、深刻性。

　　“冰墩墩”是做勻速直線運動嗎？這取決于你在哪里觀察，如果是在空間站里面看，的確走過一條直線；如果你從地面上看，“冰墩墩”走的可不是直線，而是繞著地球走過一段圓弧。一個說法是直線，一個說法是圓弧，哪個是正確的呢？如果問愛因斯坦，他會說這兩種情況沒有任何區別，是等效的。等效原理是相對論的基礎和出發點。可以看到這個實驗雖然簡單，背后卻是廣義相對論的基礎原理。但面對公眾如何簡潔、清晰、明白地展示出來是更為重要的。通過這個實驗，我們可以看到一個極其簡單現象背后的解釋，需要科學家、傳播學者、教育專家、科普工作者共同配合來完成。“小實驗，大道理”，這是第二次“天宮課堂”實驗設計的一個簡單概括，因此實驗內容不僅僅是實驗現象的展示，更要呈現實驗背后的科學原理。

　　在載人航天工程科技創新的同時，科普工作是工程的分內職責和社會責任——

　　科普教育為孩子提供了仰望星空、堅定前行的指引

　　記者：一些專家感慨，更多時候，科普是作為“見縫插針”的調劑品走進學生生活的。相信這幾次太空授課正是科普發展的新契機，會激發大家對科普更大的興趣。科普與學校教育有怎樣的區別和聯系？在“雙減”背景下，我們該如何理解科普的價值？

　　季啟明：黨的十八大以來，黨中央、國務院對科學普及和科技創新做出一系列重要部署，先后出臺了《中華人民共和國科學技術進步法》《中華人民共和國科學技術普及法》《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》等重要文件，對科普事業的重視程度越來越高。載人航天工程作為國家重大科技專項之一，應當模范踐行科技創新、科學普及“一體兩翼”的要求。在載人航天工程科技創新的同時，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責任。我們將努力通過開展具有更多中國特色、時代特色的科普活動，更好地發揚載人航天精神，傳播載人航天科學知識，講好載人航天科學故事，種下一顆科學的種子，靜待花開。

　　黃偉芬：科普教育是學校教育的重要補充，在激發學生興趣、引領學生探索方面發揮著獨特的作用。這些年我們的學校教育在不斷改革，更加注重培養學生的動手能力和科學探索精神。科普教育由于直觀、有趣、輕松等特點，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，當年許多看過神舟十號太空授課活動的孩子在后來面臨專業選擇時，毫不猶豫地選擇了航空航天相關專業。他們都說是當年的太空授課活動在他們的心中播下了熱愛科學、熱愛航空航天事業的種子，引領了他們的人生方向。我想，刻苦全面的學校教育給了孩子們腳踏實地、勇敢追夢的實力；而科普教育，尤其是載人航天事業相關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，共同使學生受益。科技館是一個開展科學普及和科學教育的場所，通過眾多的互動展品創設學習情景，是科技館所具有的獨特價值。

　　以“天宮課堂”為例，這次在科技館開的科普課與普通的學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，而主課堂的學生則位于地面課堂——中國科技館。教師與學生并不處于同一空間當中，教師并不能“直接”面對學生。在這樣一個差異的空間，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生組織在同一時間下，會出現非常多的認知之間的“碰撞”與“沖突”。突破以往的學習、生活場景，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設學習環境。中國科技館的理念是“體驗科學、啟迪創新”，通過營造在實踐中學習科學的情境，通過互動、體驗等方式，引導公眾進入探索與發現科學的過程。

　　空間站是重要的太空科普教育基地，蘊含著得天獨厚的豐富教育資源——

　　來自孩子們的奇思妙想將是后續“天宮課堂”的精彩一筆

　　記者：隨著中國空間站后續艙段的發射，“天宮課堂”還會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期在軌運行。按照目前計劃，今后載人飛船每年訪問2次，每個乘組將在軌駐留6個月，短期內計劃每年利用2次貨運飛船補給，將在軌開展大量的空間科學實（試）驗任務。利用人在太空的活動可以常態化安排天地一體化的科普實驗展示、科學項目講解、太空科學課、科普視頻拍攝等活動。我們將把“天宮課堂”打造成載人航天科普的一個精品品牌活動。

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

　　除了“天宮課堂”活動，后續圍繞中國空間站開展的經常性科普活動，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，我們將堅持已經積累的成功經驗和良好做法，結合每次載人飛行任務的安排和乘組特點，不斷擴展“天宮課堂”的授課內容，努力形成全人群、多學科、廣覆蓋的“天宮課堂”授課體系。今年我們的問天實驗艙、夢天實驗艙發射后空間站將全面建成，屆時航天員在軌擁有更大更舒適的工作生活環境，我們的科學家也將擁有更加強大的在軌科研能力，開展更加豐富、前沿的科學研究，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驗項目也在按計劃推進中，我相信來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的標志性事件，后續我們也將以太空授課活動為牽引，更多地開展地面專家解讀、學生對比實驗等拓展活動，發揮好太空授課的引領作用，帶動形成一批既科學又有趣、既嚴謹又生動的科普活動。

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