“國際空間站”太空教育活動初探

王菁 郭霞 馬勁

摘要 2021年，隨著我國航天員順利進駐天宮空間站核心艙，中國空間站工程取得了“開門紅”，進而引發國內外公眾對天宮空間站應用前景的密切關注，其中包括在空間站開展的太空教育活動。縱觀全球，各國在發展載人航天工程的過程中，對太空教育都給予了高度重視，聯合建造“國際空間站”的美國、俄羅斯、日本、歐盟等國或組織的航空航天機構，更是將太空教育作為重要的戰略目標之一，開展了定位清晰、分類明確、內容豐富的科學研究和教育實踐活動。文章通過回顧“國際空間站”及各國開展的太空教育活動，系統分析其實踐經驗，對我國開展空間站相關太空教育工作進行了思考并提出了建議。

關鍵詞載人航天空間站太空教育活動

0 引言

隨著綜合國力的不斷增強，中國在載人航天工程上取得了突破性成果，極大提升了民族自信心與凝聚力， 彰顯了我國的科研能力與技術水平。2021年，航天員順利入駐天宮空間站核心艙，中國載人航天工程的巨大成就對公眾的影響達到新的高度，越來越多的公眾特別是青少年開始關注空間站的發展，開展空間站太空教育活動的重要性和緊迫性逐步體現。

載人航天事業已經走過60年的歷史，世界各國在發展載人航天工程的過程中，都對開展教育和推廣活動給予高度重視。眾所周知，長期在太空中飛行的載人航天器內具備得天獨厚的失重環境，地面難以模擬，開展空間科學研究對人類社會的發展具有極其重要的意義。與此同時，開展太空教育活動，特別是在載人航天器上開展科普教育活動，可以使公眾直觀地認識太空環境，激發青少年對科學研究和航天探索的興趣，有助于進一步提升公眾科學素養，為國家載人航天事業的長遠發展積蓄人才力量。

“國際空間站”（ISS）作為目前在軌運行最大的空間平臺，主要由美國國家航空航天局（NASA）俄羅斯聯邦航天局（ROSCOSMOS）加拿大航天局（CSA）歐洲航天局（ESA）日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）等共同運營[1]。現在，“國際空間站”的空間應用項目主要包括醫學與生物學研究生物工程、空間技術、材料科學、教育活動、地球物理學及對地觀測等7個方面的科技研究性應用[2]。太空教育成為載人航天不可忽視的重要領域，是將載人航天的科研成果向公眾特別是青少年推廣的主要途徑，是連接二者的關鍵樞紐，更是推動載人航天事業可持續發展的強大動力。

作為開展太空教育的重要載體和平臺，“國際空間站”對全球科普傳播和教育領域所做的貢獻日益凸顯。下面通過研究“國際空間站”及各國重點開展的教育實踐活動，探討對我國開展太空教育具有借鑒意義和可操作性的路徑與方法。

1 “國際空間站”太空教育活動概況

11 NASA 太空教育活動的開展

促進公眾理解科學，是美國國家航空航天局（NASA）除承擔重大科研項目之外的重要工作任務之一。美國明確了航天教育的戰略意義，不但設立教育協調委員會進行總體決策，還成立專門的教育辦公室等部門共同協作開展教育活動，同時提供固定的資金支持。NASA 通過聯合科學家、教育家、科學中心、天文館、高校等，始終致力于開發并推廣各類教育活動與實踐項目，為學生和教師提供豐富多樣的教育資源，充分激發學生在 STEM 領域的興趣，助力未來科研、教育人才的培養和儲備[3]。

NASA 的“國際空間站”教育連線活動，為美國各教育機構的學生和教師提供與空間站上的宇航員直接對話的機會。20多年來，一直有宇航員在空間站上工作和生活，開展科學實驗與技術測試。通過視頻連線活動，公眾可以與在站宇航員進行20分鐘的互動問答，直觀了解他們在空間站工作和生活的感受。公眾可通過 NASA-TV、網站及新媒體平臺觀看直播及回放。NASA 每年接受兩次提案申請，各教育機構可提交活動提案，并在 STEM 參與辦公室的支持下，組織“國際空間站”教育連線活動及配套科普教育活動，以提高學生對 STEM 的興趣和探索精神[4]。

NASA 依托官方網站建設 STEM 教育資源專欄，內容覆蓋載人航天飛行任務的不同階段，提供體系完整的免費教育資源庫，深受學生與教師信賴。專欄針對 K-12、高等教育和非正規教育等不同階段的學生，除文字、圖片、視頻等傳統方式，還開發了各種多媒體學習資源、電視節目、虛擬營地等互動性強、參與性高的實踐項目，兼顧內容與形式，為公眾提供公平、多樣、包容的科普教育體驗[5]。其中，“來自太空的 STEM 課程”教育專欄，將“國際空間站”教育資源與 STEM 概念緊密結合在一起，整合空間站上的演示視頻、不同主題的教育資源、詳細的課程計劃、教育影片等，形成針對科學、技術、工程、數學等四個研究方向的教育資源100余項（表1），其中科學類資源占比最高，作為教科書之外的延伸，極大豐富了課堂教育內容。STEM 教育資源定位清晰、分類明確，滿足了不同階段學生和教師多元化的使用需求，僅2020年全年就有69萬余名學生、8萬余名教育工作者參與 NASA STEM 的教育或培訓活動[6]。

同時，為了使公眾深入了解太空特殊環境對科學實驗的影響，NASA 策劃了一系列科學實驗活動，如組織青少年在教室中完成模擬太空相應條件的實驗，或空間站上專業研究人員正在進行的實驗，通過對比實驗現象、結果的異同，直觀體驗微重力、輻射等特殊環境對于實驗的影響[7]。由 NASA、美國業余無線電聯盟、國際業余衛星組織等機構共同發起的“國際空間站”業余無線電臺項目，作為太空教育的一項重要內容，為全球的青少年提供了與航天員直接對話的機會。目前，已有40多個國家的數百萬學生參與業余無線電通話活動，航天員通過無線電臺與地面的學生通話，回答學生提出的關于太空生活、探測計劃、科學實驗等問題，以激發學生對太空探索的好奇心和創造力。

1 2 JAXA 太空教育活動的開展

為培養下一代航空航天事業專業技術人才、推廣航空航天相關研究領域技術和應用成果，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）成立了空間教育中心，并將其活動定位為 JAXA 的核心業務之一。空間教育中心通過開展教育支持活動， 助力教育機構發展，激發青少年對“國際空間站”相關科學的研究和探索精神。空間教育中心的活動集中在學校教育支持、社會教育活動支持、提供國際國內體驗式學習機會三個方面[8]。

學校教育支持的核心工作是教師培訓。一是與日本當地教育委員會和學校合作開展的教師培訓，探討“如何將空間教育融入課堂”“如何利用空間教育材料”;二是與教師合作創建課程或講座;三是 SEEC 派遣計劃，派遣教師參與空間教育工作者研

討會，以加深教師對空間站科學和太空教育的理解，拓寬國際視野。

社會教育活動支持主要包括注重青少年動手實踐的宇宙學院、以親子活動為主的太空學校及宇宙教育導師研討會等;宇宙學院策劃的發射水火箭、移動星球、挑戰宇航員等天文、空間站相關知識的手工體驗課程，寓教于樂，既培養青少年的動手能力和冒險精神，又激發其對太空探索的興趣和動力。

空間教育中心還提供各種體驗式學習機會，如申請國內模擬記者、參與創建空間任務等體驗式活動項目;同時，深化與各國航天機構合作，提供學習交流機會，包括參與亞太地區航天局會議全民太空教育小組委員會年會和教師研討會（APRSAF）、組織水火箭錦標賽等。

JAXA 以“宇宙”為關鍵詞，打通了空間站科學實驗與相關領域科學家、教師、公眾特別是學生的共育渠道，為學生和相關教育機構提供廣泛的機會參與空間站的教育科學實驗。其中，太空種子實驗活動是一項以學生為主導的教育實驗，通過培育、觀察在“國際空間站”停留近9個月、受到強輻射、正常留在地面這三種類型的葵花、牽牛花等植物種子，探索不同條件對種子的基因影響和遺傳效應，這對空間站實驗的教育推廣和科學研究有著重要意義。

1.3 其他國家或組織太空教育活動的開展

歐洲航天局（ESA）教育項目作為歐空局公約中確認的必要活動，突出強調了太空教育的重要性。 ESA 教育項目適用于從初等教育到高等教育的各個階段，主要包括兩方面，一是適用于青少年學校教育的 ESA STEM 計劃，側重正規學校教育，激發興趣并培養青少年的 STEM 素養、技能和價值觀;二是適用于大學教育的 ESA 學院課程，包括實踐空間項目與培訓學習計劃。通過參與 ESA 學院課程，學生有機會在“國際空間站”、火箭上運行自主設計的科學和技術實驗，并在項目周期內獲得專業指導，所有課程和培訓均來自 ESA 或其他專業學術人士[9]。ESA 開展的太空教育活動均具備較高的自主學習和實踐性，如在月球營挑戰活動中，學生需要通過自主學習獲取跨學科知識，開發與月球相關的科學實驗，使用3D 建模工具設計月球營地;在為19歲以下的青少年設計的太空派（Astro Pi）挑戰賽中，參賽者設計編寫的計算機程序將有機會部署至“國際空間站”，并從空間站接收實驗數據進行分析和報告[10]（圖1）。

俄羅斯聯邦航天局（ROSCOSMOS）教育與推廣活動以宣傳俄羅斯航天取得的成就為基礎，開展以教育為目的的科學實驗和空間科學主題課程，如俄羅斯各大航天類院校積極利用“國際空間站”的俄羅斯艙段開展教育活動與科學研究，并在空間科學教育—中小學科研衛星計劃框架下開展微小衛星釋放活動，提升了青年人投身科研事業的積極性，拓寬了航空航天人才儲備渠道[12]。

1.4 國外科普場館太空教育活動案例

載人航天，尤其是“國際空間站”與科技館、天文館等科普場館有著很深的淵源。1951年10月，首屆太空旅行年度研討會在紐約海登天文館舉行。馮·布勞恩等航天科學家提出太空旅行的可行性和技術發展潛力。19世紀60年代，尤里·加加林在首次太空飛行之前，曾在莫斯科天文館進行觀星培訓。美國、蘇聯的航天員及中國的航天員都曾在天文館（天象廳）中進行過類似的培訓。各國航空局與許多大型科技館、天文館建立了緊密聯系，共享教育科普資源，研發科普活動，策劃主題展覽。

在美國印第安納波利斯兒童博物館，舉辦了一個極具創意的大型展覽—超越地球的宇宙飛船。該展覽中的“國際空間站”體驗展部分，360°再現了“國際空間站”的環境，公眾可以身臨其境地體驗航天員的日常生活，探索航天員如何在太空中進行科學實驗，試穿太空裝備，并嘗試太空任務互動活動（圖2）。展覽同步開發了適用于手機和平板電腦的應用程序，在豐富用戶體驗的同時，拓展了受眾覆蓋面，使公眾在沉浸式觀展的同時參與到 STEM 概念的教育學習中。

美國休斯頓自然科學博物館通過使用來自“國際空間站”內部魚眼鏡頭拍攝的視頻，及“國際空間站”和獵戶座太空船的準確3D 模型，策劃制作了球幕影片《我們選擇了太空》（圖3）。影片內容涵蓋了太空計劃及“國際空間站”建立的歷史，使觀眾沉浸在天文館節目創造的虛擬環境里，學習和了解宇航員在空間站、月球棲息地等微重力環境中生活和工作的體驗。其官網可免費下載針對該影片的《教育工作者指南》，闡述影片相關科學原理，對不同學段的學生提出相應的教學目標。該影片具有重要的教育意義，已被翻譯為多國語言在全世界十幾家影院上映，公眾也可通過視頻網站免費觀看，實現了 NASA 科普教育資源的深度共享。

許多天文館都將“國際空間站”觀測作為一項常規觀測活動。美國紐約自然歷史博物館的羅斯地球和空間中心（海登天文館）、芝加哥阿德勒天文館等場館均開展了相關活動。天文館的工作人員通過 NASA 網站或相關軟件獲取空間站經過本地的時間及方位，指導公眾進行觀測與攝影。通過組織空間站過境觀測活動，公眾可了解人造天體觀測和拍攝的技巧，提高天文觀測的興趣。

科普場館作為集科學研究、科普教育于一體的科學教育機構，雖具有一定的地域性，但其開放式的參觀環境、沉浸式的學習體驗、情景式的互動實踐，使公眾對科普場館具有天然的親近感，開展太空教育活動往往可以取得事半功倍的效果。科普場館基于自身展廳、劇場等特色資源，或充分利用“國際空間站”公開的科研數據與教育計劃，或與相關航空航天機構合作，通過策劃主題展覽、制作影片和開發實踐課程，寓教于樂，公眾可以更直觀、更便捷、更輕松的方式學習和獲取空間站科學研究成果，有利于激發公眾對航空航天技術和空間站科學研究的學習興趣和探索精神。

1.5 “國際空間站”太空教育活動的特點

“國際空間站”是一個空間科學實驗室，更是一個位于太空、俯視地球的獨有的科學傳播和科普教育平臺。基于國際與國內合作，“國際空間站”將科學與人文緊密結合，為全球的學生、教育工作者、公眾提供科學、技術、工程、數學等領域的教育和資源。自

2000年以來，全球已有上千萬教師、學生參加“國際空間站”相關教育活動。縱觀各國航天機構開展的太空教育活動，呈現如下特點：一是均設立專門教育機構，制定教育總體規劃，確保固定比例的經費投入，用以開展科普傳播和教育活動;二是打造系統的傳播網絡，充分利用 NASA-TV、官網、Twitter、INS 等新媒體渠道發布科研成果和活動公告，擴大活動覆蓋面和品牌影響力;三是注重科學實驗項目與教育活動的創新性和延續性，倡導開放合作，面向全球廣泛征集項目，并建立完善、高效的申請渠道和評估機制;四是重視未來人才培養，面向各級教師、學生及社會大眾，提供有針對性的教育資源和培訓活動，吸引更多的人參與到空間站的項目中，使航天工程后繼有人。與此同時，對比“國際空間站”的科學研究項目，其面向全球的教育活動占比相對較小，仍具備一定的提升空間。

2 關于“國內空間站”太空教育的思考

2.1 國內開展太空教育活動的現狀

2013年，航天員王亞平在天宮一號內的失重環境下，向全國6000余萬中小學生演示了質量測量、單擺運動等五個基礎物理實驗，標志著我國太空教育邁出了開拓性的一步。2021年，天宮空間站長期在軌運行為國內開展相關科普傳播和教育活動帶來新的機遇。當年9月，中國載人航天工程辦公室與中國科學技術館簽署了“中國空間站科創體驗基地戰略合作協議”，發布了神舟十二號航天員乘組拍攝的首批實驗孵化項目公告視頻，使得社會和公眾對空間站相關科學知識的熱情空前高漲，對太空教育的需求與預期也達到前所未有的高度[15]。中國將太空教育作為空間站的重要職能之一，于12月9日推出首個系列化太空科普教育品牌“天宮課堂”，由中國航天員擔任“太空教師”，采取天地協同互動方式開展，與多地科技館、學校的地面課堂進行實時交流[16]。北京天文館發起中國空間站觀測月、新華社發起全球拍天宮等活動，也獲得了國內外公眾的高度參與和關注。

此外，通過對國內科普場館、學校等相關機構的調研發現，目前以天宮空間站為主題、體系完備的科普展覽和教育活動為數不多。部分科普場館在其科技主題展覽中，曾展出模擬空間站主要艙段的展品或平面展板，其互動性、真實性、時效性仍與國外存在一定差距。總體來看，國內現有的科普傳播和教育活動體系未能完整展現我國載人航天事業的現狀和進展，關于載人航天特別是空間站的科普教育，在科普團隊的有效培育、教育資源與內容的豐富性、科創實踐和研究項目體系的完整度、公眾的參與度等方面仍需加強。

2.2 思考與建議

為深入貫徹落實《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》，普及航天技術知識，激發公眾對太空探索和空間科學的好奇心，結合各國航空航天機構、科普場館、行業協會的有益經驗，以天宮空間站為教育載體，對我國未來太空教育特別是空間站科創體驗活動工作的提出如下建議：

1）加強頂層設計，統籌戰略規劃布局。基于我國載人航天工程及空間站實際發展需求，建立健全相關領域科學教育管理體系，完善規章制度，強化資源統籌，明確教育目標，搭建教育框架，為科學傳播和科普教育提供基礎保障。

2）加強人才培育，強化科普教育體系。擴大科普教育的覆蓋面，為包括學生、教師、愛好者在內的公眾和相關機構，提供系統的、可持續的、有針對性的教育和培訓。充分發揮科研院所、科學家、航天員在科學傳播與科普教育中的作用，搭建與公眾交流溝通的平臺，完善科普教育與人才培養體系，促進航天科研與科普人才的可持續發展。

3）創新教育模式，打造優質實踐項目。突破傳統科普教育模式的束縛，著力研發實踐性強、參與感高的具有中國特色的空間站科創體驗項目。借鑒國外開展太空教育的經驗，將科普活動的開展貫穿于載人航天工程的各個階段。同時，注重學習和探索過程，結合不同群體與受眾特點，精準定位，打造特色科學傳播形式與教育實踐項目，建設系統化、常態化、品牌化的科普教育資源庫與優質示范項目。

4）拓寬傳播渠道，加強合作優化平臺。建立科學傳播與科普教育的新媒體傳播矩陣，充分發揮官方網絡平臺的指導和引領作用，發揮微信、微博等信息類、視頻類、音頻類社交媒體平臺的傳播優勢及聯動效應，有效提升公眾獲取教育資源的廣度與深度。加強與科研機構、科普場館、學校、社區和社會團體的合作，深化活動參與度，以提高公眾的科學和技術素養，搭建科創活動與教育資源共享平臺。

3 結語

“國際空間站”無疑是歷史上最復雜的工程奇跡，在科學和空間探索研究方面的成就數不勝數，其戰略目標還包括應對國家挑戰和促進經濟增長，在航空航天和科學領域激發和吸引公眾參與。為此，“國際空間站”和各國相關機構在教育方面做出了巨大的貢獻。據統計，隨著空間站的建立，公眾對科學的興趣有了很大的增長。“國際空間站”的科學普及教育成果和實踐，也為我國開展太空教育提供了有益經驗。隨著天宮空間站各項任務的順利開展，為我國開展科普傳播和教育活動提供了有利的平臺，這是時代賦予我們的機遇。航天科研機構與科普場館、學校等教育機構應拓展合作的廣度和深度，結合我國國情，開展具有中國特色的太空教育活動，為我國未來科學技術的發展，特別是航天事業的發展培養后備人才。

參考文獻

[1]NASA.20 Years on the International Space Station[EB/OL].（2021-11-10）.http：//www.nasa.gov.

[2]杭添仁.太空教育—載人航天的重要領域[].國際太空，2013（7）：51-58.

[3]張智慧，張玉梅，劉爽，等.NASA 載人航天傳播與教育研究[J].載人航天，2015（5）：531-534.

[4]NASA.In-flight Education Downlinks Planning Guide [EB/ OL].（2021-11-10）.http：//www.nasa.gov.

[5]NASA. NASA? Stem? Engagement? Highlights 2020[R].（2021-11-10）.Washington.D.C.：2021.

[6]NASA .[EB/OL].（2021-11-10）.https：//www .nasa .gov/audi- ence/foreducators/stem_on_station/index.html.

[7]劉枝靈.科普場館航天主題教育活動的策劃與實施—以中國科技館“奇跡天宮，榮耀見證”教育活動為例[].中國科技教育，2021（7）：23-27.

[8] AXA .[EB/OL].（2021-11-10）.https：//edu .jaxa .jp/about/# philosophy.

[9]ESA.[EB/OL].（2021-11-10）.https：//www.esa.int.

[10]ESA.Mission Space Lab[EB/OL].（2021-11-10）.https：//astro- pi.org/mission-space-lab/.

[11]ESA. Record numbers of young people have sent us ideas for? Astro? Pi? Mission? Space? Lab 2021/22.[EB/OL].（2021-12-02）.https：//www.raspberrypi.org/blog/young-peo-ple-space-experiment-ideas-astro-pi-mis-sion-space-lab-2021-22/.

[12]范唯唯，楊帆，韓淋，等.國際空間站俄羅斯艙段20年主要科研活動及未來部署綜述[].載人航天，2018（4）：553-560.

[13]The? Children's? Museum? of Indianapolis. Beyond? Space Earth[EB/OL].（2021-11-10）.https：//www.childrensmuseum. org/exhibits/beyond-spaceship-earth.

[14]MTPE. We Choose Space [EB/OL].（2021-11-10）.http：//e-planetarium.com/shows/ddome/hmns/we_choose_space/.

[15]中國載人航天工程網.奇跡天宮，榮耀見證—中國空間站科創體驗基地掛牌儀式成功舉辦[EB/OL].（2021-11-10）. http：//www.cmse.gov.cn/xwzx/zhxw/202109/t20210906_48683.html.

[16]中國新聞網.“天宮課堂”將開講， 中國空間站首次太空授課有何門道[EB/OL].（2021-12-06）.https：//www.chinanews.com.cn/gn/2021/12-06/9623089.shtml.

（2021-11-19收稿，2021-12-28修回）

作者簡介：王菁（1989-），女，工藝美術師，從事科普活動宣傳策劃工作，E-mail：wangjing@bjp .org .cn。

A? Preliminary? Study? of? Space? Education Activities Related? to? the? International? Space? Station// WANG Jing，GUOXia，MAJin

First-Author's Address? Beijing Planetarium， E-mail：wangjing@bjp .org .cn

Abstract? With the astronauts successfully stationed into the core module of the Tiangong space stationin 2021，? China's? manned? space? project? has? made? great? achievements，? which? has? arouses unprecedented? attention? from? the? public? about? the? scientific? research? and? activities? of the? space station. Throughout the world， various countries have attached great importance to space education activities? in? the? process? of? developing? manned? space? projects . The? International? Space? Station， together? with? NASA，? ROSCOSMOS，? CSA，? ESA，? JAXA? and? other? aerospace? institutions，? has? made education as one of the important strategies， carried out scientific research and educational activities with? clear? positioning，? classification? and? full? contents . This? article? reviews? the? space? education activities? developed? by? the? ISS? and? other? countries，? to? learn? its’ experience? systematically? has important reference significance for China's space education of space station.

Keywords? Manned space， space station， Space education activities