中国载人航天官网中物理课程资源的开发

王梓彦

(江苏省南京市第九中学，江苏 南京 210018)

1 引言

课程资源是决定课程目标达成度的重要因素，充分利用现有的课程资源，因地制宜，多渠道、多方式开发新的课程资源，是切实提高教学效益、促进课程改革的重要途径。当前互联网技术和多媒体技术发展迅速，许多网站中蕴含着丰富的物理课程资源，如IYPT(国际青年物理学家锦标赛)官网、LIGO(引力波探测)官网、美国的NASA(美国国家航空航天局)官网等等，相关的专家、学者也对这些网站中的资源进行了分析，并尝试将其融入基础物理教学。本文介绍中国载人航天的官方网站，旨在将其中的课程资源融入物理教学。

2 中国载人航天工程及其官网简介

我国于1992年启动载人航天工程，不断取得新突破，成为世界上第三个独立掌握载人航天技术、开展空间实验、进行出舱活动的国家。2003年10月15日，中国首次进行载人航天飞行，神舟五号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射。2016年10月17日，神舟十一号在酒泉卫星发射中心成功发射，实现了与天宫二号的对接，进行了宇航员太空驻留试验，驻留时间长达30天。2020年5月5日，长征五号B运载火箭首次飞行任务取得圆满成功，我国载人航天工程“第三步”任务拉开序幕。中国的航天梦仍在继续，中国航天事业也将不断翻出新篇章。

中国载人航天官网(http://www.cmse.gov.cn)的首页表明了网站建设的意义，即宣传载人航天成就，弘扬载人航天精神，普及载人航天知识，传承载人航天文化，推进载人航天事业，网站标识如图1所示。

图1

随着我国载人航天事业的不断推进，网站内容也在不断更新，目前其主要板块及其对应内容如表1所示。

表1

该网站具有以下特色：

(1) 科学成果展示与科学知识普及相结合

网站不仅详尽地展示了我国载人航天工程的发展历程和已经取得的成就，还关注相关科学知识的普及，为各个年龄段的人群提供了丰富的科普资源，让访问者在了解我国航天工程动态的同时，还能学习与载人航天有关的科学知识。这样的网站设计不仅能展示我国航天领域发展，增强国民民族自豪感，而且通过科学知识的普及能够惠及大众，提高民众的科学素养。

(2) 面向各年龄层次群体

网站上的内容可以满足各个年龄层次访问者的需求。对于小学生而言，各种科学活动以及航天员的分享能够起到科学启蒙的作用；初中生已初步学习了物理学，对于航天的相关知识有一定了解，各种航天工程相关的图片和视频资源能进一步激发学生对物理的学习兴趣；对于高中生，网站资源可以帮助其理解万有引力与航天的相关知识；对于学生之外的人群，既可以满足他们看新闻的需求，又为那些想要深入了解载人航天技术的人提供了学习的平台。

(3) 注重科学精神培养

我国载人航天工程自实施以来，形成了祖国利益至上、攻坚克难创新、安全可靠第一、协调顺畅高效、艰苦奋斗奉献的工程文化。在长期的奋斗中，我国航天工作者铸就了特别能吃苦、能战斗、能攻关、能奉献的载人航天精神。载人航天精神，是“两弹一星”精神在新时期的发扬光大，是我们伟大民族精神的生动体现。创新、合作的精神是科学探究的要素，同时这样的工程文化也有利于帮助人们形成科学的价值观。

3 中国载人航天官网中物理课程资源的应用

从以上介绍中可以看出中国载人航天网站中资源丰富，既为学生自学提供了学习资源，也为物理教师提供了教学资源。笔者从中选取了我国首次太空授课的内容，试着将其融入高中物理课堂教学中。

2013年6月20日上午10时，在距离地球300多公里之外的天宫一号，三名航天员为全国青少年上了一堂精彩的“太空一课”。王亚平担任主讲老师，聂海胜配合，张晓光担任摄像师，向学生演示了几个物理实验，展示了太空失重环境中的奇妙现象。航天员演示和讲解了四组实验，分别是物体质量测量、单摆运动、太空中的旋转陀螺、太空中的水膜和水球实验演示。笔者从中提取两个实验，尝试将其运用到高中物理课堂教学。

3.1 太空中的物体质量的测量

3.1.1 实验内容

在失重的太空环境中，平时使用的测量物体质量或重力的仪器无法准确测出物体的质量。航天员王亚平和聂海胜用专门的“质量测量仪”为观众演示质量的测量。聂海胜将自己固定在支架一端，王亚平将连接运动机构的弹簧拉到指定位置。松手后，拉力使弹簧回到初始位置，这样就测出了聂海胜的质量为74千克(图2)。

图2

随后航天员王亚平解释了这个实验的物理原理，即牛顿第二定律F=ma。如果知道力和加速度，就可算出质量。实验中通过弹簧凸轮机构产生力，再通过光栅测速系统测出聂海胜运动的加速度，进而算出他的质量。

3.1.2 融入高中物理教学的建议

这一太空实验已经被编入新教材物理必修1第四章第三节“牛顿第二定律”的“科学漫步”栏目中，教师可以通过视频将此实验完整地展示给学生。

先播放该实验的演示部分，引发学生思考太空质量测试仪的原理，然后以该实验为情境编制一道计算题：神舟十号航天员在太空授课时进行了在太空测量物体质量的实验。航天员聂海胜将自己固定在“质量测量仪”的一端，航天员王亚平将连接运动机构的弹簧拉到指定位置，松手后拉力使弹簧回到初始位置。已知弹簧拉到指定位置时所受弹力大小为15N，用光栅测速装置测量出支架复位的速度v=0.16m/s，时间t=0.8s，求航天员聂海胜的质量。

该问题难度不大，待学生解决后播放该实验的原理讲解部分，让学生意识到一些看似“高大上”的技术背后所运用的都是基本的物理学原理。

将该实验运用于教学之中，有助于学生理解牛顿第二定律公式中各物理量的意义及其相互关系，从而形成运动与相互作用的观念，也能使学生感受到牛顿第二定律在解决实际问题中的功用，激发学生学习物理的兴趣，引导学生运用物理原理去解决生活中的实际问题。从考试评价的角度分析，新高考更加注重试题情境的设计，该实验可作为真实情境融入试题的编制中，强化物理知识与实际情境的关联。

3.2 太空中的水膜和水球实验

3.2.1 实验内容

把一个金属圈插入水袋并抽出，形成了一个水膜。轻晃金属圈，水膜并未破裂，而是甩出了一个小水滴。再往水膜表面贴上一片画有“中国结”图案的塑料片，塑料片被吸附到水膜表面，而水膜依然完好(图3)。在第二个水膜上用饮水袋不断注水，水膜很快长成一个晶莹剔透的大水球。在这之后航天员还用针筒向水球中注入气泡，最后还向水球中注入红色颜料使得水球变成了红色，水球却不受破坏(图4)。

图3

图4

3.2.2 融入高中物理教学的实施建议

该太空实验在新教材物理必修1第四章第六节“超重和失重”中被提及，笔者认为其更适用于新教材选择性必修3第二章第五节“液体”一节中液体表面张力的教学。

该实验极具趣味性，实验现象明显、直观、夺人眼球，学生会感到非常好奇，产生强烈的求知欲，以该实验引入课题，再讲解液体表面张力的有关知识，这样会比用教材上的两幅图效果更好。

在讲解完液体表面张力的知识之后，学生可能会产生疑问：为什么在地面上无法做水膜和水球实验，在太空中却可以？教师做出解释：由于在太空中液体处于失重状态，液体表面张力的影响表现得就更明显，所以用水能够形成水膜或者水球，而且不容易被破坏。

将该实验运用于教学之中，有助于学生理解宏观现象的微观原因，形成宏观、微观相统一的物理观念。同时，该实验作为视频素材丰富了日常教学，为学生提供了对失重环境较为直观的视觉体验。此外，该实验在地球上的不可复制性也会促使学生进行对比和深入思考，从而促进科学思维能力的提升。

4 结语

中国载人航天官网上包含了丰富的物理课程资源(文本、图片、动画和视频等)，并且还在不断更新中。物理教育工作者可以对这些资源进行收集加工，将其合理运用在相关知识点的教学之中，不仅培养了学生对物理的兴趣，而且有利于提升课堂的教学效果，从而切实提高学生的核心素养。