[专题]青少年航天科普活动案例分析（1）

太空授课活动

2007年8月14日，美国女宇航员、教师芭芭拉·摩根在距离地球400千米的国际空间站内，向美国爱达荷州首府的学生活动中心的4—8年级学生进行了第1次视频互动教学。

25分钟时间里，摩根和其他宇航员展示了在太空中的工作、生活状态和一系列失重现象，讲述了宇航员太空生活的喜怒哀乐，并用大部分时间与学生互动，回答了诸如“在太空中通过什么运动防止骨质疏松”“太空中看星星是什么样子”“在太空中如何喝水”“做教师和做宇航员有何不同”等问题。

2013年，以我国发射“神舟十号”载人飞船为契机，中国载人航天工程办公室、中国科协和教育部共同组织开展了“神舟十号”航天员太空授课活动。6月20日上午，“神舟十号”飞船3名航天员王亚平、聂海胜、张晓光在距地300余千米的“天宫一号”实验舱中，为全国青少年上了一堂精彩的太空科普课。

这次太空授课采取天地互动课堂的形式，300多名小学到高中的学生在地面与航天员展开互动，同时，全国8万多所中小学校6000万名青少年收看了电视直播。

在太空授课活动中，宇航员王亚平作为主讲教师，在聂海胜、张晓光的协助下，向青少年演示了在太空失重环境下测量物体质量、单摆圆周运动、陀螺定轴特性、水膜和水球等5个物理实验，并与地面课堂中小学生进行互动交流，回答了同学们提出的“在天上生活用水是否循环使用”“天宫一号如何应对太空垃圾”“如何应对失重对身体的不利影响”“在天上看到的景色与地面有何不同”等问题，并寄语青少年。

青少年航天科普的形式丰富多样，其中太空授课作为最特别的一种形式，所需资源最多、实施条件最严格，相对应的，其社会关注度最高、影响范围最广，也让青少年最为向往。在历史上，仅有中美两国正式开展了面向青少年及公众的太空授课活动，活动在内容、形式上都存在着差别。

活动发展及组织实施方面

1984年，美国时任总统里根宣布由NASA发起“太空教师”（Teacher in Space）项目，希望通过这项计划将教师送入太空，通过教师的言传身教，激发下一代对科学探索的兴趣，促进科学人才的培养。

1985年7月，从事美国史、法律和经济多科教学工作的教师克里斯塔·麦考利夫经过数月的严格测试和筛选，成为美国第1位平民航天员，计划搭乘“挑战者”号航天飞机前往国际空间站开展首次太空授课。

但随着1986年1月28日“挑战者”号航天飞机的爆炸，包括麦考利夫在内的7名航天员全部遇难，美国也取消了“太空教师”项目，颁布了“普通民众不得再参与航天飞机任务”的禁令。

直到1988年，NASA启动了“教育家宇航员”项目，吸取之前的经验，这个项目要求参与的教师必须先辞去原来的工作，并接受全程宇航员训练，成为NASA的正式雇员。

这次，原先“挑战者”号太空授课项目的替补人选，小学教师芭芭拉·摩根走到台前，经过长期严格的训练，作为第1位教师航天员被选为NASA航天员第19组的一员，并于2007年搭乘“奋进”号航天飞机前往国际空间站，开展了第1次太空授课。

为推动青少年航天科普活动发展，在中国航天科技集团公司大力支持下，从2007年开始，中国科协与有关部门和单位就共同策划实施全国青少年航天科技体验系列活动。

2009年12月15日，我国第1颗科普卫星“希望一号”成功发射，开展了天地通话、“看五色土七十二变”搭载实验等活动。

2012年11月，正式确定将航天员太空授课活动列入“神舟十号”飞船飞行任务，由中国载人航天工程办公室、中国科协和教育部联合主办神舟十号航天员太空授课活动。随后，三方共同成立了由院士、教育专家、科普专家、航天员、中学科技教师、载人航天工程总设计师、航天管控等多方面人员组成的专家组，先后召开数十次专家论证会和工作协调会，进行太空授课活动内容、形式和方案的策划设计。

活动方案和授课内容确定后，航天员在相关专家和物理教师的协助下，进行了多次试讲，在正式授课前还组织了3次地面协同演练和1次天地协同演练，以保证太空授课活动的效果。最终，太空授课活动圆满成功，得到社会各界特别是青少年的极大关注，也得到党和国家领导人的高度关注和评价。

授课内容与方式方面

总体来讲，航天员在轨开展实验，以易于展示、效果直观的物体及物质在失重环境下的特性为主。此外，由于航天器载荷有限，开展太空实验需要结合飞行任务特点，在不影响任务安全和航天员健康的前提下进行。

美国太空授课采取“师生天地问答”的形式，绝大部分时间由地面学生向航天员教师提出问题，航天员再根据问题进行解答和演示。在互动过程中，芭芭拉·摩根主要进行的是太空生活的介绍和演示，向学生讲述的主要角度也是在太空中的感受，例如在升空过程中身体的状态和感觉、身兼教师和航天员双重身份的想法等，整个活动的氛围也更加活泼。

中国太空授课在设计上更为完整，地面课堂有2名物理教师作引导，在天地连接前先通过视频展示航天员的衣食住行，并讲解失重的原理。授课内容方面，注重讲解内容的经典、易懂、新颖，同时关注可操作性、观赏性和差异性，通过5个实验将牛顿力学、液体表面张力等枯燥的物理概念神奇地呈现在大家面前，同时在实验过程中也穿插了互动问答环节，与美国太空授课内容相比，难度更大，知识含量更高。

这次授课由于有了更先进的双向通话技术保障，加上固定+手持多机位拍摄的设计，以及对实验内容、实验器具、实验台尺寸等细节的多次研究，中国太空授课的感觉更为完整规范，教育和科学传播效果更显著。

围绕空间站开展的航天科普活动

围绕国际空间站开展的科普教育活动

国际空间站（ISS）是由美国、俄罗斯、日本、加拿大、巴西和11个欧洲航天局成员国花费超过1000亿美元建造而成的国际合作项目，目前已经服役近22年。教育活动和推广作为国际空间站重要的新兴应用领域之一，受到美、加、日、俄及欧洲等国的广泛关注。围绕国际空间站开展的科普活动旨在推广空间研究，宣传各国在航天领域取得的成就，开展以教育为目的的科学实验和空间主题课程。

● 美国是围绕国际空间站开展航天教育活动最多的国家，NASA还设有专门辅助学生参与太空搭载实验的部门。围绕太空实验，NASA的做法主要有：

①参加NASA的研究实验。科学家进行太空实验时让一些学生负责其中一些力所能及的工作，从而培养学生的兴趣和能力。

②为学生设置能独立完成的实验。学生在有关人员的指导下自己提出实验课题进行实验设计和实施，收集实验数据，分析实验结果，最后写出实验报告。

③在教室中完成的太空实验。学生在教室完成模拟太空相应条件的实验，或者进行空间站上专业研究人员正在进行的实验，目的是通过对比地面实验和太空实验的结果，让学生找出它们之间的差异。主要活动有学生航天实验计划（SSEP）、中学生获取地球知识观测、创新夏季计划和业余无线电台项目等。

● 俄联邦航天局通过俄罗斯航天类院校在国际空间站俄罗斯舱段开展青少年航天科普教育活动，如微小卫星释放活动，通过超微型卫星向航空学院发送语音信息和图像，支持通信会话，并通过回传视频为学生地面实验室提供和空间环境下实验的对比；“浮萍”实验，比较研究植物对液相和气相产生的不同反应。

● 欧洲航天局在2017年开展了业余无线电爱好者与航天员对话活动，让青少年了解宇航员在空间站上的生活；参与了NASA开展的“同步位置保持、轨道预定、再定向实验卫星——零重力机器人”项目，高中生以竞赛方式参与卫星编程，完成未来空间任务。2018年，欧洲航天局开展了“地球卫士种子”对比研究实验，面向1018岁青少年演示微重力环境与地球环境之间的差异。

● 加拿大航天局在国际空间站进行西红柿对比种植研究，该实验给学生提供了参与空间研究的机会。

● 日本JAXA以“在宇宙中创造新价值”和“只有在太空中才能看到”为题面向公众征集空间站实验的想法，由此产生了如“墨流水球绘画”“螺旋陀螺”“飞天”等具有文化特色和科学知识相结合的实验内容。

中国空间站科普活动和未来方向

我国计划于2022年前后建成中国空间站，近期规模100吨，可载3人。目前，围绕我国空间站开展的青少年航天科普活动除了常规展览和讲座外，以征集空间站搭载科学实验为主。

● 空间站搭载青少年科学实验方案征集活动：自2017年以来，围绕中国空间站的建造和应用，中国科协、中国科学院、中国载人航天工程办公室和中国航天科技集团公司共同组织开展“中国空间站青少年科学实验计划”航天科普系列活动，面向全国青少年征集空间站搭载科学实验方案。

● 中国空间站青少年科普传播项目：2018年，由腾讯与中国科学院空间应用工程与技术中心合作推出，面向青少年征集太空科学实验创意。

● 中国空间站青少年教育实验项目：2018年，由中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室、中国空间技术研究院载人航天总体部、中国航天科技教育联盟发起征集。

● “太空探索实验”青少年教育项目：自2018年起，由中国空间技术研究院所属钱学森实验室、载人航天总体部和中国航天科技教育联盟共同主办，面向全国在校中小学生征集太空实验项目。

以上活动都是围绕空间站实验展开的，征集到的方案在经过评审后将收录至后备库，或推荐给其他搭载需要。据了解，由中国科协主办的征集活动开发了相应配套指导手册，参与人数最多，但由于此项活动门槛较高、暂时无法实现搭载升空等因素，整体活动参与度和覆盖面一般。

由此可见，伴随着中国空间站逐步建成并投入使用，围绕空间站的科普教育内容也将不断丰富升级。通过梳理可知，国外的学生太空搭载实验经过多年发展，已经形成定期、规范化、平台化的收敛模式，特别是美国的学生航天实验计划（SSEP），已经形成从地面到太空联动的规范机制，学生提交的实验方案都是基于宇航员实际操作和空间站实际情况，NASA为学生提供了可在空间开展微重力研究的迷你实验室器材等。同时，在实验通过飞船返回地球后，还会在地面举办SSEP全国学生大会，交流分享实验结果。

在中国空间站建成后，与空间站和宇航员通联、空间与地面比较实验、卫星编程、太空种子种植、太空摄影和文化活动等也可作为青少年科普的活动内容。

本文节选自《青少年航天科普活动案例分析》，原载于《中国科技教育》2020年第6期专题“青少年航天科普活动”，作者王晓萌、张奇、王翠玉、李水奎。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。