“天宮課堂”點燃孩子們科學夢

北京日報記者 劉蘇雅

北京時間9日15時40分，“天宮課堂”第一課正式開講，這是時隔8年之后，中國航天員再次進行太空授課。“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站為廣大青少年帶來了一場精彩的太空科普課，這也是中國空間站首次太空授課活動。

此次太空授課活動進行了全程現場直播，在中國科技館設地面主課堂，在廣西南寧、四川汶川、香港、澳門分設4個地面分課堂，共有1420名中小學生代表參加了現場活動。

寄語

太空科技，奧秘無窮，未來屬于你們！——翟志剛

飛天夢，永不失重；科學夢，張力無限！——王亞平

星空浩瀚無比，探索永無止境，希望同學們張開夢想的風帆，向無盡的宇宙遠航！——葉光富

課堂

神舟一號返回艙現身現場

2013年，神舟十號航天員王亞平在聶海勝、張曉光的配合下，進行了第一次太空授課。在40多分鐘的授課過程中，開展了陀螺演示、單擺運動展示、水膜演示、水球演示等太空實驗，激發(fā)了無數青少年對科技、航天領域的興趣。

9日，在中國科學技術館地面課堂現場，太空元素隨處可見。神舟一號返回艙、長征五號系列運載火箭“胖五”的發(fā)動機，甚至一件真實的天和核心艙結構件都在現場亮相，陪伴著“太空班”的孩子們一同享受這難忘的一課。

200余名“太空班”的孩子們安靜落座。每個小組都配備了一套實驗器材，玻璃球、泡騰片等模擬太空環(huán)境的道具，讓孩子們能和航天員一起，天、地同步做實驗。

授課

“太空步”好看不中用

9日15時40分，距離地面400公里的中國空間站天和核心艙。

“太空探索永無止境，隨著不斷旋轉的陀螺，我們已經從神十任務進入了空間站時代。歡迎來到‘天宮課堂’！”王亞平親切的開場白，拉開了本次“天宮課堂”的序幕。

翟志剛、王亞平、葉光富三人熱情地向“太空班”的孩子們問好，并通過鏡頭帶著孩子們參觀了本次活動的教室——天和核心艙，介紹了航天員在太空為保護身體健康，在軌鍛煉時所使用的太空跑臺、太空自行車等，展示了餐飲區(qū)配備的冰箱、微波爐、飲水機，并講解了前期開展的細胞實驗的部分觀察研究結果。翟志剛介紹，為了防止失重導致航天員肌肉萎縮，除了配備鍛煉設備外，航天員日常所穿的“企鵝服”也暗藏玄機，可以通過拉帶調節(jié)松緊，防止肌肉萎縮。

“自行車不光能鍛煉下肢，還能鍛煉上臂。”王亞平一邊說著，一邊在太空自行車上輕松倒立起來，推動滾輪，解鎖了新的使用方式。

鏡頭一轉，葉光富邁著“太空步”走了起來。不過，雖然他看上去十分努力地邁開腿，身體卻始終保持在原地不動。王亞平介紹，在太空中，航天員處于失重環(huán)境，需要借助身邊的裝置才能移動。

隨后，葉光富又嘗試在不借助外力的情況下轉身。畫面中，他的上半身向右旋轉，下身卻轉向左邊，反之亦然。隨后他又嘗試了蛙泳、模仿噴氣機吹氣反推等方式，依然無法轉動。

在王亞平的“指導”下，葉光富慢慢舉起右手，開始在空中畫圈，并且越畫越快。神奇的是，他的身體真的開始往反方向緩慢旋轉起來，這與角動量原理有關。

八年后水膜上“開花”了

在八年前的神舟十號太空課堂中，王亞平曾在太空成功制作了一張漂亮的水膜，并在水膜上貼上了一個印著中國結的小道具。

在“天宮課堂”，王亞平再次演示了水膜實驗，但這次做好水膜后，她拿出的是提前折疊好的一個花朵折紙。她將折好的紙花小心翼翼地放置在水膜上，令人驚訝的現象出現了——花朵在晶瑩剔透的水膜上緩慢“開放”了。

“希望你們的夢想都能在廣袤的宇宙中綻放！”王亞平寄語孩子們。

隨后，水球實驗也被復現，地面上的孩子和八年前一樣，再一次透過太空中的水球看到了“倒立”的王老師。孩子們還拿起桌上的玻璃球，體驗到了同樣的視覺效果。不同的是，這次實驗增加了一個“雙像”環(huán)節(jié)，在水球中注入空氣，鏡頭前便出現了一正一反兩個“王老師”，一個來自水的倒像，一個來自空氣的正像。

“哇！”這個奇妙的畫面，引得現場的孩子們連連驚嘆。

“太空歡樂球”帶來無限歡樂

在進行浮力實驗前，王亞平先請地面課堂的孩子們將乒乓球放在水中，乒乓球密度小，自然是漂浮在水面。而在太空中，王亞平也準備了一杯水，她輕輕將乒乓球放進水中，球卻沒有上浮，而是穩(wěn)穩(wěn)地停在了水杯中央。

王亞平解釋，在太空失重環(huán)境下浮力幾乎消失，因此乒乓球不能上浮。隨后，她蓋上杯蓋，并將水杯拋向葉光富。一拋一接之間，乒乓球依然在水中紋絲不動。

水球實驗中，王亞平也邀請孩子們一起體驗。在地面上，當孩子們把準備好的泡騰片放入水杯中，泡騰片迅速生成大量氣泡，躥向水面并消失了。而在太空中，王亞平向水球內注入藍色顏料，然后取出一顆泡騰片，放進水球內。水球“沸騰”了！無數氣泡在其中產生，但由于太空的失重環(huán)境，氣泡沒有離開水球，而是逐漸將水球充滿。

“水球變成了充滿歡樂小氣泡的氣泡球。”王亞平為它取名“太空歡樂球”。

12月9日下午，中國空間站“天宮課堂”第一課開講，北京陳經綸中學勁松分校聚沙校區(qū)的同學們圍在大屏幕前津津有味地觀看直播課。本報記者 和冠欣攝

保障

高清不卡頓是如何實現的？

通訊員 王然 鄒芳

9日下午15時40分，當穩(wěn)定清晰的畫面和清脆響亮的聲音從九天之外傳來，中國科技館內直播授課地面課堂爆發(fā)出熱烈的掌聲。與此同時，神舟十三號乘組也能通過空間站內的液晶屏幕，清楚地看到地面課堂內孩子們的一舉一動，并實時進行“天地對話”。

同學們與航天員之間的溝通延遲程度很小，對話幾乎是“無縫銜接”。在“天”與“地”順暢連通的背后，是中國航天人的密切配合協作。

航天科技集團五院空間站系統測控與通信分系統主任設計師易予生介紹，此次天地授課基于我國天鏈中繼系統，采用高速雙向音視頻傳輸，以天地對話等互動形式開展，艙內采用多臺高清攝像機通過中繼高速鏈路將高清視頻實時傳送至地面，地面上行兩路高清圖像送至艙內顯示器，從而實現雙向視頻傳輸。

這條“信息天路”的暢通，是由北京空間信息傳輸中心全力保障的。

“受地球曲率的影響，要想實現對中國空間站的長時間持續(xù)測控，必須有覆蓋范圍廣、傳輸速率高的中繼衛(wèi)星系統支持。”北京空間信息傳輸中心總工程師單長勝說。中心總體室工程師秦銘晨介紹，空間站繞地球一周約90分鐘，假設開始授課時中國空間站正好運行到了中國正上方，到授課結束時，它已經飛到了地球的另一面。而依靠運行在距地面30000多公里的中繼衛(wèi)星，不僅可以精準捕獲中國空間站，還可以進行圖像、話音等高速數據傳輸。

答疑

天上的夢有什么不一樣？

孩子們關心航天員在空間站的生活。葉光富透露，他們能發(fā)郵件、看電視，并和地面進行視頻通話。王亞平說，在空間站看窗外，太空的天是深邃的，星星更亮，卻因為沒有了大氣層的阻隔而不會“眨眼”了。在天和核心艙每天能看到16次日出，因為每90分鐘，他們就會繞地球一圈。

在被孩子們問“天上的夢有什么不一樣”時，王亞平回答，雖然宇航員在工作時常常飄來飄去，但睡覺時為了防止磕碰、保證安全，天和核心艙睡眠區(qū)配備了睡袋。不過，由于處在失重環(huán)境，無論用什么姿勢睡去，都會有站著睡覺的感覺。

王亞平說，在太空睡覺時，她經常會做夢，而每次醒來的感覺是很特別的，“每次睜開眼睛，感受到四肢的力量、懸浮的睡袋，反而有一種做夢的感覺。”

解讀

特別設計為孩子們種下科學思維的種子

“陀螺的開場，意味著一種傳承。”中國科技館科普講師團副團長陳征說，從首次太空授課，到今天我們有了一個太空的常駐“教室”，這是一個特別的設計。

針對本次授課的實驗設計，陳征表示，“天宮課堂”進行的一系列實驗，設計主旨都是圍繞“天地之間、不同現象”的思路進行的，要實現天地之間的互動，而不是單向的授課。在保障空間站安全的前提下，盡可能實現明顯的實驗對比效果，且操作盡量簡潔，最終才選定了這些實驗項目。

“我們不是簡單地講授知識，而是種下一顆科學思維的種子。”陳征說，今天設計的實驗都是為孩子們展示一個神奇的現象，讓孩子們仔細觀察、思考，后續(xù)再加上學校老師的持續(xù)講解、引導，相信不同年齡的孩子會有不同的收獲。

“今天看到我們有這么豪華的‘科學教室’，我感覺十分自豪！”讓中科院物理研究所魏紅祥印象最深刻的，是三位航天員在開場時，首先帶領孩子們參觀了天和核心艙。“我們敢于向全球直播，這證明了我們的實力和信心。”魏紅祥說，這次實驗的設計，以展示微重力條件下的現象為主，直觀地展示出了太空與地面環(huán)境的差別。為什么這次要重復進行水球試驗？魏紅祥說，八年前授課時，雖然也進行了水球注入空氣的實驗，但當時“雙像”并沒有被清晰地呈現在鏡頭前。這次授課時，航天員特意進行了“運鏡”設計，讓孩子們能更清楚地看到奇妙的現象。

魏紅祥還透露，葉光富的轉身實驗可以部分在地面“復現”，例如人在游泳池中，或站立在一個可旋轉的圓盤上，都能夠實現上身左轉、下身右轉的現象。

12月9日下午，中國空間站“天宮課堂”第一課開講，北京陳經綸中學勁松分校聚沙校區(qū)的同學們一邊觀看直播課，一邊在老師的指導下做相關的科學小實驗。本報記者 和冠欣攝

互動

小學生與“太空教師”隔空做實驗

北京日報記者 牛偉坤

將鉛筆插進裝滿水的袋子、用泡騰片演示火山噴發(fā)、將水滴滴在硬幣上觀察水的表面張力……9日下午，在陳經綸中學勁松分校聚沙校區(qū)，孩子們對照著“天宮課堂”的課表，與“太空教師”一起隔空做起了實驗。

“1，2，3……28！‘小水池’溢出來了！”小學三年級的科學課堂上，一名男生手持滴管，一邊小心翼翼地將水滴滴在硬幣上，一邊大聲地數著數字。這是科學老師白燕為孩子們設計的“硬幣小水池”實驗。“滴在硬幣上的水滴為什么沒有立刻流出來，而是形成了‘小水池’呀？”有學生不解。“這是因為像水這種液體會產生一種使表面盡可能縮小的力，這個力被稱為‘表面張力’。”白燕適時給孩子們補充科學知識。

“‘天宮課表’一公布，我就開始備課了。”白燕說，她最關注的是課表中的“水膜張力實驗”，“我們前期已經帶領學生們了解了有關水的知識，水膜的張力實驗將會是我們前期學習的很好拓展”。白燕將實驗的目標定位在讓學生在趣味實踐中了解水的表面張力，感受表面張力在地面與太空的不同魅力。除了“硬幣小水池”之外，她還準備了“洗潔精推動紙船”“鉛筆插進水袋不會漏”等實驗項目供學生們選擇。“太空是一個微重力的環(huán)境，微重力會讓表面張力更顯神威。”感受著太空與地面實驗的不同，孩子們被表面張力的神奇魅力所折服。

將色素倒進水杯，攪拌后再倒入食用油，用鑷子夾起泡騰片投入杯中，霎時間氣泡翻騰起來……四年級的科學課堂上，孩子們歡呼過后滿滿的困惑，“老師，我們的泡騰片實驗怎么跟屏幕上的實驗不一樣呀？”科學老師范海艷同孩子們一樣興奮，“在空間站微重力的環(huán)境下，浮力消失了，泡騰片扔進水中產生的氣泡也不再上浮，而是相互擠壓，水球也會被氣泡撐得越來越大。”孩子們恍然大悟。

“科學實在太神奇了，我真想當個航天員呀！”四年級學生岳翊璇語氣中充滿了期待，夢想的種子在心中悄然種下。六年級學生周欣瑤則對太空授課中企鵝服的展示印象深刻，“我覺得特別震撼，原來航天員在太空中是這樣生活的，這次授課讓我對科學和航天的興趣更濃厚了。”六年級學生李浩瑋則充滿了自豪，“‘天宮課堂’背后展示的是我們國家的科技實力，我覺得特別的驕傲，希望自己未來也能為科學發(fā)展作出貢獻。”

該校德育主任劉亞琨介紹，在得知太空授課的消息后，學校就謀劃著如何更好地將“天宮課堂”轉化為學生科學教育的資源。“前期在科技月等系列活動中，我們已經對學生進行了航天知識的科普，孩子們都有著濃厚的興趣。”過去幾天，老師們集思廣益，綜合考慮實驗材料的可獲得性、實驗的可操作性、小學生的接受能力等，從“天宮課表”中選取了多項地面互動實驗。學校設想，未來，要將航天科普教育以“給宇航員寫封信”等形式延續(xù)下去。