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天上一堂神奇課人間無數好奇心——我國首次太空授課全記錄
  

   “鈴鈴鈴……”上午10點04分,中國首次太空授課伴隨著上課鈴聲的響起拉開序幕。 

  今天,中國首次將中學物理課的講臺搬上了太空,形成天宮一號與教學課堂的有效對接,實現了宇航員“老師”與全國學生的實驗互動,讓茁壯成長中的中小學生感受科學的魅力,了解太空的奧秘。 

  航天員“高難度”表演開場 

  “大家好,我是王亞平,本次授課由我來主講。”上午10時11分,距離地面300多公里的天宮一號實驗艙內的畫面信號傳進地面課堂,全場師生的掌聲熱烈響起,中國首次太空授課的“老師”王亞平和神舟十號的指令長聶海勝、航天員張曉光向全國師生揮手問好。 

  “失重,是太空環境中最獨特的現象。”王亞平邀請聶海勝客串表演高難度動作。聶海勝盤腿坐起,給同學們展示“懸空打坐”。隨后,王亞平伸出食指,用她的“大力神功”使聶海勝顛倒翻轉。頓時,笑聲和掌聲充斥著天地課堂。 

  地面上測物體質量的方法在太空中還好用嗎? 

  有趣的失重表演后,王亞平向同學們拋出第一個問題,“在生活中,你們怎樣測量物體的質量?” 

  現場學生將手臂高高舉起,都希望與航天員“老師”交流自己的方法。 

  “我們可以用天平來測物體的質量。” 

  “在家時,我用電子秤測量自己的體重。如果要測大物體的時候,可以用‘曹沖稱象’這種辦法。” 

  聽到“曹沖稱象”4個字時,王亞平認真的表情化成了笑容,對同學們利用動量守恒定律、彈簧測力計測量的回答也頻頻點頭。 

  這時,王亞平又問同學們:“在地面上的測量物體質量的方法在太空中還好用嗎?” 

  聶海勝將裝有兩根彈簧的物理實驗教具交給了王亞平,“攝像師”張曉光將鏡頭慢慢推近教具。與此同時,地面課堂教師也展示著同樣的教具。 

  對比之下,王亞平的教具中兩個質量不同的物體卻停留在統一水平線,無法顯示出兩個物體質量的差別。 

  “那么在太空中,我們航天員想要知道自己胖了還是瘦了該怎么辦呢?”通過這個物理對比小實驗,王亞平開始向同學們介紹太空中測量物體質量的裝置——質量測量儀(圖一)。為了讓同學們更加清楚質量測量儀的工作原理,指令長聶海勝親自演示了這個裝置測量體重的全過程。 

  關于質量測量儀的原理,王亞平也做出了解釋:“其實就是我們學過的牛頓第二定律,物理受到的力等于它的質量乘以加速度。如果我們想辦法測出力和加速度,就可以算出物體的質量了。” 

  對太空艙裝置的演示和講解,讓同學們恍然大悟:物理課本上的牛頓第二定律也可以這么應用。 

  物體在太空中如何運動? 

  單擺的小球在太空中如何運動?王亞平為學生們展示另一個太空實驗。 

  她的手指輕輕松開,小球卻飄了起來。這是為什么呢?王亞平說:“因為在太空中,小球處于失重狀態,沒有了回復力,所以不能像在地面上一樣做往復擺動。” 

  “如果推小球一下,它會怎么運動呢?”又一個問題被王亞平提出。 

  學生們一邊思考,一邊目不轉睛地盯著大屏幕,觀察王亞平的操作。被輕輕一推,小球繞著擺軸神奇地轉動了起來,不停地進行圓周運動(圖二)。 

  正在學生們思考原因的時候,王亞平開始解釋:“這是因為小球處于失重狀態,即使給小球一個很小的初速度,它也能繞擺軸做圓周運動。但在地面上,它需要足夠大的初速度才能實現。” 

  “你在太空飄浮的過程中,是否能感知到上和下的方位感呢?”兩個實驗環節結束后,現場的學生向太空中的“老師”提出了自己好奇的問題。 

  這時,王亞平用“雜技”表演進行解釋。在指令長聶海勝的幫助下,王亞平的身體在空中兩次翻轉90度,并告訴大家她的方位感——總是頭頂為上,腳底為下。 

  “我們在太空中是感覺不到上和下的。”王亞平說,“但是在‘天宮’中為了方便工作和生活,我們人為定義了上和下,將朝地球的一面設為下方,鋪設了地板。” 

  陀螺的定軸性原理為中學生熟知,也被廣泛應用于科技設備中,利用陀螺組合定向。王亞平說:“我們居住的‘天宮’就安裝了很多利用定軸性原理制作的儀器,用于測量航天器的姿態。”旋轉的陀螺在空中飄浮運動,即使受到作用力,軸向也不改變(圖三)。 

  水滴在太空中是什么形狀? 

  “如果詩人李白在‘天宮’中生活,就寫不出‘飛流直下三千尺’的詩句了。”王亞平一邊講解,一邊展示太空中使用的飲水袋,“在太空失重狀態下,水不會自己流出。” 

  隨著王亞平輕輕擠壓飲水袋,水滴停留在空中,并越變越大,晶瑩剔透,靜靜地停留在她的指尖上。 

  接下來,王亞平將圓形的金屬圈伸進水袋,當金屬圈抽出時,在它內部形成了一層厚厚的水膜(圖四)。她輕輕晃動,金屬圈上的水膜也不會破裂。 

  “這在地面上是很難做到的,因為有重力的影響,水膜一出水就容易破裂。”王亞平說,“但太空中水處于失重狀態,水的表面張力就能大顯神威。” 

  “我們在失重狀態下,見到了很多地球上看不到的現象,同學們想看嗎?”王亞平的話音剛落,學生異口同聲地回答:“想!” 

  這時,王亞平往水膜上慢慢加水,水膜將空中的水珠一滴一滴吸收進去,不斷變大,最終形成了一個晶瑩剔透的大水球(圖五)。 

  她將水球放在自己的正前方。看到“老師”的頭像倒影出現在水球表面,現場的學生不斷鼓掌,連連驚嘆。 

  在水球中注入氣體,兩個大氣泡在水球中獨立飄浮;在水球中注入紅色液體,紅色慢慢散開,將透明的水球變成紅色。 

  在學生們的掌聲中,王亞平說:“太空中有許多奇特的物理現象,利用太空的獨特資源,一方面我們可以開展基礎研究,另一方面我們可以為應用服務。通過對比太空中的差異,改變地面的生產工藝。” 

  太空中的奧秘還有多少? 

  “太空中的水是從地面帶上去的嗎?還是再生的?以后還會被回收起來再利用嗎?”在提問環節,學生們熱情高漲,其中一位同學問及當前大家最關心的水資源問題。 

  “我們在‘天宮’使用的水都是從地面帶來的。”聶海勝說,在太空中,資源的循環利用是非常重要和有價值的,這需要有先進的技術和復雜的設備。我國的空間站將采用先進的資源再生和循環利用技術,在天宮一號里,我們也進行了關鍵技術的相關實驗,將努力把空間站建設成高效、節約的空間站。 

  熱愛航天的同學平時對太空垃圾有些了解。在太空授課現場,有一名同學問到這個問題:“看到太空垃圾了嗎?天宮一號是否有防護措施呢?” 

  王亞平微笑著回答說:“這幾天我們還沒有看到太空垃圾,但太空垃圾是確實存在的。雖然它與航天器相撞的幾率很小,但是數量卻不少。而且,一旦與航天器相撞后果將不堪設想。”她還告訴同學們,神舟十號在發射前,已經對太空垃圾進行了預警分析,以確保航天員的安全。 

  失重環境對身體健康不利。一位男同學關切地問航天員“老師”,在太空中有哪些應對措施?“失重,會造成心血管失常、骨質疏松等問題。”聶海勝說,“我們利用體育鍛煉、藥物和體液重新分布等方法進行防護。”他還向同學們展示了帶到太空中的運動設備。 

  同學們對太空充滿了奇妙的想象,問題也多種多樣。“你們看到星星會閃爍嗎?能看到UFO嗎?”在一個同學提問下,王亞平為大家描述著從太空中看到的景象,“我們能看到美麗的地球,能看到星辰,但是到現在為止我們還沒有看到UFO。” 

  王亞平進一步解釋說:“因為我們處于大氣層之外,沒有大氣層干擾,所以我們看到的星星格外明亮,但是星星不會閃爍。同樣,由于沒有大氣對光的散射作用,我們看到的天空不是藍色的,而是深邃的黑色。另外,我們每天可以看到16次日出,每90分鐘就可以繞地球一圈。” 

  航天員愿同學們為中國夢添彩 

  漸漸接近11點,太空授課進入尾聲,但同學們與航天員們的互動還意猶未盡。這時,3位航天員又一次共同在鏡頭前出現。聶海勝、張曉光、王亞平依次為全國學生送上寄語,“愿同學們刻苦學習,增長知識,為中國夢添彩!”“深邃太空,奧秘無窮,探索無止境,讓我們共同努力!”“飛天夢永不失重,科學夢張力無限!” 

  科學夢,中國夢。我國首次太空授課讓全國的中小學生接近太空、感知科學魅力,也幫助同學們堅定科學探索的信心和決心。 

  “平時我對物理就很感興趣,希望以后能夠投身科研。”授課結束后,北京十二中錢學森航天試驗班高一學生宋欣珂激動地說,“航天員展示的失重狀態下的水球實驗非常精彩,我打算去查閱一些水的表面張力的相關資料。同時,航天員們科學研究的執著精神也很令我敬佩,要向他們學習。”

  □師生心聲 

  播撒下熱愛科學探索未知的種子

  中國人民大學附中物理教師宓奇:“同學們見到這些現象的時候非常興奮,但是在平時的教學中不能充分展示,這次課堂的內容也可以進入到我們以后的課堂中,讓同學們更加了解基礎物理原理。” 

  北京航空航天大學附中初一(1)班學生張凝丹:“我印象最深的就是水球實驗,場面真好看啊,但好多原理我還沒想明白。我覺得太空挺神奇的,地球上做不到的在那里都能實現。我的夢想就是去太空看看。” 

  內蒙古呼和浩特市北垣小學五年級學生郭龍舟:“太空里的事情都太奇妙了,宇航員們在失重的情況下,可以輕易做到很多生活中難以想象的動作,他們還能空翻呢,等我長大也要上去體驗一下。” 

  貴州貴陽市實驗二中校長余紅:“這堂‘太空課’盡管只有短短幾十分鐘,不能完全滿足孩子們對太空的好奇和遐想,卻展現了天地間的神奇,在孩子們心中播撒了‘熱愛科學、探索未知’的種子,這些種子必將生根發芽,引領他們不斷追尋無限的‘科學夢’。” 

  西藏拉薩中學教師薛軍利:“此次太空授課讓學生了解到我國在太空領域的發展和實力,有助于培養學生在物理學習等方面的興趣。不少學生通過太空授課產生了探索太空的夢想,但也認識到只有把個人夢和國家夢結合起來,才更容易夢想成真。” 

  甘肅蘭州市水車園小學副校長張瑩:“以前聽說美國也進行過太空授課,但是今天,我們親眼看到中國也完成了太空授課的難題,作為中國人我感到很自豪,我希望學生們以后好好學科學,將來也到太空去做探索。” 

  四川省雅安市田家炳中學校長萬松均:“在蘆山地震后,我們舉辦了地震知識講座,讓同學們了解地震,了解地球。而這次太空授課更是一次難得的機會,可以讓孩子們對浩瀚的宇宙來一次小小的探秘,讓他們知道自己生活在一個什么樣的星球上。” 

  海南師范大學附中黨委副書記李海文:“今天我們全校3000多名師生收看了太空授課后,個個心情都非常激動!我們為日益強大的偉大祖國而深感自豪與驕傲。這堂史無前例的課,不僅讓學生的視野大開,而且還深深地激發了學生愛科學的熱情。” 

  廣西南寧市濱湖小學教師趙美莎:“通過這樣直觀的授課方式,給孩子們上了一堂生動的科普知識課,孩子們通過觀看太空授課提高了科技創新素質,培養了創新精神和實踐能力。” 

 

加入時間:2013/6/243568


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