天宫一号空间实验室和天宫空间站是开展太空教学和科普的前提条件。按照“三步走”发展战略，我国载人航天工程取得历史性突破，所属航天员、空间应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控通信、着陆场、空间实验室等8大系统都取得重大成就。2011年底，中国科协向中国载人航天工程办公室建议，以神舟十号发射并与天宫一号对接为契机，由航天员在太空为青少年讲授科学课。这一建议得到了中国载人航天办公室的积极响应，在神舟十号飞船与天宫一号交会对接任务顺利完成后，“天宫课堂”首次开课。
“天宫课堂”随着载人航天技术的进步而发展演进。人们发现，与第一次开课时相比，最近两次 “天宫课堂”直播的画面更加清晰、声音延迟明显减少。这得益于承担天地数据传输的中继通讯卫星即天链卫星的发展。天链卫星已经从数年前的第一代3颗卫星，发展到目前5颗卫星并成功发射了第二代01星。“天链”数据传输能力和稳定性大大增强，“天宫课堂”的呈现效果得到明显提升。
在校学生是“天宫课堂”服务的主要对象，各级教育行政部门和中小学校纷纷行动起来，通过临时调整课程等措施，动员、鼓励学生通过各种方式和各类媒体参与“天宫课堂”。比如，教育部提前2天在其官方网站发布了关于收看“天宫课堂”的提示，预报了开课时间和教学内容。
各地科技馆等科普机构也积极行动起来，组织所在地中小学生集中收看“天宫课堂”。有的还针对教学内容，安排相关领域的科技专家为学生做课前预习和课后答疑。值得一提的是，“天宫课堂”带动了科学热、科普热，一些科技专家围绕“天宫课堂”教学内容，自发制作科普视频节目，通过自媒体广泛传播。
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