基于数字星球系统的探究活动设计——以“探究火星是否有生命存在”为例

内蒙古师范大学（010022）崔 迪

本活动选自中图版高中地理教材必修Ⅰ第一章P9-P10案例研究——“火星上是否有生命存在”。关于火星是否存在或曾经存在生命的争论由来已久。火星将是人类最理想的移民行星，这一信念激发人类对火星的探索。丰富的探索信息为本堂课的开展提供了可行性，各大网站火星专题开放性的资源为学生自主探究提供了可靠平台。人类探索火星不仅是寻找生命的迹象，还有更深远的意义——火星大气、地质的研究可与地球进行比较研究。设计此次学生探究活动，以学生为主体开展探究活动，培养科学探索的精神，增强其学习地理学科的兴趣。

一、探究活动设计

本节课的活动设计环节分为：自选小组——分发学案及布置任务——组间活动——为所选命题辩论——评价。

1.自选小组、分发学案及布置任务在前一课时布置完成，并说明PPT与数字星球相结合演示的制作方法，教师也可提供相关素材；

2.组间活动为学生自主活动，包括角色分配、搜集整合资料、合作与交流、制作文稿&PPT。成果展示需结合数字星球进行演示；

3.本节课主要进行小组活动成果演示，为所选命题辩论。最后教师做评价。

（一）导入新课

电子白板播放美国“凤凰号”成功登录火星的VCR。数字星球立体呈现火星。通过新闻视频和数字星球结合演示，吸引学生注意力，让学生有种身临其境的感觉，便于引人课题。

教师：“凤凰号”登陆的就是数字星球模拟呈现在大家面前这个红彤彤星球——火星。通过视频得知，“凤凰号”火星探测器的主要使命是什么呢？

学生：是尽力寻找火星上是否有生命存在所必需的条件。

创设问题情景：火星上是否有生命存在？我们接下来就来探究这个问题。

（二）探究活动

以学案形式提前一课时分发：活动步骤、探究思路、探究资料。

1.活动步骤

（1）学生自选分组，分成A、B两组，选出组长，组间自行分配任务，参看表1、2。

A组观点：火星上有生命存在。

B组观点：火星上没有生命存在。

表1 角色与具体工作

表2 小组探究活动记录表

（2）教师给予部分资料。两组学生充分利用各种信息检索手段收集相关知识点和信息。教师可引导学生使用百度、Google等搜索工具进行信息检索，还应向学生推荐相关网站（详见网络资源）。根据搜集及提供的材料，寻找证据，讨论完成自己的命题，并制作完成基于数字星球系统演示的Powerpoint（教师应先告知制作方法）。

（3）课堂上各小组分别用10分钟时间进行成果演示，阐述本小组对火星上是否存在生命的论点。教师组织两组同学展开辩论（当A组或B组同学阐述观点时，另外一组同学可以向其提问，教师发挥主导作用，适当进行引导和控制）。

（4）教师总结。

（5）迁移提升。

2.探究思路

（1）搜集资料，了解人类对火星生命的探测历史。

（2）搜集资料，归纳火星的基本特性？

（3）搜集资料，分析火星上是否有适宜生命生存和繁衍的温度？

（4）搜集资料，分析火星上是否有适宜生命生存的大气？

（5）搜集资料，探究火星上是否有水？理解水的存在与存在生命迹象的关系。

（6）搜集资料，探究火星上是否有合成生命的元素？

3.相关资料

A组命题相关资料（学案中呈现）：

材料1：地球 & 火星，一对孪生兄弟？

火星是地球的近邻，它与地球有许多相同的特征和相似的地方，好似一对孪生兄弟。

材料分析：

（1）阅读表格，比较地球与火星相关数据，说出这对“孪生兄弟”有哪些相似地方？

（2）你还搜集到哪些资料，补充说出这对“孪生兄弟”其它相似地方?

材料2：多年来火星探测提供了大量的信息。

1971年，NASA（美国宇航局）的Mariner（水手号）9探测器首先在火星南半球观察到了著名的“水手谷”，还发现了上千条宽窄不等的酷似干涸的自然河道，犹如巨大的水道网络。数字星球呈现如图1。

1976年，NASA的Viking（海盗号）1和2探测器在火星的北极发现了水冰，并在火星大气中探测到N2。氮是构成蛋白质的主要成分，对植物茎叶的生长和果实的发育有重要作用。数字星球呈现如图2。

1984年人们在南极洲的Allan Hills发现了一块来自火星的重约为1.9kg的编号为ALH84001的陨石，石中含有微生物遗迹，发现其内部布满了呈球状的碳化物。数字星球呈现如图3。

1996年，NASA的Global Surveyor（火星环球监测者）探测器发现了在火星上分布着大面积的磁性物质，这表明火星曾经有一个像地球一样的磁场。磁场通常表现为保护行星不受各种宇宙射线的伤害。数字星球呈现如图4。

图1 火星水道网

图2 火星极冠干冰

图3 火星陨石

图4 火星磁场

1997年， NASA的Pathfinder携带的“索杰纳号”火星车登陆火星阿瑞斯平原，这是人类送往火星的第一部火星车。探测发现火星土壤富含二氧化硅。无定形二氧化硅是低等水生植物硅藻的遗体。

2004年，NASA的“勇气号”和“机遇号”成功登陆火星。“勇气号”发现了可能受到过液态水侵蚀的橄榄石层；成功地在一块玄武岩类岩石上钻出一个小洞。这是人类火星探测史上的首次岩石钻孔。分析认为，该岩石在形成过程中或刚刚形成之初曾有水渗入，矿物质随水分进入岩石，形成结晶并留在岩石内部。“ 机遇号”探测发现火星平原含有丰富铁矿，在地球上铁矿通常地处着有水和高温的地方。

2008年，NASA的“凤凰号”降落在火星北极区域。在着陆地点附近挖到的发亮物质是冰冻水，从而证实火星上的确存在水。这也是人类通过探测器在地球以外首次获得冰冻水样本。发现了火星略微呈碱性的土壤环境；发现了可为生命提供营养的浓缩盐；发现了碳酸钙，这是受液态水影响的标志。

材料分析：

（1）通过阅读以上材料，分析整理出说明火星上可能存在生命的论据？

（2）通过多角度搜集资料，补充说明火星上可能存在生命的论点，确保论点有证据可依和其证据的科学性和真实性，注明论据或资料出处。

B组命题相关资料（学案中呈现）：

材料1：地球 & 火星，一对孪生兄弟？

一直以来火星都以它与地球的相似而被以为有存在外星生命的可能。但越来越多的迹象表明，火星更像是一个荒芜死寂的世界。与其相似性比，火星与地球的差异性更大，如表3。

材料分析：

（1）有人说地球和火星是一对孪生兄弟，你认为他们相似吗？阅读表格，比较地球与火星相关数据，说出这对“孪生兄弟”有哪些差异的地方？这些差异说明了哪些问题？

（2）你还搜集到哪些资料，补充说出这对“孪生兄弟”其他差异的地方？说明了哪些问题？

材料2：稀薄的火星大气。

表4 地球 & 火星大气特点对比

材料分析：

（1）通过阅读表格并查阅相关资料，描述火星的大气有何特点？分析大气对生物的存在具有哪些意义？

（2）通过阅读表格并查阅相关资料，描述火星上的水的特点？分析水对生物的存在具有哪些意义？

材料3：又冷又干燥的沙漠——火星。

图5 太阳系中的火星

表5 地球 & 火星温差表

图6 火星昼夜温差

材料分析：

（1）依据以上系列材料，分析整理出说明火星上不存在生命的论据。

（2）多角度搜集资料，补充论点，确保论点有证据可依和其证据的科学性和真实性，注明资料出处。

（三）教师小结

数字星球显示的地球——人类唯一的家园。火星上水的痕迹的发现，及火星陨石微生物遗迹、大气中的氮元素都向人类展示，火星上可能存在过生命。但截止目前，我们地球仍然是太阳系中唯一一颗适合生物生存和繁衍的行星，是我们人类唯一的家园。所以，我们应该好好地保护我们的地球。

迁移提升：人类探究火星对研究地球有哪些意义？

二、探究资料

1. 网络资源

中国科学院国家天文台：http://www.bao.ac.cn

上海网上天文台：http://www.astron.sh.cn

北京天文馆：http://www.bjp.org.cn

美国国家宇航局：http://science.nasa.gov/

星空天文网：http://www.cosmoscape.com

浩瀚无限的宇宙：http://www.cpus.gov.cn/zlg/yuzhou/zlg0.htm

地球科学：http://content.edu.tw/junior/earth/tn_gz/mainmenu.htm

地球和天空：http://www.earthsky.com

地理课程网：http://geo.cersp.com

数字星球资源服务网：http://szxq.chinaedustar.com

2.教学资源

数字星球系统、白板系统、电子中图版高中地理教科书《地理·必修1》、学案。

三、探究活动评价

表6 探究活动评价表