多層次太陽觀測研究科普活動

張峰

活動背景

當前，中學的天文科普教育往往是硬件投資多，開展活動少。學校把精力放在高考而忽視課外活動固然是重要原因，但也存在著一些客觀因素影響天文科普教育的開展。例如，天文觀測活動基本都在夜間，學生的安全令人擔憂；現在城市里光線和空氣污染都很嚴重，根本不適合進行天文觀測。這些因素使得學校價值數十萬的天文設備淪為擺設，落滿灰塵。我校另辟蹊徑，用現有設備對太陽進行觀測，只要天晴，太陽觀測效果都不錯，活動組織時間也能安排在學生在校期間。

活動目標

知識與技能

◇認識太陽結構、活動規律，了解太陽對地球的影響；

◇掌握多種天文望遠鏡使用技巧，會用天文望遠鏡進行攝影攝像，會用投影法手描黑子；

◇了解空間天氣和電離層的知識，會使用電離層突擾（SID）監測儀監測電離層變化，學會分析監測數據；

◇了解太陽能電池的原理，會設計一些利用太陽能的小制作。

過程與方法

◇學生能自己動手調試望遠鏡，攝影攝像，掌握天文觀測的基本方法。

◇學生通過參與國際大型聯合科普項目，了解組織科研的過程，學會一般研究方法，培養科學探究能力，將課本知識應用到實際研究的能力，以及在參與團體科學活動中的合作精神與協調能力。

◇學生通過動手制作太陽能相關作品，培養動手能力和創新能力。

情感態度和價值觀

學生能夠更深刻地認識太陽，提高研究太陽的興趣，激發追求、鉆研、創造的精神。在參與探究和創造發明活動中，提升科學素養，發展科學思維、科學想象、科學創新等能力。

參與對象與活動形式

高一年級學生約400人，原來參與天文小組活動的高二、高三年級學生20人左右。

學校天文社團每一屆招收約10名學生，這些同學對天文知識有著濃厚的興趣，掌握基本的天文觀測方法，有參與和組織活動的經驗，這些同學可以參與一些知識要求高、創新性較強的課題研究。

一般學生較有興趣參與活動，但對天文知識興趣持久度不夠，這些同學可以通過校本課程的學習，了解一般知識，掌握基本科學研究方法。

活動的重點、難點、創新點

活動重點：搭建天文研究平臺，以太陽觀測為抓手，調動學生積極性，讓學生有機會參與天文研究。

活動難點：如何消除學生對天文活動的陌生感、神秘感，培養學生將課本知識遷移到新的知識領域，并形成解決問題的能力。

活動創新點：充分利用現有條件和已有經驗構建針對太陽的科普研究體系。該活動具有持續性，可以保持多年不間斷，對于不同屆的學生既有基本科學知識的重復講授，又有連續不斷發展的研究課題。該活動具有唯一性，全國高中只有我校正常開展空間天氣研究，也只有我校首先提出圍繞太陽的立體化研究。

活動內容

太陽黑子的觀測及太陽運動研究

活動包括學會操作望遠鏡、開展太陽黑子知識講座、建立太陽黑子運動模型、獲取太陽黑子圖和使用圖像標度法測量太陽轉動。

太陽對空間天氣的影響研究

包括相關專業知識輔導和儀器調試，動手制作天線，學習關于“電離層突擾監測儀”的安裝、調試及數據的處理定期上傳。在一定時間內收集甚低頻信號數據，通過EXCEL將數據的變化曲線描繪出來。對比衛星記錄數據，從儀器記錄的數據中尋找可能的耀斑，和GOES記錄的時間等級作比較，追蹤一個較大的耀斑，看看它在幾天前或者幾天后重復出現，要在什么時候消失。

太陽能相關創意制作

開設有關能量利用的講座，了解太陽能對地球的重要性。組織學生參觀太陽能光伏電池生產車間，了解常見的太陽能電池種類和各自的優缺點。了解太陽能發電的工作原理，能夠對太陽能電池進行性能測評，自己動手，利用多晶硅材料制作太陽能電池，能夠制作一些利用太陽能的小發明和小作品。

活動可能出現的問題和解決預案

◇學生活動時間無法保證。太陽黑子觀測可以利用上午大課間，空間天氣監測充分利用網絡，突破時間和空間的限制。工程制作需要大量的時間，可以利用周末和假期。

◇語言問題。在空間天氣的研究中，學生會遇到大量的英文資料、英文網站，并且很多都是專業詞匯，學生在閱讀時可能會遇到困難。解決的問題是與學校的英文社團合作，幫助翻譯一些重要的資料。

◇對學生可能出現的畏難情緒，教師應給予適當的指導，針對問題及時引導，邀請相關領域專家與學生交流。

預期效果及呈現形式

◇學生能夠熟練地掌握太陽觀測的方法，知道如何研究太陽運動。了解太陽能的使用，掌握基本科學研究方法。

◇學校建立以太陽研究為中心的天文基地，并對周邊的中小學起到示范和輻射作用。

◇鼓勵學生參與斯坦福太陽中心博客的交流，與國內外中小學生探討活動。

◇能夠制作出一些有創新性的以太陽能為能源的小作品，學校組織個人作品展示會。

◇在研究過程中產生一定數量具有一定水準的研究報告或論文。

該項目獲得第30屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科技教育方案類一等獎。

專家評語

該方案體現了“三自”原則。教育目標明確，傳播的與太陽觀測相關之科學知識、方法技能和思想來源可靠，符合科技教育活動的基本規律，所設計的活動內容和形式具有較好的對應性，方案同時體現出完整性和可行性，實施后亦會產生較好的示范作用。建議繼續對方案進行完善，提高創新性，以充分發揮其提高青少年科學素質的作用和更廣泛的示范效應。