太空授课，中国科普教育的新契机
来源： 光明日报 发布时间：2022-04-14
从2013年神舟十号航天员乘组第一次太空授课，到2021年12月的第一次“天宫课堂”，再到2022年3月23日的第二次“天宫课堂”，太空授课吸引了越来越多的青少年追逐“航天梦想”。航天员担任“太空教师”，课堂设置在飞行器、中国空间站，科普专家组成员通过媒体为受众答疑解惑。这样高配版的太空授课是如何设计的，它有怎样的定位，它将会为中国科普教育带来怎样的启示？
专家：
中国载人航天工程办公室主任助理 季启明
中国载人航天工程航天员系统总设计师、中国航天员科研训练中心研究员 黄伟芬
中国科技馆展览教育中心副主任 叶菲菲
主持人：
本报记者 靳晓燕
“天宫课堂”是围绕中国空间站精心打造的科普教育活动品牌——
激发孩子们崇尚科学、探索未知、追求创新的热情
记者：“天宫课堂”上，大家特别感兴趣的是一次次奇妙的科学实验展示。耳目一新的实验让大家不再是“雾里看花”，对背后的科学原理也不再是“勿理物理”。看来，科普的打开方式非常重要，这对我们的科普教育有怎样的启示？
季启明：“天宫课堂”是我们围绕中国空间站精心打造的一个科普教育活动品牌。
空间站工程在规划论证之初，我们就把它定位为国家级太空实验室：它不仅是科学家开展空间科学、空间技术、空间应用的一个研究平台，更是一个能够为国家发挥综合效益的平台。其中一个重要方面，就是可以作为普及科学知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法的科普教育平台。
空间站拥有特殊的空间环境条件，比如：微重力、强辐射、高真空、大温差这些特殊的太空环境，航天员乘组定期轮换，长期有人在轨工作生活，计划开展大量的科学实（试）验，涉及诸多学科领域。利用这些天地环境差异、丰富的资源和特有的实验条件，可以开展许多在地面上难以做到的科普演示。
太空中的一些现象是非常神奇和有趣的，很多在地面上司空见惯的物理现象、化学现象、生物现象等，在太空中会有很大差别，甚至完全不一样。不仅孩子们会很感兴趣，许多成年人包括我们从事载人航天工程的科学家、工程师也都觉得很有意思。而天上地下不同的实验现象，揭示出的是同样的科学规律。这样一个演示和验证的过程，本身就是一个加深对科学原理理解的过程。
让航天员在空间站上实际操作一些小实验，展示一些我们正在做的科学研究项目，不仅在内容上、形式上、效果上对孩子们具有极大的吸引力，更重要的是能带着孩子们一起经历“从理性的思考、到怀疑的态度、再到实证的操作，最后拓展无限的想象空间”这样一个过程，在无形中向他们传递了科学精神，从而激发他们崇尚科学、探索未知、追求创新的热情。
黄伟芬：科普的打开方式非常重要。随着我国综合实力的不断增强，大家越来越尊重科学、也越来越需要科学，这对科普教育工作提出了更高要求。在神舟十号太空授课活动取得圆满成功以来，我们国家的科普教育事业取得了长足的进步，各种新技术、新理念的发展也使得科普活动的形式和内容越来越丰富多样。在设计空间站时代的太空授课时，我们就坚持选择符合科学原理清晰、实验现象明显、天地差异显著、易于理解和展示等标准的项目，事实证明我们的这套标准是行之有效的。此外，太空授课面向全国青少年群体、社会公众乃至全球，因此在授课上不追求知识多么高深、概念多么复杂，而是注重体现大胆假设、小心求证的科学精神，强调对比差异发现问题、利用问题引导探索、通过探索得到答案，这将会是后续太空授课和系列在轨科普教育活动坚持的原则。在这个过程中积累的良好做法也可以被更多的科普活动借鉴，共同推动我国的科普事业取得更大发展。
叶菲菲：在教学当中，我们总说的一句话是“科学就在我们身边”。但很多时候，对于科学我们“日用而不知”，就比如水油混合后，静置一阵自然就分层了；打篮球投篮，篮球扔出去的轨迹一定是抛物线。为什么我们平时很少去关注这些现象呢？因为对于这些现象我们习以为常。就比如苹果为什么会掉下来，而月亮一直在天上不会掉下来，在牛顿之前有没有人思考过。但牛顿认真地去研究了这个大家都觉得“天经地义”的事情，于是，万有引力定律诞生了，我们才知道，天上的星球和地上的苹果都是由同样的物理规律所支配的。“天宫课堂”最为重要的意义，是让我们可以从另外一个角度去再现平时生活的现象，发现地面的生活经验都被打破了：水油可以不分离，水滴可以拉开这么长的距离，失重除了能让航天员飘起来，还可以做无容器实验等。“天宫课堂”的实验打破了我们习以为常的固有知识体系，引起了大家与原有认知的冲突，有冲突就会有情感上的触动，会引起深度的思考，这样就会引发学习行为。
小实验，大道理，科普大发展应该有更多的科学家参与进来——
极其简单现象背后的解释，需要科学家、教育专家、科普工作者等共同配合完成
记者：航天员“太空教师”展示的科学实验背后，其实是有一群科学专家的支持，有各个领域的专家多次推演讨论。航天员给大家的不是简单传授知识，而是让孩子们通过自己的观察和探索找答案。我们是如何设计这些实验的，这是怎样一个过程？
黄伟芬：我们始终坚持太空授课活动的科普取向，设计这些实验的出发点就是充分利用载人航天事业的受关注度和空间站的特殊环境，为青少年群体和社会大众提供学习基础科学知识、直观感受空间站微重力特点、了解载人航天事业发展的窗口和机会。科普大发展应该有更多的科学家参与进来，因此在设计这些实验时，我们广泛征求了一线授课教师、科普专家、科学专家、工程专家、转播媒体等多方面的意见建议，一方面从现有教学体系出发，选取概念清晰、现象明显、天地差异显著的候选项目，紧扣中小学生教学实际、兼顾媒体传播需求；另一方面充分考虑工程约束条件，在确保在轨航天器和航天员绝对安全的基础上再讨论项目的可行性。在经过多轮专家讨论和评审后，我们还和航天员乘组保持密切沟通，根据乘组在轨尝试和练习结果，对实验项目的具体操作步骤和讲解内容进行针对性调整，最终呈现在大家面前的就是一个个精彩纷呈的授课实验项目。
叶菲菲：简单的实验现象背后蕴含大道理，比如在课程设计会上，扔“冰墩墩”这个简单的实验，讨论所花的时间才是最多的。专家们讨论的并不是要不要做这个简单的实验，而是这个实验的重要性、深刻性。
“冰墩墩”是做匀速直线运动吗？这取决于你在哪里观察，如果是在空间站里面看，的确走过一条直线；如果你从地面上看，“冰墩墩”走的可不是直线，而是绕着地球走过一段圆弧。一个说法是直线，一个说法是圆弧，哪个是正确的呢？如果问爱因斯坦，他会说这两种情况没有任何区别，是等效的。等效原理是相对论的基础和出发点。可以看到这个实验虽然简单，背后却是广义相对论的基础原理。但面对公众如何简洁、清晰、明白地展示出来是更为重要的。通过这个实验，我们可以看到一个极其简单现象背后的解释，需要科学家、传播学者、教育专家、科普工作者共同配合来完成。“小实验，大道理”，这是第二次“天宫课堂”实验设计的一个简单概括，因此实验内容不仅仅是实验现象的展示，更要呈现实验背后的科学原理。
在载人航天工程科技创新的同时，科普工作是工程的分内职责和社会责任——
科普教育为孩子提供了仰望星空、坚定前行的指引
记者：一些专家感慨，更多时候，科普是作为“见缝插针”的调剂品走进学生生活的。相信这几次太空授课正是科普发展的新契机，会激发大家对科普更大的兴趣。科普与学校教育有怎样的区别和联系？在“双减”背景下，我们该如何理解科普的价值？
季启明：党的十八大以来，党中央、国务院对科学普及和科技创新做出一系列重要部署，先后出台了《中华人民共和国科学技术进步法》《中华人民共和国科学技术普及法》《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》等重要文件，对科普事业的重视程度越来越高。载人航天工程作为国家重大科技专项之一，应当模范践行科技创新、科学普及“一体两翼”的要求。在载人航天工程科技创新的同时，科普工作不是可做可不做的事，而是工程的分内职责和社会责任。我们将努力通过开展具有更多中国特色、时代特色的科普活动，更好地发扬载人航天精神，传播载人航天科学知识，讲好载人航天科学故事，种下一颗科学的种子，静待花开。
黄伟芬：科普教育是学校教育的重要补充，在激发学生兴趣、引领学生探索方面发挥着独特的作用。这些年我们的学校教育在不断改革，更加注重培养学生的动手能力和科学探索精神。科普教育由于直观、有趣、轻松等特点，对孩子们具有很强的吸引力，而好的科普教育更是对孩子们影响深远。让我印象特别深刻的是，当年许多看过神舟十号太空授课活动的孩子在后来面临专业选择时，毫不犹豫地选择了航空航天相关专业。他们都说是当年的太空授课活动在他们的心中播下了热爱科学、热爱航空航天事业的种子，引领了他们的人生方向。我想，刻苦全面的学校教育给了孩子们脚踏实地、勇敢追梦的实力；而科普教育，尤其是载人航天事业相关的科普教育为他们提供了仰望星空、坚定前行的指引。
叶菲菲：学校教育和科技馆的科普教育应相互配合、互为补充，共同使学生受益。科技馆是一个开展科学普及和科学教育的场所，通过众多的互动展品创设学习情景，是科技馆所具有的独特价值。
以“天宫课堂”为例，这次在科技馆开的科普课与普通的学校课堂有很大的区别。三位“太空教师”位于距离地面约400千米高的中国空间站，而主课堂的学生则位于地面课堂——中国科技馆。教师与学生并不处于同一空间当中，教师并不能“直接”面对学生。在这样一个差异的空间，引起天地之间生活体验的不同，如重力水平、昼夜变化等，将处在不同空间的教师与学生组织在同一时间下，会出现非常多的认知之间的“碰撞”与“冲突”。突破以往的学习、生活场景，这正是太空授课、科技馆科普教育的魅力所在。因此，科技馆的科普教育非常强调创设学习环境。中国科技馆的理念是“体验科学、启迪创新”，通过营造在实践中学习科学的情境，通过互动、体验等方式，引导公众进入探索与发现科学的过程。
空间站是重要的太空科普教育基地，蕴含着得天独厚的丰富教育资源——
来自孩子们的奇思妙想将是后续“天宫课堂”的精彩一笔
记者：随着中国空间站后续舱段的发射，“天宫课堂”还会有更大的空间和更丰富的内容，对后续课程设计有怎样的设想？
季启明：天宫空间站在今年建成后将长期在轨运行。按照目前计划，今后载人飞船每年访问2次，每个乘组将在轨驻留6个月，短期内计划每年利用2次货运飞船补给，将在轨开展大量的空间科学实（试）验任务。利用人在太空的活动可以常态化安排天地一体化的科普实验展示、科学项目讲解、太空科学课、科普视频拍摄等活动。我们将把“天宫课堂”打造成载人航天科普的一个精品品牌活动。
后续的课程设计，我们已经邀请了各方面的专家一起进行策划和设计，总的考虑是要进行体系化设计。比如，将按照数学、物理、化学、生物生命、天文观测与对地观测、人文等学科方向，进行体系化的课程设计。
除了“天宫课堂”活动，后续围绕中国空间站开展的经常性科普活动，内容将更加丰富、精彩，形式将更加多样化，传播手段将更加新颖，覆盖面将更加广泛。
黄伟芬：后续的课程设计，我们将坚持已经积累的成功经验和良好做法，结合每次载人飞行任务的安排和乘组特点，不断扩展“天宫课堂”的授课内容，努力形成全人群、多学科、广覆盖的“天宫课堂”授课体系。今年我们的问天实验舱、梦天实验舱发射后空间站将全面建成，届时航天员在轨拥有更大更舒适的工作生活环境，我们的科学家也将拥有更加强大的在轨科研能力，开展更加丰富、前沿的科学研究，这些都为我们的课程设计提供了丰富的素材。此外，面向孩子们征集的搭载实验项目也在按计划推进中，我相信来自孩子们的奇思妙想也将是我们后续“天宫课堂”的精彩一笔。
太空授课是载人航天科普活动的标志性事件，后续我们也将以太空授课活动为牵引，更多地开展地面专家解读、学生对比实验等拓展活动，发挥好太空授课的引领作用，带动形成一批既科学又有趣、既严谨又生动的科普活动。
叶菲菲：空间站是重要的太空科普教育基地，蕴含着得天独厚的丰富教育资源，除了科学家所做的研究和实验之外，我想青少年自己设计的实验也一定会有机会在空间站进行展示。
作者：陈征《光明日报》（ 2022年04月12日 13版）
完成一次天地互联且能实时互动的太空授课，背后有一个规模庞大分工细致的科学家与工程师团队，而科普专家组的任务是遴选课程内容和协助航天员做备课工作，主要就是解决两个问题：
讲什么？
载人航天是一个综合性的大科学工程，可讲的东西很多，相关部门通过向社会征集，在选定的过程中大体遵循以下三个原则：
保证安全第一。载人航天最重要的是保障航天员的安全和空间站的正常运行，决不能因为实验器材和内容而带来任何安全隐患。
天地对比明显。天地差异明显的现象，因为“意料之外却又道理之中”的反差，更符合太空授课能激发人的好奇心和学习科学的兴趣这个目的。例如，选择地面上最熟悉的动作——走路和转身，最常见的物质——水，将其在天地之间巨大的反差作为授课的内容，就获得了很好的效果。
操作简单方便。航天员有许多任务需要完成，不给航天员增加不必要的额外负担同样是重要的考虑因素。在空间站微重力条件下，许多地面上看起来很容易的事情都变得不那么容易。如第一次授课中的太空转身动作，笔者原来的建议是由航天员仿照猫从空中落地时的“猫旋”动作来完成转身，但穿着“企鹅服”的航天员完成起来很不方便，最终选择了较为简单的“甩胳膊”方案。
怎么讲?
太空授课的主要受众是全国乃至全世界的青少年和科学爱好者，这是一个年龄跨度很大、知识基础和认知水平差异也很大的群体。神舟十三号航天员乘组用两次太空授课分工协作的方式，尽可能让这个问题得到更好解决：第一次以兴趣激发为主，通过大量精彩的实验和天地对比唤起了大家对科学、对载人航天的兴趣。第二次则留出更多篇幅来为大家详细介绍中国空间站上搭载的科学实验柜和其中正在进行的科学实验，让大家更深入地了解了作为国家太空实验室的空间站上的科学研究工作，为科学梦指引方向。
在具体授课形式上，没有做过多知识的讲授，而是强调观察、思考和问题互动的过程，更注重的是激发青少年的好奇心，进而引导青少年锻炼注意观察、主动思考的方式。青少年应在“学会已知”的基础上掌握“探索未知”的能力。通过内容和形式的结合，为培育具有创新意识和能力的“具有未来科学家潜质的青少年”奠定基础，是太空授课最大的意义。
（作者：陈征，系北京交通大学物理科学与工程学院副教授，太空授课科普专家组成员，中国科技馆科普讲师团副团长）
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