信步蒼穹，引領(lǐng)未來
——北京市八一學校航天科普教育實踐探索

主題策劃：李銳 石家麗 盛穎霞

信步蒼穹，引領(lǐng)未來
——北京市八一學校航天科普教育實踐探索

主題策劃：李銳 石家麗 盛穎霞

少年夢航天——八一學校科普小衛(wèi)星學生研制團隊心語

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 李潞蕓

還記得在觀看發(fā)射的時候，空闊的發(fā)射場邊上，我抬起頭，仰望著參天的發(fā)射塔，四周是高矮不一、連綿不斷的群山。這里的陽光格外刺眼，寒風凜冽。厚重的積雪并不能冷卻我激動又有些緊張的心情。在聽到身后點火的指令時，我期待著、祈禱著……遠處的發(fā)射場上，突然傳來震耳欲聾的轟隆聲，火箭承載著我們的期望，在濃濃的煙霧中緩緩升起。原本以為離得很遠了，根本聽不到發(fā)射的聲音，卻沒有想到這聲音如此震撼，甚至感覺到腳下的大地在微微震動，直達心底。透過濃濃煙霧，我仿佛看到了所有人、所有機構(gòu)對我們這個小衛(wèi)星項目的付出。一代代的航天人就是在這樣的艱苦卓絕的荒漠中砥礪磨堅，終于成就了中華民族的航天偉業(yè)，圓夢飛天。我心中升起一種巨大的震撼，是感動，更是自豪。

無論將來我在哪一領(lǐng)域從事工作，小衛(wèi)星活動對我的影響是深遠的，因為任何學科任何領(lǐng)域、最本質(zhì)最基礎(chǔ)的就是要有這樣嚴謹踏實的態(tài)度與堅韌不拔的意志力。專業(yè)性知識或許會隨著時間淡去，但這種深刻持久的影響，會伴隨我一生。

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 趙澤寰

當初，我因為對航天的濃厚興趣并且希望能從中學到更多的知識而加入到這個團隊中。在我上小學的時候，每當在宇航課中看到楊利偉、景海鵬等宇航員遨游在太空中，當看到哈勃望遠鏡拍到的一張張絕美的星空圖片時，我都會對浩瀚的宇宙產(chǎn)生強烈的好奇心，這或許也是我對航天產(chǎn)生興趣的開始吧！

發(fā)射后的遙測工作，也是整個過程中最有意義的活動之一。在學校的地面站中，一臺臺電腦上顯示著各式各樣的數(shù)據(jù)和圖像，經(jīng)過老師的培訓(xùn)后，我們便開始日復(fù)一日地監(jiān)測、采集各種數(shù)據(jù)。每一次過頂都是一次全新的體驗，也是一次挑戰(zhàn)，身為數(shù)據(jù)記錄員的我每一次都需要準確地記下遙測發(fā)回的數(shù)據(jù)，一旦記錄錯誤就沒有補救的機會。在記錄之后我們還有最后的總結(jié)。每當我們看到發(fā)回的數(shù)據(jù)變?yōu)榱藞D像和波形圖時，總會有一種收獲滿滿的感覺。

小衛(wèi)星活動給我們帶來了很大的收獲，讓我們學會了如何去更好地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并更好地通過合作和串聯(lián)知識的辦法，去將問題優(yōu)化和解決。

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 李嘉行

經(jīng)過一個暑假的基礎(chǔ)理論學習和航天院所參觀，我們已經(jīng)消除了對衛(wèi)星的神秘感，開始對動手“玩兒真的”躍躍欲試。然而，專家老師的第一個問題就問住了我們：你們的小衛(wèi)星能干什么?是啊，我國的航天前輩們已經(jīng)發(fā)射了許多衛(wèi)星，通訊的，導(dǎo)航的，氣象的，照相的……那么，我們八一學校的小衛(wèi)星發(fā)射上去后，要做些什么？研制團隊的隊員們開始了頭腦風暴。

同學們天馬行空，各出奇招：VR（虛擬現(xiàn)實）照相，這樣信息傳回地球后，接收到的人們就可以身臨其境，感受從太空鳥瞰地球的震撼；加速離軌清理太空垃圾；跟蹤拍攝霧霾；搭載八一校歌……

一共設(shè)計了十幾種衛(wèi)星載荷，大家逐一上臺講解演示自己的構(gòu)想，然后專家老師們進行分析點評，最終決定搭載對地拍攝、無線通訊、音頻傳輸和快速離軌試驗四種載荷。

習總書記走進八一學校小衛(wèi)星課堂

功能模擬衛(wèi)星制作

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 劉黎明

還記得暑假時，我們走進了航天五院，參觀了東方紅系列衛(wèi)星平臺、“風云”系列氣象衛(wèi)星、早期返回式衛(wèi)星和中國即將建設(shè)的空間站等飛行器，領(lǐng)略了中國航天從創(chuàng)立之初開始經(jīng)歷的點點滴滴，感受到了如今中國航天實力的強大，同時，這次不同尋常的參觀也使我們對衛(wèi)星有了一定的了解。

衛(wèi)星研制是需要知識底蘊的。因此為了提高我們的專業(yè)水平，學校和航天科技教育集團特地為我們請了無線電、電源、星務(wù)等專業(yè)領(lǐng)域的專家給我們講課。這對我來說是十分難得的學習機會。

之后，我們還在老師的帶領(lǐng)下，大膽展開想象，通過設(shè)計、繪圖、接線，制作出了模型衛(wèi)星。雖然模型衛(wèi)星與真正上天的衛(wèi)星有很大的差距，但卻融入了我們許多新奇的想法。這些想法經(jīng)過論證后，有四項最終被選為衛(wèi)星真星的有效載荷——傳輸校歌、通信中繼、拍照和主動加速離軌實驗。

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 孫博天

在科普小衛(wèi)星研發(fā)系列課程中，我和小衛(wèi)星團隊的其他成員們不僅學到了知識，更為航天人的精神所打動。從課程的開始到現(xiàn)在，我們始終感受著老師們和航天專家們嚴謹踏實的作風。

或許最開始我們只是抱著一種玩玩的心態(tài)來參與這項活動，但現(xiàn)在它已經(jīng)變成了我們生活、學習的一部分。從一開始的應(yīng)付了事，到如今的執(zhí)著付出、刻苦鉆研；從一開始的自我減負到完成目標，再到超額完成任務(wù)，盡自己一切所能去做得更好。在我們與老師和專家團隊的交流中，我們從未聽到過諸如“不錯”，“很好了”之類的“好好先生”似的話語。他們總是一針見血地將我們成果中的不足指出來。當然，對我們的閃光之處，也絕不吝贊美之詞。

受到這種航天精神，或是說航天習慣的影響，我們也漸漸產(chǎn)生了一股拼勁兒。我們在這種疲勞卻充實的科研學習過程中，獲得了知識與品質(zhì)的雙重收獲。

八一學校小衛(wèi)星研制團隊成員 呂清城

作為一名在八一學校就讀了五年的科技特長生，從進入校園的第一天起，我就一直處于學校的科技培養(yǎng)中。說起八一學校在科技教育方面的投入，沒人比我更清楚。在準備比賽時，從窩在一個小小的訓(xùn)練室中用老舊的設(shè)備進行道具制作到坐在明亮的科技中心，操控著自動機床、3D打印機等尖端產(chǎn)品。科技方面的設(shè)施已經(jīng)大有不同，大量科技元素也隨之融入了校園。實驗樓中的各類展板、嶄新的科技教室等，這些隨處可見的科技產(chǎn)品在豐富了校園生活的同時，也在同學們的血脈中埋下了科技的種子。

外面的世界很大，我們要學習的還很多。這次科普小衛(wèi)星研制計劃在校園中的開展也為我們打開了一扇全新的大門——一扇通向更廣闊的未來世界的大門。來自科技領(lǐng)域前沿的專家們帶來了最新的設(shè)備以及我們未曾了解的知識。這些都使我們明白，站得越高，視野也就越大，為此，我們需要的是更新、更多的知識——不僅僅是課本中的，更是那些在未來的發(fā)展中極為重要的知識。

未來已經(jīng)到來，只是尚未流行——以建設(shè)世界一流科技高中為目標導(dǎo)向的航天科普教育

朱凱/北京市八一學校副校長

張剛/中國航天科技國際交流中心研究員

世界知名的發(fā)明家、思想家及未來學家，奇點大學創(chuàng)辦人、校長雷·庫茲韋爾在《奇點臨近》一書中指出，“隨著納米技術(shù)、生物技術(shù)等呈幾何級數(shù)加速發(fā)展，未來20年中，人類的智能將會大幅提高，人類的未來也會發(fā)生根本性重塑。在‘奇點’到來之際，機器將能通過人工智能進行自我完善，超越人類，從而開啟一個新的時代。”“加速技術(shù)是奇點大學關(guān)注的焦點，我們正處在這樣一個時期——只有融會貫通地運用高速發(fā)展的新技術(shù)，才能解決人類面臨的環(huán)境、能源、健康、醫(yī)療和貧困等難題。奇點大學已做好準備培養(yǎng)未來的領(lǐng)導(dǎo)者，以建設(shè)一個更富創(chuàng)意且碩果累累的未來世界。”美國科幻作家威廉·吉布森也曾說過，未來已經(jīng)到來，只是尚未流行。

當下的學校教育就處于這樣一個奇點時代。那么，如何才能使我們的教育能夠更快更好地適應(yīng)這樣一個時代，適應(yīng)如凱文·凱利在《必然》一書中提出的未來發(fā)展的12個關(guān)鍵趨勢——形成／成為（Becoming）、認知（Cognitive）、互動（Interacting）、使用（Accessing）、分享（Sharing）、屏讀（Screening）、流動（Flowing）、重混（Remixing）、跟蹤（Tracking）、過濾（Filtering）、提問（Questioning）、開始（Beginning），從而讓我們的學生能夠站在時間與空間的高度上理解世界，成為下一輪教育改革能否取得成功需要解決的問題。

基于這樣一個迎接挑戰(zhàn)的時代背景，北京市八一學校將目標設(shè)定為在2030年前，將學校建設(shè)成為世界一流的科技高中。科技高中是美國基于未來人才培養(yǎng)的挑戰(zhàn)而正在興起的學校辦學熱點，這些學校突出STEM特色，強調(diào)科技學科建設(shè)和基于“PBL（項目式學習）”的學習過程。八一學校在認真研究國外典型學校的基礎(chǔ)上，提出聯(lián)合中國航天科技集團，借助中國航天的科技力量，以航天科技教育為突破口，全面帶動學校科技特色高中的建設(shè)。

八一學校航天科技教育課程體系

（一）課程體系重要性的認識

對于中學教育而言，課程是實施教育活動的主體形式，對于航天科技教育也是如此。八一學校在航天工業(yè)體系的支持下實施的科普衛(wèi)星工程定名為“中學生科普衛(wèi)星研制、應(yīng)用與課程開發(fā)工程”，即充分說明了整個工程對相關(guān)課程的重視程度。從工程的執(zhí)行效果來分析，正是由于重視以衛(wèi)星為代表的航天科學課程的開發(fā)，才使得學校在持續(xù)開展航天相關(guān)科學教育方面有了教學載體和抓手。

（二）課程框架的設(shè)計原則

八一學校在設(shè)計航天科技教育課程時充分遵循以下原則：體現(xiàn)航天科技的典型特征和基本內(nèi)涵；適用于中學生的認知特點；激發(fā)學習興趣，兼顧傳授知識和訓(xùn)練工程思維；適度結(jié)合航天的工業(yè)體系，既降低門檻讓學生接觸航天工程，又讓學生了解課程與工程的真實差距；建立航天主干課程，逐步實踐完善。

（三）航天科技教育課程體系

課程根據(jù)受眾對象分為：初級科普課程、中級工程課程和高級項目實踐三個級別。

初級科普課程，以知識傳授為主，包括天文學概念、人類航天探索歷史重要史實、典型的重大航天工程概念、航天科技的發(fā)展與人類社會和生活、貼近生活的航天應(yīng)用、中國航天精神和愛國傳統(tǒng)等；授課形式主要是不同規(guī)模的講座、論壇,基地、博物館和教育基地的參觀，挑選和提供航天科普讀物作為輔助，或開發(fā)一系列的掛圖、演示動畫、靜態(tài)展示的模型、局部可操作的儀器等輔助教具。

中級航天工程科學課程，包括航天工程的構(gòu)成要素、基本科學原理、典型航天工程（如以衛(wèi)星為例）的研制過程、衛(wèi)星平臺各主要分系統(tǒng)（如結(jié)構(gòu)與總體、電源、熱控、姿態(tài)控制、測控、星務(wù)及數(shù)據(jù)管理等）和典型的載荷系統(tǒng)（如星地無線電通聯(lián)、對地觀測等）的原理和構(gòu)成、運載系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、宇航員生命保障系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊/導(dǎo)航/遙感/科學實驗等典型的應(yīng)用原理和實踐、深空探測基本概念、各種航天新概念和新技術(shù)探索實踐等，從科學知識的傳授,逐步提高到科學方法的訓(xùn)練和科學精神的養(yǎng)成上來，授課形式也加入多種多樣的實踐環(huán)節(jié)，如多維體驗、動手實踐、各種小制作、探究性試驗、跟隨專家的研究性課程；課程可以是列入校本的通用技術(shù)課、課外實踐課、興趣小組/隊/營的課程、科技比賽技術(shù)規(guī)范等。

高級航天創(chuàng)客實驗室的創(chuàng)新實踐項目,以中級課程為基礎(chǔ)，增加科技探索的理論和實踐課程，結(jié)合衛(wèi)星（或火箭等）開展以有一定工程實現(xiàn)為目標牽引的科學創(chuàng)作活動，多人、多學科甚至跨校、跨產(chǎn)學研用相結(jié)合的組建項目團隊；成果可以是達到真正可工程應(yīng)用的單機、分系統(tǒng)甚至是整系統(tǒng)，與航天工業(yè)界結(jié)合開展應(yīng)用試驗，技術(shù)水平和創(chuàng)新能力力爭達到業(yè)界較高、可專利化和工業(yè)轉(zhuǎn)化的高度。

“八一 少年行”衛(wèi)星項目式航天科學課程設(shè)計

在上述指導(dǎo)原則下，來自航天領(lǐng)域的專家和八一學校的教師聯(lián)合組成課程設(shè)計和教研團隊，結(jié)合科普小衛(wèi)星工程的進展和學校科技教育的基礎(chǔ)和特點，開展了多種形式的航天課程設(shè)計，包括面向全體學生的科普式教學、面向部分學有余力的學生開展的功能模擬衛(wèi)星設(shè)計與制作課程；面向確定的學生設(shè)計團隊開展的衛(wèi)星專業(yè)分學科實踐；面向衛(wèi)星地面站及衛(wèi)星在軌運行的衛(wèi)星測控與應(yīng)用課程等。

（一）航天科普課程

這類課程是航天科學教育的基礎(chǔ)和起點，多以科學講座、展覽展示、科學體驗、實踐活動等形式進行。目前，開展過“航天基礎(chǔ)知識講座”“院士專家進校園”“航天最新動態(tài)報告會”等面向全體初中或高中學生的講座報告，也借助學校的科技節(jié)組織了一定規(guī)模的航天模型展覽及相關(guān)知識體系的展示；學生科技社團及科技興趣組等引導(dǎo)并延續(xù)了衛(wèi)星觀測、北斗導(dǎo)航趣味應(yīng)用、月球車及虛擬發(fā)射場等活動；開放式實踐活動中學生在每次三個學時的學習單元中動手實踐了探月軌道設(shè)計、衛(wèi)星防隔熱、衛(wèi)星遙感、世界航天發(fā)射中心大揭秘、宇航服中的生理探測、模型衛(wèi)星學習與制作、模型火箭制作與發(fā)射等幾十種科技實踐課程。

（二）功能模擬衛(wèi)星設(shè)計與制作課程

這部分課程面向?qū)萍蓟顒印⒑教熘R感興趣并且學有余力的部分學生，針對中學階段的學習特點開發(fā)，具有配套的教學設(shè)備和套件。在本課程中心，學生虛擬參與衛(wèi)星工程研發(fā)的流程，從衛(wèi)星應(yīng)用目標的設(shè)計開發(fā)，到功能展示衛(wèi)星的設(shè)計、制造和地面測試以及功能演示的全過程，學生基于對衛(wèi)星如何服務(wù)于人類社會的理解和設(shè)定，借助地面環(huán)境的現(xiàn)代常規(guī)電子工業(yè)部件以及機電復(fù)合式系統(tǒng)的完成衛(wèi)星平臺的功能設(shè)計，賦予這些系統(tǒng)以航天工程的背景和含義，設(shè)計并集成一顆地面的功能模擬“衛(wèi)星”，通過與地面計算機進行聯(lián)合試驗，體驗航天的工程過程和系統(tǒng)工程的基本規(guī)律。

（三）分學科專業(yè)的衛(wèi)星研制實踐

該課程借助高等院校的航天學院及其實驗室設(shè)施開展教學，包括衛(wèi)星總體與星箭分離機構(gòu)、衛(wèi)星電源系統(tǒng)、衛(wèi)星測控與通信、衛(wèi)星星務(wù)管理與程序設(shè)計、衛(wèi)星軌道設(shè)計、小微衛(wèi)星姿態(tài)控制原理等，這些課程在中國航天科技國際交流中心統(tǒng)一組織下，借助航天工業(yè)或高等院校航天院系等的基礎(chǔ)教學設(shè)施，面向中學生的學習特點進行定制開發(fā)而形成，選取衛(wèi)星相關(guān)各專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)概念和原理,借助實體化的試驗設(shè)施和教具，使中學生能夠?qū)W習該專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識和實踐操作,培養(yǎng)對航天專業(yè)的興趣和探索的欲望。

電性星結(jié)構(gòu)組裝

前往太原發(fā)射中心完成星箭聯(lián)調(diào)

“八一·少年行”衛(wèi)星交付火箭方

“八一·少年行”衛(wèi)星研制團隊宣誓

由于航天專業(yè)分支較多，學生開展教學時往往要選擇某一個專業(yè)開展實踐，所以課程執(zhí)行中特別注重了不同專業(yè)的學習小組及時進行全班的教學分享，由學生分組向全體學員匯報本組技術(shù)領(lǐng)域?qū)W習心得并對其他專業(yè)提出必要的接口需求，一方面使學生們能夠較全面地了解其他專業(yè)方向的基本情況，另一方面航天工程本身就需要各種專業(yè)技術(shù)相互融合，在工程任務(wù)中各個專業(yè)相互協(xié)作，通過系統(tǒng)間/分系統(tǒng)間的接口實現(xiàn)航天系統(tǒng)工程的“分解-集成”的過程。另外，這部分工程實踐后，還應(yīng)該安排學生對衛(wèi)星飛行階段正樣件的研制過程進行實地參觀和體驗，這也是學生全程參與航天工程的重要組成部分，限于現(xiàn)實條件，這種工業(yè)部門的實地學習也是課程的組成部分，但課程的執(zhí)行和評價相對較難控制。

（四）衛(wèi)星測控與應(yīng)用

課程以八一學校發(fā)射小衛(wèi)星、建立衛(wèi)星地面接收站為背景，目標在于使學生了解衛(wèi)星測控相關(guān)基礎(chǔ)知識及應(yīng)用，培養(yǎng)學生對航天科技的興趣和探索的欲望，通過理論講解、動手實踐、團隊交流合作等環(huán)節(jié)提升學生的綜合素質(zhì)。課程將衛(wèi)星測控的專業(yè)知識結(jié)合實際案例，通俗易懂地講解，使學生明白衛(wèi)星發(fā)射完成后，如何追蹤衛(wèi)星軌跡，如何接收下行數(shù)據(jù)以及如何發(fā)送上行指令對衛(wèi)星進行控制。課程的理論部分無線電波、衛(wèi)星軌道、多普勒頻移等知識緊密地與高中物理、數(shù)學相關(guān)聯(lián)，有助于學生把基礎(chǔ)課程與其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用相結(jié)合。實踐環(huán)節(jié)天線的制作焊接、轉(zhuǎn)臺的組裝、實地接收在軌衛(wèi)星信號并試驗地面數(shù)據(jù)處理，有助于提高學生動手能力。最終衛(wèi)星自動追蹤系統(tǒng)的搭建有助于學生形成對測控系統(tǒng)認識的完整框架，激發(fā)學生對空間科學的興趣。

未來20年中，人類的智能將會大幅提高，人類的未來也會發(fā)生根本性重塑。

八一學校航天課程教學實踐過程

課程框架與項目進展相互支持和融合：課程體系的規(guī)劃和設(shè)計與八一科普小衛(wèi)星的項目執(zhí)行過程密切配合，相互支持，共同落實工程的服務(wù)中學基礎(chǔ)教育改革實踐的大目標。

聯(lián)合教研組的組建和促進課程內(nèi)容豐富和實用的機制建設(shè)：課程設(shè)計和實施由航天各專業(yè)的專家與八一學校科學教育的教師聯(lián)合組成課程教研組，發(fā)揮各自在航天工程專業(yè)、基礎(chǔ)教育理論和實踐等方面的優(yōu)勢。其中，航天專家方面由主承擔單位工程總師牽頭組成骨干團隊，根據(jù)課程體系不斷擴展的需要邀請航天專業(yè)的離退休專家、在職工程師、高校航天專業(yè)教研室和航天行業(yè)的科普中青年志愿者隊伍等組成動態(tài)的課程研發(fā)團隊。

課程教具的確定和不斷完善：課程在實施中所需要研發(fā)或改造的教具、器材等借助學校的實驗室建設(shè)、專業(yè)的創(chuàng)客機構(gòu)和組織支持聯(lián)合開發(fā)、成果共享等方式完成。

教學中間階段的評價和激勵：按照教育學的基本理念，每次課程實施的中間階段應(yīng)酌情安排必要的評價和激勵機制，從而滿足課程完善及教學評估等方面的需要。

教學實施過程中的質(zhì)量保證：課程研發(fā)和實施過程中借鑒航天工程的成功經(jīng)驗，注重了質(zhì)量保證的工作落實。在課程體系確立、關(guān)鍵課程實施環(huán)節(jié)、核心教具交付等節(jié)點均引進同行專家，由經(jīng)驗豐富的航天和科普教育的專家對課程情況進行質(zhì)量審查，及時發(fā)現(xiàn)問題、提出改進意見和建議。

教學檔案記錄和統(tǒng)計分析：詳盡的課程資料收集和檔案記錄分析也是保障課程執(zhí)行效果的重要手段，課程在執(zhí)行過程中由助教承擔記錄和收集整理的職責，借助日益強大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動終端、手機數(shù)碼影像等技術(shù)手段，及時反饋統(tǒng)計信息，并形成課程資源包。

經(jīng)驗總結(jié)與建議

（一）普適與精英教學

航天科技教育課程應(yīng)面向大眾，承擔普適教育的職能，課程體系中的科普教育、衛(wèi)星測控應(yīng)用等絕大部分中學生能夠適應(yīng)，但是由于以衛(wèi)星為典型代表的航天工程包含的技術(shù)領(lǐng)域和專業(yè)比較多，稍深入到工程中以衛(wèi)星試驗研制項目牽引的課程體系還是需要學生具備較好的數(shù)學、物理等基礎(chǔ)，課程的學習需要投入時間較多，對于初高中的學生而言，還是適合學有余力的學生參加。

（二）如何“搭梯子”實現(xiàn)概念升華

對于適用于中學的科學課程而言，充分斟酌、仔細設(shè)計適合于學習階段的教學過程，“搭”好梯子非常關(guān)鍵。在本工程中，教研組在針對某個專項領(lǐng)域設(shè)計課程時，在概念覆蓋“全”，還是選擇中學生能夠理解和實踐的典型概念的“精”方面，重點突出了課程的典型性和趣味性，以激發(fā)學生對航天的探索，滿足實際動手的愿望為主要目的。這時候“梯子”不宜太高太長，可以在課程結(jié)束后作為延展的部分鼓勵學生自主探索。

（三）教學評價的問題

基于科技教育的特點，航天課程如何評價實施效果也是擺在教研組和工程管理面前的問題，通過課程本身的考核成績、滿意度調(diào)查或者師生反饋等可能都不太全面，參加了航天科學課程的學生是否提高了對科學的學習興趣、對物理和數(shù)學等校本課程的學習能力、航天科學課程對學生各項指標的變化的貢獻度等，都需要在后續(xù)的課程設(shè)計和實施中不斷積累評價方法和數(shù)據(jù)。

經(jīng)歷，即是意義

陶祥明/北京市八一學校教師

陶祥明（右一）與學生在太原衛(wèi)星發(fā)射中心

大概在十年前，我上高二的時候，作為錢學森班的一員，有幸去太原看過一次火箭發(fā)射，翻看當時留下的發(fā)射成功紀念封和在一篇報紙上寫的觀看發(fā)射感受，使勁回憶當初觀看發(fā)射的情景，但似乎還沒有太多對于火箭或者衛(wèi)星的概念。十年后，很巧也是在太原，作為老師，我見證了北京市八一學校的學生們親手將我國首顆中學生科普小衛(wèi)星送入太空，在整個研制過程中，也見證了小衛(wèi)星團隊成員的成長。

2016年4月24日，我在新聞里看到了我們學校開啟了首顆中學生科普小衛(wèi)星的課程，起初也沒想到接下來半年多的時間就實現(xiàn)了“發(fā)一顆衛(wèi)星”的小目標。回想招募的時候，這些學生大部分是憑著興趣加入，通過參觀和講座讓這些幾乎零基礎(chǔ)的學生對衛(wèi)星和火箭有了初步的了解。

隨后，他們進入了功能模擬衛(wèi)星階段，每個組都為自己的模擬衛(wèi)星設(shè)計了不同的任務(wù)，如射電望遠鏡、VR全景拍攝太空、下傳北京市八一學校校歌音頻文件、天地互動游戲、探索磁單極子和通信中繼等，其中讓我印象最為深刻的是，有一組學生提出，目前近地軌道上廢棄的航天器和衛(wèi)星很多，如果設(shè)備在完成任務(wù)后，還停留在軌道上，就會浪費寶貴的軌道資源，他們組想在這顆小衛(wèi)星上設(shè)計一個減速帆，在衛(wèi)星壽命末期開啟加速離軌讓出軌道資源。

這個想法也贏得了專家們最多的掌聲。雖然功能模擬衛(wèi)星和真正上天的衛(wèi)星差距很大，但正是通過功能模擬衛(wèi)星，這些學生開始將自己平時學到的知識和技能與看上去離自己很遠的航天科技聯(lián)系起來，這也讓他們開始主動去探索航天領(lǐng)域。

后來學生們前往南京理工大學進行電性星的學習，期間我們的正樣衛(wèi)星遇到了一些問題，老師們在潔凈間里連夜處理，而學生們則在隔壁的教室熱火朝天地準備第二天的匯報答辯，老師們勸了好幾次都不愿意回去休息。

聽學生們講，南京理工大學衛(wèi)星實驗室經(jīng)常是一晚上不關(guān)的，有時候臨近衛(wèi)星出廠，經(jīng)常會遇到各種各樣的問題，甚至需要連著熬上好幾天。看著潔凈間里處理問題的老師和教室里準備答辯的學生們，我想這或許就是一種傳承吧，雖然我們經(jīng)常提航天精神，但這樣的言傳身教才是最可貴的。

衛(wèi)星研制完成后，學生們又幾次前往太原發(fā)射場完成星箭聯(lián)調(diào)和發(fā)射準備的工作，在完成發(fā)射任務(wù)后，乘坐晚上的列車趕回北京，深夜在餐車里坐滿了寫作業(yè)的學生，他們也許只是在補因為參加活動而落下的課程，看似平常，但現(xiàn)場卻感動了很多人，列車員也一次次地推遲了熄燈的時間，我不知道這些學生是因為參加活動受到感染，還是他們本來就是這么的優(yōu)秀。

2017年1月，北京市八一學校、中國航天科技國際交流中心、北京航空航天大學、北京理工大學、南京理工大學、中國人民大學附屬中學、西安交通大學附屬中學七家成員單位共同發(fā)起成立“中國航天科技教育聯(lián)盟”，希望將航天課程推廣到更多的學校，讓航天科技教育“遍地開花”。

我們學校在每周六上午，給高一學生開設(shè)了衛(wèi)星測控與應(yīng)用、功能模擬衛(wèi)星設(shè)計和北斗衛(wèi)星這三門與航天相關(guān)的課程。航天科技教育聯(lián)盟的中學生科普衛(wèi)星零二星，也已經(jīng)在鹿泉市第一中學啟動，命名為“西柏坡號”，鹿泉一中的幾十名學生將和八一學校的學生一起完成零二星的研制，開啟他們的衛(wèi)星征程。作為課程實施的老師，我們也會抓緊完善課程體系和總結(jié)活動實施的經(jīng)驗，爭取讓越來越多的中學生能夠參與到小衛(wèi)星研制的過程中來。

有不少人都問過我一個問題，參與小衛(wèi)星項目對于這些學生有什么影響，從目前的情況來看，半年來的衛(wèi)星項目并不會直接導(dǎo)致學習成績的改變，因為他們學習到的相關(guān)知識與目前傳統(tǒng)課堂中講授的內(nèi)容交集還不是很多。但是因為小衛(wèi)星項目，讓他們在高中階段就接觸到了專業(yè)的航天知識，有機會參與到實際的工程項目實踐中，也能夠站在哈佛論壇、春晚及央視的舞臺上，談收獲與感受，號召全國的青少年一起學科學愛科學，更重要的是，讓他們感受到了航天人身上那種艱苦奮斗、勇于攻堅、開拓創(chuàng)新和無私奉獻的航天精神。我想這也許就是小衛(wèi)星項目帶給他們的意義吧。

或許未來這幾十名中學生大部分不一定會從事與航天相關(guān)的工作，但正如沒有什么經(jīng)歷是沒有意義的，他們在活動中經(jīng)歷的東西，一定會在他們未來的某一時刻幫助到他們，就好像和十年前在太原看過發(fā)射的我后來體會到的一樣吧。

讓航天科普教育“遍地花開”——訪中國航天科技國際交流中心副主任、中國航天科技教育聯(lián)盟秘書長周岫彬

本刊記者/石家麗 盛穎霞

周岫彬

《未來教育家》（以下簡稱“未”）：當時在八一學校開展中學生科普衛(wèi)星研制活動，是基于什么樣的設(shè)想？

周岫彬（以下簡稱“周”）：2015年年底，我和八一學校副校長朱凱在一次交流中，談到我到以色列出差，發(fā)現(xiàn)他們的中學生在做小衛(wèi)星，我想以色列的中學生能做，我們的中學生是不是也可以。朱凱校長同意并支持我的想法。就這樣，這個中學生參與研制衛(wèi)星的創(chuàng)意初步達成了共識。后來，我們經(jīng)過多次溝通、交流、協(xié)調(diào)，弄清楚了中學生如何參與衛(wèi)星的研制、發(fā)射和運用，需要多少成本等。緊接著八一學校開始組織學生團隊，中國航天科技交流中心組織航天專家來研討方案。在2016年4月24日舉行了一次項目啟動儀式，把項目的名稱確定為：中國首顆中學生科普衛(wèi)星研制、應(yīng)用與課程開發(fā)工程。

未：項目確定后，是如何開展衛(wèi)星研制活動的？

周：在項目正式啟動前，我們首先邀請專家探討項目的可行性，如：做多大尺寸的衛(wèi)星，需要多少成本，需要完成哪些手續(xù)……尤其是中學生參與的可行性。我們當時明確了一個思想，就是這顆衛(wèi)星的研制一定要讓學生全程參與，而不是專家做，學生跟著玩。

為了讓學生充分參與，我們分了幾個階段。第一個階段是科普和團隊構(gòu)建階段，主要是組織專家在學校里開展航天科普講座。有的學生對航天感興趣，有的不感興趣，有的知道，有的不知道，所以我們希望通過科普讓學生了解航天，并從中發(fā)現(xiàn)對航天有濃厚興趣的學生。在這個基礎(chǔ)上，學校組織了一次選拔，學生自愿報名，最后組成了一個以高中生為主的學生研究團隊，共41名學生，其中有3名是初中生。

這個團隊組成以后，我們就進入了第二階段——帶學生團隊到航天現(xiàn)場參觀，包括科研院所、博物館、工廠等。在參觀過程中，專家?guī)е鴮W生實際操作設(shè)計衛(wèi)星的軟件，讓學生對衛(wèi)星研制有一個直觀的印象。回來以后老師再給學生講解相關(guān)的知識。衛(wèi)星作為一個系統(tǒng)，包括若干分系統(tǒng)，比如結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)、姿態(tài)控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等，因此，我們按照航天信號項目管理模式設(shè)置了總指揮、總設(shè)計師，把學生分成了五個項目團隊。每一個項目團隊的學生有總設(shè)計師，各個分系統(tǒng)有相應(yīng)的負責人。

第三階段以學生為主，在專家的指導(dǎo)下設(shè)計、研制模型衛(wèi)星，即航天術(shù)語中的模樣階段衛(wèi)星。首先要進行衛(wèi)星的創(chuàng)意，設(shè)計這顆衛(wèi)星要具有哪些功能，采用什么樣的構(gòu)型。實際上，在這之前，專家們討論一致認為，要想短時間內(nèi)讓學生參與，并且能控制成本的話，最好采用標準的立方體構(gòu)型。這個想法我們并沒有直接告訴學生，而是讓學生自己去討論，讓他們盡可能地提出各種各樣的設(shè)想。設(shè)想完成后，與專家討論，專家才會把現(xiàn)實的狀況告訴學生。經(jīng)過一段時間的研制后，每一個小組都做出了模樣衛(wèi)星。模樣衛(wèi)星直觀一些的理解，就是在地面上模擬太空中衛(wèi)星的功能，在地面上先把這個功能實現(xiàn)。地面上實現(xiàn)功能的衛(wèi)星還不能上天，元器件要更換成航天級的元器件。更換元器件后，進行加固，再仿照太空環(huán)境做各種實驗，做完實驗后才可能上天。所以說，模樣衛(wèi)星和正樣衛(wèi)星還有很大的差距。但是模樣衛(wèi)星很重要，這是基礎(chǔ)。

模樣衛(wèi)星完成后，按照傳統(tǒng)慣例，必須有專家對方案的評審。記得參加評審會的時候，專家和校長都非常激動，大家的關(guān)鍵詞就是三個字——“沒想到”，沒想到中學生有這個能力。原來我們只是抱著嘗試的心態(tài)，對于中學生到底能參與到什么程度，能發(fā)揮什么樣的作用，我們心里其實也有問號，但整個過程中，學生的表現(xiàn)增加了我們的信心。

為了讓學生們對衛(wèi)星知識的掌握更加全面，航天科技國際交流中心的專家們不僅對課程進行了精心設(shè)置，還專門在每天晚上學習結(jié)束后安排總結(jié)環(huán)節(jié)，而總結(jié)和分享也成了學生們每天最有收獲，也最開心的時刻。加工、組合、安裝，隨著小衛(wèi)星逐漸成型，團隊意識和集體榮譽感在這個小團隊里逐漸形成。

2017年1月，中國航天科技教育聯(lián)盟成立

未：衛(wèi)星是什么時候發(fā)射的？在什么樣的情況下發(fā)射？研制用了多長時間？

周：當時我們打算在2017年發(fā)射這顆衛(wèi)星。但是有一個契機使得我們把時間提前了。2016年9月9日，習近平總書記訪問母校，到母校考察的時候，有一項內(nèi)容就是考察衛(wèi)星創(chuàng)客實驗室。當時衛(wèi)星研制到了AIT（總裝、集成、測試）階段，記得當時在做衛(wèi)星測試工作。有一個衛(wèi)星在這兒，那邊有一個天線，衛(wèi)星發(fā)射信號后，天線接收到然后再把信號傳到地面站。衛(wèi)星是在屋里的，天線也在屋里，地面也在屋里，地面實際上反映在電腦上，這是一個測試過程。習總書記詳細詢問學生和老師們一些問題，在衛(wèi)星創(chuàng)客實驗室停留的時間比預(yù)期要長許多。當時他就非常贊同、非常認可中學生參加工程實踐活動，離開的時候還跟學生們說：“你們的小衛(wèi)星發(fā)射的時候別忘了通知我。”后來，我們就跟學校領(lǐng)導(dǎo)研究，開始尋找搭載機會，提前發(fā)射衛(wèi)星。

尋找搭載機會的過程中，必須要把衛(wèi)星完整的方案確定下來。于是我們馬上組織學生把衛(wèi)星載荷，即要實現(xiàn)的功能確定下來，最終確定了四項功能。第一項功能是對地觀測，上面安裝了相機對地觀測；第二項是傳輸音頻和文件，播放八一學校的校歌；第三項是無線電通訊；第四項是快速離軌實驗。

方案確定后就是正樣衛(wèi)星的研究。由老師和學生們共同討論，方案確定后要報批。最后通過國防科工局和集團公司尋找到了航天八院發(fā)射的高景衛(wèi)星這個搭載機會。接下來，要確定由哪家單位最后完成衛(wèi)星零部件的生產(chǎn)和總裝工作。通過比較，我們最終選擇了南京理工大學，因為南京理工大學本身就有小衛(wèi)星實驗室。有些衛(wèi)星的零部件來自航天的科研院所。這個階段以專家和科研人員為主來進行正樣衛(wèi)星的研制，學生團隊全程參與。有部分少量的設(shè)計由學生來做，比如說一些板子的焊接。正樣衛(wèi)星研制的時間不長，大概四五十天的時間。

實驗完成后，八一學校舉行了出征儀式，由幾位學生護送衛(wèi)星到太原衛(wèi)星發(fā)射基地，開展新建連橋，然后要安裝上去使箭體合一，最后把衛(wèi)星拖到發(fā)射場架等待發(fā)射。2016年12月28日，衛(wèi)星正式發(fā)射。發(fā)射后，還要測控。當時在西安衛(wèi)星測控中心計算我們的衛(wèi)星第二圈的時候會通過喀什的衛(wèi)星測控站。我們派了兩位學生去喀什衛(wèi)星測控站，與軍方一同捕捉這顆衛(wèi)星，結(jié)果第二圈的時候真的就捕捉到了，大家一下子興奮起來，終于成功了的感覺。

衛(wèi)星發(fā)射后，實踐活動并沒有結(jié)束，我們在八一學校建立了一個衛(wèi)星地面站。衛(wèi)星在天上運行期間還要開展衛(wèi)星的各種活動，就是科普活動。我們的項目稱為衛(wèi)星的研制、應(yīng)用與課程開發(fā)工程，因此還有一個應(yīng)用的過程。我們和八一學校聯(lián)合開展了課程研發(fā)活動，組成了聯(lián)合教研組，有衛(wèi)星應(yīng)用的課程，還有北斗導(dǎo)航課程等。

未：請您談?wù)剠⑴c整個中學生科普衛(wèi)星研制活動的感受？

周：我有一個體會，中學生參加衛(wèi)星研制工程實踐活動，在他們身上能反映出以下幾方面的價值和意義。第一，提升了學生的智商。學生在這個過程中會對航天事業(yè)產(chǎn)生興趣，也會提升動手實踐能力和研究能力。開展科普活動時，我們就希望讓學生先產(chǎn)生興趣，有興趣后才會去主動學習。活動中對交叉知識學習，以及各種知識的吸收與融合，對學生的智力發(fā)育是非常有幫助的。

第二，提升了學生的情商。衛(wèi)星研制過程是一個團隊合作的過程，是一項系統(tǒng)工程，需要從不同的角度出發(fā)來思考問題，需要各分系統(tǒng)的緊密溝通、協(xié)同和配合。溝通過程如果遇到問題，就需要討論，討論中會產(chǎn)生爭辯，爭辯后有一方需要妥協(xié)和配合，這個過程實際上提升了學生的情商。

第三，提升了學生的挫折商。整個衛(wèi)星研制過程，因為有時間節(jié)點，有任務(wù)要求，還要求必須成功，所以大家都承受了巨大的壓力，需要攻關(guān)吃苦，這恰恰也是航天精神所提倡的——特別能吃苦、特別能攻關(guān)、特別能戰(zhàn)斗、特別能奉獻。

通過這個工程，我們堅定了把航天工程實踐應(yīng)用到中小學教育的信心。同時，這不僅能提升青少年的科學素養(yǎng)，而且還能提升其全面素養(yǎng)。

未：繼八一學校的衛(wèi)星項目后，接下來有哪些學校會開展中學生衛(wèi)星研制實踐活動？

周：今年啟動、明年發(fā)射的第二顆中學生科普衛(wèi)星是由河北石家莊鹿泉一中組織學生研制的“西柏坡號”，即“八一零二星”。鹿泉一中和八一學校是有歷史淵源的，因為八一學校的前身是聶榮臻學校，聶榮臻學校曾經(jīng)就在鹿泉一中的舊址上辦學。而西柏坡又是一個重要的紅色教育基地，所以就把這顆衛(wèi)星命名為“西柏坡號”。現(xiàn)在這個項目已經(jīng)立項了。我們和鹿泉一中正在組織學生活動，比如到航天五院參觀，邀請專家開展科普衛(wèi)星講座，組織衛(wèi)星競賽活動等。現(xiàn)在，我們也在探討香港中學生開展衛(wèi)星科學實踐活動，后續(xù)我們想開展一個科普教育衛(wèi)星工程，將來這個衛(wèi)星上天后，讓它實現(xiàn)更多的功能，不僅是科普的價值，可能還會有一些經(jīng)濟價值。如果最終也能實現(xiàn)經(jīng)濟價值的話，對于學生也是一種素養(yǎng)的提升，畢竟創(chuàng)業(yè)精神對他們也是有幫助的。

未：如果其他學校也想開展此類探索，需要具備哪些條件？

周：首先，學校要重視素質(zhì)教育，這是前提。八一學校的特點是特別重視素質(zhì)教育，重視學生科學素養(yǎng)的培育。八一學校正在致力于創(chuàng)建一所國際領(lǐng)先的一流科技中學，領(lǐng)導(dǎo)特別認可航天精神，這與八一學校的“軍魂鑄人”的辦學特色也是一致的。其次，需要經(jīng)費支持。八一學校第一顆衛(wèi)星的成本并不高，當時我們預(yù)計一千萬，實際上最后是三百萬。很多學校都有條件參與衛(wèi)星工程活動，很多企業(yè)都有公益的贊助。

未：對于中小學生航天科普教育，未來有哪些計劃？

周：八一小衛(wèi)星發(fā)射活動只是這個工程的一部分，我們希望通過這個工程實現(xiàn)四個目標：不僅要研制并發(fā)射一顆由學生全程參與的科普衛(wèi)星，更要以此帶動開發(fā)一套適合中小學的衛(wèi)星科學課程、建設(shè)一個天地一體化的中學衛(wèi)星創(chuàng)客實驗室以及成立全國中小學衛(wèi)星科技教育示范學校聯(lián)盟。

2017年1月，我們成立了中國航天科技教育聯(lián)盟。聯(lián)盟由國家航天局、中國航天科技集團公司指導(dǎo)支持，中國航天科技國際交流中心、北京八一學校、中國人民大學附屬中學、西安交通大學附屬中學、北京航空航天大學、北京理工大學、南京理工大學七家單位聯(lián)合發(fā)起。目前全國有192所學校參加了這個聯(lián)盟，都是全國各地一流的好學校。

一方面，在聯(lián)盟各單位的組織及帶領(lǐng)下，中小學生將參與科普衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航、探空火箭、高分辨率對地觀測、太空機器人、小行星與深空探測、探月工程等一系列航天創(chuàng)客工程活動。聯(lián)盟學校可以互相分享資源，航天科研院所、高校的實驗室對外開放，這將大大降低成本，擴大科普和教育的覆蓋面。

另一方面，國家航天局也在給一些有特點的能夠?qū)ν忾_放的航天科普教育場所進行授牌，八一學校的聶榮臻館就是其中之一。

此外，中國科協(xié)授權(quán)中國宇航學會給全國200個航天特色學校授牌。這些學校進入聯(lián)盟后，將對航天科普教育提供更多支持。

接下來，我們將借助航天各科研院所的資源優(yōu)勢，共同探討建立科普服務(wù)者志愿團隊。志愿者組織建立后，在全國各地就有很多航天科技工作者成為科普和教育的志愿者。這樣的話，每一所學校在開發(fā)課程的時候，我們的專兼職人員，可以幫助學校共同開發(fā)課程。課程開發(fā)完成后，學校之間可以共享。將來還可以建立一個云平臺，通過云平臺讓更多的學生參與學習。

編者按：

“預(yù)測未來的最好方法就是創(chuàng)造未來。”2016年12月28日，北京市八一學校研制的中國首顆中學生科普衛(wèi)星發(fā)射成功。習近平總書記回信勉勵學生們——希望你們保持對知識的渴望，保持對探索的興趣，培育科學精神，刻苦學習，努力實踐，帶動更多青少年講科學、愛科學、學科學、用科學，努力成長為祖國的棟梁之材，將來更好為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢貢獻力量。

一時間，作為先行者的八一學校航天科普實踐活動，備受關(guān)注。

時隔一年，八一學校的航天科普教育有哪些新的進展？未來發(fā)展方向又將如何？那些曾經(jīng)參加小衛(wèi)星研制的學生和老師回憶起那段時光，會是怎樣的心情？繼八一學校的衛(wèi)星項目后，有哪些學校也開展了此類探索？當中小學要開展學生航天科普教育時，可以做些什么？如何做？

帶著這些疑問，我們采訪了中國航天科技國際交流中心副主任周岫彬、北京市八一學校副校長朱凱和科技信息中心主任李銳，將采訪過程中了解到的八一學校發(fā)射科普衛(wèi)星的過程以及后續(xù)工作記錄下來，有學生團隊成員參與學習后心潮澎湃的聲音、學習過程的日常百態(tài)，有學校頂層設(shè)計的高屋建瓴，教師執(zhí)行課程理念的切身體會等，一并呈現(xiàn)，以饗讀者。