邮发代码:82-418   刊号:ISSN1671-4350   定价:12.00

[追踪]青少年高校科学营特色活动——中国科学院云南天文台:走进西部营,体验“微”科研

青少年高校科学营特色活动

2019-05/总第278期

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2018高校科学营西部营主要依托中国科学院云南天文台、昆明植物研究所、昆明动物研究所等,借助其科研平台、丰富的科普活动经验和雄厚的研究背景,让青少年在实验室亲身体验科研过程、了解科学方法、开阔科学视野;通过团队协作、自然体验及科学探究等活动,让青少年在行走过程中放松自己,了解基本知识,学习科学研究的常规方法,同时对自然和科学的认识得到质的提高。其中,云南天文台组织的营队活动为天文学探究,该活动让青少年走进中科院、走进实验室,在“微”科研体验中,感受科学魅力,放飞青春梦想,引导青少年崇尚和热爱科学,鼓励青少年立志从事科学研究事业,为科技创新后备人才培养打下坚实基础。

活动概述

仰望星空,面对浩瀚的银河和无垠的宇宙,每个人都会感受到深深的震撼,激发与生俱来的探索欲望。为让营员充分体验天文探究活动,营队活动分成2大部分,先让营员感知天文、走“近”天文;有了天文知识储备后,让营员体验天文学研究、走“进”天文。

天文设备参观,感知天文学

活动带领营员参观天文台科普设施,让营员了解天文学的起源、研究对象和研究手段。随后安排营员参观现代天文设备——射电天文望远镜和光学天文望远镜,让营员了解天文望远镜的结构、用途,并接触天文数据获取和处理流程。

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参观探月工程设备——40 m射电望远镜

双星光变曲线和射电天文探究,体验天文研究

活动以天文学中的2类天体为研究对象,让营员获取观测数据,利用真实的天文数据对营员开展天文探究课程,突出科学探究性和营员参与性,让营员在探究课程中体验科研过程,了解科学方法,是高端科研资源科普化的具体体现。

活动过程

将60名营员分为2个小组,每个小组由1名科研人员全程指导、2名工作人员协助课程实施,分别在中国科学院天体结构与演化重点实验室的双星与变星研究团组和射电天文研究团组开展。

参观天文台科普设施和天文观测设备,了解天文学

营员大部分是第1次接触天文学,为让他们对天文学有大概了解,营队先组织营员参观天文台科普设施和科研设备。在日晷广场向营员介绍天文学的由来和古代计时方法的原理;在太阳历广场向营员介绍太阳周年运动、四季形成和测量方法,并介绍历法的产生和如何制定历法。

天文学是一门以观测为基础的科学,让营员了解天文观测设备是通往天文学的第一道门。该营队活动组织营员参观射电和光学天文望远镜,以了解望远镜的构造和数据获取流程。

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参观国际三大前沿太阳观测设备之一的NVST

双星光变曲线探究

参观完天文科普设施和科研设备后,营员分为2组分别开展天文探究课程。一组在双星与变星研究团组开展双星光变曲线探究。营员先在教师的讲解下熟悉探究课程内容,然后采集目标星的测光数据,在教师指导下利用专业天文软件IRAF处理数据,形成可以用于理论分析的科学数据。利用较差测光方法获得目标星的亮度随时间变化的曲线,再利用理论模型对光变曲线进行解轨,获取双星的物理参量,包括轨道周期、轨道倾角和轨道半长轴。该部分活动内容正好与高中物理知识衔接,让营员在科学探究中体验如何获取知识。

射电天文探究

射电天文涵盖波段范围广,且与生活中的无线通信频段重合,比如手机通信的2.1 GHz和Wi-Fi的2.4 GHz,这些信号相对射电目标源来说是干扰源。由于无线电干扰是射电天文的大敌,因此应先对天文台区域无线电环境进行监测,明确哪些频段的干扰较大,为后续天文观测作准备。

在射电源光变观测中,面对无线电干扰的问题,使用中频设置滤波器往往是最快捷的处理方式。如果滤波器选择较宽,可能潜在一些无线电干扰影响观测效果;如果滤波器选择较窄,灵敏度会下降。为此,我们通过对不同中频滤波器的选择,在观察界面中观察方差值与性价比值的变化,比较其大小,然后选择合适的中频滤波器。课程小组选择3个射电源(金牛座A、天鹅A、仙后A)为目标源,让学生操控40 m射电望远镜,指向目标源采用不同滤波器获取射电辐射流量,根据信噪比和均方差的数值让学生学习如何分析和处理射电观测流程。

营员探究课程答辩

探究课题结束后,营员在教师的指导下,各小组对整个实践过程进行分析总结和讨论,大家分工协作,齐心合力完成答辩所需的PPT报告。营员们面对6位专家、全体营员和带队教师,汇报各自参与的科研实践内容和成果,并接受大家的质疑和点评。汇报答辩现场精彩纷呈,营员们经过中国科学院科研人员的指导,自信又细致地介绍了自己参与课程的研究背景、研究问题、研究目的、研究方案、结果分析与讨论等,大家都交出了一份令“导师”满意的答卷。

活动特色

云南因地理位置突出(纬度低),有优越的天文观测条件和资源,西部营借助这些自然资源。依托中国科学院恒星结构与演化重点实验室,围绕天文开展特色科普活动,先让营员走近天文,再让营员走进天文,活动突出探究性和参与性,让营员利用真实天文观测数据开展探究课程,在课程中体验科研过程,了解科学方法,是高端科研资源科普化的具体体现。该活动依托自身的学科特色和科研优势,结合区域特点和青少年成长需求,组织和动员科研人员策划了探究性科研实践课程,大家一致认为这是中国科学院做的一件大好事、大实事,是落实科教融合的创新工作,希望从西部营延伸到更广区域的青少年持续开展。

活动效果

活动引发了媒体的广泛关注,20余家媒体对活动进行了全方位报道,产生了广泛的社会反响。活动结束后,营员表达了对活动的反馈,认为通过活动了解了天文学研究的基本思路和流程,学到了以前从未了解过的知识,认识到科学对国家的重要性。有的营员非常动情地表示:“我好像找到了我的人生目标和方向,高考时我可能会报跟这次活动相关的大学专业。”这也许就是西部营活动收获的最大效果!

“60位营员被分成了不同的小组进行课题探究,我所分到的是通讯实验和射电天文课题组。在董亮老师的带领下,我们登上了云南天文台凤凰山实验基地40 m射电望远镜。在董博士的指导下,我们亲手操作了许多大型科学设备并完成了课题探究。在此过程中,我学会了怎样和其他人进行合作交流。在科研的道路上,我们应该养成独立思考的习惯,要有自己的见解,也要有求真务实的态度,脚踏实地,不得有半点虚假。”——贵州省安顺市民族中学 卢玉成

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