中國載人航天官網中物理課程資源的開發

王梓彥

(江蘇省南京市第九中學，江蘇 南京 210018)

1 引言

課程資源是決定課程目標達成度的重要因素，充分利用現有的課程資源，因地制宜，多渠道、多方式開發新的課程資源，是切實提高教學效益、促進課程改革的重要途徑。當前互聯網技術和多媒體技術發展迅速，許多網站中蘊含著豐富的物理課程資源，如IYPT(國際青年物理學家錦標賽)官網、LIGO(引力波探測)官網、美國的NASA(美國國家航空航天局)官網等等，相關的專家、學者也對這些網站中的資源進行了分析，并嘗試將其融入基礎物理教學。本文介紹中國載人航天的官方網站，旨在將其中的課程資源融入物理教學。

2 中國載人航天工程及其官網簡介

我國于1992年啟動載人航天工程，不斷取得新突破，成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術、開展空間實驗、進行出艙活動的國家。2003年10月15日，中國首次進行載人航天飛行，神舟五號載人飛船在酒泉衛星發射中心成功發射。2016年10月17日，神舟十一號在酒泉衛星發射中心成功發射，實現了與天宮二號的對接，進行了宇航員太空駐留試驗，駐留時間長達30天。2020年5月5日，長征五號B運載火箭首次飛行任務取得圓滿成功，我國載人航天工程“第三步”任務拉開序幕。中國的航天夢仍在繼續，中國航天事業也將不斷翻出新篇章。

中國載人航天官網(http://www.cmse.gov.cn)的首頁表明了網站建設的意義，即宣傳載人航天成就，弘揚載人航天精神，普及載人航天知識，傳承載人航天文化，推進載人航天事業，網站標識如圖1所示。

圖1

隨著我國載人航天事業的不斷推進，網站內容也在不斷更新，目前其主要板塊及其對應內容如表1所示。

表1

該網站具有以下特色：

(1) 科學成果展示與科學知識普及相結合

網站不僅詳盡地展示了我國載人航天工程的發展歷程和已經取得的成就，還關注相關科學知識的普及，為各個年齡段的人群提供了豐富的科普資源，讓訪問者在了解我國航天工程動態的同時，還能學習與載人航天有關的科學知識。這樣的網站設計不僅能展示我國航天領域發展，增強國民民族自豪感，而且通過科學知識的普及能夠惠及大眾，提高民眾的科學素養。

(2) 面向各年齡層次群體

網站上的內容可以滿足各個年齡層次訪問者的需求。對于小學生而言，各種科學活動以及航天員的分享能夠起到科學啟蒙的作用；初中生已初步學習了物理學，對于航天的相關知識有一定了解，各種航天工程相關的圖片和視頻資源能進一步激發學生對物理的學習興趣；對于高中生，網站資源可以幫助其理解萬有引力與航天的相關知識；對于學生之外的人群，既可以滿足他們看新聞的需求，又為那些想要深入了解載人航天技術的人提供了學習的平臺。

(3) 注重科學精神培養

我國載人航天工程自實施以來，形成了祖國利益至上、攻堅克難創新、安全可靠第一、協調順暢高效、艱苦奮斗奉獻的工程文化。在長期的奮斗中，我國航天工作者鑄就了特別能吃苦、能戰斗、能攻關、能奉獻的載人航天精神。載人航天精神，是“兩彈一星”精神在新時期的發揚光大，是我們偉大民族精神的生動體現。創新、合作的精神是科學探究的要素，同時這樣的工程文化也有利于幫助人們形成科學的價值觀。

3 中國載人航天官網中物理課程資源的應用

從以上介紹中可以看出中國載人航天網站中資源豐富，既為學生自學提供了學習資源，也為物理教師提供了教學資源。筆者從中選取了我國首次太空授課的內容，試著將其融入高中物理課堂教學中。

2013年6月20日上午10時，在距離地球300多公里之外的天宮一號，三名航天員為全國青少年上了一堂精彩的“太空一課”。王亞平擔任主講老師，聶海勝配合，張曉光擔任攝像師，向學生演示了幾個物理實驗，展示了太空失重環境中的奇妙現象。航天員演示和講解了四組實驗，分別是物體質量測量、單擺運動、太空中的旋轉陀螺、太空中的水膜和水球實驗演示。筆者從中提取兩個實驗，嘗試將其運用到高中物理課堂教學。

3.1 太空中的物體質量的測量

3.1.1 實驗內容

在失重的太空環境中，平時使用的測量物體質量或重力的儀器無法準確測出物體的質量。航天員王亞平和聶海勝用專門的“質量測量儀”為觀眾演示質量的測量。聶海勝將自己固定在支架一端，王亞平將連接運動機構的彈簧拉到指定位置。松手后，拉力使彈簧回到初始位置，這樣就測出了聶海勝的質量為74千克(圖2)。

圖2

隨后航天員王亞平解釋了這個實驗的物理原理，即牛頓第二定律F=ma。如果知道力和加速度，就可算出質量。實驗中通過彈簧凸輪機構產生力，再通過光柵測速系統測出聶海勝運動的加速度，進而算出他的質量。

3.1.2 融入高中物理教學的建議

這一太空實驗已經被編入新教材物理必修1第四章第三節“牛頓第二定律”的“科學漫步”欄目中，教師可以通過視頻將此實驗完整地展示給學生。

先播放該實驗的演示部分，引發學生思考太空質量測試儀的原理，然后以該實驗為情境編制一道計算題：神舟十號航天員在太空授課時進行了在太空測量物體質量的實驗。航天員聶海勝將自己固定在“質量測量儀”的一端，航天員王亞平將連接運動機構的彈簧拉到指定位置，松手后拉力使彈簧回到初始位置。已知彈簧拉到指定位置時所受彈力大小為15N，用光柵測速裝置測量出支架復位的速度v=0.16m/s，時間t=0.8s，求航天員聶海勝的質量。

該問題難度不大，待學生解決后播放該實驗的原理講解部分，讓學生意識到一些看似“高大上”的技術背后所運用的都是基本的物理學原理。

將該實驗運用于教學之中，有助于學生理解牛頓第二定律公式中各物理量的意義及其相互關系，從而形成運動與相互作用的觀念，也能使學生感受到牛頓第二定律在解決實際問題中的功用，激發學生學習物理的興趣，引導學生運用物理原理去解決生活中的實際問題。從考試評價的角度分析，新高考更加注重試題情境的設計，該實驗可作為真實情境融入試題的編制中，強化物理知識與實際情境的關聯。

3.2 太空中的水膜和水球實驗

3.2.1 實驗內容

把一個金屬圈插入水袋并抽出，形成了一個水膜。輕晃金屬圈，水膜并未破裂，而是甩出了一個小水滴。再往水膜表面貼上一片畫有“中國結”圖案的塑料片，塑料片被吸附到水膜表面，而水膜依然完好(圖3)。在第二個水膜上用飲水袋不斷注水，水膜很快長成一個晶瑩剔透的大水球。在這之后航天員還用針筒向水球中注入氣泡，最后還向水球中注入紅色顏料使得水球變成了紅色，水球卻不受破壞(圖4)。

圖3

圖4

3.2.2 融入高中物理教學的實施建議

該太空實驗在新教材物理必修1第四章第六節“超重和失重”中被提及，筆者認為其更適用于新教材選擇性必修3第二章第五節“液體”一節中液體表面張力的教學。

該實驗極具趣味性，實驗現象明顯、直觀、奪人眼球，學生會感到非常好奇，產生強烈的求知欲，以該實驗引入課題，再講解液體表面張力的有關知識，這樣會比用教材上的兩幅圖效果更好。

在講解完液體表面張力的知識之后，學生可能會產生疑問：為什么在地面上無法做水膜和水球實驗，在太空中卻可以？教師做出解釋：由于在太空中液體處于失重狀態，液體表面張力的影響表現得就更明顯，所以用水能夠形成水膜或者水球，而且不容易被破壞。

將該實驗運用于教學之中，有助于學生理解宏觀現象的微觀原因，形成宏觀、微觀相統一的物理觀念。同時，該實驗作為視頻素材豐富了日常教學，為學生提供了對失重環境較為直觀的視覺體驗。此外，該實驗在地球上的不可復制性也會促使學生進行對比和深入思考，從而促進科學思維能力的提升。

4 結語

中國載人航天官網上包含了豐富的物理課程資源(文本、圖片、動畫和視頻等)，并且還在不斷更新中。物理教育工作者可以對這些資源進行收集加工，將其合理運用在相關知識點的教學之中，不僅培養了學生對物理的興趣，而且有利于提升課堂的教學效果，從而切實提高學生的核心素養。