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【摘要】散裂中子源是我国“十一五”重点建设的大科学装置，作为微观世界的“眼睛”，用于探测物质微观结构和运动的“超级显微镜”。开发基于大科学装置的科普课程资源具有极其重要的价值。本文阐述基于“中国散裂中子源”大科学装置的“微观之眼”课程开发理念、课程目标、课程内容以及课程评价。通过师生共同创新设计演示装置、模型、动画、探究体验实验等形象直观的教学策略，将散裂中子源高精尖的结构、原理和应用转换成通俗易懂的、适合青少年认知水平的科普课程，有效促进学生对散裂中子源大科学装置的理解和兴趣，提升学生的科学素养和创新意识。

【关键词】科普课程；大科学装置；微观之眼；散裂中子源；课程开发

在当今科技迅速发展的时代，散裂中子源作为微观世界的“眼睛”，就像一台探测物质微观结构的“超级显微镜”，为科学家在众多学科前沿领域的研究提供了一种最先进、不可替代的研究工具。这些高精尖的科学设备不应仅仅服务于科学家，也应该向广大青少年传播其科学知识及其广泛应用。本课程开发在一定程度上为深入开展科学普及工作提供有价值的实践内容和经验，为助力科学教育高质量发展进行了有益探索。

一、“微观之眼”课程开发的背景

（一）国家鼓励大科学装置开发科普功能

习近平总书记指出：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》提出，将“青少年科学素质提升行动”作为“十四五”时期重点实施的五项提升行动之首，开发科普资源，及时普及重大科技成果，鼓励大科学装置（备）开发科普功能，推动国家重点实验室等创新基地面向社会开展多种形式的科普活动。

（二）课程是发挥大科学装置科普功能的抓手

近年来，散裂中子源已开展了科普类参观活动，包括线上线下公众科学日活动、学生实地参观等。但面向青少年开展科技教育的时间和空间有限，且缺失相应的支撑“课程”。希望通过协同合作“课程开发”，把中子源高精尖的装置、高深的科学原理转化成学生能够接受的科普课程，真正落实到科学课堂上，播撒到青少年的心里，生根、开花、结果。

（三）“散裂中子源”是稀缺的大科学装置科普资源

“中国散裂中子源”作为全球“四大脉冲散裂中子源”项目，在我们的日常生活中已有广泛应用，如，硼中子俘获治疗癌症，利用中子与肿瘤细胞内俘获的硼元素发生核反应产生的次级粒子来摧毁癌细胞；对飞机、高铁等交通工具的零部件进行安全性检测等。

基于以上论述，开发基于大科学装置的科普课程资源具有极其重要的价值。笔者所在少年宫与中国散裂中子源毗邻，拥有得天独厚的资源优势。笔者所教的科创团队班有多位学员家长在中国散裂中子源不同的岗位上工作，能给予课程开发资源和支持。

二、“微观之眼”课程的开发

（一）课程理念

1.课程即兴趣的开始

课程践行少年宫“激发兴趣”办学理念，激发学生的好奇心、求知欲和想象力，吸引每位学生参与到课程中，感受课程带来的快乐，使其兴趣十足，拉进学生与科学的距离，形成良好的科学学习精神。

2.课程即沟通的“桥梁”

在课程中，学生对散裂中子源大科学装置工作原理演示教学装置、原理动画课件、探究体验实验设计等有不同的想法，与小伙伴进行相互学习、感悟分享。学生既锻炼了动手操作能力，学会了真诚地与人沟通，也增强了合作精神，更重要的是学会总结、实践、研究问题的学习方法。课程为学生的全面发展搭建了沟通的“桥梁”。

3.课程即探究的经历

课程提倡学生主动参与、自主探究、动手操作，强调学生在自主的探究过程中生成感受、体验、反思、交流、合作、改进，在探究经历中认识科学，发现科学的密码。通过探究学习，学生唤醒、开掘、提升创新潜能，获得成长。

4.课程即资源的融合

课程融合各学科知识、资源与学习方法，提升学生综合应用各类知识观察、分析、思考、解决问题的能力，重新建构思维和融会贯通的能力。例如，课程融合物理、信息技术、艺术、工程等学科知识，利用各种校外资源，采用讲授、示范、实验探究、反思交流等多种教学方法，组织学生创新设计模型、探究体验实验、制作动画等。

（二）课程目标

1.通过“微观之眼”课程，深入了解散裂中子源在科研、生产、生活中的广泛应用价值，激发科学探索欲，培养创新精神，提升动手创作、表达等能力。

2.合理利用实地参观、探究实验、编程动画、分享交流等多种途径解决课程中遇到的问题，通过项目专题活动，锻炼学生的独立思考、合作交流、创新创造能力，培养学生大胆创新、积极探索的精神。

3.通过“微观之眼”课程，探秘大科学装置，感受“大国重器”，培养学生民族自豪感、荣誉感，崇尚科学家精神，播撒科学的种子。

（三）课程内容

“微观之眼”课程是基于中国散裂中子源开发的科创课程，课程着眼于学生科学素养和创新意识的养成，强调学生的探究实践和动手操作，采用启发式、探究式、开放式教学，培养学生大胆创新、积极探索的精神。

（四）课程评价

课程评价将学生的综合素质纳入评价体系，以“微观之眼”课程目标及课程内容为依据，将过程性评价和结果性评价结合起来，制订评价标准、程序和方法，利用班级优化大师、云平台等现代信息技术手段以及成长记录档案袋等方式，开展对学生课程学习的监测与纪实评价，发挥评价的育人导向和反馈改进功能。

过程性评价关注学生平时在课堂中的实际表现，注重行为表现，以自评为主，辅以教师、同伴、家长等评价。

结果性评价关注单元综合评价。单元课程结束时，依据单元目标和内容，结合综合素质档案分析，对学生的科学知识、科技能力、科学思维方法、科学品德等科学素养发展状况进行综合评定。

三、“微观之眼”课程的实施

（一）课程实施策略

课程坚持培养学生的科学探究精神和创新能力，紧密结合青少年的认知水平和年龄特征，通过多种策略将高精尖的散裂中子源转化成具有科学性、趣味性、普适性、前瞻性的适合小学生认知水平的科普课程。具体策略如下：

1.创新设计运行原理演示装置，变“微观”为“宏观”

结合小学生的知识储备和年龄特征，创新设计宏观演示装置，将中子源微观运行原理宏观呈现。由于质子是微观粒子，选择哪种材料进行模拟成为挑战。通过探究实验，最终选择铁球作为质子的模拟物。铁球不仅可被加速，还相对稳定。在制作环形加速器原理演示时，遇到环形轨道的设计和换轨的问题。通过引入传感器和Arduino主制板，解决了铁球的换轨，还利用可编程灯带模拟中子散裂过程轨迹，通俗易懂，极具趣味性。

2.创新设计模型，将散裂中子源装置“移”到课堂

散裂中子源装置包括一台直线加速器、一台环形加速器、一个靶站、二十台中子谱仪等。设施大而多，通过创新设计模型，将散裂中子源装置“移”到课堂，加深学生的理解。通过图片收集、实地拍照、专家指导等方法，成功绘制模型图，利用激光切割方法完成了大科学装置模型。学生通过动手实践，更深入地理解装置的结构和工作原理，培养了动手能力、团队合作意识和创客精神。

3.运用多媒体手段，将枯燥原理趣味化

结合小学生的特点和知识接受度，课程将散裂中子源复杂的微观运行原理变为通俗易懂的动画课件。通过绘制素材，创建离子、质子、中子及加速器等角色，利用Scratch编程软件将中子散裂的过程用动画来呈现，让原本抽象难懂的科学知识变得直观、有趣味。学生在这个过程中获得成就感，培养学习兴趣，提升理解能力。

4.创意物化，设计探究体验实验

散裂中子源微观运行原理抽象复杂，学生接受起来有一定的困难。在课程中，我们鼓励学生将自己所理解的用创意、方案付诸实施，转化为探究体验实验。例如，a.铁球打西瓜瓤体验实验。铁球相当于质子，用力把铁球扔在西瓜瓤上，西瓜瓤向四周飞出，相当于中子轰击靶站时释放出的中子。b.打台球实验。质子被加速到高能轰击重金属钨靶，将金属的原子核打碎，裂变产生中子，过程就像打台球，一杆一杆地戳，加速的质子束也是脉冲形式的。通过实验动手操作、实践探究，学生激发了好奇心、求知欲和想象力，形成在实践探究中学习的意识。

5.“变身”小小科普讲解员，交流分享

交流分享是促进学生反思、成长和经验分享的重要方式。在演示装置和动画制作以及模型、探究体验实验设计时，教师引导学生系统记录，并依据自己喜欢的方式记录，如PPT、图片、视频录制等，及时分享，碰撞思维，实现1+1＞2的效果。在课程最后阶段，学生“变身”小小科普讲解员，现场介绍及录制视频，通过官方社交媒体、课堂展示、430课堂、“松湖七彩流动少年宫”活动、“七彩童年，缤纷暑假——2023年松山湖功能区暑期托管”活动等多种途径进行科普，已取得不错的反响。

（二）课程实施效果

在课程实施前后，我们对科创社团班及暑期科技之光夏令营的53位学生进行课程效果问卷调查，具体包含学生学习兴趣、动手实践能力、问题解决能力等方面。从数据可以推出，“微观之眼”课程的实施有显著的效果，具体如下图所示：

1.学习兴趣问卷调查

调查数据显示，在课程实施前后，学生对散裂中子源大科学装置的不感兴趣度从20.8%降至4.7%，一般感兴趣从32%降至20.8%，很感兴趣从47.2%增至75.5%.

2.动手实践能力问卷调查

学生动手实践能力调查主要通过“作品完成时间问卷调查”来体现。数据显示，课程实施前，仅24.5%的学生时间充裕，有5.7%的学生未完成作品。实施后，时间充裕的学生增至71.7%，未完成学生为0%.

3.问题解决能力问卷调查

学生问题解决能力主要通过“作品完成满意度问卷调查”来体现。实施前后数据对比显示，未完成的学生由18.9%降至3.8%，很好的学生由28.3%提升至71.7%.

（三）课程后续改进与展望

经过不懈的实践探索，“微观之眼”课程已取得了一定的效果与成果，受到了学生的热捧与家长的肯定。笔者认为，未来可从以下几方面持续改进、完善：

1.设计“地上+地下”教学装置

在原有课程基础上，克服困难，将微观原理的演示装置对应地嵌套在直线加速厅、环形加速厅及靶站谱仪厅等模型上，集“地上地下”于一体，更加清晰明了。

2.持续开发新颖、独特、富有影响力的课程

将中子散裂的过程用漫画的方式表现出来，制作成学生感兴趣、易理解的科普漫画小手册；进一步优化教学模型，通过缩小比例等制作成精美的文创作品，摆放在展厅、办公等各场地，增强展示效果，提升科普效果。

3.多渠道提升课程科普效果

除了通过官微、430课堂、夏令营、流动少年宫等方式，还可以与其它青少年教育机构合作，将课程引入更多的社区、俱乐部和科普活动中，让更多的学生有机会了解我国伟大的大科学装置。

参考文献：

[1]念创.基于STEAM教育理念的地方课程资源开发研究[D].西南大学，2021.

[2]谢庆生.小学创客教育校本课程开发与应用研究[D].西南大学，2020.

[3]王芳卫，严启伟，梁天骄，等.第一讲中子散射与散裂中子源[J].物理，2005，34（10）：731-738.

责任编辑    黄洁珮