天地大课堂:梦想照耀现实神十航天员太空开设实验教学课

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  继神舟十号载人飞船于近日成功发射后,教育部与中国载人航天办、中国科协共同主办了神舟十号航天员太空授课活动,这是我国首次太空授课,授课内容为太空环境下的科学实验。这是一次绝无仅有的授课活动,由中央电视台进行现场直播。
  本次活动听课对象为初中、高中学生,授课内容为太空环境下的科学实验。其意义不仅仅在于王亚平所站讲台的高度以及我国青少年因此得到的太空知识,更在于它向世界传递了我国在航天科技方面的独特探索。
  各地教育部门和全国8万余所中学6000余万名师生共同组织了收看,天宫一号也因此成为中国“最高”讲台。此次太空授课活动安排的实验项目,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,为全国青少年进行了一堂意义非凡的太空授课。各地教育部门和中学高度重视,妥善调课,组织收看神舟十号航天员太空授课活动,围绕太空授课活动开展丰富多彩的主题活动,积极响应教育部要求,推动“中国梦、我的梦”主题教育活动和中学科技教育的有效开展,促进中学生全面发展和健康成长。
  2013年6月20日10时04分,跟随神舟十号遨游太空的航天员王亚平开启了我国载人航天史上的首次太空授课。330余名少数民族学生、进城务工人员随迁子女及港澳台地区中小学学生代表在中国人民大学附属中学综合楼四层地面课堂,兴趣盎然地聆听了“太空教师”王亚平在神舟十号上为大家所讲的一堂40分钟的实验课。
  中国人民大学附属中学通过地面课堂具有的双向音视频沟通交流能力,与神十航天员进行同步互动交流。地面课堂内的学生不仅能够看到王亚平授课的清晰画面,身在太空的王亚平也能观看到和收听到课堂内学生们的实时反应,同学和老师可以像平常课堂一样进行互动。
  在地面课堂上的两位教师,分别是人大附中的物理教师宓奇和101中学的物理教师史艺,在太空授课开始之前,两位老师先让大家猜想本次课程中可能会涉及的原理,及对航天员最关心的问题是什么?
  课程伊始,两位地面教师先通过一个短片向大家介绍了航天员的衣食住行。当三位航天员出现在屏幕画面中的时候,学生们立即鼓掌,有人不禁感叹:画面好清楚啊!为了向孩子们说明“失重”现象,指令长聂海胜表演了“悬空打坐”,担任太空教师的王亚平说:“我还会大力神功呢。”她用一根手指轻轻一碰,就把聂海胜推到了船舱后面。看到此情景,孩子们哈哈笑了起来。随后,王亚平做了5个实验,分别为质量测量演示实验、单摆运动演示实验、陀螺演示实验、水膜演示和水球演示实验。
  天津:做足功课 同步观看
  6月20日,在南开中学航天体验馆,学生们通过弧形屏幕观看中国首次太空授课。天津大中小学校组织学生同步收看,各学校的“地面课堂”瞬间沸腾。
  上午10时,南开中学打开了全部教室和实验室内的闭路电视,让2000余名中学生共同见证和观看这一期待已久的难得的历史时刻。与此同时,南开中学的航天航空体验中心也全部开放,该校30余名物理社的成员还在教师的指导下,在航天航空体验中心的仿真平台上迎来了这一次特殊的“太空课堂”。物理社社长、该校高一年级的女生孔令航兴奋地告诉记者,为了收看这次“太空课堂”,大家都做足了功课,在网上搜集了很多物理与航空航天的知识。她说:“虽然是学生,但我们都特别关心中国航天事业的发展,我们每一个人心中都有一个‘航天梦’。这次‘太空课堂’不仅给我们展示了很多新奇的难得一见的太空知识,同时也让我们的‘航天梦’更加清晰起来,也更加增强了我们实现未来梦想的信心!”
  南开中学副校长吕宝桐表示,这次“太空课堂”对学生来讲也是一次难得的爱国主义教育,增强了实现中国梦的使命感。
  上海:航空航天特色校闵行三中观摩中国首次太空授课
  上海市闵行三中是航空航天特色学校,该校组织了初二年级全体同学观摩中国首次太空授课。校长在电话里告诉记者,由于闵行三中高中部仍在期末考试期间,因此安排已经期末考完的200余名初二学生收看了太空授课。学校还特别安排了30多名科学兴趣浓厚、品学兼优的学生到高中部的刘辉航天科技工作室集中观看,现场安排物理老师和同学们互动,解答同学们的疑问。
  2011年,闵行三中高一学生提交的“搭载濒临灭绝植物种子的探究”搭载方案,从全国113所中小学校的近3000个方案中脱颖而出,成为我国空间试验室首个出自中学生的研究项目,跟随当年发射的“天宫一号”进入太空。
  广东:遨游九天
  圆梦中国
  6月21日下午,广东佛山罗村二中初二级全体同学观看了此次太空授课。
  本次太空授课的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,是一堂极其生动的实验课,激发了同学们的学习兴趣和热情,使青少年走近航天、了解航天、热爱航天。
  湖南:长沙市37中第一时间收看神舟十号太空授课
  6月20号上午10:00,长沙市37中学生在学校的统一安排下,在自己的教室里准时收看了神舟十号太空授课直播,学生们一个个目不转睛地盯着教室黑板正中间的班班通设备“电子白板”,一起分享着这一场来自太空的实验课。航天员王亚平给中学生们讲授的这一节实验课程,解开了同学们心中的很多谜底,比如:航天员在太空的衣、食、住、行是怎么样的?失重是怎么产生的?太空垃圾怎么处理?有没有见到UFO?太空中看到的星星是什么样的?太空中的水是怎么来的?……满足了学生很多的好奇心。他们在为祖国的航天事业举得巨大进步而骄傲和自豪的同时,也激发了心中的航天梦、科技梦、中国梦、强国梦,增强了要为中华民族的伟大复兴贡献自己力量的决心。
  四川:绵阳博雅学校观看“神舟十号太空授课”直播
  6月20日上午10点—10点50分,绵阳博雅学校师生怀着兴奋、期待的心情收看了“神舟十号”航天员在“天宫一号”进行的首次“太空授课”。女航天员王亚平给大家演示了小球在太空中的单摆运动和圆周运动、高速旋转的陀螺旋转、神奇的水膜实验、液体表面张力能使水膜变“魔法水球”等内容,激发了同学们对太空的向往,更让大家了解航天、热爱航天、支持航天,让同学们集体感受了天宫课堂的无穷奥妙。   课后,各班老师还组织同学们谈感受、说体会。有同学这样说:“我一直以为‘天宫一号’在太空上只是固定地待在某个地方,听王亚平老师说,他们每天会看到16次日出,因为他们每90分钟就绕地球一圈,我才明白原来‘天宫一号’是要绕着地球运动的。”有的学生说:“太空太神奇了,看到王亚平老师能把地球上的一滴水‘变’成彩色的水球,她就像一个魔法师一样,那太空中还有多少‘魔法’啊!”
  新疆:华山中学学生收看太空课堂 见证奇妙一刻
  “在太空当中做这些实验的时候,真正能够把理论中的知识在实际应用中的一些状态呈现出来。我觉得学生的收获是非常大的。”6月20日,新疆生产建设兵团农业建设第二师华山中学高中物理老师倪颖在与学生一同收看了神舟十号航天员展现的太空课堂后说到。
  华山中学的学生们在教室里收看了我国航天史上的首次太空授课,他们时而屏息凝神,时而发出惊叫;教室里时而鸦雀无声,时而掌声一片。神奇的课堂让学生们见证了太空的奇妙世界,也激发了他们内心的科学梦和太空梦。
  有学生表示,这个天宫课堂非常有趣,也非常有意义,它带给我们一些平时在地球上不能见到的真实现象,这也是科学引人入胜的地方,更加激发了他们学习科学知识的兴趣。
  西藏:航天员太空授课激发雪域学子太空梦
  “太空会不会像西藏高海拔地区一样,水到七八十度就能烧开了?”“冬虫夏草在太空能生长吗?”“太空像西藏一样缺氧吗?”“在高海拔的西藏发射宇宙飞船会不会更快?”……西藏的学生对太空的热情很高,显然,太空授课激发了他们追梦太空的浓厚兴趣。
  拉萨中学团委书记薛军利认为,此次太空授课有助于培养学生在物理学习方面的兴趣,激发学生探索太空的科学精神。不少学生通过太空授课产生了探索太空的梦想,要把个人梦和国家梦结合起来,使梦想成真。
  澳门组织中小学生观看
  “神十”太空授课
  6月20日上午,澳门特区政府教育暨青年局及多家学校组织中、小学生收看“神舟十号”航天员在“天宫一号”作太空授课的现场直播,一同领略奇妙的太空世界。
  航天员王亚平在授课中,分别进行了质量测量、单摆运动、陀螺、水膜和水球等试验,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,并回答了学生的提问,包括关于航天器用水、太空垃圾防护措施、航天员对抗失重方法和太空景色等。
  在澳门教育暨青年局的骏菁活动中心,有250名学生在聆听航天员老师讲课;在劳工子弟学校,也有近百名学生在礼堂集体观看直播。教育暨青年局还安排了导师在场讲解,解答学生们的提问。
  有参与听课的澳门学生称,对太空的一切都感到很好奇,不知道太空冷不冷?太空是否会有外星人?希望将来航天员来澳门时,有机会直接向他们发问。
  教青局青年厅厅长袁凯清表示,澳门特区政府一直重视科普教育,通过课余活动、对外交流比赛等形式让学生接触科普知识。通过收看太空授课直播,见证了中国航天科学教育的历史时刻,加深了学生对航天科技的认识,将进一步激发澳门广大青少年崇尚科学、热爱航天的热情。
  美国:2007年,芭芭拉·摩根的第一次太空授课
  2007年,美国东部时间8月8日18时36分,美国“奋进”号航天飞机载着机组7名宇航员从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,飞往国际空间站。这是美国宇航局首位教师宇航员芭芭拉·摩根的第一次太空飞行。
  航天飞机进入地球轨道后,地面发射控制中心指挥人员说:“对芭芭拉·摩根和机组伙伴来说,这堂课正式开始了。”摩根曾经教书的爱达荷州的科学教师联合会专门挑选了18名学生,与摩根进行天地间的师生对话。
  摩根这次在空间站上的第一堂课,共进行了25分钟。在课堂上,一个孩子想知道如何在太空锻炼。摩根一手托起一个在她身边飘浮着的宇航员,给予演示。另一位年轻人想知道宇航员是怎样喝水的,摩根和她的同事从饮用水袋的吸管中挤出水泡,并将水滴吞下。4名宇航员还分别用乒乓球和垒球作讲课的道具。
  实验一:质量测量演示——没有了重量,是否意味着失去质量?
  3位航天员老师“站”稳后,先给同学们露了几手“功夫”——“悬空打坐”“大力神功”。在失重环境下,航天员们都成了“武林高手”,博得同学们阵阵喝彩。
  航天员的表演给同学们带来了疑问:在地面上,人们一般用天平、台秤、托盘秤、杆秤、弹簧秤测量物体受到的重力,从而计算物体的质量,那么 ,失重环境下怎样测质量呢?
  航天员老师用“天宫一号”上的质量测量仪现身说法。他们从“天宫一号”的舱壁上打开一个支架形状的装置,航天员聂海胜把自己固定在支架一端,王亚平轻轻拉开支架,一放手,支架便在弹簧的作用下回复原位。装置上的LED屏上显示出数字:74.0。这表示聂海胜的实测质量是74千克。
  王亚平向同学们解释道,天宫中的质量测量仪,应用的物理学原理是牛顿第二运动定律:F(力)=m(质量)×a(加速度)。质量测量仪上的弹簧能够产生一个恒定的力F,同时用光栅测速装置测量出支架复位的速度v和时间t,计算出加速度(a=v/t),就能够计算出物体的质量(m=F/a)。
  王亚平老师还给同学们布置了一道课后思考题:除了运用牛顿第二定律,还有什么办法可以在失重环境下测量物体的质量?
  实验二:单摆运动演示——太空中的机械钟表走得更准还是静止不动?
  演示完质量测量,航天员们又取出一个物理课上常见的实验装置——单摆。
  T型支架上,用细绳拴着一颗明黄色的小钢球。王亚平把小球轻轻拉升到一定位置放手,小球并没有出现地面上常见的往复摆动,而是停在了半空中。王亚平用手指沿切线方向轻推小球,奇妙的现象出现了,小球开始绕着T型支架的轴心做圆周运动——而在地面对比实验中,需要施加足够的力,给小球一个较大的初速度,才能使它绕轴旋转。   太空实验趣味无穷,地面课堂的学生们也不失时机地向航天员提出他们关心的问题。人大附中早培班学生徐海博举手提问:“航天员老师,您在太空中有没有上下方位感?”
  为了回答同学的提问,航天员王亚平在聂海胜的帮助下表演了一套“杂技”动作,分别进行了悬空横卧和倒立。看到航天员老师的精彩表演,同学们兴奋地鼓起掌来。
  实际上,航天员在太空中无所谓上和下的方位区别。不过,为了便于工作生活,航天员们为“天宫一号”人为定义了上和下,把朝向地球的一侧定义为下,并专门在“下方”铺设了地板。
  实验三:陀螺演示——高速旋转的陀螺为什么不会倒下?
  物理学原理告诉我们,高速旋转的陀螺具有很好的定轴特性。在太空失重环境下,这一特性更加直观地呈现出来。
  航天员王亚平取出一个红黄相间的陀螺,把它静止悬放在空中。用手轻推陀螺顶部,陀螺翻滚着飞向远处。紧接着,王亚平取出一个一模一样的陀螺,让它旋转起来,悬浮在半空中,再用手轻轻一推,旋转的陀螺不再翻滚,而是保持着固定的轴向,向前飞去。
  王亚平介绍说,高速旋转陀螺的定轴特性在航天领域用途广泛。在“天宫一号”目标飞行器上,就装有各式各样的陀螺定向仪,正是有了它们,才能精准地测量航天器的飞行姿态。
  实验四:水膜演示——天宫里有没有“飞流直下”的瀑布?
  阳光下五彩缤纷的肥皂泡、能够让硬币漂浮的山泉水,总是带给人们很多遐想。这些都是液体表面张力在发挥着神奇作用。
  只不过,在地面上,液体表面张力难以抗衡地球引力的影响,只有经过特殊处理的肥皂水、富含无机盐的矿泉水才能表现出比较强的张力特性。但是,在太空失重环境下,液体的表面张力特性便突显出来。
  王亚平拿起一个航天员饮用水袋,打开止水夹,水并没有倾泻而出。轻挤水袋,在饮水管端口形成了一颗晶莹剔透的水珠,略微抖动水袋,水珠便悬浮在半空中,与“天宫一号”舱壁上鲜艳的五星红旗图案交相辉映,更显得美轮美奂。
  接着,她把一个金属圈插入装满饮用水的自封袋中,慢慢抽出金属圈,便形成了一个漂亮的水膜。轻轻晃动金属圈,水膜也不会破裂,只是偶尔会甩出几颗小水滴。随后,王亚平又往水膜表面贴上了一片画有中国结图案的塑料片,水膜依然完好。这些在地面难得一见的奇特景象,引起了地面课堂同学们的连声惊叹。
  实验五:水球演示——用神奇的液体表面张力变个“魔法”
  液体表面张力的威力竟如此神奇!普通的饮用水还能变成更加神奇的“魔法水球”。
  王亚平用金属圈重新做了一个水膜,然后用饮水袋慢慢地向水膜上注水,不一会儿,水膜就变成了一个亮晶晶的大水球,水球中还有一串珍珠般的小气泡,仿佛银河系中的繁星点点。聂海胜取出一支注射器抽出水球中的气泡,实验继续进行。
  王亚平用注射器向水球内注入空气,在水球内产生了两个标准的球形气泡,气泡既没有被挤出水球,也没有融合到一起。
  水球也没有爆裂。紧接着,王亚平又用注射器把少许红色液体注入水球,红色液体慢慢扩散开来,晶莹透亮的水球变成了粉红色,令人啧啧称奇。
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