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天上一堂神奇课人间无数好奇心——我国首次太空授课全记录
  

   “铃铃铃……”上午10点04分,中国首次太空授课伴随着上课铃声的响起拉开序幕。 

  今天,中国首次将中学物理课的讲台搬上了太空,形成天宫一号与教学课堂的有效对接,实现了宇航员“老师”与全国学生的实验互动,让茁壮成长中的中小学生感受科学的魅力,了解太空的奥秘。 

  航天员“高难度”表演开场 

  “大家好,我是王亚平,本次授课由我来主讲。”上午10时11分,距离地面300多公里的天宫一号实验舱内的画面信号传进地面课堂,全场师生的掌声热烈响起,中国首次太空授课的“老师”王亚平和神舟十号的指令长聂海胜、航天员张晓光向全国师生挥手问好。 

  “失重,是太空环境中最独特的现象。”王亚平邀请聂海胜客串表演高难度动作。聂海胜盘腿坐起,给同学们展示“悬空打坐”。随后,王亚平伸出食指,用她的“大力神功”使聂海胜颠倒翻转。顿时,笑声和掌声充斥着天地课堂。 

  地面上测物体质量的方法在太空中还好用吗? 

  有趣的失重表演后,王亚平向同学们抛出第一个问题,“在生活中,你们怎样测量物体的质量?” 

  现场学生将手臂高高举起,都希望与航天员“老师”交流自己的方法。 

  “我们可以用天平来测物体的质量。” 

  “在家时,我用电子秤测量自己的体重。如果要测大物体的时候,可以用‘曹冲称象’这种办法。” 

  听到“曹冲称象”4个字时,王亚平认真的表情化成了笑容,对同学们利用动量守恒定律、弹簧测力计测量的回答也频频点头。 

  这时,王亚平又问同学们:“在地面上的测量物体质量的方法在太空中还好用吗?” 

  聂海胜将装有两根弹簧的物理实验教具交给了王亚平,“摄像师”张晓光将镜头慢慢推近教具。与此同时,地面课堂教师也展示着同样的教具。 

  对比之下,王亚平的教具中两个质量不同的物体却停留在统一水平线,无法显示出两个物体质量的差别。 

  “那么在太空中,我们航天员想要知道自己胖了还是瘦了该怎么办呢?”通过这个物理对比小实验,王亚平开始向同学们介绍太空中测量物体质量的装置——质量测量仪(图一)。为了让同学们更加清楚质量测量仪的工作原理,指令长聂海胜亲自演示了这个装置测量体重的全过程。 

  关于质量测量仪的原理,王亚平也做出了解释:“其实就是我们学过的牛顿第二定律,物理受到的力等于它的质量乘以加速度。如果我们想办法测出力和加速度,就可以算出物体的质量了。” 

  对太空舱装置的演示和讲解,让同学们恍然大悟:物理课本上的牛顿第二定律也可以这么应用。 

  物体在太空中如何运动? 

  单摆的小球在太空中如何运动?王亚平为学生们展示另一个太空实验。 

  她的手指轻轻松开,小球却飘了起来。这是为什么呢?王亚平说:“因为在太空中,小球处于失重状态,没有了回复力,所以不能像在地面上一样做往复摆动。” 

  “如果推小球一下,它会怎么运动呢?”又一个问题被王亚平提出。 

  学生们一边思考,一边目不转睛地盯着大屏幕,观察王亚平的操作。被轻轻一推,小球绕着摆轴神奇地转动了起来,不停地进行圆周运动(图二)。 

  正在学生们思考原因的时候,王亚平开始解释:“这是因为小球处于失重状态,即使给小球一个很小的初速度,它也能绕摆轴做圆周运动。但在地面上,它需要足够大的初速度才能实现。” 

  “你在太空飘浮的过程中,是否能感知到上和下的方位感呢?”两个实验环节结束后,现场的学生向太空中的“老师”提出了自己好奇的问题。 

  这时,王亚平用“杂技”表演进行解释。在指令长聂海胜的帮助下,王亚平的身体在空中两次翻转90度,并告诉大家她的方位感——总是头顶为上,脚底为下。 

  “我们在太空中是感觉不到上和下的。”王亚平说,“但是在‘天宫’中为了方便工作和生活,我们人为定义了上和下,将朝地球的一面设为下方,铺设了地板。” 

  陀螺的定轴性原理为中学生熟知,也被广泛应用于科技设备中,利用陀螺组合定向。王亚平说:“我们居住的‘天宫’就安装了很多利用定轴性原理制作的仪器,用于测量航天器的姿态。”旋转的陀螺在空中飘浮运动,即使受到作用力,轴向也不改变(图三)。 

  水滴在太空中是什么形状? 

  “如果诗人李白在‘天宫’中生活,就写不出‘飞流直下三千尺’的诗句了。”王亚平一边讲解,一边展示太空中使用的饮水袋,“在太空失重状态下,水不会自己流出。” 

  随着王亚平轻轻挤压饮水袋,水滴停留在空中,并越变越大,晶莹剔透,静静地停留在她的指尖上。 

  接下来,王亚平将圆形的金属圈伸进水袋,当金属圈抽出时,在它内部形成了一层厚厚的水膜(图四)。她轻轻晃动,金属圈上的水膜也不会破裂。 

  “这在地面上是很难做到的,因为有重力的影响,水膜一出水就容易破裂。”王亚平说,“但太空中水处于失重状态,水的表面张力就能大显神威。” 

  “我们在失重状态下,见到了很多地球上看不到的现象,同学们想看吗?”王亚平的话音刚落,学生异口同声地回答:“想!” 

  这时,王亚平往水膜上慢慢加水,水膜将空中的水珠一滴一滴吸收进去,不断变大,最终形成了一个晶莹剔透的大水球(图五)。 

  她将水球放在自己的正前方。看到“老师”的头像倒影出现在水球表面,现场的学生不断鼓掌,连连惊叹。 

  在水球中注入气体,两个大气泡在水球中独立飘浮;在水球中注入红色液体,红色慢慢散开,将透明的水球变成红色。 

  在学生们的掌声中,王亚平说:“太空中有许多奇特的物理现象,利用太空的独特资源,一方面我们可以开展基础研究,另一方面我们可以为应用服务。通过对比太空中的差异,改变地面的生产工艺。” 

  太空中的奥秘还有多少? 

  “太空中的水是从地面带上去的吗?还是再生的?以后还会被回收起来再利用吗?”在提问环节,学生们热情高涨,其中一位同学问及当前大家最关心的水资源问题。 

  “我们在‘天宫’使用的水都是从地面带来的。”聂海胜说,在太空中,资源的循环利用是非常重要和有价值的,这需要有先进的技术和复杂的设备。我国的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,我们也进行了关键技术的相关实验,将努力把空间站建设成高效、节约的空间站。 

  热爱航天的同学平时对太空垃圾有些了解。在太空授课现场,有一名同学问到这个问题:“看到太空垃圾了吗?天宫一号是否有防护措施呢?” 

  王亚平微笑着回答说:“这几天我们还没有看到太空垃圾,但太空垃圾是确实存在的。虽然它与航天器相撞的几率很小,但是数量却不少。而且,一旦与航天器相撞后果将不堪设想。”她还告诉同学们,神舟十号在发射前,已经对太空垃圾进行了预警分析,以确保航天员的安全。 

  失重环境对身体健康不利。一位男同学关切地问航天员“老师”,在太空中有哪些应对措施?“失重,会造成心血管失常、骨质疏松等问题。”聂海胜说,“我们利用体育锻炼、药物和体液重新分布等方法进行防护。”他还向同学们展示了带到太空中的运动设备。 

  同学们对太空充满了奇妙的想象,问题也多种多样。“你们看到星星会闪烁吗?能看到UFO吗?”在一个同学提问下,王亚平为大家描述着从太空中看到的景象,“我们能看到美丽的地球,能看到星辰,但是到现在为止我们还没有看到UFO。” 

  王亚平进一步解释说:“因为我们处于大气层之外,没有大气层干扰,所以我们看到的星星格外明亮,但是星星不会闪烁。同样,由于没有大气对光的散射作用,我们看到的天空不是蓝色的,而是深邃的黑色。另外,我们每天可以看到16次日出,每90分钟就可以绕地球一圈。” 

  航天员愿同学们为中国梦添彩 

  渐渐接近11点,太空授课进入尾声,但同学们与航天员们的互动还意犹未尽。这时,3位航天员又一次共同在镜头前出现。聂海胜、张晓光、王亚平依次为全国学生送上寄语,“愿同学们刻苦学习,增长知识,为中国梦添彩!”“深邃太空,奥秘无穷,探索无止境,让我们共同努力!”“飞天梦永不失重,科学梦张力无限!” 

  科学梦,中国梦。我国首次太空授课让全国的中小学生接近太空、感知科学魅力,也帮助同学们坚定科学探索的信心和决心。 

  “平时我对物理就很感兴趣,希望以后能够投身科研。”授课结束后,北京十二中钱学森航天试验班高一学生宋欣珂激动地说,“航天员展示的失重状态下的水球实验非常精彩,我打算去查阅一些水的表面张力的相关资料。同时,航天员们科学研究的执着精神也很令我敬佩,要向他们学习。”

  □师生心声 

  播撒下热爱科学探索未知的种子

  中国人民大学附中物理教师宓奇:“同学们见到这些现象的时候非常兴奋,但是在平时的教学中不能充分展示,这次课堂的内容也可以进入到我们以后的课堂中,让同学们更加了解基础物理原理。” 

  北京航空航天大学附中初一(1)班学生张凝丹:“我印象最深的就是水球实验,场面真好看啊,但好多原理我还没想明白。我觉得太空挺神奇的,地球上做不到的在那里都能实现。我的梦想就是去太空看看。” 

  内蒙古呼和浩特市北垣小学五年级学生郭龙舟:“太空里的事情都太奇妙了,宇航员们在失重的情况下,可以轻易做到很多生活中难以想象的动作,他们还能空翻呢,等我长大也要上去体验一下。” 

  贵州贵阳市实验二中校长余红:“这堂‘太空课’尽管只有短短几十分钟,不能完全满足孩子们对太空的好奇和遐想,却展现了天地间的神奇,在孩子们心中播撒了‘热爱科学、探索未知’的种子,这些种子必将生根发芽,引领他们不断追寻无限的‘科学梦’。” 

  西藏拉萨中学教师薛军利:“此次太空授课让学生了解到我国在太空领域的发展和实力,有助于培养学生在物理学习等方面的兴趣。不少学生通过太空授课产生了探索太空的梦想,但也认识到只有把个人梦和国家梦结合起来,才更容易梦想成真。” 

  甘肃兰州市水车园小学副校长张莹:“以前听说美国也进行过太空授课,但是今天,我们亲眼看到中国也完成了太空授课的难题,作为中国人我感到很自豪,我希望学生们以后好好学科学,将来也到太空去做探索。” 

  四川省雅安市田家炳中学校长万松均:“在芦山地震后,我们举办了地震知识讲座,让同学们了解地震,了解地球。而这次太空授课更是一次难得的机会,可以让孩子们对浩瀚的宇宙来一次小小的探秘,让他们知道自己生活在一个什么样的星球上。” 

  海南师范大学附中党委副书记李海文:“今天我们全校3000多名师生收看了太空授课后,个个心情都非常激动!我们为日益强大的伟大祖国而深感自豪与骄傲。这堂史无前例的课,不仅让学生的视野大开,而且还深深地激发了学生爱科学的热情。” 

  广西南宁市滨湖小学教师赵美莎:“通过这样直观的授课方式,给孩子们上了一堂生动的科普知识课,孩子们通过观看太空授课提高了科技创新素质,培养了创新精神和实践能力。” 

 

加入时间:2013/6/242907


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