多層次太陽觀測研究科普活動

張峰

活動背景

當前，中學(xué)的天文科普教育往往是硬件投資多，開展活動少。學(xué)校把精力放在高考而忽視課外活動固然是重要原因，但也存在著一些客觀因素影響天文科普教育的開展。例如，天文觀測活動基本都在夜間，學(xué)生的安全令人擔憂；現(xiàn)在城市里光線和空氣污染都很嚴重，根本不適合進行天文觀測。這些因素使得學(xué)校價值數(shù)十萬的天文設(shè)備淪為擺設(shè)，落滿灰塵。我校另辟蹊徑，用現(xiàn)有設(shè)備對太陽進行觀測，只要天晴，太陽觀測效果都不錯，活動組織時間也能安排在學(xué)生在校期間。

活動目標

知識與技能

◇認識太陽結(jié)構(gòu)、活動規(guī)律，了解太陽對地球的影響；

◇掌握多種天文望遠鏡使用技巧，會用天文望遠鏡進行攝影攝像，會用投影法手描黑子；

◇了解空間天氣和電離層的知識，會使用電離層突擾（SID）監(jiān)測儀監(jiān)測電離層變化，學(xué)會分析監(jiān)測數(shù)據(jù)；

◇了解太陽能電池的原理，會設(shè)計一些利用太陽能的小制作。

過程與方法

◇學(xué)生能自己動手調(diào)試望遠鏡，攝影攝像，掌握天文觀測的基本方法。

◇學(xué)生通過參與國際大型聯(lián)合科普項目，了解組織科研的過程，學(xué)會一般研究方法，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，將課本知識應(yīng)用到實際研究的能力，以及在參與團體科學(xué)活動中的合作精神與協(xié)調(diào)能力。

◇學(xué)生通過動手制作太陽能相關(guān)作品，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新能力。

情感態(tài)度和價值觀

學(xué)生能夠更深刻地認識太陽，提高研究太陽的興趣，激發(fā)追求、鉆研、創(chuàng)造的精神。在參與探究和創(chuàng)造發(fā)明活動中，提升科學(xué)素養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維、科學(xué)想象、科學(xué)創(chuàng)新等能力。

參與對象與活動形式

高一年級學(xué)生約400人，原來參與天文小組活動的高二、高三年級學(xué)生20人左右。

學(xué)校天文社團每一屆招收約10名學(xué)生，這些同學(xué)對天文知識有著濃厚的興趣，掌握基本的天文觀測方法，有參與和組織活動的經(jīng)驗，這些同學(xué)可以參與一些知識要求高、創(chuàng)新性較強的課題研究。

一般學(xué)生較有興趣參與活動，但對天文知識興趣持久度不夠，這些同學(xué)可以通過校本課程的學(xué)習，了解一般知識，掌握基本科學(xué)研究方法。

活動的重點、難點、創(chuàng)新點

活動重點：搭建天文研究平臺，以太陽觀測為抓手，調(diào)動學(xué)生積極性，讓學(xué)生有機會參與天文研究。

活動難點：如何消除學(xué)生對天文活動的陌生感、神秘感，培養(yǎng)學(xué)生將課本知識遷移到新的知識領(lǐng)域，并形成解決問題的能力。

活動創(chuàng)新點：充分利用現(xiàn)有條件和已有經(jīng)驗構(gòu)建針對太陽的科普研究體系。該活動具有持續(xù)性，可以保持多年不間斷，對于不同屆的學(xué)生既有基本科學(xué)知識的重復(fù)講授，又有連續(xù)不斷發(fā)展的研究課題。該活動具有唯一性，全國高中只有我校正常開展空間天氣研究，也只有我校首先提出圍繞太陽的立體化研究。

活動內(nèi)容

太陽黑子的觀測及太陽運動研究

活動包括學(xué)會操作望遠鏡、開展太陽黑子知識講座、建立太陽黑子運動模型、獲取太陽黑子圖和使用圖像標度法測量太陽轉(zhuǎn)動。

太陽對空間天氣的影響研究

包括相關(guān)專業(yè)知識輔導(dǎo)和儀器調(diào)試，動手制作天線，學(xué)習關(guān)于“電離層突擾監(jiān)測儀”的安裝、調(diào)試及數(shù)據(jù)的處理定期上傳。在一定時間內(nèi)收集甚低頻信號數(shù)據(jù)，通過EXCEL將數(shù)據(jù)的變化曲線描繪出來。對比衛(wèi)星記錄數(shù)據(jù)，從儀器記錄的數(shù)據(jù)中尋找可能的耀斑，和GOES記錄的時間等級作比較，追蹤一個較大的耀斑，看看它在幾天前或者幾天后重復(fù)出現(xiàn)，要在什么時候消失。

太陽能相關(guān)創(chuàng)意制作

開設(shè)有關(guān)能量利用的講座，了解太陽能對地球的重要性。組織學(xué)生參觀太陽能光伏電池生產(chǎn)車間，了解常見的太陽能電池種類和各自的優(yōu)缺點。了解太陽能發(fā)電的工作原理，能夠?qū)μ柲茈姵剡M行性能測評，自己動手，利用多晶硅材料制作太陽能電池，能夠制作一些利用太陽能的小發(fā)明和小作品。

活動可能出現(xiàn)的問題和解決預(yù)案

◇學(xué)生活動時間無法保證。太陽黑子觀測可以利用上午大課間，空間天氣監(jiān)測充分利用網(wǎng)絡(luò)，突破時間和空間的限制。工程制作需要大量的時間，可以利用周末和假期。

◇語言問題。在空間天氣的研究中，學(xué)生會遇到大量的英文資料、英文網(wǎng)站，并且很多都是專業(yè)詞匯，學(xué)生在閱讀時可能會遇到困難。解決的問題是與學(xué)校的英文社團合作，幫助翻譯一些重要的資料。

◇對學(xué)生可能出現(xiàn)的畏難情緒，教師應(yīng)給予適當?shù)闹笇?dǎo)，針對問題及時引導(dǎo)，邀請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遗c學(xué)生交流。

預(yù)期效果及呈現(xiàn)形式

◇學(xué)生能夠熟練地掌握太陽觀測的方法，知道如何研究太陽運動。了解太陽能的使用，掌握基本科學(xué)研究方法。

◇學(xué)校建立以太陽研究為中心的天文基地，并對周邊的中小學(xué)起到示范和輻射作用。

◇鼓勵學(xué)生參與斯坦福太陽中心博客的交流，與國內(nèi)外中小學(xué)生探討活動。

◇能夠制作出一些有創(chuàng)新性的以太陽能為能源的小作品，學(xué)校組織個人作品展示會。

◇在研究過程中產(chǎn)生一定數(shù)量具有一定水準的研究報告或論文。

該項目獲得第30屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎。

專家評語

該方案體現(xiàn)了“三自”原則。教育目標明確，傳播的與太陽觀測相關(guān)之科學(xué)知識、方法技能和思想來源可靠，符合科技教育活動的基本規(guī)律，所設(shè)計的活動內(nèi)容和形式具有較好的對應(yīng)性，方案同時體現(xiàn)出完整性和可行性，實施后亦會產(chǎn)生較好的示范作用。建議繼續(xù)對方案進行完善，提高創(chuàng)新性，以充分發(fā)揮其提高青少年科學(xué)素質(zhì)的作用和更廣泛的示范效應(yīng)。