□戴祎蘭

科學(xué)探究需要從學(xué)生的學(xué)習(xí)需求出發(fā)，依托真實(shí)的科學(xué)活動，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動機(jī)。學(xué)校、家庭、社會應(yīng)幫助學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)、完整的科學(xué)探究過程，為學(xué)生的未來發(fā)展奠基。“空間站的通聯(lián)與觀測”（以下簡稱“通聯(lián)與觀測”）實(shí)踐活動是學(xué)生在家長、教師的指導(dǎo)下，以“與國際空間站建立聯(lián)通，并對天宮空間站（China Space Station，CSS）（以下簡稱‘天宮’）進(jìn)行觀測”為目標(biāo)的探究活動。參與探究的學(xué)生經(jīng)歷3個(gè)月的探索，完成了與國際空間站的通聯(lián)工作，成功地用照相機(jī)拍攝到了“天宮”過境杭州的照片。這一實(shí)踐活動讓科學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)入了學(xué)生真實(shí)的生活世界，學(xué)生在“學(xué)習(xí)—實(shí)踐—認(rèn)知”的過程中收獲了成功的喜悅。

一、背景介紹

“通聯(lián)與觀測”中，通聯(lián)指的是借助相關(guān)平臺，利用業(yè)余無線電設(shè)備，與工作中的國際空間站宇航員進(jìn)行實(shí)時(shí)連線溝通（如接收他們即時(shí)發(fā)出的照片等）。觀測指的是借助望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)等設(shè)備，對運(yùn)行中的“天宮”進(jìn)行觀察的活動。

活動小組的學(xué)生在了解了關(guān)于我國“天宮”的信息后，產(chǎn)生了對其進(jìn)行觀測的想法。他們通過ARISS的MAI-75項(xiàng)目，以SSTV完成了與國際空間站的通聯(lián)及對“天宮”的觀測。ARISS是Amateur Radio on the International Space Station（國際空間站業(yè)余無線電）項(xiàng)目的簡稱。它是由美國業(yè)余無線電聯(lián)盟、國際業(yè)余衛(wèi)星組織、美國航空航天局等共同發(fā)起，以擴(kuò)大國際空間站的影響力為目的，為愛好者提供與國際空間站宇航員直接交流的機(jī)會的一個(gè)公益項(xiàng)目。MAI-75項(xiàng)目是ARISS的一個(gè)組成部分。它由莫斯科航空學(xué)院主導(dǎo)，將視頻信息從太空實(shí)時(shí)向全世界業(yè)余無線電及互聯(lián)網(wǎng)用戶進(jìn)行傳播。SSTV是業(yè)余無線電愛好者最常用的圖片傳輸方法，指的是通過無線電傳輸、接收單色或彩色的靜態(tài)圖片，并通過PC端的計(jì)算機(jī)程序或手機(jī)App進(jìn)行圖片的編碼和解碼。

二、實(shí)施過程

學(xué)生親身參與科學(xué)實(shí)踐活動，在學(xué)習(xí)任務(wù)的指引下，主動研究、探索，大致經(jīng)歷了明確活動任務(wù)、奠定活動基礎(chǔ)、完成現(xiàn)場通聯(lián)等過程。

（一）基于學(xué)習(xí)興趣，明確活動任務(wù)

好奇是人類的天性，很多學(xué)生都有“太空夢”，但如果僅僅停留在“夢”的階段，濃厚的興趣可能會隨著時(shí)間的流逝漸漸消失。教師和家長了解了學(xué)生的興趣后，組織學(xué)生成立活動小組，并邀請了一名專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)為學(xué)生提供支持。活動小組成員在與技術(shù)指導(dǎo)、教師、家長討論的基礎(chǔ)上，確定了本次活動的主要任務(wù)：（1）在“天宮”過境杭州時(shí)，對其飛行軌跡進(jìn)行觀測，并且嘗試用相機(jī)拍攝照片；（2）根據(jù)觀測條件，依據(jù)國際空間站官網(wǎng)發(fā)布的信息，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間參與MAI-75項(xiàng)目的活動，以SSTV實(shí)現(xiàn)與國際空間站的通聯(lián)目標(biāo)；（3）成功接收發(fā)自國際空間站的圖片，并獲得通聯(lián)證書。

（二）掌握相關(guān)技能，奠定活動基礎(chǔ)

學(xué)生要完成觀測與通聯(lián)活動，須在活動前做大量的準(zhǔn)備工作，為活動的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

首先是基礎(chǔ)技能的掌握。要順利完成活動任務(wù)，學(xué)生需要了解天文學(xué)、業(yè)余無線電和空間站方面的基礎(chǔ)知識，還要掌握相機(jī)的設(shè)置和使用技巧。鑒于此，在正式進(jìn)行實(shí)踐活動之前，技術(shù)指導(dǎo)、教師和家長共同策劃，為學(xué)生進(jìn)行了一次基礎(chǔ)知識培訓(xùn)。培訓(xùn)的內(nèi)容包括：業(yè)余無線電通信常識及對講機(jī)的設(shè)置與使用方法；電磁波、天線原理等相關(guān)概念；國際空間站的基本情況；拍攝相機(jī)及相關(guān)軟件的使用方法；衛(wèi)星過境跟蹤的方法及對拍攝內(nèi)容進(jìn)行解碼的方式；等等。

其次是活動時(shí)間與地點(diǎn)的選擇。國際空間站通聯(lián)和“天宮”觀測這兩個(gè)活動對于時(shí)間和地點(diǎn)的要求是不一樣的。通聯(lián)需要借助ARISS的平臺，所以要根據(jù)國際空間站在互聯(lián)網(wǎng)上公布的通聯(lián)活動時(shí)間與計(jì)劃來安排。觀測時(shí)間的選擇相對靈活，但最好在傍晚或凌晨進(jìn)行，能夠觀察得比較清晰。如果想把觀測和通聯(lián)兩個(gè)活動安排在同一天進(jìn)行，就必須選擇天氣晴朗的晚上，并且要與國際空間站的計(jì)劃同步，這樣合適的時(shí)間不容易遇到。因此，活動小組成員在反復(fù)斟酌與比較后，決定將通聯(lián)和觀測活動分開進(jìn)行。通聯(lián)與觀測的地點(diǎn)也很重要。需要選擇在空曠且沒有高大建筑物遮擋的地方，如江邊、海邊、山頂?shù)?，還要避開變電站、移動通信基站等可能存在電磁干擾的建筑。學(xué)生歷經(jīng)近3個(gè)月的時(shí)間，實(shí)地考察了若干個(gè)備選地以后，才確定了比較適合的時(shí)間和地點(diǎn)。

最后是反復(fù)的練習(xí)。練習(xí)是保證活動順利進(jìn)行的重要前提。在進(jìn)行正式的通聯(lián)與觀測活動前，學(xué)生反復(fù)練習(xí)對焦、調(diào)焦，學(xué)習(xí)使用多次曝光、連續(xù)拍攝的方法拍照，練習(xí)利用電腦軟件對拍攝鏡頭進(jìn)行疊加處理，得到物體的運(yùn)動軌跡。學(xué)生還多次到選定的場所進(jìn)行實(shí)地拍攝演練，提前找出可能遇到的問題并嘗試解決。如在練習(xí)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)周圍的環(huán)境對拍攝效果影響較大，所以想到要注意手電筒或其他設(shè)備的光對拍攝帶來的干擾。又如，學(xué)生發(fā)現(xiàn)航天器過境時(shí)的亮度并不是一成不變的，由于太陽光照角度的不同以及地面觀測角度的不同，航天器的亮度也會發(fā)生變化。學(xué)生進(jìn)一步查閱資料，得知“天宮”過境時(shí)，高度角較高時(shí)會更明亮。這些前期準(zhǔn)備讓學(xué)生對通聯(lián)與觀測活動有了更大的信心。

（三）現(xiàn)場通聯(lián)實(shí)踐，完成觀測任務(wù)

2021年6月26日上午，學(xué)生按時(shí)來到活動現(xiàn)場。按照計(jì)劃，小組成員在完成八木天線組裝后再次確定負(fù)責(zé)信號接收、進(jìn)行國際空間站跟蹤、對采集到的信號進(jìn)行錄音、對實(shí)踐過程進(jìn)行拍攝的人員及各自的任務(wù)。所有準(zhǔn)備工作在11點(diǎn)10分完成，學(xué)生靜靜地等候國際空間站的飛臨。通聯(lián)活動正式開始。

11點(diǎn)19分，手機(jī)App顯示國際空間站已經(jīng)從地平線升起，但是對講機(jī)遲遲沒有發(fā)出信號。學(xué)生焦急萬分，擔(dān)心信號接收是否有誤，并且反復(fù)檢查設(shè)備狀況。11點(diǎn)23分，對講機(jī)里終于傳來了清晰的信號聲音，學(xué)生非常激動。學(xué)生密切跟蹤國際空間站的運(yùn)行位置，不斷調(diào)整接收信號的角度，旋轉(zhuǎn)天線的極化方向，確保對講機(jī)里的信號是清晰的。11點(diǎn)29分左右，國際空間站在東南方向落到地平線以下，信號完全消失。學(xué)生迫不及待地開始用手機(jī)App對信號進(jìn)行解碼。這次活動一共收到了兩張國際空間站發(fā)出的紀(jì)念“和平號”空間站與航天飛機(jī)歷史性對接的系列活動照片。隨著圖片一行一行地被解析出來，學(xué)生終于看到了夢寐以求的國際空間站通聯(lián)圖片。

2021年8月9日02點(diǎn)40分，“天宮”高角度過境杭州。學(xué)生在這天凌晨早早起床，在漆黑的夜色中，在教師和家長的帶領(lǐng)下，朝著“天宮”將要升起的地方架好相機(jī)，并將相機(jī)的曝光時(shí)間設(shè)置為10秒進(jìn)行連續(xù)拍攝。這天凌晨，天空中的云層很厚，再加上城市燈光的影響，導(dǎo)致用肉眼只能在夜空中看到土星。但是活動小組成員還是成功拍攝到了一張“天宮”飛行軌跡的照片，觀測活動順利收官。

三、反思與啟示

空間站的通聯(lián)與觀測活動是一項(xiàng)從學(xué)生的興趣出發(fā)，基于真實(shí)問題解決的科學(xué)實(shí)踐活動。在三個(gè)多月的活動歷程中，學(xué)生表現(xiàn)出了對科學(xué)探索的濃厚興趣，經(jīng)歷了解決真實(shí)問題的全部過程。在這個(gè)過程中，他們表現(xiàn)出的求知欲、探索能力以及知識技能掌握能力令人欣喜。這樣的探究過程也為我們帶來了很多啟示。

（一）以好奇心為驅(qū)動，找準(zhǔn)教育契機(jī)

本次活動源于一個(gè)學(xué)生對“天宮”的興趣，家長、教師及時(shí)捕捉到這一興趣點(diǎn)，并帶領(lǐng)學(xué)生以此為契機(jī)展開了系列活動。小組成員利用放學(xué)后及雙休日的時(shí)間，認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)知識。他們很快掌握了使用單反相機(jī)進(jìn)行拍攝所需的調(diào)焦、對焦等技術(shù)；掌握了利用SatSat、Satellite Tracker等不同App進(jìn)行空間站過境跟蹤的方法；他們還查閱、整合了相關(guān)信息，通過計(jì)算確定合適的觀測時(shí)間。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，自己完成了位置跟蹤、數(shù)據(jù)采集、解碼圖片等任務(wù)。小組成員互相答疑、積極合作，展現(xiàn)了較強(qiáng)的自學(xué)能力。

（二）以問題解決為目標(biāo)，讓學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)全過程

為了完成目標(biāo)，小組成員以結(jié)果為驅(qū)動，主動參與學(xué)習(xí)全過程。他們學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識時(shí)采取的是“有問題—找答案”的樹形學(xué)習(xí)方法。為保證順利接收通聯(lián)信號，他們反復(fù)選擇和測試活動地點(diǎn)；在觀測空間站信號時(shí)，他們細(xì)心而有耐心；捕捉數(shù)據(jù)時(shí)，他們小心而謹(jǐn)慎，真正做到了全身心投入。同時(shí)，他們還自覺對學(xué)習(xí)過程進(jìn)行分析，思考行動中需要改進(jìn)的地方。可見，教育要找好的契機(jī)，采取對的方法。

（三）以成就感為收獲，用內(nèi)驅(qū)力促進(jìn)學(xué)生真正成長

有人說，“成功是成功之母”。學(xué)生在活動中獲得的成就感會促使他們投入到后續(xù)的學(xué)習(xí)中。

本次活動中，學(xué)生不但順利觀測到“天宮”過境杭州時(shí)的軌跡，還在與國際空間站順利通聯(lián)后，得到了由國際空間站業(yè)余無線電組織頒發(fā)的獎狀。在通聯(lián)活動網(wǎng)站上，小組成員看到了其他國家和地區(qū)的無線電愛好者在本次活動中上傳的圖片，他們發(fā)現(xiàn)這些圖片基本都來自歐洲、北美洲等，來自亞洲國家的圖片很少，來自中國的就更少了。學(xué)生深刻地體會到了成功的快樂。這次活動的收獲也轉(zhuǎn)化為學(xué)生繼續(xù)成長的內(nèi)驅(qū)力。

通聯(lián)與觀測活動真正激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。活動后，學(xué)生自發(fā)討論并提出改進(jìn)的想法：如果前往偏僻的鄉(xiāng)村或高山等電磁干擾相對較小的地方，用內(nèi)置錄音機(jī)的對講機(jī)（避免錄音時(shí)環(huán)境噪音的干擾）進(jìn)行接收，同時(shí)用解碼軟件對錄音文件直接進(jìn)行解碼（避免用麥克風(fēng)解碼時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境噪音干擾），就能接收到更高質(zhì)量的圖片；如果在高山、海島觀測“天宮”過境軌跡，就可以拍攝到更加完美的照片。對“天宮”的觀測，增強(qiáng)了學(xué)生的國家自豪感、科技使命感，可謂一舉多得。

期待有更多的教育者能夠開發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生參與這類以解決真實(shí)問題為導(dǎo)向的、目標(biāo)明確、實(shí)踐性強(qiáng)的學(xué)習(xí)活動，為科學(xué)教學(xué)打開另一片天空。