摘要

自2016年12月上海市青少年科学创新实践工作站之一——上海天文台天文学工作站正式成立以来至2018年8月，已经开展了三期，第三期正在进行中。近360名高中学生在天文学工作站进行了基础和研究课程学习，体验天文学课题研究。目前已有200余名学生完成了科学实践全过程，并提交了结题报告和答辩材料。天文学工作站的工作曾获得总站的优秀评定，学生给予正面反馈。本文旨在详细介绍天文学工作站的执行经验，包括工作站的目标设定、工作态、成果、亮点、总结与反思。

关键词：工作站，科创，实践，高中教育

一、诞生背景：认识和实践并重

实践观点是马克思主义哲学的核心观点。实践决定认识，是认识的源泉和动力，也是认识的目的和归宿。认识和实践相互影响，相互作用。必须在重视认识的同时，也重视实践。

学校在科学方面的教育倾向于对认识的培养。倡导科技创新的新时代背景下，遵循青少年的认知特点和创新实践教育规律，需要在实践教育上有补充。一个好的教育，是能将学术理论和创新方法实践出来。

在国外，包括NASA在内的多个研究机构开设夏令营，让参营的青少年学生体会科研人员的生活；而有些官方网站，如斯隆数字巡天（Sloan Digital Sky Survey, SDSS）官方网站给出了供学生开展基于SDSS数据的小课题研究。这一领域的活跃一方面提升了青少年对科学探索的兴趣，给予机会参与科研，另一方面也为后续科研储备了潜在人力资源。

近些年来，在国内该领域也越来越被重视。上海市教委、市科委为贯彻落实《教育部关于加强和改进普通高中学生综合素质评价的意见》《上海市深化高等学校考试招生综合改革方案》等文件精神，根据《上海市普通高中学生综合素质评价实施办法（试行）》，结合青少年科技教育工作实际情况，自2016年起，在全市范围内组织实施“上海市青少年科学创新实践工作站”项目。通过专家评审，经市教委、市科委研究决定，中国科学院上海天文台等25家单位入选上海市青少年科学创新实践工作站。2016年12月，上海天文台天文学科创实践工作站（下文均简称为“工作站”）正式揭牌成立。

为了更好地推进天文科学创新实践，上海天文台整合了科研、科普资源，为青少年学生提供从入门观测实践到基础型以及拓展型探究的一系列科研课题和活动，搭建学生实践的硬件软件平台，确保他们在一线科研人员指导下的课题研究顺利开展。

作为科普教育工作中一个重要领域，天文科普教育还具有独特的传播优势——天文知识的趣味性。因此，在科学实践亟需的时代，天文科学实践如一汪清泉，能让学生不仅加深对课本知识的认识，拓宽知识面，更能通过亲身参与课题探究，培育创新精神，拓展创新思维。

从2016年12月工作站正式成立以来，已经开展三期（每一期作为一个学年），共有近360名高中学生在天文学工作站进行了基础和研究课程学习，体验天文学课题研究。目前已有200余名学生完成了学习全过程，并提交了结题报告和答辩材料。天文学工作站的工作曾获得总站的优秀评定，学生给予正面反馈，关于具体的成效分析，我们将在另一篇给予效果调查问卷的文章中详述。

二、工作站的基础

作为中国当代重要的天文科研机构，中国科学院上海天文台以天体物理、天文地球动力学为主要学科方向，同时积极发展现代天文观测技术和时频技术，努力为天文观测研究和国家战略需求提供科学和技术支持。

工作站由上海天文台党委书记、副台长侯金良牵头负责，承担总体协调、监督管理本单位所辖各实践工作站的职责。工作站有精干的管理团队，设站长1名，副站长2名。工作站负责上海市格致中学、上海南汇中学、上海市上南中学和上海市向明中学这4个科创实践点的建设、管理，形成“工作站-实践点”的运行体系。为了有效稳步推进工作站的工作，工作站制定了明确的工作实施计划、管理办法和标准要求。

工作站于2016年12月底正式揭牌成立。从2016年12月至2017年7月，开展了第一学年的工作，来自于上海市多所高中的117名高二学生来到这里从事天文课题实践；2017年7月至2018年6月，开展了第二学年的工作，第二批120名高二学生从这里结业；2018年6月至今，第三学年的工作正在进行中，第三批120名高一学生来到这里学习，在老师们的指导下开展探究。

图1 工作站人员组织结构图

三、工作站目标：五大目标

工作站的总体目标是，充分整合科研、科普资源，与4个实践点学校联合，为青少年学生提供从科普讲座、科普活动、入门观测实践到基础型课题研究、到拓展型课题研究的一系列科研课题，搭建学生实践的硬件软件平台，确保青少年学生在上海天文台一线科研人员指导下的课题研究顺利开展。

在此基础上，工作站的五大目标分别为：

第一，在建设管理上，工作站计划建立完善的硬件和软件设施：通过项目的建设，初步形成一个适合青少年开展科学实践活动的工作站，培养一批指导青少年创新课题的师资队伍。保证每个课题配备至少1名指导教师（副研究员以上）和1名辅导员（至少博士研究生）。

第二，建设实践点：与4个中学实践点明确分工，紧密合作，对实践点的建设提供协助，共同完成学生的培养工作。

第三，建设课题：完成12个科学创新小课题题库方案，且经过专家委员会审核，由总站核准报批市教委、市科委审核后才予以实施。题库中的课题保持均衡难易水平，供学生选择。

第四，课程学习：在项目规定的时间内，完成工作站内的一百余名高二学生每人40学时的课程。每个学生完成一个创新小课题的研究，并提交开题报告。没有特殊原因的同学，每人提交结题报告。

第五，完成课题考核：由工作站辅导教师全程记录每一位学生参与课程活动的出席情况（满分60分），以及在开题阶段、中期汇报的阶段性考核结果。在修满60学分的前提下，学生自愿选择是否提交课题报告参加等级评定。在项目结题阶段，在将举行一次项目答辩。每个小课题最终将以小论文、科研报告的形式总结呈现。指导专家团队将从选题理解、文献调研、创新成果、基础理论、科研能力、学术规范、写作规范、总体评价等方面来综合打分考核，并给出建设性意见。如果成果考核结果优秀，将有可能推送至青少年科创竞赛。

四、工作站的工作态：以学生为对象设计科研训练

工作站的特色是由一线科研人员根据青少年科学教育的特点准备课题，给学生提供的是非常正规的科研训练，课题方向多角度，涉及天文的理论、实验和数据挖掘统计等；课题设计多层次，有基础课题和拓展性课题，供学生自主选择；课题指导方面，运用新媒体，实现线上和线下同步指导，线下方面运用讲座、课程反转等多种方式来指导。

同时引导学生组成团队进行选题剖析、文献阅读、问题提出、问题解决、问题再提出、再解决、分析、总结、论文写作、结果汇报等科研全过程，出来的作品是有模有样的论文。旨在增强学生对（天文）科学研究的认识，培养他们团队合作、创新思维、严谨的科学态度和解决问题的能力，树立科学的研究观念。

具体实施过程中，包括以下特色的工作态：

1.自主选题：在实践点，各个课题的指导老师和辅导员首先介绍了各自的研究课题，并指导工作站学员自主选择课题。未来还鼓励学生自带课题过来，进行可行性认证和改进。

2.科学计划，高效学习：每一名参加工作站的学员们都要完成十个单元的学习，包括两个单元的基础课程和八个单元的研究课程。根据三个学年的摸索，工作站发现，将前六个单元的研究课程以为期三到五天的冬令营或夏令营的方式集中开展，效果更佳。学生可以系统地学习理论知识，开展实验和观测，收集和分析数据，推导公式，归纳结论。课程间隔时间适宜，不至于过短没有时间消化，也不因过长而导致下一次上课需要重新详细介绍上一次课程内容。

学生经过六单元的学习之后，开展课题实践的进展良好，大部分均完成开题报告，数据采集和分析，从而在接下来的假期中完成数据进一步分析和整理，并完成实践报告初稿。

3.打好基础，侧重实践：各个课题指导老师和辅导员将课题和学员已有的高中知识结合起来，深层次地拓展学员知识面，深入浅出地讲解课题研究所需要的基础知识，引导学员进行文献阅读、动手操作实验、开展观测、数据处理、程序编写、分析和总结的过程，指导学员撰写开题报告记录表，并对学员进行阶段性考核，培养学员的严谨的科研态度和创新思维，增强学员对天文学科的认识。

4.“组会”开起来，学以致用：研究人员走进课堂，与学生一起探索科学奥秘，教学方式也是多种多样。“组会”开起来，这是一位指导教师介绍经验时说道的。一个课题的指导教师和学生就是一个课题组，“我是他们的导师，我们一起做课题。所以适时地，我们要开个组会，学生要走上讲台和其他成员讲想法，这样既清晰了讲解者的思路，也能帮助其他成员推进课题。”他进一步解释道。

实际上，多数老师在指导过程中，特别是公式推导、实验操作、数据处理时，都会采取这种做法，真正让学生学得清楚，并能学以致用。

5.互助互学，团队合作：在课题实践过程中，指导教师会让学生分组，形成多个小团队。团队成员之间共同开展一个实验，独立处理数据，相互校对和分析，最后提交各自独立的研究报告，让他们之间既有合作也有良性竞争，培养他们团队协作的能力。“我要感谢我的队友，我和她分别专攻一个软件，然后相互教彼此，共享数据，感觉很开心。”在上南中学实践点学习的一个学生在开题报告会上说。

6.线上线下，教学零距离：如今，随着信息技术的发展，教学也走上了时空零距离的时代。天文学实践工作站的每个实践点构建了一个微信群，通知上课时间地点等事项；每个课题也有一个微信群，老师们在这里继续答疑解惑，上传课堂资料，分享拓展知识，学生们彼此交流。除了微信，还有QQ，远程观测视频直播等。这些线上交流拓展了教学的方式，拉近了师生间的距离。

7.实施记录，资料积累：在研究课程的执行过程中，各课题对上课情景拍摄了视频，丰富课题库资源，也为后期课程教学的提升提供基础。

8.工作站和实践点携手共进：天文学实践工作站积极与四个实践点沟通，提升管理效率，为他们提供了软硬件和管理方面的一些支持，注重借此提升实践点的天文教育水平。四个实践点为工作站的课程开展提供了场地和硬件设备，老师们做好“班主任”，积极参与对学生的管理。工作站工作的顺利进行，离不开实践点的大力配合。

五、2016—2018年工作站工作成果

2016年12月至2017年7月，共有117名高二学生在上海天文台研究人员的带领下进入格致中学、南汇中学、上南中学及向明中学四个实践点，完成40学时的探究课程学习，并撰写出小论文，顺利毕业。该年度的工作站被总站评为“优秀”。

2017年7月至2018年6月，上海天文台天文学实践工作站的120名学生以及20余名指导老师、辅导员们以课题之名，组建了11个小分队，分赴上海天文台和四个实践点——南汇中学、上南中学、格致中学和向明中学。学员们通过实地观测、实验以及天文网站搜索数据，使用了Maxlm、Aladin等天文数据分析软件、统计学知识、python等编程工具对数据进行了分析、建模等，取得了丰富多样的结果。最终，来自11个课题的100多名学生顺利完成了自己的研究课题，并在课题组内展示汇报了各自的研究结果并顺利结题。

2018年6月至今，开展工作站第三期工作，迎来了120名高一学生。在工作站指导老师和辅导员们的指导下，同学们将应用所学天文学基础知识，锻炼天文学研究中数据采集，预测，数据处理，论文写作等能力，实践天文科研的探索精神。

六、工作站亮点

亮点1：教学内容丰富

主要教学内容包括4大方向，分别为：

1. 在太阳系天文方向，包括月相的精确测定与月地、日地距离的比值；太阳黑子的观测研究；基于对木星卫星的观测对木星及光速的研究。

2. 在数据挖掘方向，包括哈勃定律的模拟再现；系外行星搜寻；星系花园研究。

3. 在恒星天文方向，包括探究恒星的颜色；变星（双星）的识别与周期分析；基于天马望远镜的观测研究。

4. 在引力和对地观测方向，包括引力与三体研究；海洋潮汐的成因研究；对地观测技术与自然灾害的监测。

基础课程主要注重天文基础知识培训，如对天文学研究内容的综述简介、天文望远镜的介绍、科研方法论和实践的介绍以及安全培训。

研究课程强调学生明白课题目标，实践操作望远镜，观测记录数据，分析数据，以及最终结果汇总呈现，培养学生独立解决问题的能力。每个课题研究，均包括选题、文献调研、文献调研的报告会考评、开题、小课题开展、小组会汇报（小课题团组内部）、小课题开展、大组会中期汇报（多个小课题组）、小课题开展、论文写作、大组会终期总结汇报过程。在组会和汇报过程中，课题的指导老师以及多位指导老师构成的专家团队将给予考核和点评意见。

亮点2：过程管理有条理

从一开始的课题征集、工作站项目初审、工作站第一学年课程开展、结束到第二学年到如今的第三学年，每一个阶段性过程，我们都留下了档案记录，文件资料保存完整，方便后续回顾、总结和反思。

亮点3：成果亮点

每一学年，约120名高二学生从事1项研究课题任务（10个单元，40课时）。每个小课题最终将以小论文、科研报告的形式总结呈现。通过课题研究，增强了学生对（天文）科学研究的认识，培养他们团队合作、创新思维、严谨的科学态度和解决问题的能力，树立科学的研究观念。12%的学生会被进一步推优至总站，参加星级评定。

工作站项目实施过程中形成的实验室将可以持续用来培养学生在天文方面的科研和科普。实践的这些课题研究将可以构建成针对青少年的天文科研课题库，为推进上海科创中心建设构建良好基础。实践点的参与老师和一些天文社团在收集数据、课题开展过程中收获知识和方法。

七、总结与反思

以青少年为中心，充分调动他们进行科研创新的积极性、主动性和创造性。充分整合上海天文台的科研、科普资源，与学校联合，培育学生创新精神、拓展学生创新思维，夯实创新知识，强化学生创新行动。这就是最好的产学研结合之一，培养学生的科创意识，对于他们未来在科学道路上的发展有着不容小觑的作用。

对于参与工作站的指导老师等来说，这也是他们发挥专业优势、担当社会责任的一种表现，实现个人中国梦的一种表达。

然而，我们也意识到，针对承受着高考压力的学生来说，如何调动学生积极性，让他们不仅仅是根据老师提供的初始问题，而是主动提出问题，并带着问题来到工作站探究，还值得继续探索。

附：学生的学习感悟

同学们对学习过程中的经历发表了自己的看法和感受。有的学生表示十分珍惜此次经历：“也许没有这次实践工作站的学习，我有可能一辈子都接触不到天文学这门有意思的学科，也很难去知道科学研究是怎么开展的”（张黎迎，南汇中学实践点）。

有的在这将近一年的学习中感到很充实：“我从专家型导师和优秀的同学那里收获了许多天文知识，掌握了天文观测的方法和注意事项，并且学会了如何处理数据，寻找实验误差”（盛一悠，上南中学实践点）。

有的表示受益匪浅：“来时我对天文知识一窍不通，经过了一段时间的学习，我了解了很多的天文知识，完成了开题报告、论文，对所研究内容的领域，航天交会对接技术有了更加深入的了解”（陈靖磊，向明中学实践点）。

有的圆了观星梦：“天河夜转漂回星，银浦流云学水声。美丽的星空使人沉醉，但这次活动令我真正领会到了天文研究的艰辛，美丽的星辰化为繁杂的数据，使人眼花缭乱，不得不让我对天文工作者肃然起敬”（朱赟琦，上南中学实践点）。

有的展望未来：“不可否认的是，在这一领域尚有许多的未解之谜，人类对于太天文的研究还有很长的路要走。值得庆幸的是，我能够在此次天文实践活动中受到优秀的天文工作者的悉心指导，受益良多。我相信天文学和人类的未来一定会更加的美好”（黄乐天，格致中学实践点）。

当然学生也给工作站提出一些建议，如基础课程的组织形式可以更活泼，增加场馆参观内容等；时间跨度小一点；增加辅导员数量，能实现更详细、更个别和一对一的指导。学生家长希望工作站能尽早发布课程计划和时间，便于学生假期的提前安排。这些建议在当前和后期的工作中都将得以采纳，推动工作站朝着更好的方向前进。（文章选摘自中国科普教育论文集（2018年）·平台篇，作者系左文文、汤海明、张濂。）