基于数字化天文馆平台的科普研学教育活动创新策略研究

张 赞，王占忠，刘 慧，杨立芹，李 朋，庞国骏

（邢台学院物理与电子工程学院，河北 邢台 054001）

0 引言

科普平台是重要研学教育营地之一，通过实施教育活动等非正式教育手段，有利于普及科学知识、倡导科学方法、传播科学思想、弘扬科学精神，可以多角度、多视野地向学生和老师展示科技的勃勃生机，并营造学科学、爱科学、讲科学、用科学的浓厚氛围。从 2002年至今国家有关部门相继印发了关于“科普”的文件，如 2022 年《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》和 2021 年《全民科学素质行动规划纲要（2021-2035 年）》，呼吁要利用以科技教育平台为代表的中小学校外教学资源加强青少年科学素养培养，构建中小学校内外有机融合的科学教育体系[1-2]，这凸显了新时期科普教育平台对青少年教育活动的重要价值。近年来依托于教育基地开展科普研学活动的数量和种类快速增长，覆盖人群面更广，社会影响逐步提升[3]，教育活动已取得一定成效。然而，在科普研学活动中仍然存在教育形式单一，模式化、程序化、创新性不足等问题[4]，例如，活动流程一般为集体参观展览，听讲解员讲解，走马观花，研学课程设计上“研学”和“旅行”分离，出现重“游”轻“学”现象[5]，很少有深度的研学课程教学设计，同时与学校课程缺乏有效连接，导致科普活动与学生关注点不一致，削弱了科普教育的作用。此外，科技与文化的关联性把握不够深入，研学教育活动内容缺失文化内涵，且缺乏创新与主题统领，偏离研究性学习的初衷。总之，如何推动科普研学的健康发展，探索科普工作的有效形式，是当前科学传播面临的重要课题。因此，利用数字化天文馆优势资源，基于近些年在天文科学教育从事的理论与实践研究，从科普研学角度进行活动创新策略设计，致力于为解决现阶段科普研学难题提供思路。

1 研究意义与目标

科普研学是面向青少年的科学传播和科学教育的新方法和新模式，开展科学普及的研学旅行，有利于培养青少年的科学兴趣，促进书本知识和科学实践活动的深度融合，利于青少年创新积极性和动手能力的提升。数字化天文馆以“数字化”为主导，为学校数字化天文历史教学创设良好环境，将青少年以科普研学形式“引进来”，为激发学生探索欲和学科实验活动创设条件，给他们开辟科学教育的“社会课堂”，运用科技手段，开展场景式、体验式、互动式、探究式科普教育实践活动，驱动学生娱乐互动式学习。把天文科学发展前沿技术融入课程，将知识全方位、直观形象地展示给学生，最大化提高教学效果和质量，使教学娱乐于教，高效学习，以达到培养科学素养、开发技术能力、提升社会参与的整体目标（如表1 所示）。

表1 科普研学活动的整体目标

2 研究基础

第一，从设备上来看，数字化天文馆平台主要包括展示和观测2 个区域，其中展示区配备了50 个基础天文知识的展块以及多种天文科技展品，像太阳系演示模型、天体秤、月相演示仪、多媒体 88 星座演示仪、互动星座猜猜猜展块和天文气象知识问答系统；在观测区配备了一台KPJ-ZF400 大型天文望远镜、十台小型移动望远镜、一台专业太阳镜和一套虚拟仿真软件。

第二，从团队上来看，数字化天文馆平台成立了一支由3 名指导老师和20 名学生组成的“格物致理”新师范学社暨天文爱好科普志愿团队。团队统筹策划组织了多场天文科普活动，比如疫情期间对全校18 个院系的学生进行了轮流开放、完成了河北省科学技术厅主办的“放飞科学”主题栏目中的《我是追梦少年》第三季的录制工作。指导老师是由一支高学历、高职称的教师队伍构成，教学与研究经验丰富，学生志愿者学科专业安排合理，能够保障研究所需的专业知识和素质要求。

第三，从专业上来看，物理与电子工程学院是邢台学院中一个以工科为主、理工融合的二级学院，学院设有物理学、电子信息科学与技术、自动化、材料物理和通信工程5 个本科专业，拥有邢台市机器人智能检测与分拣技术研究与应用重点实验室、邢台学院材料科学研究中心和邢台学院工业化研究所3 个研发平台，与中国联通邢台分公司合作创建了“5G 创新联合学院”，“数字化”教学科研能力优势明显。我院被授予“河北省高校双创教育示范基地”，学院狠抓实践与技能，积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛、工程能力综合训练竞赛、互联网+大赛、国际iCAN 创新大赛等竞赛项目，获奖338 项，其中国家级奖励44 项，省级奖励233 项，指导学生赛事经验丰富，优势明显。

3 创新策略研究探究与实践

依托学院数字化天文馆教育基地鼓励邢台市高中小学校以及亲子团体等有计划分期分批到基地开展场景式、体验式、互动式、探究式科普教育实践活动。

3.1 依托天文科技展品，深度挖掘和策划系列天文主题科普活动

3.1.1 依托天文基础知识展块，建立“互联网+思政”宣讲育人创新模式

基于50 个天文基础知识展块，对基础天文知识进行宣讲的同时，也深度挖掘、宣传天文航天事迹和精神，建立以天文学知识融入“课程思政”为导向的天文科普宣传模式。例如讲到宇宙尺寸时，先对比宇宙尺度的大小：地月系＜太阳系＜银河系＜本星系群＜本超星系团＜超星系团＜丝状结构＜宇宙，再次对比原子的尺度大小：夸克＜质子/ 中子＜原子核＜原子。通过对比宇宙尺度和原子尺度，告诫学生宇宙虽大，但人心更大，人心大了可以容纳宇宙，而人心小了连夸克都容纳不了，从而勉励学生心胸宽广，在生活学习中相互包容。在讲解太阳系时，八大行星绕太阳在万有引力的作用下进行有规律和矫健的运转，告诫学生效法天体宇宙无规则不成方圆，更要切实从严遵守学校的规章制度，坚决抵制违法违章等行为。在太阳系中，恰当的万有引力，合适的行星轨道下，才有了人类的诞生，地球离太阳近一些，就会受到更强的辐射，离远一点获取不了适宜的温度，近一点点或者远一点点都不可能有人类的存在，以此融入人际交往作为思政元素案例，告诫学生交往得太近，会厌倦；太远，会陌生，保持恰当的交往距离，才是交往的真谛。同时为解决古板的宣传形式显得枯燥、乏味，在此过程中借助网络技术，通过微视频、动漫、动画、话剧、戏剧影视等新颖形式开展网络宣传，大大提高青少年的科普兴趣。

3.1.2 依托天文科技展品，深度挖掘和策划天文体验科普活动

展板区配备的太阳系演示模型、天体秤、月相演示仪、多媒体88 星座演示仪、互动星座猜猜猜展块和天文气象知识问答系统等多种天文科技展品，依托配备的天文展品，对天文类活动进行深挖和拓展，通过设计一系列有趣天文主题科普活动，启迪中小学生思维，拓展他们的视野。比如利用八大行星绕太阳运转模型展品呈现太阳系结构和演示太阳及各大行星运动规律；利用天体秤，结合地球重力环境和重力加速度，通过科学计算，可以获得太阳系其他行星和月球的重力加速度；利用互动星座猜猜猜展块，通过趣味互动的方式，进而了解十二星座、星系构成、星系结构，加深人们对星座的了解；利用天文气象知识问答系统模块，通过互动答题的方式，进而了解宇宙的起源、星系构成、星系结构，加深人们对于天文气象知识的学习。

3.2 利用科学技术开设丰富多彩、生动有趣的科学探究课程

针对青少年的时间和课程需求，根据青少年兴趣，因地制宜打造优质的科学素养系列课程。在课程设置上可包含学生感兴趣的动手探究系列课程和VR 技术等，尤其是虚拟仿真课程，在我省目前还没有大量走进中小学课堂，但这是当前科技发展的一个重要趋势。借助我校天文智慧教室通过三维仿真技术实现天文观测虚拟仿真实验环境及实验过程进行仿真模拟，像宇宙天体的观测虚拟仿真实验、太阳黑子的投影观测虚拟仿真实验、土星的观测虚拟仿真实验、星座的观测虚拟仿真实验，青少年在三维仿真模拟的实验场景中，可通过操作键盘、鼠标或VR 手柄点击实验设备、实验环节进行操作，开展针对性的交互使用训练。同时借助万维望远镜软件以小组合作形式，制作漫游作品“漫游银河系”，观看作品后分析银河系的外貌与结构。

3.3 发挥天文馆平台优势，举办“天文”观测活动

目前天文馆观测区配备一台KPJ-ZF400 大型天文望远镜和十台小型移动望远镜，可以组织青少年进行恒星、行星和月亮等天体、星座和星云等观测实践活动。比如，组织青少年组装天文望远镜镜头和太阳滤光膜进行太阳黑子的观测，分析太阳黑子数量多少对人类活动的影响；晚上利用天文望远镜进行月亮的观测，通过月相成因讲解、月相成因演示、月球表面分析，提升对月亮基本知识像“月海”“环形山”等深层次的理解。

3.4 科普创新赛事活动

邢台市教育局、邢台市科学技术协会、邢台学院联合邢台市周边多个中小学加强了科普研学合作，秉承“弘扬科学精神，普及科学知识，传播科学思想，提高公民科学素质，增强自主创新能力”的服务理念，积极打造社会服务品牌，积极实施青少年“英才计划”，开展天文科技创新大赛、天文科普竞赛、科普讲解大赛等各类青少年科技创新赛事活动，通过公开、公平、公正的竞赛选拔形式，以赛促建、以比促学，把科普教育与学校教育紧密结合，激发青少年学习兴趣和科学探索精神。

4 科普研学效果与反思

我院天文馆与邢台市科学技术协会、邢台市科学技术普及研究会、郭守敬纪念馆、邢台市周边20 多个中小学校分别加强了合作，自2021年开始，天文台广泛开展社会需要、群众喜欢、影响力大、服务面广的系列科普活动，特别是由邢台市科学技术协会、邢台市科学技术普及研究会和邢台学院共同举办的科普月活动，分别接待了邢台市第三中学师生、邢台市第五中学师生、第十中学研学活动、邢台市育红小学、马路街小学等20 多个学校的中小学生和亲子团体，仅仅2 个月时间服务人数就高达5 000 人以上。随着科普研学步伐逐渐深入，发现青少年在理论知识、科学素养、实践能力等方面都有很大进步，在科普场地上更加活跃参与问题讨论。利用问卷调查法对参加科普研学的中小学校老师和学生满意度进行调查发现满意度提升明显，由之前的62% 提升到了93%。通过案例访谈法了解到改革前个别老师、同学的强烈不满意，提高到改革后得非常满意。科普研学教育活动的创新也大大激发了青少年参加创新实践的兴趣，提升了他们敢面对、敢竞争的勇气，报名参与青少年科技创新大赛、科普天文讲解大赛、青少年科普知识竞答比赛的人数越来越多，以上均有力证明了科普研学教育活动改革和创新的成功。在大科普背景下，通过科普研学活动的引领，学生的学术视野得到开阔，更有兴趣进行科学研究，在科学实验设计、科技实践活动等方面均得到了有针对性的训练，在理论和实践两方面提升效果均较明显。

5 结论

我院坚持以服务地方的办学理念，利用学校的教育优势资源，在统筹区域科普教育资源的基础上，利用教育原理进行科普研学旅行方案优化设计，通过策划区域特色天文主题科普活动、研发区域特色科普研学课程体系、举办天文观测活动、开展科普创新赛事活动等措施，解决研学过程中科普研学教育形式单一、活动设计内容浅层、场馆资源平台应用不充分、缺乏创新等问题，基础数字化天文馆平台的科普研学教育活动创新研究对于提升邢台地区中小学研学旅行质量，引领区域教育发展具有重要作用。