天宮一號空間實驗室和天宮空間站是開展太空教學和科普的前提條件。按照“三步走”發展戰略，我國載人航天工程取得歷史性突破，所屬航天員、空間應用、載人飛船、運載火箭、發射場、測控通信、著陸場、空間實驗室等8大系統都取得重大成就。2011年底，中國科協向中國載人航天工程辦公室建議，以神舟十號發射並與天宮一號對接為契機，由航天員在太空為青少年講授科學課。這一建議得到了中國載人航天辦公室的積極響應，在神舟十號飛船與天宮一號交會對接任務順利完成後，“天宮課堂”首次開課。
“天宮課堂”隨著載人航天技術的進步而發展演進。人們發現，與第一次開課時相比，最近兩次 “天宮課堂”直播的畫面更加清晰、聲音延遲明顯減少。這得益於承擔天地數據傳輸的中繼通訊衛星即天鏈衛星的發展。天鏈衛星已經從數年前的第一代3顆衛星，發展到目前5顆衛星並成功發射了第二代01星。“天鏈”數據傳輸能力和穩定性大大增強，“天宮課堂”的呈現效果得到明顯提升。
在校學生是“天宮課堂”服務的主要對象，各級教育行政部門和中小學校紛紛行動起來，通過臨時調整課程等措施，動員、鼓勵學生通過各種方式和各類媒體參與“天宮課堂”。比如，教育部提前2天在其官方網站發布了關於收看“天宮課堂”的提示，預報了開課時間和教學內容。
各地科技館等科普機構也積極行動起來，組織所在地中小學生集中收看“天宮課堂”。有的還針對教學內容，安排相關領域的科技專家為學生做課前預習和課後答疑。值得一提的是，“天宮課堂”帶動了科學熱、科普熱，一些科技專家圍繞“天宮課堂”教學內容，自發製作科普視頻節目，通過自媒體廣泛傳播。
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