附录 课程建设

高级中学天文特色课程的开发与实施

相信每个人在孩提时代，都曾对美丽星空、浩瀚的宇宙有过遐想。千百年来，人们探索宇宙的进程无论经历多少磨难，前进的脚步也从来没有停止过。上海南汇中学的天文科普教育让更多学生曾经梦想中的天空慢慢变得清晰，使更多学生曾经憧憬和向往的宇宙，成为可以体悟和探索的领地。学校立足自身基础和条件，开发能够满足学生个性化需求、与基础型学科密切联系的天文教育特色课程，以增强课程对学生的适切性，提高天文科技教育的实效性，促进学生核心素养的提高。

1999年学校建立天文台，2000年学校成立天文社，2002年学校建立天文科技创新实践基地，2004年起开设面向高一全年级的天文课，曾连续三次被评为上海市“科技教育特色示范学校”。在长期天文教学实践的基础上，学校于2010年开始，从体系、结构、内容三方面构建符合素质教育要求的新的天文特色课程，包含基础型课程、拓展型课程及研究型课程。该天文特色课程体系的实施，在基础教育领域树立了较为领先的天文教育标杆，培养了一批优秀的未来科技之星，扩大了学校天文特色资源的辐射效应，实践成果获得了2013年上海市市级教学成果一等奖、2021年上海市科普教育创新奖（提名奖）。

一、课程实施的背景与意义

（一）课程的背景

1.源自素质教育的需要

天文学是自然科学六大基础学科之一，是一门古老而又前沿的学科，推动了人类社会的进步和科技的发展。天文学对于提高全民素养、培育创新精神和科学思维、建立正确的世界观和宇宙观方面有着不可替代的作用。随着中国天文学以及航天事业的飞速发展，教育部门和社会各界对天文教育的重视程度也在不断提升，小学自然、中学地理和物理学科中涉及的天文知识越来越多，高中地理、物理课程中都包含了一些天文学内容。因此，学校创建天文课程体系是顺应时代发展的一种尝试与实践。

2.源自深化课改的需要

实践证明，人的思维活动必然涉及对自身所处环境包括宇宙环境的思考，使得天文学有其特殊的魅力，特别能够激发青少年对科学的热爱和探究的兴趣。调查发现，整体而言进入高中阶段的学生天文知识还相对匮乏，却普遍对天文知识有浓厚的学习兴趣。在高中地理、物理课程中，零星章节的天文知识不成体系，难以满足学生对天文知识的需求。因此，构建天文课程体系，有助于丰富学校的课程资源，提升科技创新教育的内涵，这也是深化课改的有效途径和重要内容。

3.源自学生发展的需要

南汇中学是中国科学院紫金山天文台“天文科普推广中心”及中国科学院上海天文台的“科学普及试验基地”，科技教育资源相对集中于天文科普上。而学校的办学理念是“关注每个学生的发展”，那就必须面对不同基础学生的个性化需求。如何让学校的这一传统特色科技教育能够适应当前不同基础、不同个性学生的发展是我们必须要解决的一个问题。天文课程需要转型，来实现教学内容的多样化、教学方式的多元化，拓展学生的学习经历，提高学生的学习效能。

（二）课程的意义

1.有助于我们把握学科课程与校本课程的关系

天文特色课程体系属于学校“天·地·人”课程系列中的核心课程。通过课程实践，可以使我们更清晰地认识到国家课程与学校自主课程之间的关系。自主课程应该在激发学生的学习情感方面起重要作用，是要在学生的共同基础上发展不同基础，不能简单停留在内容和要求上做加法，而是要与学科课程一起形成提高学生学习效能的合力。

2.有助于我们厘清学校科技特色课程的发展模式

随着科技教育的发展，越来越多的学校形成了自己的科技教育特色，但是随着时间的推移、教学改革的深入，这样一种教学资源相对集中在某一科技领域的特色项目应该如何发展以满足学生个性化发展的需求？如何让学校优质资源惠及每一位学生？学校围绕三个维度“核心概念、学科综合、科学实践”，按照基础型、拓展型、研究型三类课程设计的天文课程体系，实现了科技教育特色项目的转型，这种模式具有一定的推广价值。

3.有助于我们探索天文科技教育的育人价值

课程的核心育人价值是学校课程建设的方向和灵魂。通过课程学习，要让学生逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力。要在各种天文教学活动中有效地、创造性地拓展学生学习时空，丰富学生学习经历，提升学生综合素养。天文学中的核心概念能够帮助学生掌握科学的思维方法，天文新发现能激发学生刨根问底的探索热情，使学生对人类自身和宇宙有更深入的思考，更好地认识自己，树立正确的宇宙观。

二、天文教育的整体规划

（一）天文教育的推进策略

1.以基础设施为起点，让学生感受体验天文学的魅力

通过天文台和天象馆的日常开放、科技节的观摩演示以及特殊天象的观测活动等，发挥学校天文基础设施的功效，让全校师生都能够参与到天文活动中，感受和体验天文学的魅力。我们学校天文台数年来坚持用22厘米折射式望远镜投影记录太阳黑子，至今累计已有2000多人次参加太阳黑子观测，日积月累下来的太阳黑子资料有3000多张。天象馆可以播放球幕天文视频，天象仪可以演示四季星空、太阳系行星运动，以及流星、彗星和卫星的运动，天体视运动等，每个班级至少要在天象馆上两次课，使学生对星空、对宇宙有一个新的认识，激发学生的学习兴趣（附图1～4）。

2.以课程建设为依托，让学生学习思考天文学的新知识

为学生提供丰富多样的课程资源，既包括与基础型课程整合的天文必修课，也有进阶的拓展型课程，如《天文学热点问题概论》和《航天技术引论》，以及研究型课程，包括研究课和活动课。学生在感受天文的基础上，可以较为系统地学习天文学基础知识，也可以进一步自主选择课程深入学习探究。在这一系列课程的学习中，学生提升了科学素养，加强了学习能力，培养了创新精神。

附图1 天文台

附图2 折射式望远镜

附图3 天象馆

附图4 天象仪

3.以探究活动为核心，让学生自主探究天文学的问题

学生利用自己亲身经历的观测活动和亲手绘制或拍摄累积下来的资料，开展相关的天文课题探究。如根据太阳黑子记录图而开展的课题“太阳黑子位置与形态的关系”“太阳表面各纬度的自转周期关系探讨”“太阳黑子的形态与生存能力”等。还有基于单反相机拍摄照片开展的课题“星团颜色及恒星演化的研究”“变星识别与周期分析”等。这些课题的论文多次在市、区各类科技创新大赛上获奖，更重要的是，学生逐渐掌握了选择课题、研究课题、撰写科技论文的能力。

（二）天文课程的框架设置

1.基础型课程

通过基础型课程关注到每个学生的成长。以促进学生基本素质的形成为目标，根据国家课程标准，结合学校现状和教学实践，依据统整性原则（学科知识体系统整）、适切性原则（学生能力要求适切）、选择性原则（教学内容适当增删），将高中地理和高中物理教材中的天文学内容，通过天文校本必修课整合在一起，使之成为一个较为完整的教学体系，让所有学生能够掌握天文学基础知识，同时也是让学校天文特色课程为国家课程服务，培养学生学习兴趣。

2.拓展型课程

通过拓展型课程夯实“会学习”。以提高学生综合素质为目标，在天文校本必修课的基础上，构建与具体学科知识相融合的拓展型课程，促进学生对所学知识的融会贯通。面向对天文有较高兴趣或有一定基础的学生，采用“拓展+社团”的形式，打造拓展型课程与天文社团互融的平台，构建拓展型课程与研究型课程的交集。在拓展课的基础上，以高二学生为主，组建新一届天文社，开展天象观测等活动，即使课程得以延伸，也为学生继续探究和丰富学习经验提供了平台。

3.研究型课程

通过研究型课程落实“能发展”。以实践创新能力培养为目标，以研究课和活动课为载体，以主题学习、课题体验、观测活动和项目研究为内容，逐步实施探究活动。通过研究课开展主题学习、小课题体验，使学生具备初步的项目研究能力；通过活动课，进行天象观测，累积资料，在此基础上开展较为深入的课题探究。在整个过程中，学会发现问题、提出问题，学会寻找解决问题的途径，学会课题实验的方法，学会撰写科技论文。

三、课程体系的目标与内容

（一）课程具体目标

1.知识目标

（1）知道天文学基础知识和一些最新进展；

（2）理解天文学热点问题的相关背景知识；

（3）理解天文探测的一些基本方法。

2.能力目标

（1）提高课堂知识在天文学中的应用能力；

（2）提高天文学前沿进展信息的搜集能力；

（3）能够操控望远镜对一些天象进行实际观测。

3.情感目标

（1）通过对天文学基础知识、热点问题的学习，感受天文学的魅力，激发对天文学的兴趣；

（2）通过对实际天象进行观测分析，锻炼实践创新能力，培养科学精神和严谨的科学态度。

（二）课程主要内容

1.天文基础课

天文基础课整合了国家课程地理、物理中的天文学内容，面向高一全体学生，两周1课时，持续一学期，主要学习天文学基础知识，包含“天文学入门”“飞越太阳系”“天文学简史”三门课程。“天文学入门”选取《千字文》前四句“天地玄黄”“宇宙洪荒”“日月盈昃”“辰宿列张”作为4讲内容的主题，介绍一些天文学基本概念。“飞越太阳系”主要围绕太阳系中的各类天体展开，包括7个主题，分别是太阳、行星、矮行星、卫星、小行星、彗星以及流星。“天文学简史”叙述了天文学历史上的三个重大进步，分别是“从地心说到日心说”“从银河系到河外星系”“从静态宇宙到膨胀宇宙”。

2.天文拓展课

天文拓展课面向高一、高二部分学生，包含两门课程“天文学热点问题概论”和“航天技术引论”，每门课程各持续一学期，约20课时。

“天文学热点问题概论”在高一第二学期开设，主要讲述有关天文学前沿热点问题的知识、方法以及最新进展。课程分为九大主题：地月系、近地小行星、火星、地外生命、系外行星、超新星、黑洞、星系、宇宙，每个主题都有相应的专题讨论（附表1）。课程内容上尽可能吸纳主流科学媒体的科技报道，在课程中渗透该领域的最新发现、最新成果，让学生能够体验到科技进展的日新月异。

“航天技术引论”在高二第一学期开设，是在天文学热点问题探讨的基础上，展现天文学发展和航天技术进步的密切关联，结合我国航天科技的迅猛发展，讲述航天技术的基本原理、发展概况以及应用前景等。课程由四大主题构成：航天技术发展、火箭推进系统、航天飞行原理、载人航天工程，每个主题由两节内容构成（附表2）。

附表1 “天文学热点问题概论”课程内容

附表2 “航天技术引论”课程内容

3.天文探究课

天文探究课包括两门课程“研究课”和“活动课”。

研究课面向高一全体学生，也是一门必修课，两周1课时，持续一学期，鼓励学生在自主选择的原则下，围绕某些课题、专题或项目，参照科学研究的基本方法与规则，通过导师的指导和帮助去主动体验了解，进而初步掌握研究性学习。课程采用“6+1”的模式，即6项主题学习加1项小课题研究，较为系统地体验科技创新的各个阶段、各个要素。6个主题分别是“如何进行创意设计”“如何选择创新课题”“如何开展科技探究”“如何制作科学图表”“如何撰写科学论文”“如何展示创新成果”。随着课程的推进，学生提出自己的小课题并开展探究，在学年结束时提交研究成果，学校给予评定。

活动课面向高一、高二、高三部分学生，以高二学生为主，根据实际天气情况和天象而定，一般每月活动两到三次。由于天文学的实验方法是观测，必须通过观测来收集天体的各种信息，并开展探究，因此观测活动是天文科技教育的一项重要内容。观测活动前，先通过星图软件了解天象并明确观测任务，然后在学校天文台进行观测（附图5）。

活动课的难度逐步提升，从最基本的望远镜操作上升到比较复杂的通过计算机控制望远镜（附图6），从传统的手绘太阳黑子、手绘月相图提升到采用单反相机或者CCD的天体摄影（附图7），观测的目标从太阳、月亮、五大行星扩展到更加丰富的深空天体。学校所处位置光污染相对较轻、观测设备比较齐全（附图8），适时引入深空天体的摄影观测，使得学生对天空的探索延伸到了太阳系之外，拓展了学生的视野，也大大提高了观测水平、探究能力。

附图5 天文观测活动

附图6 天文社学生观测月球

附图7 天象摄影

附图8 天文望远镜

四、课程体系的实践效果

学校天文特色课程的构建与实施，为学生提供了科技实践、自主管理、自主学习以及对专项课题进行探究的平台，为促进学生基本素质的形成和实践创新能力的发展提供了保障。实施成果已被编入由上海教育出版社出版的《创新：实验室里的时代脉动——高中创新实验室案例撷英》一书，并在《上海教育》杂志上刊登。《中国科普场馆年鉴》《上海教育》《文汇教育》《动手做报》《现代教学》等报刊书籍都刊载了南汇中学的天文教育特色。

（一）确立了较为独特的天文教育理念

天文学是一门极其古老的学科，也是一门极具活力的现代学科，千百年来激励着一代又一代人去探索宇宙、寻求新知。学校以“会学习 能发展”为育人目标，立足本源，把握“四基”（基础知识、基本技能、基本思想、基本活动经验），追求发展，在此基础上以探求无限苍穹为载体，通过长期实践与研究，确立了天文教育的理念“仰望星空探索宇宙 脚踏实地 探求知识”——给每一位学生创造一个“仰望星空 探索宇宙”的机会，激发学习兴趣，培养科学精神；给每一位学生创建一条“脚踏实地 探求知识”的途径，体验探究学习，提升科学思维。遵循这一理念开展的各类天文教育活动，在学生心中埋下了“创新”的种子，进而迸发出“创新”的火花，最终结出“创新”的果子。

（二）建立了较为完备的天文课程体系

学校以学生发展为本，开设丰富多样的天文课程，提供多种学习经历，实现学习内容的个性化、学习过程的个性化。分别在不同年级开设了三大类共7门天文课程，分别是天文基础课（“天文学入门”“飞越太阳系”和“天文学简史”）、天文拓展课（“天文学热点问题概论”和“航天技术引论”）、天文探究课（“研究课”和“活动课”），创建了中学阶段天文科技教育中一个比较完备的课程体系。学校的天文特色课程建设成果获得了市级教学成果一等奖。天文课建设成果被收入在上海科技教育出版社出版的《课程改革深化背景下的慕课开发与实践》一书中。

（三）树立了较为领先的天文教育标杆

学校以基础设施为起点、以课程建设为依托、以探究活动为核心，为学生提供了一个学习现代天文科技发展的平台，促进学生从“体验感受”现代科技开始，走向对知识与方法的“学习思考”，并逐渐发展为对开放性课题的“自主探究”。通过长期的努力，学校的天文科技创新教育赢得了师生的高度认可，获得了专业天文机构的好评，取得了良好的社会反响，树立了科技教育的品牌。学校的天文教育成果多次在全国天文科普教育论坛、上海市天文教育研讨会等平台分享交流，赢得了天文教育专家和同行的一致好评。

（四）培养了一批优秀的未来科技之星

数年来，学校天文特色课程体系的实施，让学生在学习中进步、在实践中成长，使得学生真正体会到知识的力量、观测的乐趣、探究的挑战，在多个维度促进了学生的发展。学校“星之旅”天文社中涌现了一批综合素质突出的未来科技之星，天文社也被评为上海市中学生“明星社团”“十佳社团”“特色社团”。这些同学从学校毕业后也把天文科普的种子播向了所到之处，到了大学里依然继续着追星的梦想，把对天文的热情渗透进人生的每一个阶段。

（五）扩大了天文特色的资源辐射效应

天文台和天象馆除进行日常天文活动外，平时中午和假期对其他学校和天文爱好者开放，平均每年接待1000多人次观摩学习，还多次接待国内外学生团队以及其他观摩团队到校参观。在接待交流中，以学生为本，在教师指导下由学生策划组织、接待讲解，提升了学生的实践能力。天文社成员也走出校园，根据重要天象开展科普活动，带上展板、望远镜等设备到周边学校开展专题天文知识科普活动，到社区、街道居委会普及天文知识，将学校的优质资源向周边区域辐射。

五、课程体系的特色与创新

（一）课程特色

1.课程内容的选择体现前沿性

课程内容与时代发展同步，各个主题中尽可能渗透该领域的最新进展，把一些天文学新发现的相关知识与方法呈现给学生，拓宽学生的视野，让学生感受到科技进步的脉搏。因此，课程内容坚持动态调整，不断研发、改进、统整、丰富、完善。

2.专题讨论的设计凸显综合性

天文学是综合性很强的学科，在知识方法的学习上，尤其是在专题讨论中，突出学科交叉，融入高中阶段的各主要学科的相关知识，凸显科学内在关联，通过各个学科课堂所学知识在天文学中的应用，更能提升学生的综合素养，开启学生对其他自然科学的兴趣。

3.探究活动的开展强调渐进性

探究活动的组织有一定的梯度，对学生探究能力的培养要求循序渐进，由简单到复杂，由部分探究到经历较完整的探究过程。先让学生经历一些简单的探究活动，随着能力的提高，再循序渐进地加大探究力度，使学生探究活动的水平逐步提高。

（二）课程创新

1.多元课程助力学生多样发展

天文课程体系的构建与实践，实现了以单一特色项目的多样化课程及多元化教学满足学生个性化发展的需求，充分关注到学生的学习兴趣和经验，开创了特色项目转型发展的一种模式。

2.三维建构促进学生深度学习

天文课程体系的构建围绕三个维度展开，即核心概念、学科综合、科学实践，分别对应基础型课程、拓展型课程及探究型课程。概括起来就是“学生积极参与科学实践，运用跨领域知识，加深他们对核心概念的理解。”

六、课程实施的反思与展望

（一）弱化科普模式，提升学生自主学习探究能力

由于天文学并非国家规定的必修课程，学生的基础相对薄弱，使得天文教学活动难免包含一种自上而下的科普模式。为此，通过在天文拓展课各章节中增加专题讨论和专题学习以及开设研究课、活动课，让学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力，从而一定程度上弱化科普模式。同时，在延展天文教育的发展空间时，要让学生尽可能融合到合作探究的求知模式中，如在学生天文社团的自主管理、天文教学主题的自主选择等方面深化课程，进一步提升学习内容的个性化及学习过程的个性化。

（二）弱化学科本位，加强与其他学科的有机结合

天文学自古以来就是一门非常重要的学科，对人类文明有着重大影响，天文学对宇宙的探索，根本目的在于了解人类自身的由来及其在宇宙中所处的地位。当前，天文学对国家科技发展与国际地位提升有重要作用，更重要的是它集中了物理学、数学、化学、生命科学等多门学科，成为最活跃的、最富生命力的多学科交叉领域，所以要弱化学科本位，突出学科综合，激发学生学习兴趣。在学校特色课程体系的教学规划和设计中，有必要进一步加强与其他学科的有机结合，让更多的学科教师参与到天文特色课程的建设中，则可以更好地适应不同学生的发展需求，提升课程质量。