一、NASA的航天教育

为了激发青少年对航天科学技术的兴趣，为航天事业培养接班人，许多国家已对航天教育采取了一些措施，尤其是NASA、欧洲航天局（欧空局）和中国的航天部门更关注自己的接班人问题，挑起了本国航天教育的大梁。其中，NASA表现得更出色，它对自己使命的定义是：“理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。由此可见，进行航天教育是NASA的三大使命之一，其目的是引起学生们和教师们对太空探索的兴趣，激发他们在科学、技术、工程和数学领域方面研究的兴趣和灵感，吸引更多的学生今后加入到这些领域和航天事业的队伍中来。

早在1998年NASA的战略计划中，就规定了“教育优先”的原则，要求在NASA的各项任务中都加入航天教育的内容，并每年投入1亿～1.5亿美元经费用于航天教育。在美国，各州政府负责中小学航天教育，NASA把航天教育的责任下放到它分布在美国的10个研究中心，他们分别负责与全国50个州及特区联系，组织各种与航天有关的课外活动，进行有关航天知识教育，鼓励和帮助大、中、小学生参加太空实验。

NASA的教育网站

要进行航天教育，首先要进行航天教育的宣传。在网络技术迅猛发展的今天，利用网络传媒的新优势进行宣传教育是最快捷、最方便的方法，NASA当然会利用这个有力的工具来进行航天教育了。对公众进行航天教育一直是NASA工作的重要组成部分，NASA设立了专门部门负责航天教育，并建立了自己的宣传网站。在NASA的官方宣传网中，占最显著地位的是“NASA教育”网页（网址：http://www.nasa.gov/offices/education/about/index.html）。网页中的主版块称为“NASA，教育”（NASA，Education），此外还有许多其他的辅助版块，见图1-1。

在NASA教育网页中，提出了主要的教育目标：①加强NASA和学生们的联系；②激发学生们对科学、技术、工程和数学的兴趣，为这些领域的研究培养接班人；③为NASA培养接班人。在“教育计划”子栏目下，按照字母的顺序，列出了NASA的教育计划项目，高达80项，可见NASA对学生教育是多么重视。

此网页的特点是分别针对学龄前儿童和小学低年级（Grades K-4）、小学高年级和初中（Grades 5-8）、高中（Grades 9-12）、大学生和研究生（Higher Education）知识水平的不同，提供适合他们的阅读材料或教材，使教师和学生可获取精确到年级的科普资料。网页除设立了上述4个子栏目外，还设立了“非正规教育”、“教学材料”、“教育TV时间表”、“最近的机会”等栏目。对航天教育感兴趣的教师点击“适合于教师”栏目，不仅可以获得适合自己教学所需要的教材和教学用具，而且可以了解最近NASA为学生们提供的参加航天活动的计划，有心的教师有可能通过它为自己的学生争取到参加太空实验的机会。例如，教师点击“Grades 5-8”一栏的“教学材料”，就可以找到很多教学材料，如银河系中的运动物体（图1-2）、天空中星星的发现、空间站介绍、太空植物的生长、空间站进行的实验等。

学生们可以根据自己的学识，从不同栏目中学习感兴趣的航天知识和参加NASA有关的活动。例如，“Grades K-4”为适合学龄前儿童和小学低年级学生的栏目，这个年龄段的孩子主要是以“玩”为主，或刚刚转入正规的学习，他们好奇多问、活泼好动、行为和学习缺乏目的性，要让他们掌握深奥的航天知识很困难。因此，NASA根据他们年龄的特点，在这个栏目中，采用讲故事、看图片、放视频、在玩中学、形象化的教学等方式，向孩子们灌输航天知识，激发他们对航天的兴趣，例如，有一个游戏是“帮助我穿上航天服”（图1-3）。但是，Grades 9-12的高中学生，学习的课程多，所学的各门学科基本上反映着自然、社会和精神现象的客观规律，逻辑性、系统性很严密。在学习中要求他们不仅要发挥更大的独立性和自觉性，而且还要具有独立分析问题和解决问题的能力。对这个年龄段的学生，NASA采用介绍比较专业性的航天科普知识、为他们提供参加航天实验机会、鼓励他们参加NASA的航天任务和参加航天知识大赛等方式进行航天知识教育，这些教育可发展他们的智力和能力，促使他们良好个性品质的形成，把他们培养成今后自然科学研究和航天事业的建设者和接班人。

NASA还根据孩子们的特点，设立了“儿童俱乐部”栏目（图1-4）。这个栏目让孩子们充分体验到学习航天知识的乐趣，孩子们可以通过游戏，过一把当“火星航天员”的瘾，也可以随着卡通小动物“雷蒙”参观美国肯尼迪航天中心和航天飞机（图1-5），“雷蒙”与真正航天员的访谈节目还可以使孩子们了解航天员的太空生活，在不知不觉中学习了很多航天知识。

NASA的另一项传统是希望可以培养高质量的科学技术、工程学和数学上的本科生和研究生，而这种培养往往是通过科学竞赛或提供实习机会的方式来实现的。2010年3月，NASA就开始了面向公众招募申请者，为其提供到NASA实习或参加科研工作的机会，借此鼓励学生积极参与到科学技术、工程学和数学的研究和空间探索研究任务。其中，表现优秀申请者还可以获得由NASA提供的总额高达970万美元的奖学金。更可贵的是，公众参与过程十分简单和公开透明，所有申请者都可以在NASA的网站上找到、并且申请所有的职位和参加NASA的工作。这些内容在NASA教育网站中也充分地体现出来。

形形色色的航天教育计划

NASA充分认识到航天飞机和国际空间站是一个很好的航天教育平台，它利用这个平台开展了一场声势浩大的学生实验和教育活动。概括起来，包含了以下五方面内容。

（1）为学生设立、由学生独立完成的实验　这些实验是学生在教师或科技导师的指导下进行的，是专门为学生设立的，由学生自己来完成（图1-6）。例如，“中学生获得地球知识观测（EarthKAM）”是一项对学生进行地理知识教育设立的项目。为了进行此计划，NASA特意在国际空间站上安装了专用照相机，学生通过遥控拍摄了他们需要的地球照片（图1-7）并负责照片的整理工作，国际空间站上的航天员只负责安装和撤卸照相机及传输照片。

（2）在教室中完成的太空实验　为了让学生们了解太空特殊环境（如微重力、辐射）的影响，学生们在他们自己的教室中完成模拟太空相应条件的实验或进行空间站上专业研究人员正在进行的实验。这些实验的目的是让学生们通过对比地面实验和太空实验的结果，寻找出它们之间的差异，就可以了解太空的微重力等特殊环境的影响。这种类型实验的一个典型例子是学生们在地球上的教室内种植种子，与此同时，航天员在国际空间站上种植同样的种子，对比两组种子发育过程的不同，就可以了解微重力对种子发育的影响。

（3）参加NASA的研究实验　NASA的很多研究是招募学生们来帮助完成的。其中的一些实验是专门安排来激发下一代探索者灵感的。另一些是学生们作为“配角”，参加到太空实验中。例如，NASA在国际空间站上进行的一项毛细流动实验（图1-8），目的是观察微重力环境下，复杂几何形状容器内的毛细流动和液体流动情况，其结果可应用到未来太空船的低重力流体系统设计的计算机模型中。在此研究中，招募了很多学生：中学生参加了分析和地面实验，大学生提供实验支持，研究生和博士生进行建模模型和缩减数据的工作。

（4）参加国际空间站的工程活动　参加者主要是高等学校的大学生，他们参加国际空间站硬件的研发，或在科学支持中心工作，学习如何参与科学操作活动。典型的例子是麻省理工学院的学生们参与了“球面”零重力实验卫星的研发工作，这颗卫星是放置在国际空间站上用来示范卫星编队飞行的动态过程。学生们参与了概念论证、实验设计、装配、检测和运行全过程。但也有中学生参与航天产品的研制（图1-9）。

（5）教育性示范活动　为了提供航天教育的特殊资源和激励学生们学习航天知识的兴趣，NASA将航天飞机和国际空间站作为一个特殊的“教室”，让航天员在太空进行简单有趣的太空实验，并将它拍摄下来，做成视频教材，提供给学生们，以便进行航天教育。或允许各个年龄段的学生向太空飞行的航天员提问题（图1-10）。这些变化多样的活动，开阔了学生们的眼界，扩展了他们的课堂知识。

这些计划为学生们提供了丰富和扩大想象力的机会，并吸引了具有各种水平的学生（包括小学生、中学生、本科生、研究生、博士后）参与此活动。很多中学生参加了国际空间站的研究项目，这些项目有助于他们今后选择数学、自然科学和其他技术领域作为自己终生的职业。很多大学生直接参与国际空间站的研究工作，完成了很多与国际空间站有关的项目。

可能没有其他的方法可以像这种方法一样能够更好地激起下一代科学探索的欲望。这些活动除了使学生们获益外，对教师也有益。在进行每项实验前，首先要培训教师，为教师们召开一些研讨会，让他们首先了解有关的航天知识和如何进行实验的操作，以便能够指导学生进行实验，扩大国际空间站的影响。教师是激发探险精神的巨大源泉，教师们将所学到的知识用于他们的教学，能够吸引更多的学生加入此活动。

创新夏季计划

近年来，美国中小学生对数学和科学等知识的兴趣不断减弱，学习动力明显不足，成绩显著下降。例如，在2006年国际学生评估比较项目中，美国学生在30个发达国家中，科学排名第21名，数学排名第25名。长此以往，将对美国保持世界科技领先优势，维持其科技经济头号强国的国家战略产生巨大威胁。在此背景下，于2009年11月23日，奥巴马在全美范围内发起了“创新教育”行动，呼吁联邦政府和所有企事业、科学界联手致力于“创新教育”，动员社会各方力量，通过媒体宣传、电视节目、社区活动、互动游戏、趣味课程等各种方式，吸引中小学生爱科学、学科学、用科学，增强美国学生在科学、技术、工程和数学等方面的兴趣和能力，为大量培养下一代顶尖科学家、工程师、数学家和发明家打下坚实基础。同时，联邦政府拨款1000亿美元用于教育，还动员各企业、科研单位资助。

奥巴马的“创新教育”一提出，得到社会各界的积极响应，纷纷采取行动来回应总统的呼吁。在所有的团体中，由于NASA地位特殊，使命崇高，更能吸引数以千计的中小学教师和学生参与，因此备受关注。NASA以其雄厚科技实力为依托，提出并实施了“创新夏季计划”（图1-11）。在2010年的整个夏季假期，NASA投入大量的资金和人力资源，并与联邦、州和当地政府、非营利机构、大学和高校教师开展合作，为参与该计划的中小学教师和学生制订形式多样、内容丰富的学习计划，既有涉及各学术领域的知识讲座和课程，也有激发想象力和创造力的设计竞赛，更邀请教师和学生直接参与到NASA众多的任务和项目中（图1-12），与专家一道开展科研开发和实际操作。同时，该计划将一直持续下去，在假期结束重返校园后，NASA仍会为那些投身其中的教师和学生继续提供学习和实践的机会。NASA相信通过该计划的实施，将极大地提高教师的素养和能力，进而显著地提高教学水平，极大地激发学生们对科学技术的兴趣，逐步培养他们的科学意识和创新意识。

开发教育网游

目前，“沉溺网络”已害了不少青少年，其危害等同于毒品成瘾，不仅影响了青少年的学习和健康，还使一些青少年走上了犯罪的道路。如何利用网络游戏向青少年灌输正确的人生观，帮助他们学习科学知识、扩展视野，是网游设计者们应该考虑的问题。

NASA一直在寻找新的方式来进行航天知识的宣传和教育。他们认为没有人愿意坐下来读一大堆宣传小册子，尤其是孩子们。在美国，网游已经变成一种越来越受欢迎的媒介，如果把航天教育的内容融入到游戏里，加入比赛和社交元素，那么人们就会更感兴趣，会更受孩子们的欢迎。于是，NASA开始向网游界进军，开发了多款以教育为目的网络游戏。下面介绍三款NASA编制的网络游戏。《太空竞赛发射》和《33区》是NASA依靠自己内部的航天学家、教育和编程方面的人才编制的游戏，比较简单，发布在脸谱网（Facebook）和互联网操作系统（iOS）上。《航天员：月球、火星、更远星球》是NASA与三家游戏开发商签约开发的一款大型多人网络游戏，是一款比较复杂的网络游戏，现在还没有完成，正在编制和试用阶段。NASA表示将运营至2035年，游戏最大的意义就是能为普通人提供实现登上其他星球梦想的机会。

（1）《太空竞赛发射》（Space Race Blast off）　这是一款以多项选择题形式考验玩家对太空项目认知程度的游戏（图1-13）。玩家可选择单人或多人模式参加游戏。游戏中提出很多与航天有关的问题，例如，“第一位漫步太空的美国人是谁？”“谁发射了第一枚液态燃料火箭？”等。回答正确的玩家可以获得绘有航天员、宇宙飞船和天体等图形的虚拟徽章。要玩这款游戏，玩家必须熟悉NASA的历史和研究，“迫使”玩家学习这方面的新知识，了解到探索太空如何影响我们的世界。这款游戏向人们充分展示了NASA最近的项目和科研成果。

（2）《33区》（Sector 33）　这是一款由NASA艾姆斯研究中心开发的游戏，游戏的目的是推广自然科学、工程学和数学知识，简单而言它就是一个类似飞行控制的游戏，只是牵涉到更多数学，但界面没有那么多的彩色（图1-14）。在此游戏中，为孩子们提供基本数学和自然科学的模拟和其他练习。新的游戏采用了Smart Skies软件里的航空交通控制模拟器，在进行此游戏时，孩子们就会像一个空中交通指挥官一样，指挥着天空中的交通，体验到在NASA工作的感觉。这个游戏中并没有加入太多的分析功能，而是用积分和等级来使这款应用更加游戏化。NASA希望孩子们通过游戏对这些领域感兴趣，成为对未来航天领域有贡献的人才。

（3）《航天员：月球、火星、更远星球》（Astronaut: Moon, Mars And Beyond）　当一名航天员是许多孩子的梦想，尤其是成为未来月球、火星探索的航天员更是孩子们的美好憧憬。在现实中只能有少数人能成为航天员，但是在网络游戏《航天员：月球、火星、更远星球》中，人人都可以成为探索遥远星球的航天员。这款游戏是NASA“　太空网游”计划的一部分，是一款比较复杂的游戏，是NASA与三家游戏开发商签约开发的一款大型多人网络游戏（图1-15）。

玩家在这款游戏中将扮演机器人专家、太空地质学家、天体生物学家等，和别的玩家一起组成科考小分队，一起到其他星球上执行太空探索任务。整个游戏将以挑战自我、实现梦想、培养团队感情以及体验各种应用科学为主，让科学走进普通人的生活，让小朋友们除了“打怪、练级”之外有更多“健康”的选择。

这款游戏的背景设定在2035年，游戏中的太空基地由一名效力于美国军方的虚拟英雄建造，并提供了能够供航天员持续生存的人工环境，支持玩家做太空实验和教育。此外，玩家还要完成类似修复太阳能电池板和生命设备的挑战任务。要解决这些问题有若干个方案，玩家们可以自己决定要如何去做，耗时最少的团队就能在排行榜上占据领先位置。通过这个游戏，学生们可以从中学到许多有用的太空知识，无论是历史方面还是自然科学方面的。NASA认为，通过此游戏，可以扩展孩子们的知识，增加他们学习科学知识的兴趣。对于那些未来有可能进入NASA工作的孩子们来说，更能提前对该组织有初步的认识。