航天STEM教育活动

STEM教育是指培养学生综合运用科学、技术、工程和数学等跨学科知识解决现实问题的一种教育活动或教育理念，通常采用项目式探究性合作学习方式。目前，STEM 教育已经成为世界教育发展的一个热点方向，并在不断地发展、丰富和完善。中国、美国、欧盟和日本都在航天STEM教育方面进行了尝试和发展，其中最有代表性的是已成体系规模的美国航天STEM教育活动和初步发展的中国航天STEM教育活动。

美国航天STEM教育活动——以火星探索STEM教育为例

NASA依托网络和媒体等渠道开展了几十项航天教育计划，针对学龄前儿童和小学低年级、高年级和初中、高中、大学生和研究生知识水平的不同，提供适合他们的阅读材料或者教材，使教师和学生可获取精确到年级的科普资料，以便在学校开展科普教学，参与航天实验和工程设计，以及与航天专家一起真正解决航天研究的实际问题等。以火星探索为主题的航天STEM教育在美国由来已久，且随着NASA对火星探测的不断深入，课程体系更加完善，课程资源更加丰富，STEM活动也通过线上线下多种方式不断提升。火星探索STEM教育以真实问题为载体实现跨学科整合，基于已搜集到的资料，可以分为课程、线上活动和线下活动3部分。

NASA航天STEM教育活动（图片来源：NASA）

根据NASA实际火星探测项目过程中需要开展的科学研究和工程实践活动，火星探索STEM课程内容划分为“概念”“工程”“探索”和“科研”4个领域（表1），每个领域由一系列主题课程组成，形成了一个覆盖K—12年级的课程计划，鼓励教育工作者和学生在现实或模拟环境中参与NASA专业的科学研究和工程技术活动，是一种真实的、实践的、探究式的课程。

利用学生对于外太空的好奇，NASA官网上分享了很多实时的研究进展和科研资料，并以此开发了多种线上活动。如通过3D模拟火星探测车的外形和基本部件，将这些部件抽象提炼成青少年能够动手制作的清单，鼓励青少年动手制作自己的火星探测车，并在网上与其他人进行交流。

NASA还开展了具有很大吸引力和挑战性的大型活动，在美国政府2010年创办的创新竞赛网站上，有“百年挑战大赛”“NASA锦标赛实验室”计划与“小行星创新大赛”等重大挑战项目，通过有奖竞赛与众包项目等挑战活动推动公众创新研究，为核心任务提供有创新性的技术解决方案。

自2015年起，NASA多次举办“3D打印火星居住地”比赛，旨在征集设计方案以解决未来人类在火星上生存遇到的问题，并有丰厚的奖励。NASA还面向全国高中及以下学生开展了“命名最新火星探测器”的活动，通过提交文章作品、公众投票、电视演说等环节，脱颖而出的学生及其家长会受邀去现场观看发射。

中国航天STEM教育活动——以中国少年微星计划为例

航天STEM教育在中国是近几年开始发展的，教育部门、学校、科研单位、企业和民间组织等都尝试开发航天STEM教育活动，打造品牌。目前的普遍做法包括：面向学校师生建设航天创客社团、实验室，开发课程、教材、教具等；针对学生开发航天主题研学、游学产品；结合创意设计、工程观测、团队合作、动手实践等开展的航天STEM科普活动，如中国少年微星计划、未来太空学者大会等。

中国少年微星计划于2016年4月启动，由中国宋庆龄基金会、中国科协和中国教育学会联合主办，中国宋庆龄少年儿童科技培训基地与北京九天微星科技发展有限公司承办，以“少年星，中国梦”为主题，共分为“创星”“造星”“发星”“亮星”“观星”5个环节。活动依托当时正在建设的中国少年儿童科技培训基地，一直持续到2018年初。

中国少年微星计划（照片来源：人民网）

活动主要内容包括：

①卫星创意设计征集，面向全国少年儿童征集对“少年星”的功能设计创意，并从众多创意中评选出若干“少年梦想之星”。

②卫星套件组装，青少年利用主办方提供的纳米卫星套件，动手制作自己的卫星作品，经选定后转交专业院所，完成最终的研制、改造和地面环境测试，成为真正可以上天的卫星。

③在2018年初将青少年创意设计并参与制作的“少年星”发射升空。

④活动开发了初中课程“课桌上的卫星”和“教室里的测控”，学生可以在立方星套件上完成立方星的组装、调节、编程等实践内容，利用初中知识初步掌握卫星的运行原理；高中课程“可返回式卫星模拟探究”为项目式学习，使用探空气球（氦气球）搭载专业改造后的立方星套件，上升到20000米以上，使用气球搭载的图像采集装置、温湿度传感器、气压计及PM2.5传感器进行每10分钟自动数据收集，并将收集的资料数据记录在数据卡内。待到探空气球升到极限高度破裂后，进行返回（可使用降落伞软着陆），地面根据GPS或北斗定位信号寻找返回的卫星套件，读取数据卡内记录的遥感照片、实验等数据，供学生进行分析、研究并完成报告或论文。

⑤在学校建立校园测控站，当卫星飞行经过学校的测控分站上空时，教师和学生可以短暂操控卫星，进行卫星轨道姿态变动、遥感等实际操作。如操控卫星拍摄相应的空间照片，学生可以在课堂上根据照片开展相应的地理、气象等方面的研讨。

中美航天STEM教育活动比较

美国的航天STEM教育依托NASA海量的科研资源，包括研究视频、数据、媒体资源等，注重与高校和社会科研机构的合作。社会科研机构和高校可以为STEM教育开展提供模拟实验室、相关科研设备、最新的科研成果等丰富的教学资源，还可以通过研讨会、演讲会等，将科学家、高校教师与K—12年级的教师和学生联系起来，使得STEM课程的开发与实施有了坚实的保障。

美国的航天STEM教育活动更加成熟，内容设计完整形成闭环。活动细分了学生和教育者两大类，以及不同学龄阶段的青少年。针对不同年龄阶段学生的知识水平、兴趣点和认知能力，提供视频动画、任务清单、课程计划、VR、3D演示、模拟操作、小游戏、趣味问答等丰富多样的内容。同时，还会根据项目建立论坛，供学生在研究项目的持续时间内共享资源，进行连接和协作。

美国的航天STEM教育十分重视对教师的培养和支持，如火星探索STEM课程提供了K—12年级完整的教学计划，对教师如何开展教学提供了详细的活动方案及使用指南，每个教师都可以利用这些教学计划直接开展教学，可操作性强。

美国的航天STEM教育更倾向场景化应用，注重解决科研中会遇到的实际问题，侧重基础知识的普及。

相比较而言，中国的航天STEM教育更倾向动手实践，侧重点稍有不同，在内容细分、教师支持、资源开放、平台搭建等多方面与美国相比还有较大差距。

青少年航天科普体验营

美国太空营

美国太空营创建于1982年，是NASA具有教育性质的公益性项目，配有专为美国宇航员培训使用的太空模拟器及训练设备。太空营倡导让学生在动手和体验中学习，至今已有包括中国在内的70多个国家（地区）的50多万名国际学生到美国参加培训学习。

美国太空营最大的特点为，青少年可以参与航天员训练的实战模拟，依托世界上最大的太空和火箭博物馆，通过寓教于乐的方式激发青少年学习科学知识的兴趣，培养他们的领导力水平及团队精神。

美国太空营（照片来源：NASA）

俄罗斯航天营

2004年为“中俄青年友谊年”，在此背景下中国科协与俄罗斯宇航科学院、俄罗斯中国友好协会、国际青少年宇航中心等机构签署友好合作协议。此后，中国科协开始组织全国青少年赴俄罗斯参加“中俄青少年科技文化交流活动”，航天参观和体验是交流活动中的主要组成部分。

中国青少年赴俄主要参观莫斯科郊外的加加林宇航员培训中心（星城），包括参观太空行走水池、训练航天员抗过载能力的世界上最大的离心机、“礼炮号”“联盟号”空间站模型，以及航天食品展览等，亲身体验模拟驾驶飞机。俄方还安排了俄罗斯著名宇航员与代表团见面，介绍俄罗斯的航天历史、分享成为宇航员的经历并回答提问等。

此外，俄罗斯航天营还有参观莫斯科天文馆和宇航博物馆的行程，在讲解员的带领下，营员自己动手操作各种天文仪器，了解黑洞、宇宙射电、月球陨坑，体验骑着“天空自行车”遨游太空。

中国航天科普体验营

我国以航天科普为内容的夏令营、体验营、研学营很多，以全国青少年航天科技体验营为例，这项活动始于2010年，是由中国科协青少年科技中心会同有关部门共同开展的一项公益性活动，旨在通过为青少年搭建航天科技体验的平台，激发青少年对航天科技的热爱，为国家的航天事业培养后备人才。

体验营时长1周，营员人数一般为3060人，主要是参加载人航天科普系列活动的获奖者或地方推荐的学生。体验营的内容包括聆听航天科普报告，参观中华航天博物馆、中国航天员科研训练中心、云岗卫星地球站、天津大火箭基地、天津五院AIT中心，以及航天训练营中心体验、模拟航天器发射等。

美俄两国航天营在内容安排上将重点放在航天科技体验，通过模拟航天员训练、操作飞行设备和动手实验等让学生近距离接触航天科研内容，激发学生参与航天科学的兴趣。同时，注重人际互动，通过邀请宇航员与学生互动交流，进一步增加学生的参与感和荣誉感。相比而言，我国的航天科普体验营可以在实操体验、宇航员互动方面进行提升，不断优化项目内容。

本文节选自《青少年航天科普活动案例分析》，原载于《中国科技教育》2020年第6期专题“青少年航天科普活动”，作者王晓萌、张奇、王翠玉、李水奎。中国青辅协会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。