探索型小学天文课程与教材建设

2022 年9 月4 日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》，强调“科学技术普及是国家和社会普及科学技术知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法的活动，是实现创新发展的重要基础性工作”。

青少年时期是学生创新素质发展的黄金期、非认知能力养成的敏感期，相关监测也显示，我国青少年随着年级升高，科学学习兴趣明显下降，动手实验能力、综合应用能力和高阶思维能力培育不足。因此，科学素质培养中的实践教学，以及如何提升学生对科学的兴趣，是目前教学过程中研究的重点方向。

天文学对于激发青少年的好奇心和想象力，增强科学兴趣、创新意识和创新能力，具有积极的促进作用，同时也符合国家的战略需求。特别是《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》发布之后，学生从繁重的课业学习中解放出来，课后3 点半到5 点，是学生进行课后学习的黄金时间，也是天文课程加入小学教育中的机遇。但同时，也遇到师资、课程、教材缺乏等一系列问题。本项目在减少师资依赖的基础上，开发出适合中小学的天文课程和教材，加强学生在学习中的实践过程，从而提高学生的综合科学素质。

主要研究问题

根据研究目标，项目组经过调研与讨论，梳理出了几个主要研究问题，并针对问题做了相应的开发设计。

小学天文课程的课程标准

天文学是科学的一个方面，小学虽然没有针对天文学的课程标准，但有科学课程的课程标准。项目组在参考《义务教育科学课程标准（2022 年版）》的基础上，制订了课程设计的总体建设核心目标：建立初步的科学观念；形成初步的科学思维能力；培养初步的探究实践能力；树立基本的科学态度；提升对天文的兴趣。

根据小学生的认知特点和兴趣设计合适的天文课程内容

小学生的认知能力有限，接受知识的水平有限，很难保持长时间的注意力，他们更加着重于自己感兴趣的内容。因此，在天文课程教学设计上要多使用图片、视频、模型等容易引起学生兴趣的方式，多安排一些需要动手实践的内容，例如望远镜的组装、观测，开发一些天文小游戏，比如星图连线之类的内容。

与其他学科的融合点

天文课程应该与其他学科达到相互促进的效果。主要是在课程的内容安排里，添加交叉部分，例如在讲月球时，可以加入关于月亮的古诗文，让学生猜想诗文中描述的是什么样的月相；在讲太阳系时，可以涉及一些数学中圆的知识等。

课程设计方案

在课程与教材的建设过程中，采用探索性课程设计方案，从提出问题出发，经过探索研究与讨论分析，最后进行总结与归纳。

提出问题

我们的教学过程是在课堂，但教学不能局限于课堂。教学应该是基于生活的，必须与学生的现有生活有机融合在一起。我们的课程与教材应该从生活出发，通过观测日常生活现象、自然规律，探索生活中的天文，这也是由实践主体——学生与生俱来的好奇心所决定的。教师在教学过程中，需要通过问题引导学生对司空见惯的现象进行思考。

首先，可以从日常生活现象出发，引导学生对现象背后原因进行思考。比如，太阳东升西落，是最常见的生活现象，但它为什么会东升西落而不是西升东落？它在天空中的运动轨迹是什么样的？为什么会这样？它的运动轨迹会随着季节变化吗？它的运动速度有多快呢？能否测量一下呢？太阳东升西落的现象对学生来说是最熟悉的，大部分学生也能够回答出来是由于地球自转。通过从熟悉的、简单的内容出发，先建立学生的学习自信心，再逐步深入，根据学生的水平和能力，不断引导其对现象背后的理论进行探索。

其次，可以从学生感兴趣的话题出发。小学天文课程的理念之一就是激发学生对天文的好奇心与探索欲，学生感兴趣的话题就是非常好的切入点。比如，黑洞是怎么产生的？有没有白洞？有没有地外文明？有没有外星人？这些都是学生非常感兴趣的话题，尤其是受到《星际穿越》等影视作品的影响，对这些内容就更加好奇了。在课程中，从这些问题出发，更加容易调动学生学习的积极性，从而主动地进行探索。

第三，还可以从一些天文方面的新闻事件和重要天象出发。例如，2022 年7 月的“超级月亮”，2022 年11 月的月全食，还有每年的流星雨等。对于有条件的学校，可以组织学生晚上进行实地观测，对于没有条件的学校，也可以通过视频、照片等进行欣赏，探索天象背后的天文内容。什么是超级月亮？为什么会有超级月亮？它的出现有什么规律？这些都是可以引发学生讨论的内容。

探索研究

课堂的教学主体不再是教师，教师起到的只是引导作用，主体已经由教师变为学生，由学生主动进行探索和研究。不同的教材内容，需要通过不同的方式进行探索。

对于课程期间就可以观察到的现象，可以在上课时直接进行观测。天文课程一般安排在“课后1 小时”，时间大概是下午3—4 点，在这个时间段内，能够观测到的天体主要是太阳，可以引导学生观察物体在太阳下的影子变化，也可以使用简单的太阳眼镜直接观测太阳光球和太阳黑子，还可以通过小孔成像的方式观察太阳的像，有条件的学校还可以使用带减光装置的望远镜、日珥镜等设备，观察或者拍摄太阳的像。

对于只有在课后才可以观察的现象，可以在课程结束时，留作课后作业，让学生在课后进行观察，下次课上进行分享和讨论。比如，月亮相位的变化、太阳在1 天内高度的变化、物体影子在1 天内的变化等，这些都是由于时间关系无法在课堂上直接进行观察的，可以安排在课后进行探索。

对于不适合进行观察的内容，可以采用模型演示和手工制作等方式，引导学生进行探索。比如，日食、月食的形成原因，可以让学生扮演不同的天体角色，演示天象形成的过程。再比如中国空间站的介绍，可以让学生手工制作或者拼插简单的空间站模型，了解空间站的结构及各部分的功能。

对于一些高年级学生，还可以让他们在课后搜集、查找一些课程的相关知识介绍，在下一次的课堂上进行分享交流。

讨论交流

讨论交流是培养学生综合能力的一种非常好的方式，为培养学生的表达素养创造了有利条件。课堂上，可以采用先小组讨论，再当堂展示的形式。

“三人行，必有我师焉”，讨论可以激发学生的创造性思维火花，在已有知识储备基础上，提出更多、更新的问题，或者对已有问题提出更多的解决方案。科学就是在不断提出新的设想、新的理论，推翻旧的体系的一个过程，讨论交流有利于培养学生的科学思维，以科学的方式研究问题、解决问题。在一个测量月亮的像的大小的课堂上，学生通过讨论，提出了10 多种寻找月亮的像的中心、测量其半径的方法，而在教案上只提到了3 ～ 5种方法。在讨论中，学生的思维是极其活跃的，常常能够打破旧的知识的束缚，提出创新性的见解，这正是我们在教学中希望达到的目的之一。

天文学科交叉性的特点赋予了它更多的表达交流形式。PPT 展示、资料分享、问题研讨、互动答辩、海报制作、科学表演等，都是对学生能力的培养。不同方式的交流促进了学生各种能力的提升与进步，称为学生展示自我的平台。

总结评价

整个课程过程中，教师除了引导之外，还需要以旁观者的角度，对学生在课上的表现作出综合的、合理的总结与评价。天文学不是在小学课程体系内的科目，天文课程的意义更多是培养学生对科学的探索精神，提高学生在各方面的综合能力。因此，总结评价是对学生在学习过程中的表现作整体评价，让学生了解科学探索的方式，培养学生从科学角度解决问题的思想，鼓励其展示自己的勇气，而不完全着重对天文知识的掌握程度。

教学案例：天文望远镜的探索与实践

天文望远镜是天文学观测和研究的重要工具，对于小学生来说，天文望远镜是“高大上”的设备，代表着尖端科技与神秘，本案例通过实际动手实验，为学生揭开天文望远镜的神秘面纱，课程时长2 学时。

学情分析

学生的知识基础：学生大部分没有接触过天文望远镜，但从电视、网络等媒体上看到过天文望远镜的照片、视频等。

学生的兴趣：对于天文望远镜，学生有极大的好奇心与探索欲望，教学中应注意培养学生对天文的兴趣，充分发挥实验的作用，调动学生学习的积极性和主动性。

学生的认知特点：学生的认知水平和理解能力有限，需要多结合日常生活，便于学生了解相关概念。

核心素养

天文概念认识：天文望远镜的分类，伽利略与开普勒望远镜的基本结构与异同点，反射望远镜的原理。

实验探究：手工制作望远镜，通过实际观测，比较望远镜的异同点；观察光路，了解哪些形状的镜子可以用来制作天文望远镜。

教学重难点

教学重点：了解望远镜分类与折射、反射望远镜的结构。

教学难点：从实验探究得到的现象如何总结为理论。

教学过程

引入天文望远镜的概念

教师：抛出问题，让学生根据自己的生活经验回答“什么是天文望远镜？”“你们认识的天文望远镜是什么样子的？”

学生：根据自身了解到的知识，在自己的知识与理解范畴内解释天文望远镜。

设计意图：从学生的认识角度激发他们的思考，调动学生的积极性，提升课堂专注度，以问答形式引出本节课的内容。

讲解不同类型的天文望远镜

教师：展示不同类型望远镜的图片。

学生：听教师讲解，了解望远镜类型的不同。

设计意图：从常见的、学生都知道的望远镜图片，到学生有疑惑的，再到学生没有接触过的，打破学生对望远镜的固有认识，刺激学生对新知识的反应，增强其专注度。

教师：通过日常生活联系到望远镜的种类划分，如从手机信号联系到射电天文望远镜，从红外摄像联系到红外天文望远镜，从太阳光联系到光学天文望远镜，从紫外线灭菌联系到紫外天文望远镜，从去医院看病拍片子联系到X 射线天文望远镜等。

学生： 听教师讲解，了解望远镜类型的不同。

设计意图：将望远镜的分类与实际生活联系到一起，方便学生联系与理解，加深印象。

伽利略式与开普勒式天文望远镜

教师：由第一台天文望远镜的发明故事，引出伽利略式和开普勒式天文望远镜。

学生：听教师讲故事，了解两种望远镜的发明历史。

设计意图：通过历史故事，引发学生兴趣，提升其注意力。

教师：讲解伽利略式和开普勒式望远镜的制作方法，带领学生制作望远镜。

学生：动手制作天文望远镜。

设计意图：通过手工DIY 制作天文望远镜，增强学生的动手能力，引起学生兴趣，提高其积极性。

教师：带领学生使用自制的天文望远镜观测远处的物体。

学生：使用自制望远镜进行观测，记录观测现象；分组讨论两种望远镜观测现象的相同点和不同点，每组派一名同学上台，汇报讨论结果。

设计意图：培养学生的观察能力、归纳总结能力，锻炼学生的表达能力。

光路实验

教师：提出新的问题“为什么制作望远镜要使用凸透镜？其他镜子是否可以？”

学生：自行探索光线通过不同类型的镜子后，呈现什么样的状态；分组讨论，每组派一名同学上台，汇报讨论结果。

设计意图：培养学生的动手、观察、总结能力，锻炼学生的表达能力。由实验结果“能够使光线汇聚的镜子适合用来做望远镜”，引出下一部分内容，即“凹面镜也可以使光线汇聚，是否也可以用来制作望远镜？”

反射望远镜

教师：讲解第一台牛顿反射望远镜的历史；带领学生组装牛顿式反射望远镜；设置比赛，分组使用组装的望远镜进行观测。

学生：听教师讲故事，动手组装牛顿反射式望远镜，使用望远镜观测教室黑板上的小字。

设计意图：通过故事吸引学生兴趣；通过动手组装提高学生的动手能力；通过观测比赛调动学生的积极性。

实施效果

在试点教学过程中采用了多种教学方法，以提高学生的学习兴趣和参与度。通过图片、音频、视频和小故事等形式生动展示了知识点，使学生能够更好地理解和掌握；通过问题引导，加强学生思维发散性和课堂专注度，同时锻炼他们的口头表达能力；通过手工制作、模型组装、室外观测，让学生自己探索与总结规律性知识内容。通过课后反馈可知，学生对课程内容和方式比较满意，课上可以紧跟教师思路，并且有很多可以“玩”的内容；家长觉得孩子可以通过课程学到新的知识，锻炼各方面的能力，也比较满意。

总结

目前，项目组已研发天文课程约20 节，以及相关教材，主要包含如下内容：

总体简介：初识天文

太阳：走进太阳；太阳位置变化及应用（一）（二）

月球：认识月球；月相；日月食

空间探测：月球探测；中国空间站

四季星空：四季星空（春）（夏）（秋）（冬）

太阳系：太阳系概况；类地行星；类木行星；太阳系小天体

天文望远镜：天文望远镜（一）（二）（三）

其他：古诗文中的天文现象

以上内容初步满足零基础初级天文课程的教学需要，为意欲开展天文课程而缺乏师资的学校提供了教学资源支持。未来还将根据需要设计出更多活页式实验手册，供拥有各种各样不同类型天文观测仪器的学校进行有选择性的授课。同时，项目开发团队将进行更多专题的开发，将更多新成果、新突破直接扩充至原有的活页式教材中，极大地丰富天文教育资源并保持前瞻性。