探索型小學(xué)天文課程與教材建設(shè)

2022 年9 月4 日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于新時(shí)代進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)普及工作的意見(jiàn)》，強(qiáng)調(diào)“科學(xué)技術(shù)普及是國(guó)家和社會(huì)普及科學(xué)技術(shù)知識(shí)、弘揚(yáng)科學(xué)精神、傳播科學(xué)思想、倡導(dǎo)科學(xué)方法的活動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎(chǔ)性工作”。

青少年時(shí)期是學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的黃金期、非認(rèn)知能力養(yǎng)成的敏感期，相關(guān)監(jiān)測(cè)也顯示，我國(guó)青少年隨著年級(jí)升高，科學(xué)學(xué)習(xí)興趣明顯下降，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、綜合應(yīng)用能力和高階思維能力培育不足。因此，科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中的實(shí)踐教學(xué)，以及如何提升學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣，是目前教學(xué)過(guò)程中研究的重點(diǎn)方向。

天文學(xué)對(duì)于激發(fā)青少年的好奇心和想象力，增強(qiáng)科學(xué)興趣、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，具有積極的促進(jìn)作用，同時(shí)也符合國(guó)家的戰(zhàn)略需求。特別是《關(guān)于進(jìn)一步減輕義務(wù)教育階段學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)的意見(jiàn)》發(fā)布之后，學(xué)生從繁重的課業(yè)學(xué)習(xí)中解放出來(lái)，課后3 點(diǎn)半到5 點(diǎn)，是學(xué)生進(jìn)行課后學(xué)習(xí)的黃金時(shí)間，也是天文課程加入小學(xué)教育中的機(jī)遇。但同時(shí)，也遇到師資、課程、教材缺乏等一系列問(wèn)題。本項(xiàng)目在減少師資依賴(lài)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出適合中小學(xué)的天文課程和教材，加強(qiáng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的實(shí)踐過(guò)程，從而提高學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)。

主要研究問(wèn)題

根據(jù)研究目標(biāo)，項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)調(diào)研與討論，梳理出了幾個(gè)主要研究問(wèn)題，并針對(duì)問(wèn)題做了相應(yīng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

小學(xué)天文課程的課程標(biāo)準(zhǔn)

天文學(xué)是科學(xué)的一個(gè)方面，小學(xué)雖然沒(méi)有針對(duì)天文學(xué)的課程標(biāo)準(zhǔn)，但有科學(xué)課程的課程標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目組在參考《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》的基礎(chǔ)上，制訂了課程設(shè)計(jì)的總體建設(shè)核心目標(biāo)：建立初步的科學(xué)觀念；形成初步的科學(xué)思維能力；培養(yǎng)初步的探究實(shí)踐能力；樹(shù)立基本的科學(xué)態(tài)度；提升對(duì)天文的興趣。

根據(jù)小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和興趣設(shè)計(jì)合適的天文課程內(nèi)容

小學(xué)生的認(rèn)知能力有限，接受知識(shí)的水平有限，很難保持長(zhǎng)時(shí)間的注意力，他們更加著重于自己感興趣的內(nèi)容。因此，在天文課程教學(xué)設(shè)計(jì)上要多使用圖片、視頻、模型等容易引起學(xué)生興趣的方式，多安排一些需要?jiǎng)邮謱?shí)踐的內(nèi)容，例如望遠(yuǎn)鏡的組裝、觀測(cè)，開(kāi)發(fā)一些天文小游戲，比如星圖連線(xiàn)之類(lèi)的內(nèi)容。

與其他學(xué)科的融合點(diǎn)

天文課程應(yīng)該與其他學(xué)科達(dá)到相互促進(jìn)的效果。主要是在課程的內(nèi)容安排里，添加交叉部分，例如在講月球時(shí)，可以加入關(guān)于月亮的古詩(shī)文，讓學(xué)生猜想詩(shī)文中描述的是什么樣的月相；在講太陽(yáng)系時(shí)，可以涉及一些數(shù)學(xué)中圓的知識(shí)等。

課程設(shè)計(jì)方案

在課程與教材的建設(shè)過(guò)程中，采用探索性課程設(shè)計(jì)方案，從提出問(wèn)題出發(fā)，經(jīng)過(guò)探索研究與討論分析，最后進(jìn)行總結(jié)與歸納。

提出問(wèn)題

我們的教學(xué)過(guò)程是在課堂，但教學(xué)不能局限于課堂。教學(xué)應(yīng)該是基于生活的，必須與學(xué)生的現(xiàn)有生活有機(jī)融合在一起。我們的課程與教材應(yīng)該從生活出發(fā)，通過(guò)觀測(cè)日常生活現(xiàn)象、自然規(guī)律，探索生活中的天文，這也是由實(shí)踐主體——學(xué)生與生俱來(lái)的好奇心所決定的。教師在教學(xué)過(guò)程中，需要通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生對(duì)司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象進(jìn)行思考。

首先，可以從日常生活現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象背后原因進(jìn)行思考。比如，太陽(yáng)東升西落，是最常見(jiàn)的生活現(xiàn)象，但它為什么會(huì)東升西落而不是西升東落？它在天空中的運(yùn)動(dòng)軌跡是什么樣的？為什么會(huì)這樣？它的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)隨著季節(jié)變化嗎？它的運(yùn)動(dòng)速度有多快呢？能否測(cè)量一下呢？太陽(yáng)東升西落的現(xiàn)象對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是最熟悉的，大部分學(xué)生也能夠回答出來(lái)是由于地球自轉(zhuǎn)。通過(guò)從熟悉的、簡(jiǎn)單的內(nèi)容出發(fā)，先建立學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心，再逐步深入，根據(jù)學(xué)生的水平和能力，不斷引導(dǎo)其對(duì)現(xiàn)象背后的理論進(jìn)行探索。

其次，可以從學(xué)生感興趣的話(huà)題出發(fā)。小學(xué)天文課程的理念之一就是激發(fā)學(xué)生對(duì)天文的好奇心與探索欲，學(xué)生感興趣的話(huà)題就是非常好的切入點(diǎn)。比如，黑洞是怎么產(chǎn)生的？有沒(méi)有白洞？有沒(méi)有地外文明？有沒(méi)有外星人？這些都是學(xué)生非常感興趣的話(huà)題，尤其是受到《星際穿越》等影視作品的影響，對(duì)這些內(nèi)容就更加好奇了。在課程中，從這些問(wèn)題出發(fā)，更加容易調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而主動(dòng)地進(jìn)行探索。

第三，還可以從一些天文方面的新聞事件和重要天象出發(fā)。例如，2022 年7 月的“超級(jí)月亮”，2022 年11 月的月全食，還有每年的流星雨等。對(duì)于有條件的學(xué)校，可以組織學(xué)生晚上進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，對(duì)于沒(méi)有條件的學(xué)校，也可以通過(guò)視頻、照片等進(jìn)行欣賞，探索天象背后的天文內(nèi)容。什么是超級(jí)月亮？為什么會(huì)有超級(jí)月亮？它的出現(xiàn)有什么規(guī)律？這些都是可以引發(fā)學(xué)生討論的內(nèi)容。

探索研究

課堂的教學(xué)主體不再是教師，教師起到的只是引導(dǎo)作用，主體已經(jīng)由教師變?yōu)閷W(xué)生，由學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行探索和研究。不同的教材內(nèi)容，需要通過(guò)不同的方式進(jìn)行探索。

對(duì)于課程期間就可以觀察到的現(xiàn)象，可以在上課時(shí)直接進(jìn)行觀測(cè)。天文課程一般安排在“課后1 小時(shí)”，時(shí)間大概是下午3—4 點(diǎn)，在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，能夠觀測(cè)到的天體主要是太陽(yáng)，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察物體在太陽(yáng)下的影子變化，也可以使用簡(jiǎn)單的太陽(yáng)眼鏡直接觀測(cè)太陽(yáng)光球和太陽(yáng)黑子，還可以通過(guò)小孔成像的方式觀察太陽(yáng)的像，有條件的學(xué)校還可以使用帶減光裝置的望遠(yuǎn)鏡、日珥鏡等設(shè)備，觀察或者拍攝太陽(yáng)的像。

對(duì)于只有在課后才可以觀察的現(xiàn)象，可以在課程結(jié)束時(shí)，留作課后作業(yè)，讓學(xué)生在課后進(jìn)行觀察，下次課上進(jìn)行分享和討論。比如，月亮相位的變化、太陽(yáng)在1 天內(nèi)高度的變化、物體影子在1 天內(nèi)的變化等，這些都是由于時(shí)間關(guān)系無(wú)法在課堂上直接進(jìn)行觀察的，可以安排在課后進(jìn)行探索。

對(duì)于不適合進(jìn)行觀察的內(nèi)容，可以采用模型演示和手工制作等方式，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索。比如，日食、月食的形成原因，可以讓學(xué)生扮演不同的天體角色，演示天象形成的過(guò)程。再比如中國(guó)空間站的介紹，可以讓學(xué)生手工制作或者拼插簡(jiǎn)單的空間站模型，了解空間站的結(jié)構(gòu)及各部分的功能。

對(duì)于一些高年級(jí)學(xué)生，還可以讓他們?cè)谡n后搜集、查找一些課程的相關(guān)知識(shí)介紹，在下一次的課堂上進(jìn)行分享交流。

討論交流

討論交流是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的一種非常好的方式，為培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)素養(yǎng)創(chuàng)造了有利條件。課堂上，可以采用先小組討論，再當(dāng)堂展示的形式。

“三人行，必有我?guī)熝伞?，討論可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維火花，在已有知識(shí)儲(chǔ)備基礎(chǔ)上，提出更多、更新的問(wèn)題，或者對(duì)已有問(wèn)題提出更多的解決方案?？茖W(xué)就是在不斷提出新的設(shè)想、新的理論，推翻舊的體系的一個(gè)過(guò)程，討論交流有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，以科學(xué)的方式研究問(wèn)題、解決問(wèn)題。在一個(gè)測(cè)量月亮的像的大小的課堂上，學(xué)生通過(guò)討論，提出了10 多種尋找月亮的像的中心、測(cè)量其半徑的方法，而在教案上只提到了3 ～ 5種方法。在討論中，學(xué)生的思維是極其活躍的，常常能夠打破舊的知識(shí)的束縛，提出創(chuàng)新性的見(jiàn)解，這正是我們?cè)诮虒W(xué)中希望達(dá)到的目的之一。

天文學(xué)科交叉性的特點(diǎn)賦予了它更多的表達(dá)交流形式。PPT 展示、資料分享、問(wèn)題研討、互動(dòng)答辯、海報(bào)制作、科學(xué)表演等，都是對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。不同方式的交流促進(jìn)了學(xué)生各種能力的提升與進(jìn)步，稱(chēng)為學(xué)生展示自我的平臺(tái)。

總結(jié)評(píng)價(jià)

整個(gè)課程過(guò)程中，教師除了引導(dǎo)之外，還需要以旁觀者的角度，對(duì)學(xué)生在課上的表現(xiàn)作出綜合的、合理的總結(jié)與評(píng)價(jià)。天文學(xué)不是在小學(xué)課程體系內(nèi)的科目，天文課程的意義更多是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的探索精神，提高學(xué)生在各方面的綜合能力。因此，總結(jié)評(píng)價(jià)是對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)作整體評(píng)價(jià)，讓學(xué)生了解科學(xué)探索的方式，培養(yǎng)學(xué)生從科學(xué)角度解決問(wèn)題的思想，鼓勵(lì)其展示自己的勇氣，而不完全著重對(duì)天文知識(shí)的掌握程度。

教學(xué)案例：天文望遠(yuǎn)鏡的探索與實(shí)踐

天文望遠(yuǎn)鏡是天文學(xué)觀測(cè)和研究的重要工具，對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，天文望遠(yuǎn)鏡是“高大上”的設(shè)備，代表著尖端科技與神秘，本案例通過(guò)實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生揭開(kāi)天文望遠(yuǎn)鏡的神秘面紗，課程時(shí)長(zhǎng)2 學(xué)時(shí)。

學(xué)情分析

學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)：學(xué)生大部分沒(méi)有接觸過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡，但從電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體上看到過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡的照片、視頻等。

學(xué)生的興趣：對(duì)于天文望遠(yuǎn)鏡，學(xué)生有極大的好奇心與探索欲望，教學(xué)中應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生對(duì)天文的興趣，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)：學(xué)生的認(rèn)知水平和理解能力有限，需要多結(jié)合日常生活，便于學(xué)生了解相關(guān)概念。

核心素養(yǎng)

天文概念認(rèn)識(shí)：天文望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi)，伽利略與開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的基本結(jié)構(gòu)與異同點(diǎn)，反射望遠(yuǎn)鏡的原理。

實(shí)驗(yàn)探究：手工制作望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)實(shí)際觀測(cè)，比較望遠(yuǎn)鏡的異同點(diǎn)；觀察光路，了解哪些形狀的鏡子可以用來(lái)制作天文望遠(yuǎn)鏡。

教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：了解望遠(yuǎn)鏡分類(lèi)與折射、反射望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)。

教學(xué)難點(diǎn)：從實(shí)驗(yàn)探究得到的現(xiàn)象如何總結(jié)為理論。

教學(xué)過(guò)程

引入天文望遠(yuǎn)鏡的概念

教師：拋出問(wèn)題，讓學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)回答“什么是天文望遠(yuǎn)鏡？”“你們認(rèn)識(shí)的天文望遠(yuǎn)鏡是什么樣子的？”

學(xué)生：根據(jù)自身了解到的知識(shí)，在自己的知識(shí)與理解范疇內(nèi)解釋天文望遠(yuǎn)鏡。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生的認(rèn)識(shí)角度激發(fā)他們的思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提升課堂專(zhuān)注度，以問(wèn)答形式引出本節(jié)課的內(nèi)容。

講解不同類(lèi)型的天文望遠(yuǎn)鏡

教師：展示不同類(lèi)型望遠(yuǎn)鏡的圖片。

學(xué)生：聽(tīng)教師講解，了解望遠(yuǎn)鏡類(lèi)型的不同。

設(shè)計(jì)意圖：從常見(jiàn)的、學(xué)生都知道的望遠(yuǎn)鏡圖片，到學(xué)生有疑惑的，再到學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)的，打破學(xué)生對(duì)望遠(yuǎn)鏡的固有認(rèn)識(shí)，刺激學(xué)生對(duì)新知識(shí)的反應(yīng)，增強(qiáng)其專(zhuān)注度。

教師：通過(guò)日常生活聯(lián)系到望遠(yuǎn)鏡的種類(lèi)劃分，如從手機(jī)信號(hào)聯(lián)系到射電天文望遠(yuǎn)鏡，從紅外攝像聯(lián)系到紅外天文望遠(yuǎn)鏡，從太陽(yáng)光聯(lián)系到光學(xué)天文望遠(yuǎn)鏡，從紫外線(xiàn)滅菌聯(lián)系到紫外天文望遠(yuǎn)鏡，從去醫(yī)院看病拍片子聯(lián)系到X 射線(xiàn)天文望遠(yuǎn)鏡等。

學(xué)生： 聽(tīng)教師講解，了解望遠(yuǎn)鏡類(lèi)型的不同。

設(shè)計(jì)意圖：將望遠(yuǎn)鏡的分類(lèi)與實(shí)際生活聯(lián)系到一起，方便學(xué)生聯(lián)系與理解，加深印象。

伽利略式與開(kāi)普勒式天文望遠(yuǎn)鏡

教師：由第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明故事，引出伽利略式和開(kāi)普勒式天文望遠(yuǎn)鏡。

學(xué)生：聽(tīng)教師講故事，了解兩種望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明歷史。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)歷史故事，引發(fā)學(xué)生興趣，提升其注意力。

教師：講解伽利略式和開(kāi)普勒式望遠(yuǎn)鏡的制作方法，帶領(lǐng)學(xué)生制作望遠(yuǎn)鏡。

學(xué)生：動(dòng)手制作天文望遠(yuǎn)鏡。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)手工DIY 制作天文望遠(yuǎn)鏡，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，引起學(xué)生興趣，提高其積極性。

教師：帶領(lǐng)學(xué)生使用自制的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)遠(yuǎn)處的物體。

學(xué)生：使用自制望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，記錄觀測(cè)現(xiàn)象；分組討論兩種望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)現(xiàn)象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，每組派一名同學(xué)上臺(tái)，匯報(bào)討論結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、歸納總結(jié)能力，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。

光路實(shí)驗(yàn)

教師：提出新的問(wèn)題“為什么制作望遠(yuǎn)鏡要使用凸透鏡？其他鏡子是否可以？”

學(xué)生：自行探索光線(xiàn)通過(guò)不同類(lèi)型的鏡子后，呈現(xiàn)什么樣的狀態(tài)；分組討論，每組派一名同學(xué)上臺(tái)，匯報(bào)討論結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、觀察、總結(jié)能力，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果“能夠使光線(xiàn)匯聚的鏡子適合用來(lái)做望遠(yuǎn)鏡”，引出下一部分內(nèi)容，即“凹面鏡也可以使光線(xiàn)匯聚，是否也可以用來(lái)制作望遠(yuǎn)鏡？”

反射望遠(yuǎn)鏡

教師：講解第一臺(tái)牛頓反射望遠(yuǎn)鏡的歷史；帶領(lǐng)學(xué)生組裝牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡；設(shè)置比賽，分組使用組裝的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)。

學(xué)生：聽(tīng)教師講故事，動(dòng)手組裝牛頓反射式望遠(yuǎn)鏡，使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)教室黑板上的小字。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)故事吸引學(xué)生興趣；通過(guò)動(dòng)手組裝提高學(xué)生的動(dòng)手能力；通過(guò)觀測(cè)比賽調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

實(shí)施效果

在試點(diǎn)教學(xué)過(guò)程中采用了多種教學(xué)方法，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。通過(guò)圖片、音頻、視頻和小故事等形式生動(dòng)展示了知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生能夠更好地理解和掌握；通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)生思維發(fā)散性和課堂專(zhuān)注度，同時(shí)鍛煉他們的口頭表達(dá)能力；通過(guò)手工制作、模型組裝、室外觀測(cè)，讓學(xué)生自己探索與總結(jié)規(guī)律性知識(shí)內(nèi)容。通過(guò)課后反饋可知，學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容和方式比較滿(mǎn)意，課上可以緊跟教師思路，并且有很多可以“玩”的內(nèi)容；家長(zhǎng)覺(jué)得孩子可以通過(guò)課程學(xué)到新的知識(shí)，鍛煉各方面的能力，也比較滿(mǎn)意。

總結(jié)

目前，項(xiàng)目組已研發(fā)天文課程約20 節(jié)，以及相關(guān)教材，主要包含如下內(nèi)容：

總體簡(jiǎn)介：初識(shí)天文

太陽(yáng)：走進(jìn)太陽(yáng)；太陽(yáng)位置變化及應(yīng)用（一）（二）

月球：認(rèn)識(shí)月球；月相；日月食

空間探測(cè)：月球探測(cè)；中國(guó)空間站

四季星空：四季星空（春）（夏）（秋）（冬）

太陽(yáng)系：太陽(yáng)系概況；類(lèi)地行星；類(lèi)木行星；太陽(yáng)系小天體

天文望遠(yuǎn)鏡：天文望遠(yuǎn)鏡（一）（二）（三）

其他：古詩(shī)文中的天文現(xiàn)象

以上內(nèi)容初步滿(mǎn)足零基礎(chǔ)初級(jí)天文課程的教學(xué)需要，為意欲開(kāi)展天文課程而缺乏師資的學(xué)校提供了教學(xué)資源支持。未來(lái)還將根據(jù)需要設(shè)計(jì)出更多活頁(yè)式實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，供擁有各種各樣不同類(lèi)型天文觀測(cè)儀器的學(xué)校進(jìn)行有選擇性的授課。同時(shí)，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)行更多專(zhuān)題的開(kāi)發(fā)，將更多新成果、新突破直接擴(kuò)充至原有的活頁(yè)式教材中，極大地豐富天文教育資源并保持前瞻性。