如何推动基础教育高质量发展,如何立足于学生的核心素养,促进学生的全面发展,达成优质、均衡、绿色的教育质量?为了更好地理解学科基本思想和思维方法,引导孩子们掌握学科基本知识和基本技能,2024年3月7日下午2:30在深圳外国语学校宝安学校(集团)2号礼堂开展了“2023~2024学年度第二学期宝安区小学科学教研工作”会议。本次会议将聚焦科学核心素养,开展研讨。会议主要分为以下六个流程:
一、小学科学四年级质量监测分析报告;主讲:孝德学校 李全满
二、专题分享:实验教学说课经验分享;主讲:深外宝(集团)邬晓晴
三、专题分享:深外宝(集团)科学学科建设规划;主讲:深外宝(集团) 李金路
四、专题分享:漫步星空,赋能科教——天文拓展课程的探索历程;主讲:海港小学 胡志杰
五、专题讲座:思维型教学主题报告;主讲:宝安区教育科学研究院 杜伟
六、学期学科重点工作部署。主讲:宝安区教育科学研究院 杜伟
漫步星空,赋能科教
——天文拓展课程的探索历程
海港小学 胡志杰
漫步星空,赋能科教
——天文拓展课程的探索历程
尊敬的杜老师,各位同行:
大家下午好!我是海港小学科学科组长胡志杰。
在六年级下册科学教材的《宇宙》单元的最后,给我们留下这样一个研讨问题:“结合实际,我们可以参加哪些天文类的实践活动?”尽管现行的科学课程有天文方面的内容,但对于天文观测只有只言片语。而说到结合实际,我们已经多久没有肉眼看过灿烂星空?受城市光污染的干扰,天文观测也并非一件易事。
记得2022年初,线上教学期间,我们就把《宇宙》单元调前进行教学。当时收集学生分享的照片中包括这张。一眼望去,天文望远镜拍摄的,圆形视野中三颗星点整齐地排列成一条线,我脱口而出“是猎户座腰带三星”,至于那块亮斑只是认为是镜头光晕。当时正在直播上课,学生私信已经发来指出我的错误。课后花费好些的时间与学生核实,我才在星图上找到准确的位置。当时我的回答虽然还在猎户座内,没有偏离很远,但知识面也仅限于此。此事发生在2022年3月30日。
到了2024年1月,入夜后猎户座升到比较高的位置。我们将天文望远镜对准这一片天区,30秒的曝光再现了那块亮斑,说明这片天区是有星云的。随后我们拍摄了五个晚上,累计十一个小时的曝光,经过校准、叠加、后期处理,这块亮斑展现出了完整的形态,这一片就是梅西耶星表42号的猎户座大星云。当时看到的亮斑就是星云的核心区域,也是目视可见的区域。
接下来,就和大家聊聊我们是怎么一步一步把天文观测这摊支棱起来的。
一、海港科学科组的实践之路
不过,这刚开始就会有老师有疑问了,你们搞这些,教学不搞啦?质量怎么样?哪来的这么多时间?实际上,海港小学科学科组在教学上没有一点懈怠,紧抓教学常规,注重教学质量,随时随地开展教研。
科学的学科性质决定了,它不应只被高标定性的测评牵着走,更重要的是培养学生的科学素养、实践能力,激发学生对科学的终身兴趣。在科学实践上,种凤仙花就全年级每个班每个小组一盆种满一条走廊,岩石矿物单元就一人一盒标本摆满架子,测试船就把水池架起来。科学室门口搭建了小植物园,后来还建设了劳动实践基地,当然科技节科技创新大赛当然不带少的。
实际上,科学实践是常规要做的,是学生的日常,没有另外多做什么。我们只是扎扎实实地去做。脚踏实地完,仰望星空嘛。
二、从“零”开始玩天文
其实早在2021年底,学校就有了一套天文望远镜,但是上来就面对一个重四十公斤、280毫米口径的大家伙,我们一时间束手无策,当时疫情之下无奈搁置一旁。到了2023年,在学校的大力支持下,科学科组着手在科学课程中加上“天文观测”,作为一项拓展实践活动,带领学生在课后漫游星空。这时我们拣出望远镜看看怎么使用,却发现当初的型号、说明书、采购的商家都找不到了,我们不得已去某宝上挨个找有卖同款的商家,尝试联系厂商,上b站搜零碎的教程,花了整整一个月才把镜子最基本的使用给解决了。我们迫不及待地抬到操场出摊,第一回实际上没有多好的效果,选的位置一般,组装调试都花了很长时间,而且搬出来搬回去折腾花了很多力气,但实际观测可能不到一个小时,还要被飞天大蟑螂吓个半死。但至少我们确定,天文观测是可以做成的,在场的学生、老师哪怕幼儿都对目镜下的景象感兴趣,期盼下一次出摊。不过我们关注到,寻找目标是一件有技术难度的操作,哪怕只是找月球,都不那么容易。当然我们最后找了一个终极的解决办法,后面再说。
经过第一回,后面再开展就顺利很多了,我们甚至把电视抬出来,利用ppt现场做科普讲解。天文观测应该算上道了。然而,现有的观测还满足不了大家的需求,人人都希望把观测目标拍下来,哪怕用手表,但是这样在目镜后拍摄的效果实在很一般,发个朋友圈都够呛。次次都盯着月球,已经看腻了。看其他目标嘛,金星只有相位没细节没意思,火星还远就一个点,看了个寂寞,土星、木星有看头但没升起来,更遥远的目标想看又不知道去哪里找。解决一个问题冒出更多的问题,这很科学。或许,器材改进要折腾到天文望远镜上了。
三、在器材上取得突破
正好在天文摄影界有一个著名的表情包,就是这幅图,“何不花钱在器材上取得突破”。既然已经入坑天文了,那就寻求在器材上的突破,把摄影再加上呗。于是乎,从一套小小的行星相机开始,陆续攒素材,记录了上半月的月相变化、月理(还叫地理地形不大合适了)、土木工程,还有天王星、海王星的影子。再添上赫歇尔棱镜,可以拍摄太阳。当这些目标、摄影过程展现在学生面前,宇宙似乎没有这么遥远了。粗略巡游太阳系一圈,继续向宇宙深处进发,开始拍那些遥远的深空目标。
深空目标有些本来就比较暗弱,有些则是被城市光污染掩盖。有了天文摄影,我们可以将很多肉眼不可见的目标呈现出来。接下来则是我们到今年2月为止拍摄的深空天体:如仙女座星系(距离我们最近的河外星系)、猎户座大星云(这张是去掉星点的,旁边还有个跑步小人星云,大概是准点下班的小人,迈着快乐的步伐)、马头和火树星云(马头实际是暗星云,被亮星云衬托出来,这些红色实际是气体受到周围亮星激发而发光,属于发射星云)、昴星团(星点周围的丝丝缕缕是尘埃在反射星光,属于反射星云,形成原理和马头星云不一样),还有位于麒麟座的玫瑰星云(非常巨大的一坨分子云,天球上的面积是满月的五倍,目视很困难但是我们的观测有发现),这些是上半夜拍摄秋冬两季的目标。到了下半夜,进一步拍摄春季的目标,位于巨蟹座的蜂巢星团,位于狮子座的遥远星系(三个三千万光年外的星系,以不同的姿态朝向我们),最远拍摄过五千万光年外位于室女座的马卡良星系链,左下角是M87椭圆星系,更意外的是还拍到星系中心黑洞的喷流,最后还有一些零碎拍的时间不长的酱油片。实际上作品很有限,一张信噪比良好,有细节的照片需要至少十个小时的曝光量,而现在只是解决了有无问题。
在天文摄影的技术基本解决后,我们回过头考虑,如何改进目视的条件?摄影是可以电脑分析照片,判断天区,自动校准。摄影的技术能不能用在目视上,解决寻星的困难呢?于是乎,我们把两者结合起来,在目视的望远镜上再加一支摄影的小望远镜,保持两支镜子平行,指向同一目标,用摄影端的解析能力寻找目标,就可以确保目标在目镜视野内。目视出摊实现指哪打哪,效率直线上升。
四、星空下的追星人
适逢年底的行星季,天文观测多了重量级的目标——土木。在拍摄寻星的加持下,只要天气允许,操场总会有一群追星人。随着一轮轮的观测活动,涌现出一批有浓厚兴趣的学生。这样一批学生,不带他们深入观测都说不过去,那就组建社团。于是乎,这一帮追星狂热分子合理合法地天天揪着出摊。年前温度降到了五摄氏度,冻到手都不伸出来,揪着出摊。过年期间,硝烟弥漫,依然在出摊。满天是云,还在问出不出摊?我反问他们,满天云看啥?看云也行啊。好吧,别说云中月也有点意思。
既然是社团,观测的内容要进阶,观测我们设定三到四层目标,由近及远,从月球开始,到大行星,之后根据时间观测深空天体,还可以用星座镜寻亮星找星座,也可以用他们自己的小望远镜去观测。除此之外,他们还要参与到深空天体的验证观测,确认目标在高光害的城市中是否可见,有哪些看点。很意外,小朋友的视力似乎在天文观测上得天独厚,对于微弱的云气,小朋友在从没见过的情况下能描述出形状,并且和拍摄的照片相互印证,比如说M27行星状星云,学生确实描述出了苹果核的形状。而很多成人要暗适应好一会都未必能观测到。半年的时间,他们观测了二三十个深空目标,高光害之下,星光并非不再闪耀,而是静待有人来寻访。
当然还是有目视不可见的目标,那我们采取预约拍摄的方式,让社团成员也参与到天文摄影这个小众的领域,要选定拍摄目标就要学生去了解目标在哪片天区,什么时候升起落下,目标属于什么类型等等信息,变相地让学生自发学习。等到大晴天,架好设备,开拍,小朋友就会像所有新人一样盯着上面的导星跟踪数据,焦急等待曝光倒计时,生怕少看一秒出问题,报废了照片。当然,我们也可以看看报废照片长什么样,比如说有云飘过、卫星飞过、飞机乱入甚至疑似被宇宙射线击中,看着废片合集也是很让人抓狂的。上学期末,他们确实有收获,拍摄出了双窄带滤镜下的猎户座大星云(展现氢和氧元素)、完成的寒假作业——猎户座腰带的观测,马头、火树星云就是在参宿一的周围。
不过我们不用苦兮兮一晚值守,因为用todesk做了远程控制,开拍之后,大家就该干嘛干嘛去,反正天亮再来收东西、收片子就是了。到假期,我们直接在平台架起设备当做固定台,入夜开拍,明早再来盖镜头盖,器材就留在那,静待下一轮拍摄。
五、面向全体学生
到这,天文观测的几个重点问题基本解决了,上个学期出摊共计40次,甚至还实现了双镜目视或者双镜摄影。眼下最大的阻碍就是天气,对天文观测来说,大晴天可望不可求。去年9月到今年1月,5个月里一共只有34个晴天,还要平衡摄影、社团和更多学生的观测,而且设备只有这么几套。
而我们从开展之初就认为,天文观测更重要的是面向全体学生,特别是中、高年级,我们不希望教学只停留在屋里看不知道从哪里捞的照片,做个模拟,而是希望他们参与实实在在的天文观测。我们的做法,很原始,就是让科任老师一批一批带学生来观测,尽可能地做到普及,同时避免走马观花。对于同一个目标,我们一般分两轮观测,第一轮不做干预,给点时间给学生哇哇叫,顺便听听他们看到什么;等到冷静下,第二轮会提示观测要点,比如月球上显著的月理特征、土星的卡西尼环缝、木星的云带大红斑等,有目的地观测。同时,我们会带上社团的学生当小讲师,由他们来讲解观测方法和观测要点,顺便分担一些好奇宝宝的轰炸。我们希望通过一次一次实打实的天文观测,让学生真切地知道,星空不是那么遥不可及。
回到教材里,最后这个研讨问题。现在回答不用结合实际了,实际上,天文观测我们做到了。哪怕深圳的晴天少得可怜,哪怕顶着8级光害,道虽远,行则将至!
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