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(xiàn)有的課程資源，因地制宜，多渠道、多方式開發(fā)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(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)發(fā)展迅速，許多網(wǎng)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(wǎng)、LIGO(引力波探測)官網(wǎng)、美國的NASA(美國國家航空航天局)官網(wǎng)等等，相關(guān)的專家、學者也對這些網(wǎng)站中的資源進行了分析，并嘗試將其融入基礎(chǔ)物理教學。本文介紹中國載人航天的官方網(wǎng)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(wǎng)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(shù)、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(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。2016年10月17日，神舟十一號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，實現(xiàn)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(xù)，中國航天事業(yè)也將不斷翻出新篇章。

中國載人航天官網(wǎng)(http://www.cmse.gov.cn)的首頁表明了網(wǎng)站建設(shè)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(yè)，網(wǎng)站標識如圖1所示。

圖1

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

表1

該網(wǎng)站具有以下特色：

(1) 科學成果展示與科學知識普及相結(jié)合

網(wǎng)站不僅詳盡地展示了我國載人航天工程的發(fā)展歷程和已經(jīng)取得的成就，還關(guān)注相關(guān)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(tài)的同時，還能學習與載人航天有關(guān)的科學知識。這樣的網(wǎng)站設(shè)計不僅能展示我國航天領(lǐng)域發(fā)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(yǎng)。

(2) 面向各年齡層次群體

網(wǎng)站上的內(nèi)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(guān)知識有一定了解，各種航天工程相關(guān)的圖片和視頻資源能進一步激發(fā)學生對物理的學習興趣；對于高中生，網(wǎng)站資源可以幫助其理解萬有引力與航天的相關(guān)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(shù)的人提供了學習的平臺。

(3) 注重科學精神培養(yǎng)

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(chuàng)新、安全可靠第一、協(xié)調(diào)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(zhàn)斗、能攻關(guān)、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(fā)揚光大，是我們偉大民族精神的生動體現(xiàn)。創(chuàng)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(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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?qū)W生演示了幾個物理實驗，展示了太空失重環(huán)境中的奇妙現(xiàn)象。航天員演示和講解了四組實驗，分別是物體質(zhì)量測量、單擺運動、太空中的旋轉(zhuǎn)陀螺、太空中的水膜和水球?qū)嶒炑菔尽９P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(zhì)量的測量

3.1.1 實驗內(nèi)容

在失重的太空環(huán)境中，平時使用的測量物體質(zhì)量或重力的儀器無法準確測出物體的質(zhì)量。航天員王亞平和聶海勝用專門的“質(zhì)量測量儀”為觀眾演示質(zhì)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(gòu)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(zhì)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(zhì)量。實驗中通過彈簧凸輪機構(gòu)產(chǎn)生力，再通過光柵測速系統(tǒng)測出聶海勝運動的加速度，進而算出他的質(zhì)量。

3.1.2 融入高中物理教學的建議

這一太空實驗已經(jīng)被編入新教材物理必修1第四章第三節(jié)“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(fā)學生思考太空質(zhì)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(zhì)量的實驗。航天員聶海勝將自己固定在“質(zhì)量測量儀”的一端，航天員王亞平將連接運動機構(gòu)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(zhì)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(shù)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(guān)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(fā)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(shè)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(guān)聯(lián)。

3.2 太空中的水膜和水球?qū)嶒?/h3>

3.2.1 實驗內(nèi)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(jié)”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(jié)“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(jié)“液體”一節(jié)中液體表面張力的教學。

該實驗極具趣味性，實驗現(xiàn)象明顯、直觀、奪人眼球，學生會感到非常好奇，產(chǎn)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(guān)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(chǎn)生疑問：為什么在地面上無法做水膜和水球?qū)嶒灒谔罩袇s可以？教師做出解釋：由于在太空中液體處于失重狀態(tài)，液體表面張力的影響表現(xiàn)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(xiàn)象的微觀原因，形成宏觀、微觀相統(tǒng)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(huán)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(jié)語

中國載人航天官網(wǎng)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(guān)知識點的教學之中，不僅培養(yǎng)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(yǎng)。