1894年,康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基描繪了一個環繞地球軌道的“太空小屋”,它實際上就是一座空間站,可以進行天文觀測,還可以進行植物栽培。
如今,空間站對大眾來說已經不是個陌生的概念了。在空間站中,在太空微重力條件下,物質運動的規律發生了很多變化,出現了在地面無法觀測到的一些奇特現象。
2022年3月23日下午,中國“太空教師”翟志剛、王亞平、葉光富在中國空間站“天宮”給地面學生授課,演示了四大科學實驗!疤鞂m課堂”是充滿趣味的教育,它可以利用得天獨厚的太空環境,通過直觀、生動的科學實驗和現場動手操作,使得抽象、枯燥的科學知識與原理變得形象、直白,且充滿樂趣。受到同學們的熱烈歡迎。
這四個實驗分別是太空“冰雪”實驗、液橋演示實驗、水油分離實驗、太空拋物實驗。
接下來我們來看看實驗內容有哪些吧……
一、太空“冰雪”實驗:演示失重狀態下的飽和液體結晶現象。
中學化學課,在一定溫度下,向一定量溶劑里加入某種溶質,還能繼續溶解的溶液,叫作不飽和溶液;當溶質不能繼續溶解時,所得到的溶液叫作飽和溶液,甚至能夠達到過飽和狀態。本次天宮課堂演示的是“過飽和乙酸鈉溶液”的結晶實驗。過飽和乙酸鈉溶液在外界提供結晶核的情況下很不穩定,很容易析出晶體。從一個晶瑩剔透的小水球變成白色的小雪球。
二、液橋演示實驗:演示失重環境下水的表面張力作用
液體會產生使表面盡可能縮小的力,這種力稱為“表面張力”。清晨凝聚在葉片上的水滴、就是在水的表面張力作用下形成的。再比如,水上的一些小昆蟲之所以能站在水面上,也是由于表面張力的作用。
同樣道理,在兩塊塑料板之間倒入水,在太空失重的條件下,表面張力就起了主導作用,甚至分開一定距離也不斷裂。而在地面上做同樣的實驗,在重力的作用下,液橋很容易斷裂。
三、水油分離實驗:演示失重環境下水油分層現象消失、通過旋轉產生離心力實現分層。
我們知道,由于水和油是不相溶液體,因此在地面有重力的環境中,水和油是分層的。但在太空失重環境中,水和油呈現某種混合狀態。如果在太空也想讓水和油分離咋辦?最直接的想法就是想辦法制造人工重力。制造局部的人工重力其實并不難,讓物體旋轉起來就好了。比如,放在離心機當中,甚至用手甩一下也能短暫實現重力,正如航天員葉光富演示的那樣,水和油就分離了。
四、太空拋物實驗:演示天地之間拋物區別。
牛頓第一定律,又叫慣性定律,就是任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態,直到外力迫使它改變運動狀態為止。平拋運動是中學物理知識中一個非常重要的運動規律,同學們日常生活中對于這種現象司空見慣,但是在完全失重的情況下,平拋運動到底遵循怎樣的規律,運動軌跡如何,老師平常只能通過想象的方式讓同學們去理解。因為在地面上,由于有地球重力的作用,拋出去物體的軌跡形成一條漂亮的“拋物線”。但在空間站失重的環境下,拋出的物體(冰墩墩)相對于空間站遵守牛頓第一定律,沿直線勻速運動。
當下,很多孩子已被應試教育搞得筋疲力盡,不愛質疑、不愿提問,更別說提什么標新立異的問題。可這節神奇的太空課,讓我們看到了孩子們井噴的想象力和求異思維。
看來,只要我們為孩子搭建起寬敞的思維平臺,允許孩子思想奔放,充分理解、包容其不足,孩子潛在的發散性思維就能夠噴薄而出。如果我們平時的教育,能夠多給孩子制造提問機會,這對孩子的潛在發展與創造活力,肯定具有積極作用。——人民日報
《全民科學素質行動規劃綱要(2021—2035年)》特別提出:提升基礎教育階段科學教育水平。引導變革教學方式,倡導啟發式、探究式、開放式教學,保護學生好奇心,激發求知欲和想象力。完善初高中包括科學、數學、物理、化學、生物學、通用技術、信息技術等學科在內的學業水平考試和綜合素質評價制度,引導有創新潛質的學生個性化發展。加強農村中小學科學教育基礎設施建設和配備,加大科學教育活動和資源向農村傾斜力度。推進信息技術與科學教育深度融合,推行場景式、體驗式、沉浸式學習。
我們相信,隨著智能技術與科普教育的融合創新,將會激勵越來越多的少年兒童愛上實驗、愛上科學。