北京一零一中学于2018年开始探索航天特色教育，构建航天人才培养体系，开发面向高中学生的航天课程方案，在校内教师与校外专家的共同努力下，不断向航天课程体系化、导师团队专业化的方向发展，努力为祖国培养航天领域的创新人才。

    构建航天特色教育体系

    学校的航天教育体系分为五部分：基础学科课程、PBL融通课程、航天项目研究、大师领航课程、国际国内航天科普交流与赛事。

    基础学科课程：学校重视课堂教学，以数学、物理、化学、生物、地理等学科的教学内容为契机，在教学活动中渗透航天技术中的原理和应用，奠定航天教育知识基础。

    PBL融通课程：教师结合高中学生具体情况，开发基于项目主题的跨学科课程，丰富航天教育课程资源。教师以项目为载体设计教学内容和环节，让学生在项目和任务驱动下主动学习，达成知识和能力的主动建构。

    航天项目研究：学校以航天项目为载体，激发学生深入研究真实问题的热情，比如开展关于“火星探测器着陆方案”“地火最优转移轨道的设计”“三大宇宙速度的进一步认识”等课题。目前，依托“101科普小卫星”项目，学生可以参与小卫星的研发、测试、发射等环节。小卫星有3个有效载荷设计方案：温差发电、业余无线电通信、相机拍照载荷，均是由学生提出并参与设计的。在课题研究中，学生可以与航天领域专家直接讨论，真正进入课题研究的专业领域。

    大师领航课程：大师领航课程秉持“引进来、走出去”的教学方式：一方面学校邀请航天领域专家走进校园讲解航天事业新进展，另一方面学生可以参加航天研学活动，参观航天展览及发射基地，感受航天发展的新进程。

    国际国内航天科普交流与赛事：学校积极参与各级各类航天活动和比赛，比如作为国内第一所中学参与到中国国家航天局提出的“中非HOPE航天科普合作计划”中，开展多次中非学生航天科普与中非文化交流。学生还参与“孩子的声音上太空”活动、“空间站搭载青少年科学实验方案”征集活动等，在不同平台展示自我、培养自信。

    开发基于项目的融通课程

    在基于项目的融通课程开发中，教师结合学生学情，从某一学科的视角出发，以航天为背景、以项目为载体，设计教学内容和教学环节，进而突破学科界限，重组知识单元，为学生提供与能力、水平相匹配的航天课程。以“最优地火转移轨道的设计”一课为例：

    “最优地火转移轨道的设计”选题从高中物理《万有引力与航天》一章内容出发，让学生设计火星探测器最优的地火转移方案，以真实的航天工程问题为中心设计驱动性问题，以挑战性任务为载体构建跨学科整合学习模式。

    高中学生对于“天问一号”火星探测器如何从地球发往火星这个问题产生极大兴趣，他们此时已经学习了万有引力定律相关知识，能够利用万有引力定律解决一些简单问题。但是，涉及真实航天工程问题的模型比较复杂，需要学生综合考虑多方面因素，对问题进行任务拆解并利用多学科知识技能加以解决——这对于学生是一个挑战，也是学生能力提升的关键。

    教师在发出项目任务之后，引导学生总结影响地火转移轨道的因素，比如探测器消耗的燃料量、运行时间、地火轨道特点、地球和火星运行方向等。然后引导学生结合这些影响因素，将大项目拆解为5个分任务：在海报上绘制地球和火星围绕太阳运动的轨道；在海报上画出最优地火转移轨道方案并说明理由和依据；根据设计的轨道估算地火转移过程所需要的时间；估算出最优轨道发射时机（发射火星探测器时地球和火星的相对位置）；利用STK软件模拟出最优的转移轨道方案。

    每个小组先后经过“明确问题—统筹要素—设计方案—试验模型—分析数据—迭代优化—方案评估”等环节，通过将航天问题中的对象和过程转换成物理模型、从数学建模角度设定边界条件、寻找并规划最优动态路径、估算转移时间、从计算机matlab算法分析形成最优转移方案、用STK仿真软件模拟出所设计的轨道等操作，最后对本组方案进行展示和汇报。

    基于学生的项目解决过程，教师对学生进行表现性评价，分别设计生生互评和师生互评的评价量规，点评各个小组的设计方案。最后，让学生通过对真实“天问一号”火星探测器的地火转移数据分析，找出“天问一号”选择转移轨道的原因。在这个过程中，学生从课堂学习内容理解了物理、数学、计算机等学科知识的实际价值，进而通过对中国航天工程的了解，厚植爱国主义情怀，提升担当意识和社会责任感。

    在真实项目中成就自我

    在全国首届未来太空学者大会上，学校共有齐宇萌、胡鼎瀚、周林枫、夏沁茹、翟思尧、汪艺沣6名学生入围最终的全国赛。

    全国赛高中组的赛题是——征集“凌霄一号”太空城设计方案。题目给出之后，学生需要在全封闭的情况下限时20个小时完成任务。为了制订“凌霄一号”太空城设计方案，各学校代表队组成了蓝海探索、金乌能源、天宫漫游3个公司，学生对“凌霄一号”的结构与建造过程、运营与基础设施、人居与安全、商业开发等方面进行深入探讨，提出最终的设计方案。

    各校学生在比赛现场组建了新的大团队，大团队中不同部门各有分工：周林枫在人居设计部门，翟思尧在结构设计部门，胡鼎瀚在自动化部门，夏沁茹和汪艺沣在商业部门，齐宇萌在运营部门，学生需要互相沟通和团结协作。经过精彩而激烈的对抗，学校代表队所在的“蓝海探索”公司夺得冠军。在最终的展示环节，胡鼎瀚清晰且富有激情的表达赢得了评委认可，获得“最佳男演讲人”称号。

    在一次次比赛中，学生开阔了眼界，活跃了思维，锻炼了能力，将所思所学用于实践。每一次挑战不仅是难得的展示机会，而且让学生懂得了沟通交流的价值和团队精神的意义。正如翟思尧所说：“我们有时争得不可开交，但我们都抱着求真的心态，不会为自己的面子或是同校队友的立场而倾斜。我们有人会做视觉展示型工作，比如建模、演说，也有人会在幕后做数据计算、图表等‘不出头’的文字工作。但是，团队自始至终表现的都是团结，我们不仅尽心尽力完成自己的工作，也会尽自己的力量帮助队友。”

    学校航天课程的开发与实施，帮助学生深度学习、掌握、运用科学知识，也让学生铭记中国航天人的奋斗史，激发他们踏着先辈的足迹去实现更伟大的中国航天梦。

    （作者单位系北京一零一中学）