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神奇的太空一课

标签  2013-06-22 07:22
 

         【转】神奇的太空一课

  神十飞天,筑梦太空,成了目前中小学生最热门的话题。6月20日上午,神舟十号航天员聂海胜、张晓光、王亚平在远离地面300多千米的天宫一号为全国青少年带来神奇的太空一课。

  来自教育家孔子家乡的女航天员王亚平,20日上午在天宫一号里成功进行我国首次太空授课。在指令长聂海胜和摄像师张晓光的协助下,王亚平通过质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个实验,展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象,并回答了学生们关于航天器用水、太空垃圾防护、失重对抗和太空景色等问题。

  设在中国人民大学附属中学的地面课堂里,包括少数民族学生、进城务工人员随迁子女及港澳台地区学生代表在内的330余名中小学生,参加了这堂物理课。全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看。

  太空授课活动由中国载人航天工程办公室、教育部、中国科协共同主办,持续约40分钟。这一天地互动过程是在我国第三颗中继卫星的支持下实现的。它的亮相同时标志着我国新一代载人航天测控网基本建成。太空课堂让我们惊喜,我们为祖国航天事业的成就而自豪。

  多年来,我们的孩子们沉陷于填鸭式、县中式教育而不拔。学习、考试,在太多时候成为一件痛苦的事。然而,你看过这一课的天地对话就该知道,孩子们更喜欢“不一样”的教育。这个“不一样”的教育,是人性的、灵活的也是直指人心的,事实说明,我们能够给予。问题是,我们常常因为各种功利、欲望而不肯撒手。现实中,越来越多的孩子膜拜高考英雄,还有很多孩子把心愿写在了寺院的墙上。

  教育如果令人痛苦、令人幻想甚至诱使人不择手段,如“湖北钟祥监考人遭围攻,家长称不作弊不公平”,那一定是失败的教育。我们需要成功的教育成果,首先是需要科学的、正直的教育理念。太空第一课,不是表演,它示范了我们的教育解决现有问题或矛盾的方向所在。回到正确的轨道,让孩子们像今天做王亚平的学生一样兴高采烈、激情万丈,一点也不难。把困倦的双眼从书本上移开,进入新颖的求知空间,这是一种必然的选择。死啃书本的受教育行为是没有前途的。这一课,点燃莘莘学子的太空激情是一方面;居于“太空”的高度提示着我们的教育,是另一方面。

  “老师在距离学生300公里的太空中,课堂人数超过6000万人,相当于法国人口数量,这个世界上最大的课堂出现在人类航天时代的最开端。”新华社的特写稿这样描述。太空探索梦是中国梦的重要内容,“好奇”和“探索”,推动着这个梦。我们需要这样的追梦人:他们一定是乐于仰望星空,一定是希望通过艰苦的努力提高中国的综合国力。他们可以爱歌星、追小贝,但是在更宏大的“大国追梦”主题面前,他们应该是能区分孰轻孰重,并且表现出热 情和担当的人群。

  第一课,一切都在悄悄开始。热情被点燃,感慨在集聚。这一课的核心价值在于,它是一堂鲜活的素质教育。它为学生而上,也为老师和家长而上,更为教育部门而上。素质教育不是不可为,素质教育有着相当广阔的“处女地”等待开垦。无论是对素质教育畏手畏脚,还是“挂羊头卖狗肉”,把素质教育当成填鸭式教育的幌子,都不可取。

  对于我们的孩子来说,需要接受另一种意义上的“天书”。——20日上午,神十航天员王亚平开讲的太空第一课,就写满了这样的内容。这一课引起的极大关注,固然很大程度上取决于穿越空间的形式,但是它牵连起的探索之梦却是最大的动力源。同时,这一课的成功也显示出人们对素质教育或“活力教育”的向往。

 

神奇的太空一课
 

  我国女航天员太空授课20日上午圆满完成,王亚平领衔的太空老师们在距离地面约300公里的太空,给我国6000余万名师生上了一节精彩的"太空课"。  

  “我是王亚平,本次授课由我来主讲。”随着这一句来自天宫的问候,中国首位太空老师王亚平轻轻一跃,向天宫一号舱内的摄像机镜头缓缓飘来。有史以来内容最神奇、教室最高远、观众最庞大的一课,开始了。神十飞天任务,也随着神十乘组的太空授课,达到高潮。从十余天前的期盼,到穿着蓝色舱内工作服的3名航天员亮相,世界第二堂、中国第一堂太空授课会讲什么?上午10点04分,在距离地面300多公里的天宫一号里,中国女航天员王亚平开始了迄今为止人类历史上第二次太空讲课。地球上,北京人大附中课堂座无虚席,300多名中小学生聆听了来自太空的“特殊一课”,全国6000多万学生同步收看了直播。在北京航天中学里,高二“神箭班”的26名同学更是与天宫进行了同主题的实验。北京101中学的物理老师史艺,作为“太空授课”专家组成员,她为王亚平的太空授课打100分。

  “同学们,你们好!”大屏幕上,身穿蓝色航天服的王亚平飘浮着来到镜头前,微笑着与大家招手见面,她就是这堂课的主讲教师。为了备好课,她精心准备了授课内容,向专业教师虚心请教讲课技巧,还扎起了秀气的马尾辫。不过,在失重环境下,精心梳理的马尾辫变成了蓬松的“毽子”。
  指令长聂海胜责任重大,作为“助教”负责看管教具。同时,他还将照管天宫一号和神舟十号组合体的飞行,并用专用耳机与地面保持联络,以备处置意外情况。航天员张晓光担任太空课堂的摄影师。他用束缚带把自己固定在舱壁上,保持身体平衡,地面看到的直播画面,很多都来自他的手持摄像机。  

  “现在我们是在远离地面300多公里的天宫一号实验舱里向大家问好。同学们都知道,失重是太空环境中最独特的现象,那么首先让我们的指令长来给大家表演几个高难度的动作吧”,刚开始讲课,两位老师就让地面的学生大开眼界。

  聂海胜盘起双腿,慢慢飘了起来,做了一个精彩的“悬空打坐”。“我还有‘大力神功’呢”,话音刚落,王亚平伸出一指,轻轻一点,聂海胜就向舱后飞去,边飞还边翻跟斗,引来地面的掌声和笑声。“怎么样,很厉害吧。”王亚平笑着对学生们说:“在太空失重环境中,我们个个都像是身轻如燕的武林高手。”

  [太空]  王亚平展示的第一个实验是质量测量。在太空微重力环境下,如何称人的体重呢?王亚平请指令长聂海胜展示如何使用天宫一号中的质量测量仪来称体重。只见聂海胜飘到测量仪前,抓住仪器上几个扶手,牵引测量仪的钢丝绳拉开又回来,一旁的电子屏上就显示出聂海胜的体重:74千克。

  [地面]  26名同学中选出了一胖一瘦两人,“如何利用体重计让瘦同学增重、胖同学减重?”在尝试了各种方法后,同学们发现,瘦同学慢蹲快站,体重计显示的数字变大了;胖同学快速下蹲后,体重计显示数字则变小了。温老师介绍,这就是“增重”和“失重”现象,类似乘坐电梯在起降瞬间时的感受。

  [解答]  航天中学温鹏老师说,地面体重计要求人保持静止站立状态,重力与体重计支持力是相等的。太空失重,支持力为零,体重计测不出来。王亚平介绍,太空测重仪通过“弹簧—凸轮”机构产生恒定力,把聂海胜拉回到初始位置。光栅测速系统测出身体运动的加速度。根据牛顿第二定律F=ma,算出身体重量。

  [太空]  王亚平演示的第二个实验是单摆实验,她拿出一个支架,用细绳将小球连接在支架上,形成了一个单摆。只见王亚平将小球轻轻拉起,神奇的一幕发生了:小球在空中缓缓地悬浮着。接下来,王亚平推了小球一下,小球开始绕着摆轴做起了匀速的圆周运动。

  [地面]  在教室里,同学们的桌前也放置着这样的支架。但当大家拿起小球到一定角度松手后,小球便在空中划着弧线开始往复摆动。紧接着,再把小球使劲儿一推,小球也绕着摆轴做起了圆周运动,但只绕了几圈后,便停了下来。

  [解答]  温鹏说,究其原因还是因为重力作用不同。小球因重力作用下坠,在细绳的拉动下,做起简谐运动。再给它一个比较大的外力,它也会开始圆周运动。但同时,在重力作用下,小球不停地改变运动状态,所以不能像在太空中那样不停地转圈,最终停了下来。

  [太空]  陀螺是很多人儿时的玩具,大家对它并不陌生。在太空中,王亚平分别展示了静止的陀螺和高速旋转的陀螺在太空的状态。王亚平先对一枚悬空静止的陀螺施加干扰力,陀螺翻滚着向前运动,轴向发生了很大改变。随后,再让陀螺旋转起来,这次,陀螺不翻滚了,晃动着向前走。

  [地面]  在地面上同学们在老师的指导下,先让陀螺高速转动起来,然后用手轻轻触碰,陀螺并未改变转动轨迹,仍然稳定转动。据了解,这涉及陀螺的定轴性原理,实际上在中学课本中并未涉及,属于大学知识范畴。通过太空实验演示,让这一略显深奥的物理知识得到了很直观的展示,学生们理解起来并不难。

 
 

  [解答]  温鹏说,高速旋转的陀螺具有很好的定轴性,这一定轴特性在天上地上是完全一样的。太空环境中,静止的陀螺它的轴是不固定的,加之没有重力,会翻滚着运动。而一旦旋转运动后,由于是围绕轴运动,即使有干扰力,陀螺仍会稳定旋转。正因为陀螺的这一特殊的稳定性,在航海、航天中均使用到陀螺仪。

 

 

  [太空]  王亚平取出了一个金属圈,把它插入装满饮用水的自封袋中再慢慢抽出来,圈中结了一个透明的水膜。轻轻地来回晃动中,水膜完好无损。“我想如果诗人李白在天宫中生活,大概他就写不出‘飞流直下三千尺’的诗句了,因为在失重状态下,根本就不可能会‘飞流直下’”。

  [地面]  在地面上,同学们费尽九牛二虎之力,也难以和太空中的王亚平PK。学生们用准备好的吹泡泡筒,轻而易举地制造出了泡泡膜,但却不能像王亚平一样,和泡泡玩“游戏”,泡泡坚持不过几秒就破裂了。紧接着,大家又试图用清水吹出泡泡,但也全部失败了。

  [解答]  温鹏老师说,在太空失重状态下,水的表面张力变大,能轻松地形成水膜。在地面上形成水膜是很难的,因为有重力的影响,一出水就会破裂,而在太空失重环境中,水的表面张力就会大显神威。

  [太空]  王亚平用注射器往水球中先后注射了两个水泡,与地面上不同,这两个水泡并未融合在一起,而是单独存在着。随后,王亚平又用针筒向水球中注入了红色的液体,红色的液体在水球中慢慢弥漫,最终将透明的水球染成了红色水球。

  [地面]  一位同学用红墨水把一个烧杯中的纯净水染成红色,之后用滴管吸出一些水,再把它从滴管中缓缓挤出。另一位同学则用放大镜观察挤出的水是什么形态。“是水滴形的,下面大上面小,跟太空里的不一样。”学生们争先说出自己的观察结果。

  [解答]  为什么水滴在太空中能成为一个标准的圆形呢?温鹏解释道,由于在太空中没有外力影响,水只有表面张力,在表面张力作用下水会形成一个表面积最小的形状,也就是球形。而在地球上,由于重力作用,水滴下来只能形成液滴状。

  

天  地  互  动:

 

实验用水可以循环使用吗?将来空间站循环用水

  人大附中高二年级学生司紫硕:刚才的水实验我觉得非常非常有趣,我还想知道的就是这些实验用水是你们从地面直接带上去的?还是在天宫生活中循环再生的?之后这些水还能够被回收起来再利用吗?

  聂海胜:我们在天宫一号上使用的水都是从地面上带来的,在太空中资源循环利用是非常重要和有价值的,这需要先进技术和复杂设备。因此,针对短期飞行还是一次性用水更经济,我国空间站将采用先进的资源再生和循环利用技术。在天宫一号里,我们也进行了部分相关关键技术的验证实验。我国科研人员将会把中国空间站建设成为运行高效、节约的空间站。

  

看到太空垃圾了吗?

发射前就作了预警分析

  北师大附中高一学生毛思锐:在太空中能看到太空垃圾吗?天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施呢?

  王亚平:在飞行的这几天,我们还没有看到太空垃圾,不过事实上太空垃圾确实是存在的。虽然它与航天器相撞的几率很小,但是数量却不少,一旦与航天器相撞,后果将不堪设想。因此,在发射前我们就对太空垃圾进行了预警分析,也对天宫一号采取了相应的规避和防护措施,以确保航天员的安全。

怎么应对失重对身体的不利影响?

体育锻炼、药物和体液重新分布

  潞河中学高一学生韩苏阳:在太空中需要生活很长时间,采取了哪些措施来应对失重环境对身体的不利影响?

  聂海胜:在太空,航天员会遇到失重、噪声、狭小密闭环境等不利因素的影响。失重会造成人体心血管失调、骨丢失、肌肉萎缩等。为对抗失重,我们通常采用体育锻炼、药物和体液重新分布等方法来进行防护。这次我们带来了很多设备,比如企鹅服、套袋、拉力器、自行车供量计等。刚才授课的小讲堂,就是自行车供量计改装的,等一会儿重新组装成为体育锻炼的太空自行车。

星星会闪烁吗?看见UFO了吗?

每天看16次日出还没看到UFO

  史家小学读四年级邱甜:在天空中看到的景象和在地面上看到的有什么不同?星星会闪烁吗?能看见UFO吗?

  王亚平:这确实是一个很奇妙的问题。透过舷窗我们可以看到美丽的地球,还可以看到日月星辰,但是到现在为止我还没有看到UFO。由于我们处于大气层之外,没有了大气的阻挡和干扰,我们看到的星星格外明亮,但是星星不会闪烁。同样,由于没有了大气对光的散射作用,我们看到的天空不是蓝色的,而是青翠的黑色。另外我要告诉你们一个很奇妙的现象,现在我们每天都可以看到16次日出,因为我们每90分钟就可以绕地球一圈。

  40分钟的课程通过有趣的试验、天地互动,让枯燥的物理科学知识与我们的生活更贴近,让广大青少年陶醉于太空和科学的美妙享受中,激发了学生们探索太空和求知的兴趣。除此之外,中国的"太空第一课"还蕴藏诸多玄机。 

 

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  1,为航天事业培养接班人,立意深远。

  太空授课最早由上世纪80年代的美国前总统里根提出,但在1986年"挑战者"号航天飞机爆炸中,本来有望成为世界第一位"太空教师"的美国宇航员麦考利夫遇难。直到2007年8月,麦考利夫的替补芭芭拉在国际空间站进行了这场迟到21年的人类史上首次太空授课。芭芭拉用25分钟的时间,主要向学生们展示了在太空中运动、喝水等,培养年轻人对太空探索和科学的兴趣。当时,芭芭拉四处追食在空中乱飞的泡状饮料,至今让很多人记忆深刻。 

  这次中国航天员的"太空第一课",显然比美国人那次只是"介绍和演示太空生活"的科技含量要更高。王亚平等航天员在40分钟时间内,演示了质量测量、单摆运动、陀螺运动、水膜和水球等5个基础物理实验,展示了失重环境下物体运动特性、液体表面张力特性等物理现象。而且该活动由中国载人航天工程办公室、教育部、中国科协共同主办,全国8万余所中学6000余万名师生通过电视直播同步收看,还进行了"我问航天员"等活动,以及直播太空课中的"天地师生互动",让中小学生大胆畅想、敢于追梦。 

  相信在看完这40分钟的太空课后,很多学生会对"太空吃水"、聂海胜"悬空打坐"、王亚平"大力神功"等赞叹不已,对陀螺悬空翻滚、中国结图案水膜、魔幻般的水球等记忆深刻,对聂海胜74公斤是如何测量出来的、单摆实验的摆球呈圆周运动等求知若渴,对失重、牛顿第二定律、水的张力等物理知识有了难忘的记忆,对太空是黑色而非蓝色、太空中看美丽的地球和日月星辰、每天能看16次日出等渴望不已。

  这对于中小学生打开科学探索之门,非常有意义。枯燥的课堂知识,原来有那么多奥妙,太空探索有那么多的神奇。我们也注意到一个细节,这次太空授课的"地面课堂"就在人大附中,330多位师生在这里见证人类历史上第二次太空授课、并进行"天地师生互动"。而杨利伟、翟志刚、景海鹏,以及正在太空的聂海胜等多名航天员的孩子都曾在或正在这所中学就读。这里会成为中国航天事业的摇篮吗?

  在中俄"太空授课"活动后,作为航天大国的俄罗斯也跃跃欲试。据悉,俄罗斯将在9月1日新学期开始后,也将在国际空间站推出太空教育课,以唤起年轻人对太空的兴趣,培养航天事业接班人。一场航天事业接班人的"太空竞赛"是不是已经悄然开始?

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  2,对"航天应用性"进行全面科普,用心良苦。

  此次神十飞天,与之前明显不同的是,更展现"应用性"。这不仅体现在空间科学实验上,也通过这次"太空授课"中。首先,"太空授课"本身,就是利用中国载人航天活动对教育工作的支持,培养学生的太空探索精神。其次,这短短40分钟课程展现了太空的美妙,进行科学实验的价值,有回击"少部分人对航天活动的质疑"的意思。比如,王亚平讲述的失重环境为人类造福的例子---在失重环境下,人们能够获取结构更加均匀完整、尺寸更大的半导体晶体,有利于开展材料学基础性研究,优化和改进地面生产工艺;失重条件下冷原子钟的频率稳定度会大大提高,可以应用于高精度的卫星导航定位系统   

  当然,王亚平没有明白告诉你,中国航天技术成就,也体现了中国的高科技自主创新,也是中国综合国力的体现。这些技术既可以用于商业、医学、农业等造福人民,也有巨大的国防应用价值,对我们维护国家领土领海主权具有战略意义。

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  3,引导教育向"应用性"、"创新型"改变,建设创新、科技型强国。

  这次太空授课,比较吸引我们的,还有学生们五花八门的问题,包括课前媒体做的问题征求活动,还有"天地师生互动"的现场问题。比如:

  奇思妙想型---

  天上看到的窗外景色与地面有什么不同?星星会闪烁吗?能看到UFO吗?

  太空能见到变形金刚吗?

  看到外星人,能拍张照片给我吗?

  潜力型---

  太空中的上下怎么区分的?太空中是怎么洗澡的?怎么翻跟头的?太空能化妆吗?

  吃的东西会不会飞出来?能把西藏的糍粑带到太空吗?

  在天上的生活用水是从地面上带到天宫一号去的吗?可以循环使用吗?

  您能看到太空垃圾吗?天宫一号是否有应对太空垃圾的防护措施?

  异想天开型---

  可以在太空里加热鸡蛋吗?例如打一个生鸡蛋在空中,然后用打火机加热能变成好吃的荷包蛋吗?

  在失重的环境下,原来附着在人体表皮上的病毒、细菌或寄生虫,会不会飘浮到空气中对天宫的环境产生污染?问题严重吗?

  空间站有蚊子吗?有的话,它又怎么飞呢?

  "奥特曼"超人型---

  在太空能第一时间发现地球上的暴力事件吗?能第一时间拨打110,帮助那些无助的受害者吗?

  高情商型---

  请问你们在太空中采取哪些措施对抗失重对人体的不利影响?

  在太空这几天,想家了怎么办?

  显然,不管这些孩子的问题多么的"异想天开",中国的"太空第一课"至少是他们打开探索之门的一次重要机遇。我们更希望,在国家、学校和家庭的共同引导下,学生们能通过类似的机会,从小培养探索精神、求知欲和动手能力,加以教育制度的变革,为未来中国建设科技、创新型强国不断添砖加瓦。

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  4,太空授课中"天地双向直播技术"受全球瞩目。

  中国的"太空第一课"的成功,还得感谢"天链一号"中继卫星提供的---全新的图像传输编码与天-天-地信号传输方式。中继卫星又被称为"卫星的卫星",以往我国载人航天任务受带宽限制,航天员在太空中只能听到声音,无法看到地面高清画面,在中继卫星建立起"空空地"的传输通道后,电子邮件、视频通话等天地沟通交流更加多样。

  尤其去年7月我国发射"天链一号03星"后,实现了"天链一号"中继卫星的全球覆盖。一个能够覆盖全球的载人航天天基测控网形成,神舟即使在地球另一头都能与国内保持联络,基本已经没有了盲区。"神十"是首个享受我国中继卫星全球系统服务的载人飞船,可以和地面随时对话,公众可以看到更稳定清晰的实时画面;天宫一号与地面的音视频信号传送 "网速"已经能达到2兆左右,比从前要更为顺畅。可以说,这项高画质高音质无干扰的"天地双向直播技术",中国已经较美国更有"后发优势"。且未来具有巨大的商业和军事意义。

  5,与蛟龙号应用性试验、辽宁舰舰载机试验,彰显中国综合国力。 

  值得关注的是,此次神舟十号飞天,与"蛟龙号"载人潜水器南海应用性试验、"辽宁号"航母停泊新母港后首次出海试验,几乎是同时段进行。在西方媒体看来,这一套"组合拳"向国际社会发出强烈讯号:中国正由大国向强国"新的跃进"。这不仅体现了中国逐渐发达和强化的经济国力,日益精密和完善的工业制造国力,不断提高和深化的太空医学、营养学等科学国力,培育造就高科技人才的教育国力;更彰显中国建设强大国家,维护领土领海主权、保卫国家安全的决心,还有中国和平利用这些高科技的善意。

 

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