基于項目的科技教育活動分層設計范例

針對科技教育活動中普遍存在的“度淺”“面窄”等問題，本文以“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”為例，介紹了“城市夜空光度測量（項目研究）”“光學相關實驗設計（科普實驗）”“星空光害旅行團（觀測實踐）”“光污染攝影大賽（文化藝術）”等四個層次的項目活動。

科技教育活動作為素質教育理念施行的重要手段之一，是以實踐項目為載體，以發展學生的科學精神、知識與技能、方法與能力、行為與習慣為目的的教育活動。長期以來，一線教育工作者在組織科技教育活動時，往往面臨著度淺（活動研究深度不夠）、面窄（活動參與人數較少）等諸多的困擾。根據“多元智能理論”“豐富教學模式”的指導，針對不同智能類型、不同能力水平的學生設計不同方向、深度的項目活動，可以在一定程度上解決上述困擾。下面，我們以“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”為例，談談如何基于項目來實施分層次的科技教育活動。

一、活動背景

光污染是繼水、氣、聲和渣污染之后的一種新型污染，主要包括白亮污染、人工白晝和彩光污染。光污染的影響首先在于破壞天文觀測環境，歷史上天文臺因此而被迫搬遷的案例屢見不鮮。英國格林尼治天文臺早在1948年就為躲避光污染和大氣污染而遷往東南沿海環境優美、觀測條件更好的赫斯特蒙蘇堡地區。在美國、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等國，多個著名天文臺都曾幾次遷址。我國紫金山天文臺的觀測工作也全部轉移到了其他觀測站點，紫臺園區則已改建為天文博物館，以天文科普和天文旅游為主，僅保留了少量與太陽觀測有關的科研工作。

光污染的影響其實并不局限于天文觀測。居高不下的學生近視率、迷途的海龜幼崽、撞上玻璃幕墻的飛鳥、爆發性增殖的水藻、能源緊缺與氣候變暖，這些看似并無關聯的人與事，其實背后都與燈光之擾息息相關。

作為長三角地區的重要城市之一——無錫的光污染較為嚴重。在距市中心三陽廣場約6.2公里遠的天一中學校園里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天權是看不到的，獅子座的鐮刀是認不全的……在距三陽廣場16.9公里遠的斗山山頂，連仙女座大星系M31和獵戶座大星云M42都僅能勉強分辨，山腳下的路燈和遠近城鎮的光源清晰可見，天空泛著淺淺的灰白色……在與市區間隔有10公里的太湖十八灣地區竟連天頂附近的銀河都徹夜不現，三角座星系M33也必須要通過雙筒鏡才能被觀察到……

為提高學生及公眾對光污染的認識，學校針對性地引進了一批測光儀，并依托天一天文社加賀谷穰工作室（文化宣傳部）、達蓋爾工作室（學術委員會）、伽利略工作室（普及委員會）和斯科特工作室（項目辦公室），設計了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”，策劃并實施了多個文宣、教育、科普和研究性項目。

二、活動目標

知識與技能：

1.理解夜空光度、光污染的概念，了解導致夜空光度增大的主要原因。

2.掌握夜空光度分級的方法，并能運用器材測量夜空光度值。

3.了解背景光對天文觀測的影響，

學會設計反映此原理的科普實驗。

過程與方法：

1.開展觀星活動、光污染攝影與夜空光度測量活動，掌握天文觀測及夜空光度測量的基本方法。

2.了解策劃、組織活動的過程，學會科學研究的一般方法，實驗設計的一般結構。

情感、態度和價值觀：

1.了解城市對自然地理環境的改變，不合理的城市亮化帶來的環境問題，敢于解決問題。

2.在活動中，提升科學素養，發展科學思維、合作創新精神。

三、參與對象與活動形式

活動對象以天一天文社社員為主體，包括國際分社約40人，少年分社約40人，高中分社約70人，榮譽分社約20人。此外，還包括無錫市中小學天文聯合會（錫天聯）下屬成員學校約150人，以及其他相關單位的學生約300人。

活動主體——天一天文社社員參與了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環節的活動，包括項目研究、實驗設計、科普觀測和攝影活動。錫天聯成員學校、無錫市少年宮等其他相關單位的學生主要參與了科普觀測和攝影活動。

四、活動的重點、難點、創新點

活動重點：搭建天文研究平臺，以光污染研究為抓手，調動學生積極性，讓更多的學生參與到天文活動中來。

活動難點：城市夜空光度測量研

究，光污染相關實驗設計。

活動創新點：由中學發起并組織

的使用國際頂尖測光儀對城市進行高覆蓋度的夜空光度測量研究，夜天光監測站點建設在世界范圍內都具有唯一性；由中學生開展科普實驗設計與教材編寫同樣具有開創性；以光污染為主題的攝影大賽在當今世界也是少見的。

五、可利用的各類科技教育資源

1.技術指導：中科院紫金山天文臺科普部、北京師范大學天文系高爽老師、國家天文臺劉博洋博士等以技術顧問的身份，參與了“城市夜空光度測量”的相關活動指導。此外，南京大學、中國科技大學、北京天文館的專家教授們也曾多次來校指導天文課程建設。

2.團隊建設：錫天聯成員學校、無錫市少年宮等作為天一天文社緊密的合作伙伴，不僅為開展與夜空光度相關的科普活動提供了場地與學生支持，而且還有一批教師參與共同開展天文教研活動，形成了教研團隊。

3.資金支持：天一中學為開展天文教育投入了大量的資金，已多批次采購天文實驗器材如望遠鏡、測光儀、相機、野營設備、圖書等，并已建設完成天文創新實驗室一間；天文創新實驗室作為學校“STS綜合創新課程基地”的重要組成部分，還得到了省市區各級教育部門的專項建設資金支持；錫天聯成員學校、無錫市少年宮等單位也配套投入了相關的天文基地建設。

六、活動內容

“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環節的活動，包括項目研究、實驗設計、觀測實踐和攝影活動等多個層次，分別由天一天文社斯科特工作室（項目辦公室）、伽利略工作室（普及委員會）、達蓋爾工作室（學術委員會）和加賀谷穰工作室（文化宣傳部）等四大工作室具體負責。表1為各工作室的智能類型列表。

（一）主題活動一：城市夜空光度測量（項目研究）

1.選題背景及意義：

無錫作為長三角地區的重要城市之一，經濟發達，城市光污染情況總體比較嚴重，但是不同區域的污染程度也存在明顯差異。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指標，通過使用專門的測光儀器，對無錫城區進行高覆蓋度的光度測量，從而了解無錫城區整體的污染程度，不同區域的污染水平差異，以及分析光污染產生的背景，并嘗試提出防治的建議，有利于提高公眾對光污染的認識，也能為城市管理部門在優化城市燈光設置時提供參考。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案。指導學生收集、整理與夜空光度測量相關的研究論文及其他材料，對“光污染”“夜空光度”等概念進行界定，并組織編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案，就測量時間、地點、方法及報告填寫的格式予以統一規范。

（2）撰寫開題報告。指導學生撰寫《無錫城市夜空光度測量》開題報告，對研究背景、要解決的問題、選題意義及研究價值，核心概念的界定、相關現狀、參考文獻，研究目標、研究內容、研究假設，研究思路、研究計劃，預期成果等內容進行項目論證。經論證后的項目被中國教育學會地理教學專業委員會研究性學習課題專家組立項。

（3）開展測量活動。指導學生開展城市夜空光度測量活動，具體步驟有：

①儀器編號：為支持本課題組

的研究工作，學校從加拿大購置了9臺SQM測光儀，并予以編號（以分辨儀器本身存在的機械誤差）。

②路線設計：將無錫市區劃分為

不同的片區，并設計好測光的具體行

進路線和測光任務。

③實地測量：將課題組成員分成不同的小組，每組由3人組成，分別負責儀器操作、數據記錄和坐標定位，每個坐標點測5個數據，以減小誤差。

④數據處理：將測光所得的數據（經度、緯度、時間、測光值）輸入EXCEL表格，進行誤差分析，取平均值，得到各坐標點夜空光亮度的最終值。

（4）撰寫結題論文。指導學生根據開題報告中預期成果的要求對收集的數據進行不同角度的分析，并將結論撰寫成結題論文《無錫城市夜空光度測量研究》。結題論文主要結構包括：夜空光概述，測量儀器及方法，數據分析及測量結果（數據測量與分析步驟、夜空光亮度的地區分異、夜空光亮度的地區變化、夜空光亮度的地平高度及方位分異、夜空光亮度的時間變化），反思及討論等。論文發表于2015年第4期《地理教學》雜志。

3.活動效果及呈現方式：

活動進行過程中及論文發表之后，我們得到了諸多媒體的關注：指導教師受邀赴上海復旦大學為2015年第六屆全國天文社團發展論壇作了《也談高中天文社團建設》的專題報告，赴江陰為2015年第二屆無錫市高中生峰會作了《城市天文學》的專題報告。項目組還收到了國際天文學聯合會普及工作委員會及香港大學物理系的邀請函，受邀加入國際夜空光度監測網絡并赴香港大學開展項目交流與培訓。

在前期活動的基礎上，天一天文社發起成立了錫天聯、無錫城市夜空光度監測網絡兩個組織，吸引了南菁中學、青陽中學、山明中學、旺莊實驗小學等多家單位參與，將在無錫建設若干城市夜空光度監測站，并以此為抓手，開展進一步的天文教育活動。

（二）主題活動二：光學相關實驗設計（科普實驗）

1.選題背景及意義：

激發學生對科學的熱情，培養并學習掌握科學研究的方法與技能是我國進行素質教育的目的之一。科學研究的方法和技能至少應包括：分析和觀察周圍世界的技能，發現問題、提出問題、作出假設、安排實驗的技能，真實地記錄觀察結果與數據的技能，按照正確方法處理數據的技能。

天文因為不屬于中小學必修課程而不被大多數學生所了解，中學階段非常缺乏天文科普實驗或科技制作的教學內容，非常有必要利用天一天文社的資源優勢整理、設計一些科普天文實驗或制作，這些源自我們身邊的天文科學知識將極大地激發學生對天文的興趣，增加他們對天文的認識，促進天文知識在基礎教育階段的普及。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫“光學相關實驗設計”模板。指導學生學習《高中物理實驗手冊》等專業書籍，在此基礎上，編寫“光污染相關實驗設計”模板：活動目標、概念與方法、材料準備、活動步驟、活動建議、活動拓展等，同時，設計一份樣稿《在微光中辨認顏色》。

（2）開展“光學相關實驗設計”。指導學生開展“光學相關實驗設計”，具體步驟有：

①創意征集：發動學生提出光學

相關實驗（及制作）設計的創意，組織人員從投稿的創意中精選可操作性較高的方案。

②方案編寫：制訂編寫計劃，并為課題組每一位學生分配編寫方案（草案），指導他們根據模板和樣稿的格式及要求進行方案編寫。

③實驗驗證：將課題組成員分成不同的小組，每組2人，以小組為單位對所編寫的方案進行實驗驗證。

（3）組織“光學相關實驗設計”比賽。面向全校師生組織開展“光學相關實驗設計”比賽，吸引對天文有興趣、樂于動手實踐的學生參加“在微光中辨認顏色”“彗星為什么長尾巴”“簡易望遠鏡制作”等比賽，并評優頒獎。

（4）舉辦“光學相關實驗設計”科普活動。面向錫天聯成員學校、無錫市少年宮及無錫地區其他中小學、幼兒園開展“光學相關實驗設計”科普活動，針對不同年齡階段的受眾舉辦光污染科普講座或科普游戲。

3.活動效果及呈現方式：

學生編寫的“光學相關實驗設計”將被編入校本教材《中小學生天文學習指南3》，這是一本專門介紹天文相關科普實驗及科技制作的教材，受眾定位為中小學天文愛好者及天文指導教師。

上述科普實驗及科技制作被引入天文社“宇宙意識”少兒天文科普項目及“天文全球化”社區天文科普項目，作為寓教于樂的教學素材向少年兒童及社區的天文愛好者推廣。

（三）主題活動三：星空光害旅行團（觀測實踐）

1.選題背景及意義：

對業余天文愛好者來說，觀星是極大的樂趣所在。然而，嚴重的光污染正將燦爛的星空從我們身邊

奪走。

為便于普通學生及其他業余天文愛好者通過對比觀測，直觀地了解無錫各地的光污染情況，我們依托天一天文社組織的“天一觀星營”項目，開展了“星空光害旅行團”活動，帶領旅行團的團員們利用晚上的時間，去往錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數目，從而普及光污染的防治意識、夜空光度的概念。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫觀測方案。指導學生編寫觀測方案，使用最常見的目視極限星等法，即通過肉眼能觀察到的最暗星等來進行估算：選擇2個或2個以上地平高度大于40°的定標天區，數出該天區內能觀察到的恒星數目，與國際流星組織提供的表格對應來確定極限星等。同時，為便于零天文基礎的團員參與，我們設計了簡易觀測法，請同學們觀測標志性星座所在天區的恒星數量，來比較不同地點的光污染程度。

（2）開展觀測實踐。帶領旅行團的團員們利用晚上的時間，去往無錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數目。具體觀測過的地點有太湖廣場、馨和苑廣場、天一中學、斗山、保利廣場、崇安寺廣場、南禪寺廣場、安鎮高鐵新城、太湖十八灣等。（見圖9、圖10）

3.活動效果及呈現方式：

通過“星空光害旅行團”活動，結識了一批無錫地區的成年及未成年業余天文愛好者。以此為抓手，天一天文社發起成立了“無錫市業余天

文愛好者協會”QQ群。以此活動為素材撰寫的《星星都去哪兒了》發表在《天文愛好者》雜志2016年第2期。

（四）主題活動四：光污染攝影大賽（文化藝術）

1.選題背景及意義：

為推動公眾思考光污染在無錫及其所在社區的狀況，讓公眾參與光污染活動，我們發起了“光污染攝影大賽”活動。邀請公眾使用攝影設備捕捉各種光污染的畫面，從而了解及思考無錫地區乃至全世界日益嚴重的光污染問題。比賽主題分為：光污染與生態、光污染與健康、光污染與能源、光污染的分布、光污染的來源等。評選標準主要有：攝影照片視覺美感、作品說明表達技巧、光污染意涵、手法創意等。

2.活動過程和步驟：

指導學生起草“光污染攝影大賽章程”，包括組織單位、大賽目的、比賽主題、參賽資格、參賽設備、照片格式、相關權益、比賽日程、評選規則等。

章程起草完畢后，通過錫天聯官網、錫天聯微信公眾號（AUWS2015）、無錫市業余天文愛好者協會QQ群（91462404）、牧夫天文論壇無錫天協專版等渠道向外發布比賽信息。

投稿截止后，組織專家對作品進行評審，并舉辦頒獎儀式。

3.活動效果及呈現方式：

通過光污染攝影比賽，一方面間接了解了無錫地區光污染的來源、分布情況，另一方面，在公眾中對光污染進行了有效的宣傳與普及。光污染攝影作品還被制作成海報，用于專題展覽。

七、活動可能出現的問題及解決預案

1.項目研究中的技術問題：

考慮到光污染問題在大陸地區的研究仍處于起步階段，即便在世界范圍內也未引起足夠的重視，我們在開展夜空光度測量時會遇到各種各樣的技術問題。對此我們的解決方案主要是：

（1）開題報告與測量指南兩個指

導性文件必須花大力氣保證質量，保證指導性和可操作性。

（2）爭取學校在測光儀采購上的

支持，以及年級組、班主任在學生活動時間上的支持。

（3）遇到實在難以解決的技術問題，請教中科院紫金山天文臺等相關研究機構。

2.科普實驗中的素材問題：

中學生的專業知識儲備畢竟是有限的，對生活的觀察能力也仍有待提高，這直接導致了科普實驗素材的缺乏。對此我們的解決方案主要是：

（1）大量、深度閱讀中小學階段及國外的實驗手冊，學習實驗編寫的一般結構，積累與光學相關的實驗和科技制作素材。

（2）通過天文科普書籍和天文歷

史故事，尋求實驗和科技制作素材。

（3）面向全校發起光污染相關實

驗和科技制作素材的征集活動。

3.觀測實踐中的安全問題：

夜間開展天文觀測實踐活動遇到的最大挑戰是人身與財產安全問題，很多學生、家長或教師不支持天文活動也主要是對此有深深的顧慮。對此我們的解決方案主要是：

（1）與參加活動的學生簽訂合同，

并要求學校同意、學生簽字、家長簽字。

（2）統一、強制購買意外險，分擔風險。

（3）與有資質、口碑好的旅行社合作，聯系包車或食宿。

（4）對每一個觀測地點進行事先

的實地探訪，確保觀測地的安全性，遠離陡坡與水體。

4.攝影大賽中的發動問題：

攝影大賽看似簡單，就是摁一下快門的事。但真正要發動公眾參加，激發大家的熱情卻并不是一件簡單的事。對此我們的解決方案主要是：

（1）通過錫天聯成員學校的天文

指導教師，發動學生中的天文愛好者參賽。

（2）通過官網、微信公眾號、QQ群等網絡平臺推送攝影大賽比賽通知。

（3）積極聯系贊助，為獲獎選手準備證書、獎杯及獎品。

八、效果評價標準與方式

在評價的過程中，堅持“主體多元”“方式多樣”“向度多維”等原則。

1.主體多元：

在活動過程中，要求學生首先進行自評和互評，不同組別之間也可以進行他評。這有利于加深學生對評價標準的認識與理解，可以促進學生自我反思和自我發展。教師在此基礎上，對學生自評、互評及他評進行再評價，保證了評價的指導性。

2.方式多樣：

在活動過程中，靈活運用即時評價與延時評價。即時評價有利于表揚先進，糾正缺陷；延時評價則體現了尊重、關愛與期待。此外，還將口頭評價與書面評價，一次評價與多次評價，診斷性評價、過程性評價與終結性評價等多樣化的評價方式相結合，以保護學生的積極性，強化學生的成就感。

3.向度多維：

對學生的評價，不僅考查其天文基礎知識的水平高低，而且希望學生養成創新性思維和提高探究能力，可以獨立提出和開展課題研究，希望學生間多交流溝通、了解彼此與多元文化，完善自身價值體系，希望學生關注社會巨變及其對自然環境的影響，養成強烈的社會責任感。

*本文系肖明、沈新榮主持的無錫市教育科學“十二五”規劃2013年度立項課題《“項目研究”推動的“天文巡星工作室”建設研究》階段性研究成果，課題批準文號：C/D/2013/008。