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材料一： 2022年3月23日下午，天宫课堂第二课在中国空间站开讲，神舟十三号飞行乘组航天员相互配合进行授课。本次太空授课活动继续采取天地对话方式，被人戏称为线上课堂的“天花板”。 课程开始，航天员取出一袋过饱和乙酸钠溶液，轻轻挤压，一颗晶莹的液体球随即悬停在空间站舱内。接下来，神奇的一幕出现了——航天员用沾有三水合乙酸钠晶体粉末的小棒触碰液体球后，液体球迅速结晶，看上去变成了一颗“冰球”。为什么会出现“点水成冰”现象？这是因为乙酸钠溶液在温度较高的水中的溶解度非常大，很容易形成过饱和溶液，暂时处于亚稳态。这种溶液里只要有一丁点儿的结晶和颗粒，就能打破它的稳定状态，迅速结晶的同时释放出大量热量，因此，这个实验也被称为“热冰”实验。在空间站微重力环境中开展这项实验，结晶状况跟地面上实验的差别很大。在地面使用容器开展实验，受容器限制，只能往内结晶。而空间站中并未使用容器，最终结晶为圆球状，还可以往外发展，从而观察到不受地球重力影响的材料物性变化。 接下来的液桥实验中，航天员则演示了失重环境下水的表面张力作用。一航天员手持两片塑料板，另一航天员向塑料板表面分别挤上水，两片塑料板逐渐接近，水便在板间连起了一座“桥”，将塑料板的距离拉远，“桥”也没有断开。由于气液界面之间存在表面张力，使得液体表面好比有一层很薄的弹性薄膜。正是这样一层“虚拟”的薄膜，使得液桥的表面形貌得以维持，而不会“垮塌”。正常的重力环境下，液桥的尺寸通常只有几毫米；太空环境下，重力几近消失，表面张力便能维持建立起很大尺寸的液桥。 “课堂”中，还有人气“顶流”冰墩墩前来助阵。航天员将冰墩墩抛出后，它并没有像在地面上一样掉落，而是仍沿原有方向匀速前进，这是空间站微重力环境最直观的体现。既然在地面上抛出物体的速度越快，它就能落到更远的地方，那如果抛出物体的速度足够大，它是否能成为环绕地球的卫星？这最早由牛顿提出，是一个思想实验，所谓思想实验，是用一定的逻辑法则在头脑中进行物理问题研究的思维方式和研究方法。这在科学发展史中并不鲜见，伽利略通过理想斜面对接实验，帮助人们认识了力与运动的关系；爱因斯坦用理想升降机提出了强等效原理。牛顿的思想实验也被称为“牛顿高山大炮实验”，由它引出的第一宇宙速度等概念，成了发射人造卫星、空间站的重要依据。 (摘编自李云舒《天宫课堂第二课中国空间站上演“点水成冰”》) 材料二： 记者：天宫课堂上，耳目一新的实验让大家不再是“雾里看花”，对背后的科学原理也不再是“勿理物理”。看来，科普的打开方式非常重要，这对我们的科普教育有怎样的启示？ 专家黄某：在设计太空授课时，我们就坚持选择符合科学原理清晰、实验现象明显、天地差异显著、易于理解和展示等标准的项目。此外，太空授课面向全国青少年群体、社会公众乃至全球，因此在授课上不追求知识的高深、概念的复杂，而是注重体现大胆假设、小心求证的科学精神，强调对比差异发现问题、利用问题引导探索，通过探索得到答案，这将会是后续太空授课和系列在轨科普教育活动坚持的原则。 专家叶某：天宫课堂最重要的意义，是让我们可以从另外一个角度去再现平时生活的现象，发现地面的生活经验都被打破了。天宫课堂实验打破了我们习以为常的知识体系，引起了大家与原有认知的冲突，会引起深度的思考，这样就会引发学习行为。 记者：航天员不是简单传授知识，而是让孩子们通过自己的观察和探索找答案。我们是如何设计这些实验的，这是怎样一个过程？ 专家黄某：“小实验，大道理”，实验内容不仅是实验现象的展示，更要呈现实验背后的科学原理。设计实验时，我们广泛征求了多方意见、建议，一方面从现有教学体系出发，选取概念清晰、现象明显、天地差异显著的候选项目，紧扣中小学教学实际，兼顾媒体传播需求；另一方面充分考虑工程约束条件，在确保在轨航天器和航天员绝对安全的基础上再讨论项目的可行性。经多轮专家讨论评审，对实验项目的具体操作步骤和讲解内容进行针对性调整，最终呈现给大家精彩纷呈的授课实验项目。 太空授课是载人航天科普活动的标志性事件，后续我们也将以太空授课活动为牵引，更多地开展地面专家解读、学生对比实验等拓展活动，发挥好太空授课的引领作用，带动形成一批既科学又有趣、既严谨又生动的科普活动。此外，面向孩子们征集的搭载实验项目也在按计划推进中，我相信来自孩子们的奇思妙想也将是我们后续天宫课堂的精彩一笔。 (摘编自靳晓燕《太空授课，中国科普教育的新契机》) 材料三： 此次天地授课基于我国天链中继系统，也就是天链卫星系统，采用高速双向音视频传输，以天地对话等互动形式开展，舱内采用多台高清摄像机通过中继高速链路将高清视频实时传送至地面，地面上行两路高清图像送至舱内显示器，从而实现双向视频传输。 航天员通过一个大大的液晶屏幕能够清楚地看到孩子们的一举一动。这个大屏幕就是仪表与照明分系统的重要设备之一。仪表与照明分系统是空间站系统中最具有航天员参与特点的分系统之一，具备人机交互功能，能够为航天员操作空间站提供交互及操作平台，同时为航天员在轨期间的工作、生活、出舱活动、交会对接等任务提供环境照明，其显示、手控和照明等子系统使用的很多器件和技术非常新颖、独特且趋于相关技术领域前沿。 (摘编自央广网《刷屏的“天宫课堂”是如何实现的？》) 1．下列对材料相关内容的理解和分析，正确的一项是( ) A．天宫课堂不在于展示实验现象，而在于呈现科学原理。“热冰”实验、“液桥”实验、微重力下的抛物实验都是这样一种理念的体现。 B．空间站“液桥”实验，让我们从另一个角度看到了气液界面之间表面张力的作用，打破了地面不能完成“液桥”实验的生活经验。 C．空间站微重力环境下被抛出的冰墩墩沿原方向匀速前进，简单的实验让学生认识到失重时物体运动的规律，符合天宫授课选择实验原则。 D．天宫课堂借助小实验在科普方面发挥了很好的引领作用，启发了孩子们的奇思妙想，带动形成了一批科普活动，让科学不再是“雾里看花”。 2．根据材料内容，下列说法不正确的一项是( ) A．天宫课堂之所以被戏称为线上课堂的“天花板”，其中的重要原因是采用了天地对话形式，其技术水平是普通线上课堂无法企及的。 B．小实验蕴含大道理，天宫抛物实验验证了牛顿的“高山大炮”思想实验，这一思想实验成了人造卫星、空间站发射的重要依据。 C．天宫课堂强调在实验中发现问题、利用问题引导探索，如果所选实验不能体现天地差异，那么其作为天宫实验的效果就会大打折扣。 D．设计未来天宫课堂的项目时，在充分考虑现有教学体系和工程约束条件的基础上，专家们会把大众的意见作为重要的参考因素。 3．下列对材料三相关内容的梳理，不正确的一项是( ) A.天宫授课——（依托）——天链卫星系统——（传输）——高速双向音视频 B.舱内多台高清摄像机——（借助）——高速中继链路——（传送）——地面高清视频 C.地面两路高清图像——（传输至）——舱内显示器——（看到）——孩子们的一举一动 D.仪表与照明分系统——（具备）——人机交互功能——（提供）——交互及操作平台、环境照明 4．“天宫课堂”广受欢迎的原因是什么？结合材料一、二加以概括。 5．三则材料都围绕“天宫课堂”展开，但侧重点不同，请简要概括；并说明按这样的顺序编排三则材料对了解“天宫课堂”有什么好处。 【参考答案】 1.C 解析： A项，“天宫课堂不在于展示实验现象，而在于呈现科学原理”说法错误。从材料二“在设计太空授课时，我们就坚持选择符合科学原理清晰、实验现象明显、天地差异显著、易于理解和展示等标准的项目”可知，天宫课堂既在于展示实验现象，也在于呈现科学原理。B项，“打破了地面不能完成'液桥’实验的生活经验”说法错误。“液桥”实验在地面上是能完成的，根据材料一“正常的重力环境下，液桥的尺寸通常只有几毫米；太空环境下，重力几近消失，表面张力便能维持建立起很大尺寸的液桥”可知，在太空中“液桥”实验现象更明显。D项，“带动形成了一批科普活动”将未然当成已然。从材料二最后一段“后续我们也将以太空授课活动为牵引，更多地开展地面专家解读、学生对比实验等拓展活动，发挥好太空授课的引领作用，带动形成一批既科学又有趣、既严谨又生动的科普活动”可知，带动形成一批科普活动只是设想，还没有实现。 2.B 解析： B项，“这一思想实验成了人造卫星、空间站发射的重要依据”说法错误。根据材料一“牛顿的思想实验也被称为'牛顿高山大炮实验’，由它引出的第一宇宙速度等概念，成了发射人造卫星、空间站的重要依据”可知，应是第一宇宙速度等概念成了发射人造卫星、空间站的重要依据。 3.B 解析： 从材料三“舱内采用多台高清摄像机通过中继高速链路将高清视频实时传送至地面”可知，舱内采用多台高清摄像机通过中继高速链路传输的是舱内拍摄的高清视频，而非地面的高清视频。 4.①趣味性强。所选实验富有趣味，天地互动，增加了趣味。 ②富有益处。有利于鼓励人们的奇思妙想，引发学习行为。 ③选项科学。选择科学原理清晰、实验现象明显、天地差异显著、易于理解和展示的项目。 ④定位准确。面向大众，不追求高深、复杂的知识概念，注重体现大胆假设、小心求证的科学精神。 5.①侧重点：材料一侧重天宫实验“现象”及其与地面的差异性，材料二侧重天宫课堂选择项目的原则和实施过程，材料三侧重音视频传输的技术手段。 ②好处：三则材料由表及里，由浅入深，先形象描述，后理性阐释，有利于读者循序渐进地全方位了解天宫课堂。 |
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