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焦點訪談:太空課堂如何“備課”

 


    央視網消息(焦點訪談):這個懸浮轉動的陀螺,是一枚在太空旋轉的陀螺,8年前,太空教師王亞平在天宮一號空間實驗室給大家帶來了一堂精彩的太空授課,其中就介紹了陀螺在太空的運動。8年后,這枚陀螺再次引導大家進入太空課堂。12月9日,航天員王亞平和神舟十三號飛行任務的指令長翟志剛、航天員葉光富一起,在中國空間站天和核心艙帶來了全新的太空授課,通過中央廣播電視總臺的直播向全球開課。但是,要完成這堂45分鐘的課程并不簡單,不僅需要許多部門的通力合作,更需要科學嚴謹細致的備課。



  時隔8年,太空課堂再次開講。更寬敞的教室、更豐富的教具,還有更加炫目的實驗,空間站太空課堂第一節課就讓地上的同學們大呼過癮。

  老師遠在太空,地面的學生又是成千上萬,要完成這樣這一場大型沉浸式互動網課并不像看起來這么容易。



  要保證這堂太空授課順利完成,最大的前提就是保持穩定的天地通話信號。這次授課通過“天鏈”中繼衛星和地面各個測控站傳送信號?!疤戽湣笔菫檩d人航天工程量身定制的地球同步軌道數據中繼衛星,已經發展到了第二代,是許多航天器與地面交流的橋梁。授課當天早上,北京下起了小雨,然后又開始起霧,陰霾的天氣可能會給信號傳輸帶來一點兒麻煩,因此提前準備就非常重要。



  北京航天飛行控制中心空間站任務總師孫軍說:“整個中繼衛星系統,包括地面的鏈路都進行了認真檢查,特別是我們都安排了主備兩個通道的通信鏈路建設,從國家中繼衛星的能力上來講,任何一個單顆中繼衛星都能夠支持授課時間。我們是主用”天鏈“一號03星,如果出現問題還會把它切換到后續的”天鏈“二號01星來進行太空授課活動?!?/p>

  在這次清晰的課堂畫面里,首次變身太空教室的核心艙寬敞明亮,各位航天員老師們在里面活動自如,讓人很容易忘記這個太空教室其實是以每秒7.68公里的速度繞著地球高速飛行,如果飛行姿態無法穩定,不光授課可能無法順利進行,航天員的正?;顒右惨艿接绊?。要讓這個重幾十噸的組合體在太空保持平穩的飛行姿態,依靠的原理正是來自把大家帶入太空課堂的教具:陀螺。



  航天科技集團五院產品首席專家、502所科技委副主任、產品總工程師張激揚說:“陀螺的原理有很廣泛的用處,控制力矩陀螺就相當于空間站的胳膊和腿,授課的時候就是靠它來保持咱們整個的平穩。核心艙上的錐面,錐面的柱段外表面上有六個大球,白色的大圓球很醒目、很顯眼,那個就是控制力矩陀螺,咱們的航天器即便壞了一個,依然有姿態穩定調節的功能?!?/p>

  有了穩定的環境,授課才能正常開始。45分鐘的授課時間里,能不能抓住同學們眼球,上課內容的準備是最關鍵的。早在神十三飛行乘組出發之前,授課準備團隊就開始了這個工作。



  中國航天員科研訓練中心助理研究員石玉生說:“我們選實驗的標準其實很簡單:第一,確保安全,一定對航天器、航天員沒有影響,不會對他們的安全造成影響;第二,它的科學概念的呈現一定要清晰的;第三,考慮到我們自己在軌的這種環境,它一定是天地之間有一定差異,能夠呈現出比較強烈的對比;第四,展示性、傳播性,一定要能夠引起孩子們的興趣?!?/p>

  為了讓這堂課生動有趣又安全科學,這次載人航天部門專門組織了一支實驗設計團隊,大家都一致同意,要從孩子的視角出發來選擇他們感興趣的內容。



  這個泡騰片實驗是昨天(12月9日)太空課的壓軸節目,從課表一發布就吸引了許多人。這么好玩的實驗,最初的設計靈感其實就來自于中國科技館一場航天科普講座上孩子的提問。

  中國科技館展覽教育中心主任齊欣:“有一個小男孩手舉得高高的,他說我想問在空間站打嗝怎么辦?我們找了專家進行論證,其實打嗝也是體內氣體外溢。我們也是查了大量資料,在一個非常巧合的情況下,看到了泡騰片,泡在水里面咕嘟咕嘟往外冒泡,這個也是氣體釋放的過程。當時我們想象不到在太空中,將會是什么樣的現象?!?/p>

  這個實驗設想提出后,大家都非常感興趣,但是對上天做這個實驗,當時討論后并沒有取得一致的意見。



  中國科技館展覽教育中心主任齊欣:“當時討論的時候覺得有一定危險性,畢竟有氣體釋放,要是處理不好的話,會不會對其他設備造成一些影響?!?/p>

  出于安全的考慮,泡騰片實驗最初并沒有被列入此次授課內容里。但是,王亞平對這個實驗很感興趣,她提出,愿意上天先試一試,看看效果如何。在她的堅持下,泡騰片被帶上了空間站,在第一次嘗試時,航天員們非常謹慎,用吸水物圍住隨時可能炸開的水球,然而讓人擔心的情況并沒有出現,氣泡都被包在了水球里。

  為了最好的授課效果,這次授課的內容,都是經過航天員數次細致的備課和天地反饋后才最終確定的,很多時候備課還要占用他們的休息時間,好在最后的呈現效果非常完美。利用難得的微重力環境,這些實驗既介紹了物理原理,也展現了航天員的日常生活、科學工作,還包含了一位媽媽在太空對自己女兒的思念。



  王亞平:“這是我和我的女兒在地球上一起準備的花朵折紙,同學們看到了嗎?花朵在慢慢地展開,看到這朵花我就想到了我的女兒?!?/p>

  在準備課堂內容時,各位專家又考慮,只看航天員老師動手操作,印象或許還不夠深刻,如何讓學生們更直觀地了解天地差異帶來的變化和不變呢?這次的地面課堂專門設計了地面對照實驗,除了主課堂和四個分課堂,通過流動科技館和科普大篷車,全國150多個學校的孩子都收到了來自太空課堂的地面實驗器材,參與天地同步實驗。

  上課的地點雖然各不相同,同學們也體會到了同樣的沉浸感和參與感。

  讓地面和太空享受同樣順暢的溝通,是保障這堂課順利完成的最后一道技術關口。天地六路同時在線,信號的傳輸總有時間的差別。中央廣播電視總臺的直播團隊在此前進行了多次演練,盡可能把距離帶來的延時感降到最低。



  中央廣播電視總臺太空授課直播系統導演孟繁伍說:“我們在操作的時候也多次演練,然后讓大家可以通過聽口令的方式來減緩延時。既要聽我的,如果聽不清我的也可以選擇聽現場的擴音,所以這是雙重保障?!?/p>

  8年前的太空授課,王亞平老師娓娓道來的講述就讓人印象深刻,但是很少有人知道,當時她在講課時,全程都會通過耳機聽到地面播出的自己授課的聲音,這一次地面直播團隊也特意做了處理,讓航天員在講課時能夠更加專注。



  中央廣播電視總臺太空授課直播系統技術負責人周磊說:“當時受條件限制,太空上他們看到的是播出信號,播出信號把她自己的聲音混在里面。這次我們再送到太空的信號會把航天員的聲音信號先行處理掉,讓他們聽到的只是地面人對他們提問的聲音,這樣雙方交流能更加自然?!?/p>

  8年前,聽過王亞平老師天宮授課的學生,有些已經走上了航天的專業道路,也有許多被引進了科學的大門。這一次授課再次收獲了新的學生,也讓王亞平老師有了更多的期待。



  太空授課圓滿成功的背后,是無數人努力付出、不斷探索的結果,彰顯著中國載人航天事業的跨越式發展。此次天宮授課是我國空間站階段太空系列課堂的第一課,未來航天員們將陸續在空間站開講,帶著大家領略奇妙太空,分享宇宙知識。借用王亞平的一句話:“飛天夢,永不失重;科學夢,張力無限!”


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