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“倒计时,10、9、8……3、2、1,点火!起飞!”伴随着巨大的轰鸣声,搭载神舟十一号载人飞船的二号F 遥十一运载火箭,在酒泉卫星发射中心点火发射,约575秒后神舟十一号载人飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,顺利将景海鹏、陈冬2名航天员送入太空,发射取得圆满成功。这是我国组织实施的第六次载人航天飞行。
从无到有、从弱到强,中国载人航天事业不断取得新突破。中国进行载人航天研究的历史可以追溯到20世纪70年代初,在中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”上天之后。当时的国防部五院院长钱学森就提出,中国要搞载人航天。国家当时将这个项目命名为“714工程”,并将飞船命名为“曙光一号”。进入80年代后,中国的空间技术取得了长足的发展,具备了返回式卫星、气象卫星、资源卫星、通信卫星等各种应用卫星的研制和发射能力。特别是1975年,中国成功发射并回收了第一颗返回式卫星,使中国成为世界上继美国和苏联之后第三个掌握了卫星回收技术的国家,这为中国开展载人航天技术研究打下了坚实的基础。
1986年3月3日,王淦昌、陈芳允、杨嘉墀、王大珩四位科学家联名向中央呈报了一份《关于跟踪世界战略性高技术发展》的建议。中央很快就批准了这个建议,这就是后来著名的“863”计划。“863”计划对中国载人航天工程起到了催生的作用。1992年1月,中国政府批准载人航天工程正式上马,并命名为“921”工程。在“921”工程的七大系统中,核心是载人飞船。1992年9月,中央决策实施载人航天工程并确定了我国载人航天“三步走”的发展战略:第一步,发射载人飞船;第二步,发射空间实验室;第三步,建造空间站。从1999年以来,中国载人航天工程共进行了11次飞行任务,先后实现了从无人飞行到载人飞行,从一人一天到多人多天,从舱内实验到出舱活动,从单个飞行器飞行到两个航天器交会对接等一系列重大突破,取得了圆满成功。
从神舟一号到神舟十一号,中国载人航天事业稳步前行。从1992年启动载人航天工程以来,中国航天事业不断取得新突破,成为世界上第三个独立掌握载人航天技术、独立开展空间实验、独立进行出舱活动的国家。神舟一号――实现天地往返重大突破。1999年11月20日,我国第一艘无人试验飞船“神舟一号”在酒泉卫星发射中心顺利升空,经过21个小时的飞行后顺利返回地面。“神舟一号”试验飞船的成功发射与回收,标志着中国载人航天技术获得了新的重大突破,是中国航天史上的一座里程碑。神舟二号――中国第一艘正样无人飞船。“神舟二号”是我国第一艘正样无人飞船,技术状态与载人飞船基本一致,它的成功发射标志着我国载人航天事业取得了新进展,向实现载人飞行迈出了重要一步。神舟三号――载人航天安全性提高。与“神舟二号”相比,“神舟三号”飞船在运载火箭、飞船和发射测控系统上,采用了许多新的先进技术,进一步提高了载人航天的安全性和可靠性。这次发射成功标志着我国载人航天工程取得了新的重要进展,为把中国的航天员送上太空打下了坚实的基础。神舟四号――突破中国低温发射的历史纪录。“神舟四号”的配置、功能及技术状态与载人飞船基本相同。神舟五号――成功实施首次载人航天飞行。2003年10月15日,我国第一艘载人飞船“神舟五号”成功发射。中国首位航天员杨利伟成为浩瀚太空的第一位中国访客。“神舟五号”21小时23分钟的太空行程,标志着中国已成为世界上继俄罗斯和美国之后,第三个能够独立开展载人航天活动的国家。神舟六号――成功实现多人多天飞行。2005年10月12日,“神舟六号”成功发射,航天员费俊龙、聂海胜被顺利送往太空。“神舟六号”进行了我国载人航天工程的首次多人多天飞行试验,完成了我国真正意义上有人参与的空间科学实验。“神舟五号”和“神舟六号”飞行任务的圆满成功,标志着我国实现了载人航天工程“三步走”发展战略的第一步任务目标。神舟七号――航天员出舱在太空行走。2008年9月25日,“神舟七号”成功发射,航天员翟志刚出舱作业,刘伯明在轨道舱内协助,实现了中国历史上第一次太空漫步,中国成为第三个有能力把太空人送上太空并进行太空漫步的国家。神舟八号――与“天宫一号”实现对接。2011年11月1日,无人飞船“神舟八号”发射升空。升空后2天,“神舟八号”与此前发射的“天宫一号”目标飞行器进行了空间交会对接。组合体运行12天后,“神舟八号”飞船脱离“天宫一号”并再次与之进行交会对接试验,这标志着我国已经成功突破了空间交会对接及组合体运行等一系列关键技术。神舟九号――实现“天宫一号”与神九载人交会对接。2012年6月16日,“神舟九号”发射升空,共搭载三名航天员――景海鹏、刘旺、刘洋。刘洋也成为中国第一个飞向太空的女性。飞船于2012年6月18日11时左右转入自主控制飞行,14时左右与“天宫一号”实施自动交会对接。这是中国实施的首次载人空间交会对接,也是在2020年前后建立空间站计划的重要一步。神舟十号――中国载人天地往返运输系统首次应用性飞行。2013年6月11日,“神舟十号”载人飞船将三名航天员――聂海胜、张晓光、王亚平送入太空。“神舟十号”是中国载人天地往返运输系统的首次应用性飞行。它的成功发射标志着中国已经拥有了一个可以实际应用的天地往返运输系统,中国人向着熟悉太空、利用太空、享受太空的梦想又迈进了一大步。神舟十一号――中国持续时间最长的一次载人飞行。2016年10月17日,搭载两名航天员――景海鹏和陈冬的“神舟十一号”成功发射。“神舟十一号”是中国载人航天工程“三步走”中从第二步到第三步的一个过渡,为中国建造载人空间站作准备。
关键词:校本课程;物理学史;航天物理学;万有引力
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)3-0049-3
随着高中物理新课程改革的进行,校本课程成为了中小学实施素质教育的重要体现之一。所谓校本课程,指以学校为本位,由学校自己设计制定课程,它与国家课程、地方课程相对应。大力实施校本课程,能够使学生在基本学习任务的基础上,拓展学科视野,对提升学生的学科素养具有重要的理论与实践意义。物理课程是高中阶段学生必修的自然科学课程之一,现有的课标教材在内容体系上已经相当完善,但还是以学科基础知识与基本理论的讲授为主。因此,将物理校本课程渗透到课堂教学中,既能扩大学生的物理视野,又能提升学生的物理基本素养。在此以人教版高中物理必修2第六章《万有引力与航天》的物理学史角度为例,设计了本章的校本课程。为一线物理教师设计校本课程提供一定的参考。
1 课程题目
“航天物理学发展史”
2 课程分析
人类对行星运动规律的认识过程和牛顿建立万有引力定律的过程是对学生进行“过程与方法”和“情感、态度与价值观”教育难得的好材料。托勒密的地心说、哥白尼的日心说、第谷布拉赫的观测和开普勒行星运动定律,生动地体现了勇于创新和实事求是的科学态度、科学精神和科学思维方法[1]。牛顿根据前人的发现进一步总结,提出了万有引力定律,并进一步放眼宇宙说明了万有引力定律和引力常量的意义,这部分知识是圆周运动在航天中的应用,包含着丰富的物理学史。教师在本章教学过程中将物理学史渗透其中,不仅能有助于学生对知识的理解,更能激发学生对航空航天事业的热爱,从情感、态度与价值观方面让学生认识到物理学习的意义所在。
3 学生分析
本校本课程针对的学生群体是普通高中的文科实验班学生。这类学生具有以下特点:
1)具有良好的感性思维,认识事物与理科生相比较感性。
2)基础知识扎实,对知识有良好的接受能力,所学内容的知识面可以更宽泛一些。
3)多数文科生对物理学科不感兴趣,这就需要加强兴趣的培养。
4 课程目标
《基础教育课程改革纲要》中提出:“改变课程过于注重知识传授的倾向,强调形成积极主动的学习态度,使获得基础知识与基本技能的同时成为学会学习和形成正确价值观的过程。”“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”这为我们校本课程的制定明确了方向和目标。
本课程旨在全面培养学生的“过程与方法”和“情感、态度与价值观”目标。通过物理学史的教材内容引导学生更加主动、富有兴趣地学习物理概念与规律。另一方面,物理学史是培养学生科学本质观的重要手段。通过了解科学家探索物理学科未知领域的过程,突出科学知识、科学探究以及科学事业的多种本质属性,让学生感受到物理的学科魅力和人类艰苦卓绝的不断努力[2]。同时,本课程的物理学史介绍有多处留白,这能够让学生自己搜集更多的资料进行汇总、分析、整理,提高学生的信息处理能力。
5 课程内容设置
本校本课程共设计了4节的内容,均是以人教版高中物理必修2第六章《万有引力与航天》的教材内容为依托,挖掘教材中包含的物理学史。具体目录的设置如表1所示。
校本课程目录与教材课程目录相对应,教师在实施校本课程时,需充分挖掘与航空航天有关的物理学史,并将这部分内容有针对性地渗透到物理必修2《万有引力与航天》对应章节的教学活动中。学生在理解教材知识的同时,能体会到科学家在探索过程中付出的艰辛与努力。每节目录下对应的课程内容设置如表2所示。
6 时间及教职资源分配
校本课程实施时间安排在高中一年级第二学期,在学习完高中物理必修2第六章《万有引力与航天》后开设,时间为一个月,授课时数为5课时。
教职资源分配可以按照以下两种方案进行:
1)各个班级的物理专业老师进行授课。
2)学生课下自主阅读,上课时师生互相交流。
7 注意的问题
在实施该校本课程教学时,教师要注重物理学史与社会发展的融合,将物理学家曾经的航天探索与如今我国航天事业的发展做简单的联系。全面提高学生的科学素养与人文素养,通过物理学史激发学生未来为科学事业献身的科学精神。
在校本课程实施的过程中会遇到一些问题,如有的内容抽象性太强,学生不容易理解;还有的内容不容易激发学生的阅读兴趣[3]等。在这里,需要教师在进行该课程教学时要把握好文科学生的学习能力与知识储备,遇到抽象性太强的内容可以通过列举示例将其形象化,将多媒体教学与课程内容充分地结合能进一步激发学生学习的兴趣。
参考文献:
[1]陈洪云.物理科学方法在卡文迪许扭秤设计及实验中的妙用[J].物理教师,2015,36(2):15―17.
《世界航天运载器大全》390元。
《航天邮票目录》44元,优惠价29元。
《世界航天发射系统》50元(原价80元)
《邮票与航天》16元。
《当代中国的航天事业》13.5元。
1989年,1992年~1997年《航天》合订本7册(原价84元)优惠价64元。
《航天》精华本,每册7元。
《中华神剑》画册20元。
1996年《航天》合订本23元。
1997年《航天》合订本27元。
1998年《航天》合订本30元。
1999年《航天》合订本30元。
2000年全年57.6元
2001年全年57.6元。
《辉煌的中国航天》(《航天》杂志增刊。16开96页)。每本15元。
《邮票上的航天器》。每本23元。
《航空航天博物馆》112.8元。
《天文博物馆》81.6元。
载人航天科普丛书《飞天之路》《超凡生活》《巡天神舟》《宇航畅想》(共四册)31.3元。
《人类与太空》20.4元。
《航天大世界》:16开本航天全景写真画册98元。
国防科技知识普及丛书:全套定价264元,其中航天卷58元。
《叩开太空之门》32元。
《世界航天器及运载火箭集锦》(精装本)135.7元。
(以上均含邮挂费)
《奇诺星空丛书》10本,定价192元(七折),免邮挂费。
《太空在召唤》从书10本,邮购价90.5元。
二、VCD光碟
《太空探索》系列VCD光碟,共6片,全套售价150元,邮购另加15元邮挂费。
《太空探索》VCD续集,共6片,售价95元,另加邮费购费10元。
《神舟光碟》:由中国国防科技信息中心制作,记录了我国第一艘载入航天试验船起飞,升空,回收等大量的珍贵镜头,具有收藏价值。同时介绍了苏联、美国以及俄罗斯发展载入航天的历程。光碟1张,售价60元。另加邮挂费10元。
《地球奇观》系列VCD光碟:
本片是一套最珍贵的自然科学教材。将地球如何诞生、陆地如何形成、恐龙如何灭绝、地球又存在什么危机等循序渐进地作详实的介绍。
《地球奇观》包括4片VCD:《恐龙之谜》、《大气层》、《地球的形成》、《地球危机》。影片镜头资料珍贵精彩,内容丰富详实,是一套让青少年了解地球发展史的最佳资料片。
《地球奇观》VCD售价65元,另加10元邮挂费。
我国首次发射的载人航天飞船“神州”五号的航天旅程圆满成功,实现了中华儿女多年的飞天梦想,长大了中国人的志气,是我国航天发展史上的里程碑。
二、正文
伟大的事业孕育了伟大的精神。新一代航天人在攀登科技高峰的伟大征程中,以特有的崇高境界,顽强的意志和杰出的智慧,铸就了载人航天精神。这就是特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献的精神。这些精神永远值得我们去学习。
生活上刻苦精神永远美好。人生之路不可能是永远平坦的。每个人,总会遇到这样或那样的困难和挫折。我们必须要在挫折和困难中奋起。这就需要有刻苦的精神,特别能战斗和特别能公馆的精神了。“吃得苦中苦,方为人上人。”学习上刻苦精神永远美好!
团结就是力量,是治国之本,更是治校之本。试想,一个集体,如果内部不团结,还出现分歧的话,那这个集体会强大吗?不止这样,一些有图搞破坏的人,在这个时候大力进攻,那损失更是不堪设想。
科学与人文并举。从小,这一句老话就不断地在我们的耳边回响:爱科学,学科学,用科学。但是,真正落实到的,又有多少人呢?友人认为,只要学会做人和文化知识就可以了,不用在学什么科学了。先进的科学技术,对一个强大的国家来说,是必不可少的。身为祖国的“花朵”的我们,不但要做到科学与人文并举,还要做到规范与个性共存!
艰苦的条件锤炼了中国航天人特别能吃苦的精神。中国航天事业是在极其艰苦的条件下起步的。茫茫的戈壁,浩瀚的海洋,广大航天工作者为了早日实现飞天之梦,不辞劳苦,日晒雨淋,克服了无数的困难,付出巨大的牺牲。严酷的挑战铸就了中国航天人特别能战斗的精神,崇高的使命焕发了中国航天人特别能攻关的精神。我们青少年,更应该在学习上多下苦工,好好学习。在生活上、学习上,遇到困难和挫折,不要逃避,不要退缩,要知难而进,一往无前,敢于胜利。有的同学,在生活中遇到了一点点的挫折,就对人生失去了信心和希望,觉得世界上什么都不是好的。于是,就自寻短见,恨离人世。要知道,这个世界是非常美好的,我们要珍惜生命,好好地享受这美丽的人生。就算它是不好的,那也是无可改变的事实。就像航天人员要在严峻的环境中训练一样,那严峻的环境已是无法改变的事实,那只有改变自己,去攻破这个难关。所以,我们不能因为一点点的挫折而放弃自己的使命,而是要在环境中、在艰苦中、在困难中成长,成就自己的人生和使命。学习上也是如此。学习靠的不是小聪明,而是刻苦。读书要用功,持之以恒地刻苦学习、钻研,这才是学习上刻苦精神永远美好的表现。
团结奋斗培育了中国航天人特别能奉贤的精神。我国载人航天工程是中国航天史上规模宏大的系统工程。广大航天工作者不论前方后方,不计名利得失,履行职责,坚守岗位,形成了强大合力。我们都生活在同一个大集体中,都为了一个共同目标——保护集体,就应该淡泊名利,不计较个人得失,甘于奉贤,团结一心,共创辉煌。“团结就是力量”,这是一股强大的力量,是一股催人前进的力量。有了这股力量,可以排除万难,勇往向前,达到目标。大至世界全人类、国家,小至班集体、家庭,都要团结。有的同学不顾集体利益,一心只为自己。例如他在拌种来回走动,看见一张桌子跌在地上,他不但不把桌子弄好,而且还残忍地踢上一两脚,是桌子雪上加伤。又例如是拔河,内部不团结,那肯定是全军覆没。
科学是一个国家发展进步的重要象征。身为21世纪的接班人的我们,必须要学好科学,热爱科学,使用科学。科学与人文都需要我们同时高高地举起。一个规范的学生,更是祖国的需求,是未来成就大事的人。科学与人文并举,规范与个性共存更始一句警惕学生的话句。
在茫茫的巴丹吉林沙漠腹地,酒泉卫星发射中心历来是一个神秘的地方。自从中国开展航天计划以来,这里的每一个举动都会引起全球的关注。2007年10月24日,这里再一次吸引了全球的目光。担负将嫦娥一号卫星送上太空的是被誉为“金牌火箭”的三号甲运载火箭。在人类探月史上,美国和前苏联在20世纪的探月活动,因运载火箭故障造成的探测失利占了很大比重。因此,运载火箭的高可靠性,是确保探月成功的必要前提。这次发射是三号甲运载火箭的第15次发射,迄今这一型号火箭的发射成功率为100%。
此前,三号甲运载火箭与应用广泛的东方红3号卫星平台曾多次连接试验,每次都取得圆满成功,用这样一个“大力士”来托举在东方红三号卫星平台上研制而成的嫦娥一号卫星,再合适不过了。由于有了之前多次卫星发射的成功经验,嫦娥一号和三号甲火箭的吊装、测试和对接工作进行得十分顺利。
2007年10月24日18时05分。中国第一颗探月卫星嫦娥一号在西昌酒泉卫星发射中心成功发射升空。有着月亮城之称的西昌海拔1500米,这里纬度低、海拔高、气候宜人、交通便利,是发射各类卫星的理想场所。
三号甲运载火箭搭载着嫦娥一号卫星,通过第一、二级和第三级的第一次点火,先将卫星送入近地轨道,并在近地轨道滑行一段时间。在火箭起飞的第1249秒,三级火箭第二次点火;第1373秒,三级火箭三次点火,发动机关机;第1473秒,星箭分离成功,嫦娥一号卫星进入近地点约200千米、远地点约51000千米、运行时间为16小时的大椭圆轨道,成为一颗绕地球飞行的卫星。很快,嫦娥一号开始了它150万公里的奔月之旅。
“嫦娥奔月”是发生在大约3000年前的一个传说,而在600年前,中国有个叫万户的人曾经尝试把奔月变成现寞。万户把自己捆绑在一把椅子上,同时绑上了几十个火箭,自己则手持风筝,希望能够一飞冲天。万户叫人点燃了火箭,随着火箭爆炸的一声巨响,万户消失了。为了纪念这位人类飞天的先驱,月球上的一座环形山就是以万户来命名的。
带着中国人几千年来的奔月梦想,嫦娥一号开始了它的探月之旅。嫦娥一号卫星在近地点200公里、远地点5万公里的椭圆形轨道上运行16小时,飞行了一圈后,2007年10月25日下午,地面注入指令,卫星上的推力为50牛顿的姿态调整发动机开始点火,约4分钟后,推力为490牛顿的主发动机点火实施变轨,将卫星轨道近地点抬高到离地球约600千米的地方。
2007年10月26日下午,当卫星再次到达近地点时,卫星主发动机再次打开,巨大的推力使卫星的远地点由51000千米上升到71000千米,进入24小时轨道。此时,嫦娥一号已经成为了一颗地球同步卫星。
在24小时轨道上运行3圈后,卫星上的主发动机第三次点火,实施第二次近地点变轨,嫦娥一号卫星的远地点由71000千米提高到了120000千米,进入48小时轨道。这一时刻大约发生在2007年10月29日。
在3条大椭圆轨道上经过7天热身后,嫦娥一号卫星正式奔月。2007年10月31日,当卫星再一次抵达近地点时,主发动机打开,卫星的速度在短短几分钟之内,提高到每秒10.9千米以上,嫦娥一号获得了奔向月球的动力。进入地月转移轨道,真正开始了从地球向月球的飞越,这是整个探月工程中最关键的一步,也是最难以把握的一步。
在地月转移轨道,也就是从地球轨道到月球轨道的这段距离,嫦娥一号卫星需要飞行约114个小时。
人类探月活动的历史上,曾多次发生探测器未能实现月球的捕获而丢失在星际间的事故,这大多是由行过程中卫星姿态和速度控制不精确造成的。如果卫星在地月转移轨道近地点有每秒1米的速度误差或1千米的高度误差,飞到月球附近时都将产生几千千米的位置误差。
在高速飞行的过程中,卫星必须在地面的指令下进行中途轨道修正。一般需要进行多次修正,而嫦娥一号只修正了一次,时间是2007年11月2日。
嫦娥一号能如此准确地进入地月轨道,离不开精准的测控技术的支持。在陆地上,我国分别在青岛、北京、昆明、喀什设立了测控站。由于嫦娥一号飞行的距离是过去卫星的十倍以上,卫星发出的信号会有所衰减,使得地面接收月球探测数据的技术难度大大增加。
为此,地面应用系统专门建造了两座被称为射电望远镜的大口径天线:一座在北京密云,天线口径达50米;一座在云南昆明,口径达加米。两座大口径天线像一双巨大的眼睛,时刻注视着嫦娥一号卫星的一举一动,把卫星传输来的信息全部收集起来。同时,在太平洋上还有三艘测量船。这些测控站组成了一个庞大的测控网。
2007年11月5日,当嫦娥一号卫星飞行了30万千米后,嫦娥一号发现了月球。卫星需要进行减速制动,也就是“刹车”。只有这样,嫦娥一号才能被月球引力捕获,成为绕月飞行的卫星。这是实现绕月飞行的一个重要步骤,如果“刹车”晚了,卫星就要撞到月球上去;而“刹车”早了,则会飘向太空。
嫦娥一号卫星成功地进行了第一次近月制动,从地月转移轨道进入12小时月球轨道。从这一刻起,嫦娥一号卫星成为了真正的绕月卫星。
2007年11月6日,嫦娥一号卫星进行第二次近月制动,速度进一步降低,卫星进入3.5小时轨道,并在这个轨道上运行7圈。2007年11月7日,嫦娥一号卫星进行第三次近月制动,进入2小时的月球极月轨道。这个轨道为圆形,离月球表面200千米。这是卫星绕月飞行的工作轨道。至此,嫦娥一号的工程目标已
接下来,嫦娥一号开始准备工作了。首先,它要调整好姿态,它的探测器探头在环绕月球过程中,要始终对准月球。为了把探测结果发回到地球,卫星的通讯天线始终要保持对地球定向。而卫星上的太阳能电池要始终对着太阳。
嫦娥一号在围绕月球转动的过程中,要一直保持这三个定向,被称为三体定向。嫦娥一号有四大科学目标,第一个就是对月球表面进行三维的地图测量。从已经的图片来看,这是人类第一次对月球进行三维测量。之后,嫦娥一号还要对月球上14种有用元素进行探测。探测月壤特性,利用微波辐射计探测月壤厚度及其分布,分析月壤成熟度与表面年龄的关系。最后一项是探测地月空间环境。研究太阳风和月球的相互作用,深入认识空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响。
实现中华民族奔月的梦想,这是千百年来多少代华夏儿女一直期待的。而今,当历史的瞬间真正定格在这一刻,作为中国伟大探月工程的成功实践,不管是在国内还是在国外,这一国际领先技术都是具有里程碑和划时代意义的!正如国家航天局负责人说的那样,中国的探月工程及成果,对中国而言是开创性的,对世界而言,也将为国际空间研究提供宝贵的探索经验。
我们知道航天技术有三个大领域――第一个领域是人造卫星;第二个领域。载人航天;第三个领域就是深空探测。
我们国家在1970年4月24号,成功发射第一颗人造卫星东方红1号,已经实现了第一个里程碑。第二个里程碑,就是2003年,中国用自己研制的火箭和飞船,把我国第一个航天员杨利伟送上天,并且安全返回,也就实现了在航天事业上的第二个里程碑。而这次嫦娥一号绕月的完全成功,就说明我们国家在升空探测方面,实现了第三个里程碑,昭示了中国强大的综合国力。