發射衛星的少年是如何培養的

北京市八一學校科技節火箭比賽

2017年12月28日11時23分，我國首顆中學生科普小衛星——“八一·少年行”在太原成功發射。北京市八一學校的同學們全程參與了衛星的設計與研制過程，并主導完成了衛星的載荷設計，在軌期間圓滿完成了對地拍照、傳輸音頻文件和無線電通聯等任務。這顆衛星的發射是學校科技教育的一個里程碑，更是實踐全新科技教育改革的一個新的起點。

八一學校是聶榮臻元帥創辦的學校，是北京市示范性高中，集小學、初中、高中、國際部于一體。建校70多年來，學校始終不忘“科技強軍”的使命，奠定了以科技教育著稱的辦學特色。學校位于北京市中關村核心區，擁有航天實驗室、衛星測控地面站、專業通用技術教室、開放式圖書館、數字化實驗室、虛擬演播室、3D網絡實訓室、STEM展示館和國際多元素質教育館等先進的硬件設施。八一學校科技教育的指導思想是：“以普及促提高，并將學生創新精神和實踐能力的培養融入學校教育教學之中”。作為北京市金鵬科技團成員和北京市科技教育示范學校，開展科技教育，培養學生的創新精神和實踐能力，多年被列入學校的整體辦學目標之中。

以科技教育立校，開展普及性科學實踐活動

近年來，隨著教育課程改革的不斷深入，特別是《國家全民科學素質行動計劃綱要實施方案》的提出，學校的科技教育也逐漸從科技活動、課堂滲透提升為有目標、有推進策略、有機制保障、有評價體系、關注核心素養培養的課程體系。在課程建設中，特別強調在初中增強中學數學、物理、化學和生物等學科教學的橫向配合；在高中重點開展多種科學創新與技術實踐的跨學科探究活動。學校還特別引入航天科技教育項目，通過衛星研制等真實項目帶領學生參與科研的全過程，全方位體驗航天科研，了解航天科技。

多年來，八一學校堅持開展豐富多彩的普及性科技活動，旨在基礎素養與認知技能在活動中落地。紙箱車是學校堅持了十多年的一項比較有代表性的科技活動，學生利用紙板來完成一輛可以載人前進的小車。活動深受學生喜愛，制作過程投入，賽場競爭激烈。從任務的拆解和分工，包括詳細的總體的規劃、時間如何分配，人員如何分配，場地在哪兒，資源如何解決等一系列問題都在這項任務中需要學生通過合作解決。

在接下來的方案設計中，學生利用工程思維不斷提出方案，分析優缺點，對設計進行改進迭代。這是一個真實情境下的任務，過程中離不開學科知識的建構，包括物理的受力分析、數學計算與建模、技術學科中材料、結構及草圖設計等相應知識的學習與應用。在活動中，學生有很多自主行為的發生：目標計劃與設定、自我評價、組織和轉化、信息搜索、堅持記筆記和自我監控、環境結構、練習和記憶、求助、回顧記錄等。知識由瑣碎的知識點提升到了概念及策略，并遷移應用到具體場景中；學生的認知水平從識記到更高階的發現問題、解決問題，再到創造以及批判性思維，并且使用到了元認知策略。這些自主學習能力的表現性結果，有效連接了學習結果與核心素養。

在2018年第十八屆中國青少年機器人競賽中，學校獲得VEX機器人工程挑戰賽高中組冠軍，這也是北京代表隊10年來的最好成績，賽事結束后，八一師生接受媒體采訪，并受北京市科協邀請做賽事感受分享。在該項賽事的全球賽中，八一學生代表隊也多次獲得金獎。除了在傳統模型項目中保持突出的競賽成績外，學校還組織并開展了VR模型飛行等新的項目，在全國賽中取得佳績。

類似的活動還有很多，投石機、木橋梁承重、雞蛋撞地球、水火箭……多年來面向全體學生的科技活動通過有效的設計，提升了學生的整體科技素養。

STEM教育，為不同需求的學生提供多重選擇

八一學校在每周六上午半天，面向全體高一學生開設了不同方向和領域的跨學科項目式課程。STEM教育是跨學科的，有真實問題和情境的，這類課程的開設應對了學習方式的變革、應對了學生學習力的培養、應對了學生各種體驗及實踐養成能力的需求。項目是課程的核心，目標是希望學生能夠擁有成為終身學習者的內在動力，能夠具有真實問題的解決策略，并且能夠具有迎接未來挑戰的堅韌品質。課程開發基本上分為三類，一類基于學科的不良結構的任務或問題，一類是基于真實工程實踐的項目開發，一類是基于競賽主題的項目開發。

在基于學科的項目式課程開發中，老師根據學生的認知發展，根據知識的邏輯順序，將不良結構的實際問題拆解為學科中結構良好的問題，將利用學科手段和方法解決好的問題結果回應到真實的生活當中去，生物、化學、物理等多個項目式課程基于此開展，并且取得了良好的效果。

在基于實際工程實踐的一些項目的課程開發中，把衛星研制工程的實踐活動逐步分解成了13個教學模塊，開展了衛星研制、載荷設計和衛星應用等不同的項目式課程。該課程群的設計與開發獲得了北京市基礎教育教學成果獎。

在基于競賽主題的項目開發中，RWDC （Real World Design Challenge）是面向全球高中生的航空航天設計比賽項目。2018年競賽主題為“可精準噴灑農藥的無人機設計”。針對指定面積的玉米地中隨機出現的病蟲害，進行精準噴藥，并為該系統的商業運作制訂商業計劃。基于這樣一個項目，學校把它設計為一個項目式的課程，在這個問題的解決當中，每一個學生都有角色的分工，項目學習過程中會涉及多個學科領域的知識的學習，包括農業植保基礎知識、航空基本知識、飛機設計概論、軟件學習和方案設計等。學校連續兩年組隊參加了該項賽事，在國際挑戰的賽場上，同學們以專業的設計方案、完美的展示呈現獲得了全球第二名及中國區總冠軍。

在所有的項目式的課程設計中，學校都有意地讓學生關注核心知識、關注挑戰性問題、引導學生在學習過程中的高階的認知、進行探索技術性實踐并產生個性化表達，最終落實到核心素養的培養上。

航天特色項目肩負輻射引領使命

我國首顆中學生科普小衛星的成功發射，在中小學生中普及了航天知識，帶動更多中小學生參與到航天事業中。八一學校與中國航天科技國際交流中心聯合開發了航天科學素質教育系列課程，目前學校已成為全國一流的航天科學教育特色校及示范基地。

此項目引起了社會的廣泛關注，衛星發射前，同學們給習近平總書記寫信匯報了研制工作并報告了發射時間，習近平總書記第一時間給孩子們回信，希望同學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，努力成長為祖國棟梁之材，將來更好為實現中華民族偉大復興的中國夢貢獻力量。總書記的殷切囑托為學校發揮航天科技教育的輻射作用提出了更高的要求。

衛星發射成功后，學校又相繼開展了北斗導航應用和衛星測控與應用等衛星相關的實踐課程，其中學生設計的太空微重力下果蠅睡眠與活動規律研究的太空生物實驗艙即將搭載探空火箭進行驗證。

作為發起單位，八一學校在航天專家帶領下，組織了多次天地協同的科普教育活動，已有近500所學校加入航天科技教育聯盟，開展了多項衛星及航天相關課程開發、交流、學習和應用等實踐活動，八一02、03星等研制工程也已在河北、山西等地學校陸續開展。

八一將通過我國首顆中學生科普衛星的發射與應用，創造性地把航天高科技人才、技術、精神和文化等資源與學校科學素質教育對接，旨在培養更多高科技人才。八一學校的科技教育歷經了多年的實踐，總結并提煉出了自己的特色，新時代，學校還將繼續探索，為國家培養更多創新型人才。