基于項目的科技教育活動分層設(shè)計范例

針對科技教育活動中普遍存在的“度淺”“面窄”等問題，本文以“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”為例，介紹了“城市夜空光度測量（項目研究）”“光學相關(guān)實驗設(shè)計（科普實驗）”“星空光害旅行團（觀測實踐）”“光污染攝影大賽（文化藝術(shù)）”等四個層次的項目活動。

科技教育活動作為素質(zhì)教育理念施行的重要手段之一，是以實踐項目為載體，以發(fā)展學生的科學精神、知識與技能、方法與能力、行為與習慣為目的的教育活動。長期以來，一線教育工作者在組織科技教育活動時，往往面臨著度淺（活動研究深度不夠）、面窄（活動參與人數(shù)較少）等諸多的困擾。根據(jù)“多元智能理論”“豐富教學模式”的指導，針對不同智能類型、不同能力水平的學生設(shè)計不同方向、深度的項目活動，可以在一定程度上解決上述困擾。下面，我們以“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”為例，談?wù)勅绾位陧椖縼韺嵤┓謱哟蔚目萍冀逃顒印?/p>

一、活動背景

光污染是繼水、氣、聲和渣污染之后的一種新型污染，主要包括白亮污染、人工白晝和彩光污染。光污染的影響首先在于破壞天文觀測環(huán)境，歷史上天文臺因此而被迫搬遷的案例屢見不鮮。英國格林尼治天文臺早在1948年就為躲避光污染和大氣污染而遷往東南沿海環(huán)境優(yōu)美、觀測條件更好的赫斯特蒙蘇堡地區(qū)。在美國、加拿大、日本、西班牙、葡萄牙等國，多個著名天文臺都曾幾次遷址。我國紫金山天文臺的觀測工作也全部轉(zhuǎn)移到了其他觀測站點，紫臺園區(qū)則已改建為天文博物館，以天文科普和天文旅游為主，僅保留了少量與太陽觀測有關(guān)的科研工作。

光污染的影響其實并不局限于天文觀測。居高不下的學生近視率、迷途的海龜幼崽、撞上玻璃幕墻的飛鳥、爆發(fā)性增殖的水藻、能源緊缺與氣候變暖，這些看似并無關(guān)聯(lián)的人與事，其實背后都與燈光之擾息息相關(guān)。

作為長三角地區(qū)的重要城市之一——無錫的光污染較為嚴重。在距市中心三陽廣場約6.2公里遠的天一中學校園里，天空是白的是灰的是橙的是多彩的，北斗七星中的天權(quán)是看不到的，獅子座的鐮刀是認不全的……在距三陽廣場16.9公里遠的斗山山頂，連仙女座大星系M31和獵戶座大星云M42都僅能勉強分辨，山腳下的路燈和遠近城鎮(zhèn)的光源清晰可見，天空泛著淺淺的灰白色……在與市區(qū)間隔有10公里的太湖十八灣地區(qū)竟連天頂附近的銀河都徹夜不現(xiàn)，三角座星系M33也必須要通過雙筒鏡才能被觀察到……

為提高學生及公眾對光污染的認識，學校針對性地引進了一批測光儀，并依托天一天文社加賀谷穰工作室（文化宣傳部）、達蓋爾工作室（學術(shù)委員會）、伽利略工作室（普及委員會）和斯科特工作室（項目辦公室），設(shè)計了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”，策劃并實施了多個文宣、教育、科普和研究性項目。

二、活動目標

知識與技能：

1.理解夜空光度、光污染的概念，了解導致夜空光度增大的主要原因。

2.掌握夜空光度分級的方法，并能運用器材測量夜空光度值。

3.了解背景光對天文觀測的影響，

學會設(shè)計反映此原理的科普實驗。

過程與方法：

1.開展觀星活動、光污染攝影與夜空光度測量活動，掌握天文觀測及夜空光度測量的基本方法。

2.了解策劃、組織活動的過程，學會科學研究的一般方法，實驗設(shè)計的一般結(jié)構(gòu)。

情感、態(tài)度和價值觀：

1.了解城市對自然地理環(huán)境的改變，不合理的城市亮化帶來的環(huán)境問題，敢于解決問題。

2.在活動中，提升科學素養(yǎng)，發(fā)展科學思維、合作創(chuàng)新精神。

三、參與對象與活動形式

活動對象以天一天文社社員為主體，包括國際分社約40人，少年分社約40人，高中分社約70人，榮譽分社約20人。此外，還包括無錫市中小學天文聯(lián)合會（錫天聯(lián)）下屬成員學校約150人，以及其他相關(guān)單位的學生約300人。

活動主體——天一天文社社員參與了“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環(huán)節(jié)的活動，包括項目研究、實驗設(shè)計、科普觀測和攝影活動。錫天聯(lián)成員學校、無錫市少年宮等其他相關(guān)單位的學生主要參與了科普觀測和攝影活動。

四、活動的重點、難點、創(chuàng)新點

活動重點：搭建天文研究平臺，以光污染研究為抓手，調(diào)動學生積極性，讓更多的學生參與到天文活動中來。

活動難點：城市夜空光度測量研

究，光污染相關(guān)實驗設(shè)計。

活動創(chuàng)新點：由中學發(fā)起并組織

的使用國際頂尖測光儀對城市進行高覆蓋度的夜空光度測量研究，夜天光監(jiān)測站點建設(shè)在世界范圍內(nèi)都具有唯一性；由中學生開展科普實驗設(shè)計與教材編寫同樣具有開創(chuàng)性；以光污染為主題的攝影大賽在當今世界也是少見的。

五、可利用的各類科技教育資源

1.技術(shù)指導：中科院紫金山天文臺科普部、北京師范大學天文系高爽老師、國家天文臺劉博洋博士等以技術(shù)顧問的身份，參與了“城市夜空光度測量”的相關(guān)活動指導。此外，南京大學、中國科技大學、北京天文館的專家教授們也曾多次來校指導天文課程建設(shè)。

2.團隊建設(shè)：錫天聯(lián)成員學校、無錫市少年宮等作為天一天文社緊密的合作伙伴，不僅為開展與夜空光度相關(guān)的科普活動提供了場地與學生支持，而且還有一批教師參與共同開展天文教研活動，形成了教研團隊。

3.資金支持：天一中學為開展天文教育投入了大量的資金，已多批次采購天文實驗器材如望遠鏡、測光儀、相機、野營設(shè)備、圖書等，并已建設(shè)完成天文創(chuàng)新實驗室一間；天文創(chuàng)新實驗室作為學校“STS綜合創(chuàng)新課程基地”的重要組成部分，還得到了省市區(qū)各級教育部門的專項建設(shè)資金支持；錫天聯(lián)成員學校、無錫市少年宮等單位也配套投入了相關(guān)的天文基地建設(shè)。

六、活動內(nèi)容

“多層次城市夜空光度測量科技教育活動”的全部項目、環(huán)節(jié)的活動，包括項目研究、實驗設(shè)計、觀測實踐和攝影活動等多個層次，分別由天一天文社斯科特工作室（項目辦公室）、伽利略工作室（普及委員會）、達蓋爾工作室（學術(shù)委員會）和加賀谷穰工作室（文化宣傳部）等四大工作室具體負責。表1為各工作室的智能類型列表。

（一）主題活動一：城市夜空光度測量（項目研究）

1.選題背景及意義：

無錫作為長三角地區(qū)的重要城市之一，經(jīng)濟發(fā)達，城市光污染情況總體比較嚴重，但是不同區(qū)域的污染程度也存在明顯差異。夜空光度是衡量城市光污染程度的重要指標，通過使用專門的測光儀器，對無錫城區(qū)進行高覆蓋度的光度測量，從而了解無錫城區(qū)整體的污染程度，不同區(qū)域的污染水平差異，以及分析光污染產(chǎn)生的背景，并嘗試提出防治的建議，有利于提高公眾對光污染的認識，也能為城市管理部門在優(yōu)化城市燈光設(shè)置時提供參考。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案。指導學生收集、整理與夜空光度測量相關(guān)的研究論文及其他材料，對“光污染”“夜空光度”等概念進行界定，并組織編寫《無錫市夜空光度測量指導》方案，就測量時間、地點、方法及報告填寫的格式予以統(tǒng)一規(guī)范。

（2）撰寫開題報告。指導學生撰寫《無錫城市夜空光度測量》開題報告，對研究背景、要解決的問題、選題意義及研究價值，核心概念的界定、相關(guān)現(xiàn)狀、參考文獻，研究目標、研究內(nèi)容、研究假設(shè)，研究思路、研究計劃，預(yù)期成果等內(nèi)容進行項目論證。經(jīng)論證后的項目被中國教育學會地理教學專業(yè)委員會研究性學習課題專家組立項。

（3）開展測量活動。指導學生開展城市夜空光度測量活動，具體步驟有：

①儀器編號：為支持本課題組

的研究工作，學校從加拿大購置了9臺SQM測光儀，并予以編號（以分辨儀器本身存在的機械誤差）。

②路線設(shè)計：將無錫市區(qū)劃分為

不同的片區(qū)，并設(shè)計好測光的具體行

進路線和測光任務(wù)。

③實地測量：將課題組成員分成不同的小組，每組由3人組成，分別負責儀器操作、數(shù)據(jù)記錄和坐標定位，每個坐標點測5個數(shù)據(jù)，以減小誤差。

④數(shù)據(jù)處理：將測光所得的數(shù)據(jù)（經(jīng)度、緯度、時間、測光值）輸入EXCEL表格，進行誤差分析，取平均值，得到各坐標點夜空光亮度的最終值。

（4）撰寫結(jié)題論文。指導學生根據(jù)開題報告中預(yù)期成果的要求對收集的數(shù)據(jù)進行不同角度的分析，并將結(jié)論撰寫成結(jié)題論文《無錫城市夜空光度測量研究》。結(jié)題論文主要結(jié)構(gòu)包括：夜空光概述，測量儀器及方法，數(shù)據(jù)分析及測量結(jié)果（數(shù)據(jù)測量與分析步驟、夜空光亮度的地區(qū)分異、夜空光亮度的地區(qū)變化、夜空光亮度的地平高度及方位分異、夜空光亮度的時間變化），反思及討論等。論文發(fā)表于2015年第4期《地理教學》雜志。

3.活動效果及呈現(xiàn)方式：

活動進行過程中及論文發(fā)表之后，我們得到了諸多媒體的關(guān)注：指導教師受邀赴上海復(fù)旦大學為2015年第六屆全國天文社團發(fā)展論壇作了《也談高中天文社團建設(shè)》的專題報告，赴江陰為2015年第二屆無錫市高中生峰會作了《城市天文學》的專題報告。項目組還收到了國際天文學聯(lián)合會普及工作委員會及香港大學物理系的邀請函，受邀加入國際夜空光度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)并赴香港大學開展項目交流與培訓。

在前期活動的基礎(chǔ)上，天一天文社發(fā)起成立了錫天聯(lián)、無錫城市夜空光度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)兩個組織，吸引了南菁中學、青陽中學、山明中學、旺莊實驗小學等多家單位參與，將在無錫建設(shè)若干城市夜空光度監(jiān)測站，并以此為抓手，開展進一步的天文教育活動。

（二）主題活動二：光學相關(guān)實驗設(shè)計（科普實驗）

1.選題背景及意義：

激發(fā)學生對科學的熱情，培養(yǎng)并學習掌握科學研究的方法與技能是我國進行素質(zhì)教育的目的之一。科學研究的方法和技能至少應(yīng)包括：分析和觀察周圍世界的技能，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、作出假設(shè)、安排實驗的技能，真實地記錄觀察結(jié)果與數(shù)據(jù)的技能，按照正確方法處理數(shù)據(jù)的技能。

天文因為不屬于中小學必修課程而不被大多數(shù)學生所了解，中學階段非常缺乏天文科普實驗或科技制作的教學內(nèi)容，非常有必要利用天一天文社的資源優(yōu)勢整理、設(shè)計一些科普天文實驗或制作，這些源自我們身邊的天文科學知識將極大地激發(fā)學生對天文的興趣，增加他們對天文的認識，促進天文知識在基礎(chǔ)教育階段的普及。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫“光學相關(guān)實驗設(shè)計”模板。指導學生學習《高中物理實驗手冊》等專業(yè)書籍，在此基礎(chǔ)上，編寫“光污染相關(guān)實驗設(shè)計”模板：活動目標、概念與方法、材料準備、活動步驟、活動建議、活動拓展等，同時，設(shè)計一份樣稿《在微光中辨認顏色》。

（2）開展“光學相關(guān)實驗設(shè)計”。指導學生開展“光學相關(guān)實驗設(shè)計”，具體步驟有：

①創(chuàng)意征集：發(fā)動學生提出光學

相關(guān)實驗（及制作）設(shè)計的創(chuàng)意，組織人員從投稿的創(chuàng)意中精選可操作性較高的方案。

②方案編寫：制訂編寫計劃，并為課題組每一位學生分配編寫方案（草案），指導他們根據(jù)模板和樣稿的格式及要求進行方案編寫。

③實驗驗證：將課題組成員分成不同的小組，每組2人，以小組為單位對所編寫的方案進行實驗驗證。

（3）組織“光學相關(guān)實驗設(shè)計”比賽。面向全校師生組織開展“光學相關(guān)實驗設(shè)計”比賽，吸引對天文有興趣、樂于動手實踐的學生參加“在微光中辨認顏色”“彗星為什么長尾巴”“簡易望遠鏡制作”等比賽，并評優(yōu)頒獎。

（4）舉辦“光學相關(guān)實驗設(shè)計”科普活動。面向錫天聯(lián)成員學校、無錫市少年宮及無錫地區(qū)其他中小學、幼兒園開展“光學相關(guān)實驗設(shè)計”科普活動，針對不同年齡階段的受眾舉辦光污染科普講座或科普游戲。

3.活動效果及呈現(xiàn)方式：

學生編寫的“光學相關(guān)實驗設(shè)計”將被編入校本教材《中小學生天文學習指南3》，這是一本專門介紹天文相關(guān)科普實驗及科技制作的教材，受眾定位為中小學天文愛好者及天文指導教師。

上述科普實驗及科技制作被引入天文社“宇宙意識”少兒天文科普項目及“天文全球化”社區(qū)天文科普項目，作為寓教于樂的教學素材向少年兒童及社區(qū)的天文愛好者推廣。

（三）主題活動三：星空光害旅行團（觀測實踐）

1.選題背景及意義：

對業(yè)余天文愛好者來說，觀星是極大的樂趣所在。然而，嚴重的光污染正將燦爛的星空從我們身邊

奪走。

為便于普通學生及其他業(yè)余天文愛好者通過對比觀測，直觀地了解無錫各地的光污染情況，我們依托天一天文社組織的“天一觀星營”項目，開展了“星空光害旅行團”活動，帶領(lǐng)旅行團的團員們利用晚上的時間，去往錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數(shù)目，從而普及光污染的防治意識、夜空光度的概念。

2.活動過程和步驟：

（1）編寫觀測方案。指導學生編寫觀測方案，使用最常見的目視極限星等法，即通過肉眼能觀察到的最暗星等來進行估算：選擇2個或2個以上地平高度大于40°的定標天區(qū)，數(shù)出該天區(qū)內(nèi)能觀察到的恒星數(shù)目，與國際流星組織提供的表格對應(yīng)來確定極限星等。同時，為便于零天文基礎(chǔ)的團員參與，我們設(shè)計了簡易觀測法，請同學們觀測標志性星座所在天區(qū)的恒星數(shù)量，來比較不同地點的光污染程度。

（2）開展觀測實踐。帶領(lǐng)旅行團的團員們利用晚上的時間，去往無錫城不同的地點，實地觀測、考察并對比分析星星的數(shù)目。具體觀測過的地點有太湖廣場、馨和苑廣場、天一中學、斗山、保利廣場、崇安寺廣場、南禪寺廣場、安鎮(zhèn)高鐵新城、太湖十八灣等。（見圖9、圖10）

3.活動效果及呈現(xiàn)方式：

通過“星空光害旅行團”活動，結(jié)識了一批無錫地區(qū)的成年及未成年業(yè)余天文愛好者。以此為抓手，天一天文社發(fā)起成立了“無錫市業(yè)余天

文愛好者協(xié)會”QQ群。以此活動為素材撰寫的《星星都去哪兒了》發(fā)表在《天文愛好者》雜志2016年第2期。

（四）主題活動四：光污染攝影大賽（文化藝術(shù)）

1.選題背景及意義：

為推動公眾思考光污染在無錫及其所在社區(qū)的狀況，讓公眾參與光污染活動，我們發(fā)起了“光污染攝影大賽”活動。邀請公眾使用攝影設(shè)備捕捉各種光污染的畫面，從而了解及思考無錫地區(qū)乃至全世界日益嚴重的光污染問題。比賽主題分為：光污染與生態(tài)、光污染與健康、光污染與能源、光污染的分布、光污染的來源等。評選標準主要有：攝影照片視覺美感、作品說明表達技巧、光污染意涵、手法創(chuàng)意等。

2.活動過程和步驟：

指導學生起草“光污染攝影大賽章程”，包括組織單位、大賽目的、比賽主題、參賽資格、參賽設(shè)備、照片格式、相關(guān)權(quán)益、比賽日程、評選規(guī)則等。

章程起草完畢后，通過錫天聯(lián)官網(wǎng)、錫天聯(lián)微信公眾號（AUWS2015）、無錫市業(yè)余天文愛好者協(xié)會QQ群（91462404）、牧夫天文論壇無錫天協(xié)專版等渠道向外發(fā)布比賽信息。

投稿截止后，組織專家對作品進行評審，并舉辦頒獎儀式。

3.活動效果及呈現(xiàn)方式：

通過光污染攝影比賽，一方面間接了解了無錫地區(qū)光污染的來源、分布情況，另一方面，在公眾中對光污染進行了有效的宣傳與普及。光污染攝影作品還被制作成海報，用于專題展覽。

七、活動可能出現(xiàn)的問題及解決預(yù)案

1.項目研究中的技術(shù)問題：

考慮到光污染問題在大陸地區(qū)的研究仍處于起步階段，即便在世界范圍內(nèi)也未引起足夠的重視，我們在開展夜空光度測量時會遇到各種各樣的技術(shù)問題。對此我們的解決方案主要是：

（1）開題報告與測量指南兩個指

導性文件必須花大力氣保證質(zhì)量，保證指導性和可操作性。

（2）爭取學校在測光儀采購上的

支持，以及年級組、班主任在學生活動時間上的支持。

（3）遇到實在難以解決的技術(shù)問題，請教中科院紫金山天文臺等相關(guān)研究機構(gòu)。

2.科普實驗中的素材問題：

中學生的專業(yè)知識儲備畢竟是有限的，對生活的觀察能力也仍有待提高，這直接導致了科普實驗素材的缺乏。對此我們的解決方案主要是：

（1）大量、深度閱讀中小學階段及國外的實驗手冊，學習實驗編寫的一般結(jié)構(gòu)，積累與光學相關(guān)的實驗和科技制作素材。

（2）通過天文科普書籍和天文歷

史故事，尋求實驗和科技制作素材。

（3）面向全校發(fā)起光污染相關(guān)實

驗和科技制作素材的征集活動。

3.觀測實踐中的安全問題：

夜間開展天文觀測實踐活動遇到的最大挑戰(zhàn)是人身與財產(chǎn)安全問題，很多學生、家長或教師不支持天文活動也主要是對此有深深的顧慮。對此我們的解決方案主要是：

（1）與參加活動的學生簽訂合同，

并要求學校同意、學生簽字、家長簽字。

（2）統(tǒng)一、強制購買意外險，分擔風險。

（3）與有資質(zhì)、口碑好的旅行社合作，聯(lián)系包車或食宿。

（4）對每一個觀測地點進行事先

的實地探訪，確保觀測地的安全性，遠離陡坡與水體。

4.攝影大賽中的發(fā)動問題：

攝影大賽看似簡單，就是摁一下快門的事。但真正要發(fā)動公眾參加，激發(fā)大家的熱情卻并不是一件簡單的事。對此我們的解決方案主要是：

（1）通過錫天聯(lián)成員學校的天文

指導教師，發(fā)動學生中的天文愛好者參賽。

（2）通過官網(wǎng)、微信公眾號、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺推送攝影大賽比賽通知。

（3）積極聯(lián)系贊助，為獲獎選手準備證書、獎杯及獎品。

八、效果評價標準與方式

在評價的過程中，堅持“主體多元”“方式多樣”“向度多維”等原則。

1.主體多元：

在活動過程中，要求學生首先進行自評和互評，不同組別之間也可以進行他評。這有利于加深學生對評價標準的認識與理解，可以促進學生自我反思和自我發(fā)展。教師在此基礎(chǔ)上，對學生自評、互評及他評進行再評價，保證了評價的指導性。

2.方式多樣：

在活動過程中，靈活運用即時評價與延時評價。即時評價有利于表揚先進，糾正缺陷；延時評價則體現(xiàn)了尊重、關(guān)愛與期待。此外，還將口頭評價與書面評價，一次評價與多次評價，診斷性評價、過程性評價與終結(jié)性評價等多樣化的評價方式相結(jié)合，以保護學生的積極性，強化學生的成就感。

3.向度多維：

對學生的評價，不僅考查其天文基礎(chǔ)知識的水平高低，而且希望學生養(yǎng)成創(chuàng)新性思維和提高探究能力，可以獨立提出和開展課題研究，希望學生間多交流溝通、了解彼此與多元文化，完善自身價值體系，希望學生關(guān)注社會巨變及其對自然環(huán)境的影響，養(yǎng)成強烈的社會責任感。

*本文系肖明、沈新榮主持的無錫市教育科學“十二五”規(guī)劃2013年度立項課題《“項目研究”推動的“天文巡星工作室”建設(shè)研究》階段性研究成果，課題批準文號：C/D/2013/008。