校園氣象科學普及與青少年體制教育的融合研究
——以昆明市校園氣象站科普為例

達月珍* 陳靜琳 楊周榮麟

（云南省氣象局，昆明 650034）1

（云南師范大學附屬實驗中學，昆明 650064）2

2018年，我國公民具備科學素養的比例達到8.47%，而在2001年，這個比例僅為1.44%[1]。但相比之下，仍然遠遠落后于發達國家，比如美國現階段公民科學素質高達28%[2]。因此，科普事業的發展不僅是順應時代的需求，也是在新的經濟發展形勢下，實現黨和政府提出的建立高素質創新大軍和推動科技成果快速轉化目標的需求。

青年、未成年人是祖國的希望所在，提升他們的科學素養直接關系著民族和國家的未來。在國家提升全民科學素質實施方案中，實施青少年科學素質行動是重要任務之首[3]。但近些年的經驗證明，由于學生承擔著校本教育、升學等諸多壓力，對其開展科普面臨著許多問題和阻力。現實需求呼喚我們要進行科普教育與學校課程常規教育有機結合的融合研究，實現教學和科普工作兩不誤。相關研究者在分析當今科學普及新的發展趨勢時也指出，科普已從以非正式教育為主向正式教育延伸拓展，所以要更加重視并促進科普與教育的融合創新[4]。本文以昆明校園氣象站科普為例探討校園氣象科學普及與青少年體制教育的融合，為下一步開展校園氣象科普提供思路。

1 全國青少年氣象科普教育現狀

1.1 全國青少年科普教育現狀

目前，我國青少年科普教育活動開展的主要形式有科技展覽、科普講座、科技競賽、科學節、科學考察等，但仍然處于一種自上而下的模式，主要由政府支持開展[5]，且科普基礎設施整體功能不強[6]。青少年科普教育日漸暴露出不足，素質教育嚴重缺失。因為只接受文化課的學習，學生的思維能力、創新能力、實踐能力等都沒有得到充分培養[7]。王彤[8]通過問卷調查鄭州市初中（初三）學生的科學素養，發現應試教育對學生的影響較大，學生從學校獲得的科學知識主導了其科學素養水平，學生科學知識的來源也多局限于學校教學，疏于參加各種豐富的科普活動、閱讀一些科普讀物等，普遍缺乏舉一反三、自主思考、質疑創新的科學精神和能力。

1.2 全國校園氣象科普現狀

我國的校園氣象科普由來已久，最早可追溯到1924年竺可楨先生建立的青島觀象臺，當時組織浮山所小學等7所小學進行簡單的氣象觀測。到2019年2月，全國共有92所學校獲得中國氣象局、中國氣象學會授予的“示范校園氣象站”稱號，本文研究的客體云南師范大學附屬實驗中學校園氣象站位于此次掛牌的名單之中。在中國氣象學會的規范管理下，這些國家級的校園氣象站硬件條件逐步完善，設施相對完備齊全。這是有據可查、級別較高的校園氣象站，實際上全國大大小小的校園氣象站數量遠不止此。比如2009年中國氣象局公共氣象服務中心通過調查，發現全國有實名登記的校園氣象站為1 063多個，全國通過校園氣象站接觸到氣象知識的青少年約有66萬人[9]。即使如此，有研究者分析國家級校園氣象站后指出，校園氣象站面臨著氣象觀測不連續、輔導老師參差不齊、活動形式單一、內容枯燥、缺乏針對性科普教材等問題，整體的氣象科普功效并不強[10]。

一般情形下，全國各級氣象部門都會利用世界氣象日、科技周、防災減災日等公眾熟知的精品科普活動周（日），專門針對中小學生開展不同形式和內容的氣象科普活動。近年來，在中國氣象局、中國氣象學會的組織下，還開展了由在校大學生和青少年為主導的全國青少年氣象夏令營、氣象防災減災宣傳志愿者中國行等品牌氣象科普活動。這些活動以貼近公眾的方式開展，具有開放性、多樣性和互動性等特點，但仍然面臨著因參與人員較少而社會影響力不足、活動效果不理想等問題[11]。究其原因，以作者多年從事氣象科普教育的經驗來看，除相關部門政策支持力度小、經費人員投入少、科普設施基礎薄弱外，軟實力方面存在“兩張皮”、兩套語言的問題。所謂“兩張皮”就是學校教育“一張皮”，氣象科普活動內容和形式又是“一張皮”；而兩套語言則是學生們一套理解方式，氣象專家一套普及方式。無論是“兩張皮”還是兩套語言，各行其路，平行而走，沒有交叉和共鳴。導致迫于成績和升學壓力的學生不可能有時間、有精力投入氣象科普活動中，這樣一來，哪怕是建立了硬件設施較好的校園氣象站，氣象科普也無法深入，無法生根。兩套語言直接導致了學生聽不懂氣象專家的知識普及，信息無效傳播。

2 昆明市校園氣象站科普活動現狀分析

筆者多次參與氣象科普進校園活動，從幼兒園到高中的活動都有參與，接觸受眾相對較廣。但經過調研發現，由于無法廣泛開展系統性知識講座和科普活動，開展次數1～2次的學校學生對氣象科普情況無法形成客觀認識，對其開展調查缺乏研究價值。云南師范大學附屬實驗中學校園氣象站于2015年底建成，2018年獲得中國氣象局授予的“全國氣象科普教育基地——示范校園氣象站”，是云南唯一集人工和自動氣象觀測為一體的氣象站。四年多來，氣象部門與學校密切合作，以校園氣象站為平臺，傾心打造，開展了持續性的知識培訓、講座、到氣象部門參觀學習等活動，積累了豐富的校園科普工作經驗，并通過科普交流會的方式向全省各州市氣象部門和校園推廣，示范引領云南全省中小學生校園氣象科普宣傳，代表著昆明市，乃至云南省校園氣象科普的最佳水平。本節內容主要以云南師范大學附屬實驗中學校園氣象站為對象展開分析。

2.1 學校自主安排活動

學校專門安排地理老師擔任氣象站輔導員，組織氣象興趣小組進行每日的氣象觀測，并將氣象站內觀測到氣溫、降雨等數據放置在校園顯著位置，向全校師生公開展示。同時，學校開設了氣象科普課程興趣班，供初一新生選修，每周五下午由地理課老師或氣象部門聘請的專家擔任授課老師，為氣象興趣班的學生集中上課40分鐘。每學期，任課老師將大致的課程設計上報學校，中間根據興趣班學生的需求做一些局部調整。課程內容主要圍繞地球、太陽、天氣氣候進行。學校每年的科技節等也會圍繞氣象主題組織開展一些手抄報、墻報、游戲等活動。

2.2 與氣象部門聯合開展的活動

學校與氣象部門聯合開展的活動形式相對多樣，內容也較為豐富，且常年滲透。首先，每年的3.23世界氣象日，省氣象部門都會邀請學校組織近百名師生參觀氣象局主要業務單位，近距離接觸氣象科技和氣象知識，還會結合氣象日主題為師生提供專題講座。其次，會根據校園氣象站的需要，安排氣象觀測人員對師生進行氣象觀測的專題培訓。再次，會不定期邀請全國和云南省天氣氣候專家，以及氣象節目主持人等各類氣象專業人員進校開展不同內容的氣象科普講座。最后，組織學校師生參與一些全國性的青少年氣象科普活動，比如參加中國氣象學會組織的2019年氣象日主題手抄報活動等。同時組織學校氣象站輔導參加全國校園氣象站輔導員培訓，參觀全國較為知名的校園氣象站，學習先進經驗。

2.3 存在的問題

從開始建站到組織開展各類活動，筆者作為主要負責人在參與云南師范大學附屬實驗中學校園氣象站科普活動的過程中，發現其存在以下問題。

一是，無論是學校老師開設的氣象選修課還是氣象部門組織的專家講座，傳授方式仍然十分傳統，多以圖文講解、視頻輔助的方式進行，知識傳播形式相對單一。信息單向度傳播，難以提升學生的參與興趣。

二是，科普活動和學校課程，甚至是與氣象聯系較為緊密的地理、物理課聯系不緊密，“兩張皮”現象尤為明顯。校園氣象站科普活動與學校日常教學關聯不大。

三是，不同氣象專家講座之間的授課內容沒有相關性，無法形成系統性的知識傳遞。而實際上氣象學是一門十分專業的學科，如果沒有基本的知識概念，哪怕是一個很簡單的天氣現象，也會出現專家說不清楚、學生聽不懂的情況（專家表述太專業，學生知識零基礎）。筆者曾邀請過一位氣候學教授為學生提供現場解答，一位學生提問“臺風為什么要登陸”，這位氣候學博士講了近5分鐘后，看到學生們一臉茫然，她講不下去了。兩套語言現象十分突出。學校雖開設氣象課選修班，但老師們的教程、教學內容十分缺乏，不同老師的授課內容完全不同。

四是，因為是純粹的興趣愛好，在學業重、升學壓力大的背景下，學校和家長的支持力度便會大大下降。比如學校氣象興趣班課程僅在初一年級開設，初二就停止，初三的學生幾乎不參加學校組織的氣象科普活動。

2.4 校園氣象站科普活動對學生影響的現狀調查

為了詳細客觀地了解校園氣象站科普活動對學生的影響，筆者制定問卷，對氣象科普活動對不同年級學生的影響、學生對氣象知識的認知和接受，以及活動參與程度等情況進行調查。

2.4.1 問卷的形成和調查目的

云南師范大學附屬實驗中學作為云南省首屈一指的初中名校，學生的整體素養較高，而且四年來省氣象部門依托學校校園氣象站平臺，相對深入和系統性地開展了各類氣象科普活動，所有在校學生均從中受益。本次問卷共有12個問題，分類歸納后總述為四類，涉及參與氣象科普活動情況和程度的有Q1、Q2、Q8、Q9和Q12，共5個問題；涉及學生對氣象科普興趣的有Q3和Q4；涉及對氣象科普認知和接受情況的有Q5、Q6、Q7共3個問題；涉及簡單氣象知識的有Q10和Q11。

2.4.2 具體情況

初一至初三隨機抽查一個班級進行調查。初一年級共發問卷57份，收回57份；初二年級發出53份，收回45份；初三年級發出55份，收回53份。所有樣本數量大于大樣本的最小標準30，問卷率為95.1%，其中有效問卷155份，有效率為98.7%。所以調查具有科學性和可分析性。

逐一對四類問題進行分析，第一類問題，即學生參與氣象科普活動情況及家長支持程度調查情況具體表現見圖1～3。

圖1 各年級參與科普活動的不同次數

圖2 各年級喜歡科普活動的人數對比

圖1 表明，參與氣象科普活動的次數隨年級的增長而增加，初一年級有36人從沒有參加過任何氣象科普活動，占63%；初二年級有17人沒有參加過氣象科普活動，占38%；而初三年級全部參加過氣象科普活動。根據對初三年級Q12題的統計，主要原因是初三學生在剛進校時地理老師帶領全年級在學校校園氣象站開展過氣象觀測，除此之外，自2016年該校園氣象站建成之后，學校開展了至少5次的氣象專家進校園或組織學生在氣象日參觀氣象局等活動。而初一、初二學生進入初中后，學校校區舊房改造，校園氣象站停止觀測，學生們沒有機會進行氣象觀測。從中可以看出校園氣象站對普及學生氣象科普知識的功效是直接而顯著的。圖2顯示初一年級42人（74%）、初二29人（64%）、初三44人（83%）對氣象科普活動有興趣。這個比例保持相對均衡，說明學生對氣象科學知識的興趣度相對統一，維持著較高的水平。

圖3表明，三個年級的孩子們認為近90%的家長都會支持他們參加氣象科普活動，僅有3人認為自己的家長不太贊成，有8人認為家長對此無所謂。說明在孩子的心目中，幾乎所有的家長對孩子學習科學知識持有積極態度。

圖3 學生父母對其參與氣象科普活動的態度

第二類問題是關于學生對氣象科普活動的接受和認知的，具體情況見圖4、圖5。

圖4 科普活動對增長科學知識是否有幫助

圖5 科普活動對提高科學素養是否有幫助

統計表明，三個年級90%以上的學生認為參加氣象科普活動有助于增長科學知識，提升自己的科學素養。通過圖1我們看到，初一的學生有63%、初二有38%的人從沒有參與過任何氣象科普活動，但圖4、圖5顯示他們仍然保持著強烈的正相關認知，這說明，日常生活體驗所形成的關于科學知識的個人認知，無論是否接觸過氣象科普活動，學生們均認為氣象科普（包括其他類型的科普知識）有利于提升個人科學素養。

第三類問題為學生對氣象科普傳播形式的調查，具體見圖6、圖7。

圖6 希望參加哪一類氣象科普活動（此問題為多項選擇）

在給出的三個選項中，圖6直觀地展現出結合學校課程開展的氣象科普活動是學生們最愿意接受的，三個年級70%左右的學生希望科普活動與學校課程相融合。這一數據從側面說明了學生們認為現在開展的氣象科普活動與學校課程融合度不高，因為加強科普活動與學校課程的融合不僅有利于提高考試成績，也有利于培養學生的科學素養。對類似于由氣象學會、氣象部門等組織的宣傳活動（目前主要以展板、宣傳材料、專家報告、現場咨詢等傳統方式開展），學生們正逐漸失去興趣，三個年級僅有30%左右的學生選擇了此兩項。

圖7 學生對不同科普形式的接受程度（此問題為多項選擇）

問卷中給出的三種科普形式，專家講授型最為傳統，動手參與型則主要是指校園氣象站觀測。圖7表明參與調查的所有學生中，90%左右的學生愿意走進科學館或實驗室，通過借助儀器體驗云雨雷電等天氣現象產生這樣的方式感性直觀地了解氣象知識。學生們對一些傳統的方式，如課堂式專家講授興趣最低，占比維持在21%～34%。他們更希望通過直觀體驗、動手實驗實踐等新型傳播方式來學習和接受科學知識。

然而，與年級增長對氣象科普參與程度和認知提升增加趨勢相反的是，Q6“你認為參加氣象科普活動對地理、物理課學習成績”的影響程度調查顯示，年級越高，認為氣象科普活動有助于提升學習成績的積極面評價越低（見圖8）。

圖8 認為參加氣象科普活動能提升地理、物理成績的人數及占比

這是一個有趣且值得討論的現象，因為在實際教學中，地理課為初一、初二學生學習和考試的科目，物理課為初二、初三學生學習和考試的科目，而天氣氣候變化的基礎知識基本來自于大氣、水汽在不同溫度條件下的形態變化、運動等物理學現象，并涉及地理學中的緯度、地形地貌等基本知識。三個年級中知識面最廣的初三學生針對“氣象科普活動對地理物理課成績影響”的態度最消極（僅有40%左右的人認為現行傳播狀態下氣象科學知識的增加有利于提高學習成績），調查結論從一個側面說明氣象科普活動與學校教育“兩張皮”問題是客觀存在的，知識程度最高的初三學生對此的認知最清楚、最客觀。這就更說明，進行科普知識與學校課程相融合實踐的重要性和緊迫性。氣象學與初高中物理、地理兩門學科關聯最為緊密，開展氣象科普活動應當有助于學生更直接地理解教材中的物理現象和地理知識，提升考試成績，同時掌握氣象學的基本知識。這是一個雙贏互助的關系。

第四類關于簡單氣象知識的問卷給出了兩道題目，分別是“雨是從哪里來的”“什么樣的情形才會下雪”，三個年級共155名學生，95%的學生選擇了正確答案。這說明，無論是參與過或者從沒有參與過氣象科普宣傳活動，初中學生日常閱讀或生活中可以接收到的科學知識教育已經讓他們具備了最簡單的氣象科學知識。

3 校園氣象站科普切入學校體制教育的思考

結合本次問卷調查得出的相關結論和工作中存在的問題，筆者認為要立足于培養的學生動手實踐能力，重視體驗型氣象科普活動的開展，從教學模式、課程、課堂等多個方面入手，嘗試將校園氣象科普切入學校體制教育。

3.1 借助氣象站觀測等活動培養學生動手實踐能力

天氣氣候的變化規律是通過氣象儀器的觀測、觀測數據的統計和研究揭示出來的。實踐可以讓學生的認識從感性認識上升到理性認知，比如通過對百葉箱最高、最低、干濕球溫度儀的觀測，以及地溫的觀測，不僅能讓學生基本掌握水銀溫度儀的結構原理、使用方法，還可以在老師的引導下分析校園內氣溫變化的曲線圖和短期或長期變化的特征，從而培養地理觀測的能力。而氣象數據的信息化管理讓學生有機會接觸計算機軟件處理平臺，學習Excel表格等軟件的使用，甚至還會有機會接觸一些簡單的統計學方法，以提升氣象數據的處理能力。在這一過程中，穿插氣象理論知識的普及和氣象研究方法的運用，讓抽象的理論建立在具體的操作上。沒有校園氣象站的學校可利用世界氣象日等科普活動組織學生參觀氣象觀測場，或者借助一些簡單的實驗，如通過松果外形的變化了解濕度變化對自然物的影響等模擬實驗，讓學生產生直觀感受。再輔以手抄報、小論文、心得體會、延伸性知識探索等，對活動進行總結。實踐性強調以直接經驗來感知現象和知識，讓學生直觀了解科學知識。而實踐背后的開放性探索有利于培養學生研究性的學習思維和習慣，還能培養學生的科學興趣。

3.2 教學模式的變化

實踐型的科學教育不僅關注學生的直觀體驗和動手能力，還關注老師的教學，比如教育模式的探索和實踐、特色教材的開發、教學工具和手段的創新，以及教學整體評估等。

3.2.1 教學理念的變化

教育模式的建立必須以正確了解學生心理為前提，問卷調查結果揭示出了學生對課堂講授等傳統教育方式興趣不高，而更注重體驗式、情景式的教學方式。所以在開展氣象科學知識傳播時，我們需要改變教學理念。比如建構主義認為的要從學生們熟悉或者容易理解的問題和現象入手，才能傳遞有效信息。或者是探究型教學理論認為的在老師教學和學生學習過程中注重師生間交流和合作的雙向互動能力[12]等。

氣象是一門相對專業的學科，蒸發、凝結、升華等基本的物理現象是一切天氣現象產生的前提條件，初二之前的學生沒有物理基礎知識，如果僅立足于理論，不借助于日常生活中的結冰、霧等自然現象的直觀體驗，是無法講清楚的。所以在氣象科普活動中，無論是校園氣象站的觀測和數據研究，還是到氣象部門參觀學習，聽氣象專家的講座報告，聽氣象選修課，上地理課中有關氣象的章節，都應該是一種情境式的教學方式。在這一過程中，學生和老師（氣象專家）都要帶著問題來進行，學生思考的是知識問題本身，而老師思考的是以什么樣的方式傳授能讓學生理解問題。除此之外，學生與學生也要進行協作和交流，讓已經獲得知識的學生以同齡人的視角和思維與其他人進行溝通，逐步形成個體對某一類知識的認知，在此基礎上再去理解相關知識。立足于學生已有的認知結構，有意識地讓他們參與高于他們思維水平的科普教育活動，建立新的經驗，形成新的認識。這樣既有利于學生了解具體科學知識，也利于他們產生高于現有認知水平的發現，這就是我們所說的科學素養的養成。

3.2.2 教學內容的變化

直觀的體驗、建構主義的教學模式只是科學教育與學校課程教育相融合的前提準備，要讓校園氣象科普從非正式教育進入正式教育，實現科學課程校本化才是真正的措施。主要做法是在學生實踐的基礎上，如氣象站觀測和天氣現象體驗等實驗和觀測等，圍繞學校地理、物理學科相關的課程，系統性地開發教學課程。教學課程的內容和傳授方式要摒棄只局限于教科書的做法，關注學生的興趣點，關懷學生的認知能力，重視實踐和體驗，重視氣象科學知識和教程內容的體系化開發。在教案的指導下，以實驗、講座、視頻等方式開展。國家促進青少年科普的目的是要彌補學校科學教育的不足。根據筆者的整理，云南省現在使用的教材中，初中地理課課程中共有7章17節教學內容與氣象有關，其中七年級上第四章為“天氣與氣候”，講述了天氣符號、降水氣溫變化，以及形成和影響氣候的自然因素。高中地理課本中共有3單元4節與氣象有關。天氣氣候的變化是自然界發生的物理現象，初中物理課程中的基礎知識點與氣象關聯更為直接。比如天氣現象中云霧雨雷電冰雹的變化都是水在不同的溫度濕度風等自然條件下以固體、液體、氣體形態變化的物理學過程，關聯著蒸發、凝固、升華、溶化等一系列的物理現象。可以說，學校課程教學內容涉及天氣氣候變化的方方面面，是完全有可能進行科學與教學課程內容融合開發的。這些需要系統性傳授的知識，在現實中因為沒有與相關的科學知識、自然現象融合開發，學生基本只能靠死記硬背完成，學完了還是理解不了“臺風為什么要登陸”這樣的問題。為了培養青少年的探究性學習習慣、系統性理解科學知識的能力，我們必須進行科學知識與學校課程校本化知識的開發，進行科學傳播與體制教育的融合研究。

3.2.3 教學形式的變化

解決了教學內容的問題，接下來便是如何進行知識傳授的問題，也就是課堂形式的問題。這包含兩個方面。一個是以什么樣的方式進行教學。以建構主義教學理論為指導，傳統的單向度教學模式不符合氣象科學知識與學校課程的融合，探究性的教學模式顯然需要多邊互動性的課堂形式。這包括師生間的互動、學生個體與知識的互動、學生間的互動、教師與氣象專家間的互動、學生與氣象專家間的互動等。多邊互動強調的是所有參與者合作學習，老師與專家起引導作用，而學生則是自主探究性學習，所以這實質上是一種團體研究性學習模式[13]。第二個方面是以什么樣的形式進行學習。云南師范大學附屬實驗中學的問卷調查結果顯示，學生們對體驗、感知型的學習方式極有興趣，而氣象剛好是一門可以通過體驗、實驗進行的科學。比如可以讓學生通過VR技術感知天氣現象的產生，可以通過模擬氣象要素的變化觀察或體驗氣象災害的發生，還可以參與校園創客等活動主動加入學習隊伍中。所以，筆者建議有條件的學校應當建立一間氣象實驗室，實驗里應配有專門的儀器，有專業的老師或氣象專家帶領學生做模擬實驗，在操作過程中傳授知識、解決問題。這種形式目前在河南省等一些省（自治區、直轄市）的校園氣象站中已經出現。

4 結論與討論

新形勢下我們需要進行科普與校本教育相結合的融合研究，實現教學和科普工作兩不誤，但通過分析和調查發現，當前我國校園氣象科普與校本教育“兩張皮”、兩套語言現象十分突出。要實現氣象科普校本化教育，培養青少年的探究性學習習慣及系統性理解科學知識的能力，應當結合地理、物理等相關學校課程，從教學模式、課程設置、課堂內容和形式等多個方面進行新的嘗試和探索，立足于培養學生的動手實踐能力，重視體驗型氣象科普活動的開展，如借助校園氣象觀測、天氣現象模擬實驗、情景式教學等體驗性、實踐性方式，將校園氣象科普工作融入學校體制教育中。

重視并促進科普與教育的融合創新是新時期校園科普面臨的一個大問題，也是未來做好青少年科普必須面對的一個問題。