小學科學天文模塊教學現狀與對策

韓雪

【摘 要】目前小學開展天文研究存在師資條件欠缺、觀測條件受限、學生條件有限等問題。教師可以從以下方面優化小學科學天文模塊的教學：優化課堂活動，調動學生主動研究的意愿；活用專用器材，提升學生靈活研究能力；結合科技發展，拓展學生研究方式。以此培養學生對天文模塊的學習興趣，促進學生主動開展天文研究。

【關鍵詞】天文學學習 小學科學 天文研究

【中圖分類號】G613? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1002-3275（2023）02-67-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）中關于天文學的內容包括“宇宙中的地球”“地球系統”，并建議“教師要引導學生從觀察身邊現象開始，通過實地觀測、模擬實驗和模型制作等方式，獲得直接經驗和數據，幫助學生認識地球在宇宙中的位置，了解天體運動規律，使學生認識到宇宙無窮無盡又極其復雜，地球是宇宙中極小的一部分”。同時又指出“本學科核心概念的學習有助于學生形成物質與能量、系統與模型等跨學科概念”。然而天文學作為適合培養學生質疑態度、科學興趣、創新素質的內容，教學現狀卻不容樂觀，師資條件、觀測條件、學生條件方面存在的問題制約了天文學教學的開展。教師要厘清現實問題，尋找解決路徑，促使學生的天文學學習更進一步。

一、小學開展天文研究存在的困難

《課程標準》中關于天文學的知識分布在低、中、高各個學段，落實到現行的教科版教材中涉及5個單元，約35課時。大部分天文學知識點的建構都要求學生進行實地觀察和觀測。學生應該在觀察、記錄、模擬實驗、描述等活動中開展天文學知識的學習。雖然天文學知識內容在科學教學中占比不多，但是卻存在著很多棘手的問題。

一是師資條件欠缺。一些小學缺少科學學科專業教師，有的科學教師是學校從其他學科調配過來的，或兼任多個學科的教學，天文學知識儲備不夠豐富且實踐經驗較少。

二是觀測條件受限。首先，天文觀測活動多數在夜晚進行，與正常作息不符，且夏天的晚上有蚊蟲干擾，冬季又比較寒冷。其次，觀測場地較為講究，在城市容易受燈光影響。最后，天文觀測及研究對時間要求極嚴格，例如2020年12月14日的雙子座流星雨，只有14日8∶50達到極大值，其他時間觀測流星數量少，往往半小時或一個小時才能看到一顆。

三是學生條件有限。長期堅持對某一天文現象進行觀測是非常耗時、耗體力的，且往往需要夜間觀測，這勢必會影響學生的正常生活。如果沒有家長的支持，學生沒有時間、精力持之以恒地進行觀測研究。

由于上述種種原因，目前小學科學教學中開展的天文學學習與研究不能滿足學生的學習需求，因此小學科學教師應優化使用研究工具、改進拓展研究模式，以促進學生在天文學學習中形成主動研究意識，從而建構科學概念。

二、小學科學天文模塊教學對策

（一）優化課堂活動，調動學生主動研究的意愿

1．使用多樣激趣方法，啟迪學生天文研究興趣

教師可以嘗試使用多樣的方法激發學生研究興趣，揭開天文學的神秘面紗。例如教師平時多關注并搜集一些天文科普動畫，讓學生在生動有趣的動畫的引導下走近天文研究。又如教師可以查找天文類的直播、報道，讓學生知道天文現象離現實生活并不遙遠。還可以從專業的天文期刊或相關網站上，找到一些重要的天象預告，并從中優選出當地方便觀測研究的項目，提前告知學生。在條件允許的前提下，還可以組織開展相關的觀測研究活動。再如教學星空、星座知識時可以開展學生調查，統計每一個學生的星座，引發他們共同的話題。這些做法都有助于拉近學生與天文研究的距離，激發學生對天文學習及研究的興趣。

2．營造天文學學習氛圍，激發學生研究的熱情

雖然天文現象每天都在發生，但是對我們生活的影響不明顯，大部分學生對它的關注度不高，僅靠一時的興趣并不能吸引學生持續開展天文研究。因此，教師要營造天文學學習氛圍，改變實驗室的常規布置。例如在教學日食、月食、星座、月相這些內容時，教師可以把實驗室布置成暗室，讓學生產生身臨其境的感覺，這種明顯的代入感讓學生如臨宇宙，濃厚的學習氛圍能激發學生的研究熱情。

3．樹立天文研究榜樣，引導學生樹立正確的天文研究價值觀

每個年齡段的孩子都有自己的榜樣，而兒時榜樣有可能會影響孩子一生。在世界天文學的發展歷程中有很多建樹頗豐的人物：堅信日心說的哥白尼、恒星天文學之父赫歇爾、“天空立法者”開普勒、觀測宇宙學的開拓者哈勃等。教師可以將他們的事跡與成就引入課堂，讓學生從小樹立正確的天文研究價值觀，讓榜樣的力量引導學生開展天文研究。

（二）活用專用器材，提升學生靈活研究能力

1．正確使用專用器材，讓學生初步具備天文研究能力

學校科學器材室配備的天文研究專用器材是開展天文研究的基礎資源，教師應學會正確、熟練地使用它們，上課時才能游刃有余地向學生介紹，并創造性地發掘新的器材使用方法。例如在進行“日食”教學中，現有器材多用手電筒模擬太陽，大小不同的小球模擬地球和月球。市面上常見的手電筒多采用LED光源，為了提高亮度，多是三五個LED燈組合成一個光源，這就使得“月球”的影子投射到“地球”時形成幾個陰影，不便于學生觀察。對此，教師可以選擇單個光源的手電筒，或者在實驗室中心懸掛一個200W以上的燈泡模擬太陽，又或者用蠟燭代替手電筒模擬太陽，等等。只有正確地使用專用器材，才能更高效地組織學生開展天文研究。

2．改進、優化天文器材，方便學生開展天文研究

當器材能夠滿足學生實驗研究需求時，學生才可以深入地開展活動，其研究能力才得以提升。當一些常規器材不能滿足天文研究的需要時，改進或優化現有教具是解決問題的有效途徑。教師在原有器材的基礎上進行甄別、篩選、優化，使學生能深入地開展天文研究。例如教學“認識星空”一課時，多數實驗是用長短不同的細線拴著小球，再懸掛在硬紙板上模擬出宇宙空間北斗七星的分布，從而讓學生理解從宇宙中的不同位置觀測同一組天體時，它們呈現出的相對位置是不同的，即宇宙中各天體之間的位置是沒有聯系的。但在教學中發現，上述實驗器材中的細線容易互相纏繞、打結，在硬紙板上固定不當還容易脫落，不便于學生開展研究。教師可以創造性地把柔軟的細線換成長短不同的細竹簽，把硬紙板換成泡沫板。竹簽插在泡沫板上固定位置，小球之間的相對位置比較穩定，便于學生觀察、記錄、描述。

3．自制器材，促進學生主動開展天文研究

器材的豐富程度、人均占有數量影響著學生的實驗參與度。器材種類越多越能吸引學生的興趣，并且器材數量足夠多，才能使每一個學生都有機會親歷研究過程。自制器材的研發和使用可以使器材種類和數量都得到擴充。例如實驗室常用的月相觀測盒燈泡易損壞，電池需經常更換，且一般實驗室只配備十幾套器材，課堂上學生需要輪流使用，學習重難點較多、課時較少、課程內容較復雜的“月相”一課時，實驗室的器材便不能滿足學生的探究需求。教師可以發揮自己的想象力，設計、制作一批教具。如用乒乓球沾墨水自制一批“月相模擬球”作為替代器材，使學生能人手一個“月相模擬球”，觀察時互不干擾、獨立思考，有助于學生自主研究能力的發展。

（三）結合科技發展，拓展學生研究方式

1．優選網絡資源及虛擬軟件，拓寬學生探究渠道

（1）巧用網絡資源，搜集天文資料，提高學生興趣。小學生抽象思維較弱，形象思維較強，圖片、視頻比書本上的理論知識更能吸引他們的注意力。一些熱門的天文QQ群、微信群，每天都會有來自全國甚至世界各地的天文愛好者分享各種圖片、視頻、PPT等資源，教師可以把它們轉化成適合小學生學習的內容，這需要教師有意識地對這些資源進行搜集與整理。教師還可以在網絡上搜集一些與天文相關的神話、傳說、趣事等。這些真實、生動、形象的資源能最大限度地吸引學生的眼球，減少天文研究的枯燥感，激發學生的興趣。

（2）活用天文軟件，創設模擬場景，支持學生觀測。涉及天體運動變化的知識是天文學知識學習的難點，這部分內容離學生生活遙遠，且往往比較抽象復雜，學生難以觀測到具體現象，因此難以形成具體的感知。對此，應用天文軟件創設教學情境可以將抽象的天文學知識進行動態演示。Stellarium（虛擬天文館）、星圖、莉景天氣、SkyView Free等軟件，都能快捷有效地幫助學生查找天體、預報天氣天象、提供模擬觀測體驗等。

例如Stellarium（虛擬天文館）具有地理性、動態性、可操作性強，圖片精美等教學優勢，通過操作軟件能夠突破時間和空間的限制，呈現天體的時空變化和相應的數據疊加。學生通過可縮放的3D地圖觀察天空中的天體，還可以檢索人造天體。借助天文軟件創設真實的觀測場景，讓學生可以隨時隨地地進行模擬觀測，這不僅改善了觀測條件，而且還拓寬了學生的研究渠道，有助于增強學生對天文現象的感知，從而突破學習的難點。再如SkyView Free這款軟件，無論是白天還是黑夜，學生只需對準相應的方向就可以搜索對應區域里的恒星、星座、行星、衛星等，從而了解豐富的星系知識。多數天文軟件都支持點擊對應天體就呈現詳細介紹的功能，這種模擬真實情境的觀測、詳細明確的介紹讓學生可以隨時隨地開展天文學學習與研究，極大地提升了學生的學習興趣。

（3）充分利用交流平臺，建立溝通渠道，增進交流研討。隨著網絡的發展，教師與學生的交流討論不再局限于校內，微信群、QQ群等都可以作為師生校外交流、研討的工具。每個班級一般都有QQ群與微信群，教師可以將自己搜集到的觀測指南、科技成果、觀測預報等信息轉發到班級群，讓學生在家中也能與教師探討天文方面的問題，接收感興趣的天文信息。此外，學生也可以在班級群發布自己拍攝的天體照片、觀測的相關記錄、相關活動場景等。筆者管理的班級群里討論從不間斷，學生經常互相分享有趣的天文信息，例如“這是我抓拍到的今晚月全食的圖片，分享給大家”“4月26日國際空間站經過徐州上空，我們一起觀測吧！”。又如2020年6月21日的日環食現象觀測，學生不僅分享了自己親自拍攝的日環食圖片、活動場景，而且還搜集并分享了來自世界各地的天文愛好者拍攝的圖片，這些交流大大拓寬了學生的視野。

2．開展天文社團活動，補充學生天文研究需求

大班制教學可以滿足絕大多數學生開展天文研究的基本需求，但是對于更有熱情、熱愛天文學的學生來說，開設天文社團可以滿足這部分學生深入研究的需求。天文社團可以拓展研究范圍，例如讓學生了解中國古代星圖、時間和歷法的秘密，又如讓學生觀察和研究各個季節的星空。學生在天文社團中有機會接觸更多的天文現象，從而滿足他們天文研究的需求。

3．家庭與社會組織結合，落實天文研究實踐

社群拉近了學校與家長的距離。家長在QQ群或微信群能看到師生的交流與討論，感受孩子的成長與變化，了解教師為課程的付出，從而促進家長對學校、對課程的理解，更愿意為天文研究助力。

此外，目前社會上有很多自發的天文觀測與研究社團群體，他們可以為學校天文學教學提供助力，為學生進行觀測與研究提供場地、信息資源等，讓學生能有更多的機會親身經歷天文研究。

隨著科技的不斷進步，天文學的發展也在不斷加快，科學家對天文研究越來越深入。在小學科學教學中提高學生對天文學知識的學習興趣，引導學生掌握一定的天文學知識，有助于開闊學生的眼界和思路，使學生能夠沉下心來探究知識，站在宏觀的角度看問題，對學生今后正確認識自然和社會，以及世界觀的培養起到重要作用。因此。教師要創新教學方式，為學生創造更完善的研究條件，激發學生的學習動力和興趣。