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北京一零一中學于2018年開始探索航天特色教育，構建航天人才培養體系，開發面向高中學生的航天課程方案，在校內教師與校外專家的共同努力下，不斷向航天課程體系化、導師團隊專業化的方向發展，努力為祖國培養航天領域的創新人才。

構建航天特色教育體系

學校的航天教育體系分為五部分：基礎學科課程、PBL融通課程、航天項目研究、大師領航課程、國際國內航天科普交流與賽事。

基礎學科課程：學校重視課堂教學，以數學、物理、化學、生物、地理等學科的教學內容為契機，在教學活動中滲透航天技術中的原理和應用，奠定航天教育知識基礎。

PBL融通課程：教師結合高中學生具體情況，開發基于項目主題的跨學科課程，豐富航天教育課程資源。教師以項目為載體設計教學內容和環節，讓學生在項目和任務驅動下主動學習，達成知識和能力的主動建構。

航天項目研究：學校以航天項目為載體，激發學生深入研究真實問題的熱情，比如開展關于“火星探測器著陸方案”“地火最優轉移軌道的設計”“三大宇宙速度的進一步認識”等課題。目前，依托“101科普小衛星”項目，學生可以參與小衛星的研發、測試、發射等環節。小衛星有3個有效載荷設計方案：溫差發電、業余無線電通信、相機拍照載荷，均是由學生提出并參與設計的。在課題研究中，學生可以與航天領域專家直接討論，真正進入課題研究的專業領域。

大師領航課程：大師領航課程秉持“引進來、走出去”的教學方式：一方面學校邀請航天領域專家走進校園講解航天事業新進展，另一方面學生可以參加航天研學活動，參觀航天展覽及發射基地，感受航天發展的新進程。

國際國內航天科普交流與賽事：學校積極參與各級各類航天活動和比賽，比如作為國內第一所中學參與到中國國家航天局提出的“中非HOPE航天科普合作計劃”中，開展多次中非學生航天科普與中非文化交流。學生還參與“孩子的聲音上太空”活動、“空間站搭載青少年科學實驗方案”征集活動等，在不同平臺展示自我、培養自信。

開發基于項目的融通課程

在基于項目的融通課程開發中，教師結合學生學情，從某一學科的視角出發，以航天為背景、以項目為載體，設計教學內容和教學環節，進而突破學科界限，重組知識單元，為學生提供與能力、水平相匹配的航天課程。以“最優地火轉移軌道的設計”一課為例：

“最優地火轉移軌道的設計”選題從高中物理《萬有引力與航天》一章內容出發，讓學生設計火星探測器最優的地火轉移方案，以真實的航天工程問題為中心設計驅動性問題，以挑戰性任務為載體構建跨學科整合學習模式。

高中學生對于“天問一號”火星探測器如何從地球發往火星這個問題產生極大興趣，他們此時已經學習了萬有引力定律相關知識，能夠利用萬有引力定律解決一些簡單問題。但是，涉及真實航天工程問題的模型比較復雜，需要學生綜合考慮多方面因素，對問題進行任務拆解并利用多學科知識技能加以解決——這對于學生是一個挑戰，也是學生能力提升的關鍵。

教師在發出項目任務之后，引導學生總結影響地火轉移軌道的因素，比如探測器消耗的燃料量、運行時間、地火軌道特點、地球和火星運行方向等。然后引導學生結合這些影響因素，將大項目拆解為5個分任務：在海報上繪制地球和火星圍繞太陽運動的軌道；在海報上畫出最優地火轉移軌道方案并說明理由和依據；根據設計的軌道估算地火轉移過程所需要的時間；估算出最優軌道發射時機（發射火星探測器時地球和火星的相對位置）；利用STK軟件模擬出最優的轉移軌道方案。

每個小組先后經過“明確問題—統籌要素—設計方案—試驗模型—分析數據—迭代優化—方案評估”等環節，通過將航天問題中的對象和過程轉換成物理模型、從數學建模角度設定邊界條件、尋找并規劃最優動態路徑、估算轉移時間、從計算機matlab算法分析形成最優轉移方案、用STK仿真軟件模擬出所設計的軌道等操作，最后對本組方案進行展示和匯報。

基于學生的項目解決過程，教師對學生進行表現性評價，分別設計生生互評和師生互評的評價量規，點評各個小組的設計方案。最后，讓學生通過對真實“天問一號”火星探測器的地火轉移數據分析，找出“天問一號”選擇轉移軌道的原因。在這個過程中，學生從課堂學習內容理解了物理、數學、計算機等學科知識的實際價值，進而通過對中國航天工程的了解，厚植愛國主義情懷，提升擔當意識和社會責任感。

在真實項目中成就自我

在全國首屆未來太空學者大會上，學校共有齊宇萌、胡鼎瀚、周林楓、夏沁茹、翟思堯、汪藝灃6名學生入圍最終的全國賽。

全國賽高中組的賽題是——征集“凌霄一號”太空城設計方案。題目給出之后，學生需要在全封閉的情況下限時20個小時完成任務。為了制訂“凌霄一號”太空城設計方案，各學校代表隊組成了藍海探索、金烏能源、天宮漫游3個公司，學生對“凌霄一號”的結構與建造過程、運營與基礎設施、人居與安全、商業開發等方面進行深入探討，提出最終的設計方案。

各校學生在比賽現場組建了新的大團隊，大團隊中不同部門各有分工：周林楓在人居設計部門，翟思堯在結構設計部門，胡鼎瀚在自動化部門，夏沁茹和汪藝灃在商業部門，齊宇萌在運營部門，學生需要互相溝通和團結協作。經過精彩而激烈的對抗，學校代表隊所在的“藍海探索”公司奪得冠軍。在最終的展示環節，胡鼎瀚清晰且富有激情的表達贏得了評委認可，獲得“最佳男演講人”稱號。

在一次次比賽中，學生開闊了眼界，活躍了思維，鍛煉了能力，將所思所學用于實踐。每一次挑戰不僅是難得的展示機會，而且讓學生懂得了溝通交流的價值和團隊精神的意義。正如翟思堯所說：“我們有時爭得不可開交，但我們都抱著求真的心態，不會為自己的面子或是同校隊友的立場而傾斜。我們有人會做視覺展示型工作，比如建模、演說，也有人會在幕后做數據計算、圖表等‘不出頭’的文字工作。但是，團隊自始至終表現的都是團結，我們不僅盡心盡力完成自己的工作，也會盡自己的力量幫助隊友。”

學校航天課程的開發與實施，幫助學生深度學習、掌握、運用科學知識，也讓學生銘記中國航天人的奮斗史，激發他們踏著先輩的足跡去實現更偉大的中國航天夢。

（作者單位系北京一零一中學）

《中國教師報》2022年04月20日第5版

作者：孫 越