“天宫课堂”点燃孩子们科学梦

北京日报记者 刘苏雅

北京时间9日15时40分，“天宫课堂”第一课正式开讲，这是时隔8年之后，中国航天员再次进行太空授课。“太空教师”翟志刚、王亚平、叶光富在中国空间站为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课，这也是中国空间站首次太空授课活动。

此次太空授课活动进行了全程现场直播，在中国科技馆设地面主课堂，在广西南宁、四川汶川、香港、澳门分设4个地面分课堂，共有1420名中小学生代表参加了现场活动。

寄语

太空科技，奥秘无穷，未来属于你们！——翟志刚

飞天梦，永不失重；科学梦，张力无限！——王亚平

星空浩瀚无比，探索永无止境，希望同学们张开梦想的风帆，向无尽的宇宙远航！——叶光富

课堂

神舟一号返回舱现身现场

2013年，神舟十号航天员王亚平在聂海胜、张晓光的配合下，进行了第一次太空授课。在40多分钟的授课过程中，开展了陀螺演示、单摆运动展示、水膜演示、水球演示等太空实验，激发了无数青少年对科技、航天领域的兴趣。

9日，在中国科学技术馆地面课堂现场，太空元素随处可见。神舟一号返回舱、长征五号系列运载火箭“胖五”的发动机，甚至一件真实的天和核心舱结构件都在现场亮相，陪伴着“太空班”的孩子们一同享受这难忘的一课。

200余名“太空班”的孩子们安静落座。每个小组都配备了一套实验器材，玻璃球、泡腾片等模拟太空环境的道具，让孩子们能和航天员一起，天、地同步做实验。

授课

“太空步”好看不中用

9日15时40分，距离地面400公里的中国空间站天和核心舱。

“太空探索永无止境，随着不断旋转的陀螺，我们已经从神十任务进入了空间站时代。欢迎来到‘天宫课堂’！”王亚平亲切的开场白，拉开了本次“天宫课堂”的序幕。

翟志刚、王亚平、叶光富三人热情地向“太空班”的孩子们问好，并通过镜头带着孩子们参观了本次活动的教室——天和核心舱，介绍了航天员在太空为保护身体健康，在轨锻炼时所使用的太空跑台、太空自行车等，展示了餐饮区配备的冰箱、微波炉、饮水机，并讲解了前期开展的细胞实验的部分观察研究结果。翟志刚介绍，为了防止失重导致航天员肌肉萎缩，除了配备锻炼设备外，航天员日常所穿的“企鹅服”也暗藏玄机，可以通过拉带调节松紧，防止肌肉萎缩。

“自行车不光能锻炼下肢，还能锻炼上臂。”王亚平一边说着，一边在太空自行车上轻松倒立起来，推动滚轮，解锁了新的使用方式。

镜头一转，叶光富迈着“太空步”走了起来。不过，虽然他看上去十分努力地迈开腿，身体却始终保持在原地不动。王亚平介绍，在太空中，航天员处于失重环境，需要借助身边的装置才能移动。

随后，叶光富又尝试在不借助外力的情况下转身。画面中，他的上半身向右旋转，下身却转向左边，反之亦然。随后他又尝试了蛙泳、模仿喷气机吹气反推等方式，依然无法转动。

在王亚平的“指导”下，叶光富慢慢举起右手，开始在空中画圈，并且越画越快。神奇的是，他的身体真的开始往反方向缓慢旋转起来，这与角动量原理有关。

八年后水膜上“开花”了

在八年前的神舟十号太空课堂中，王亚平曾在太空成功制作了一张漂亮的水膜，并在水膜上贴上了一个印着中国结的小道具。

在“天宫课堂”，王亚平再次演示了水膜实验，但这次做好水膜后，她拿出的是提前折叠好的一个花朵折纸。她将折好的纸花小心翼翼地放置在水膜上，令人惊讶的现象出现了——花朵在晶莹剔透的水膜上缓慢“开放”了。

“希望你们的梦想都能在广袤的宇宙中绽放！”王亚平寄语孩子们。

随后，水球实验也被复现，地面上的孩子和八年前一样，再一次透过太空中的水球看到了“倒立”的王老师。孩子们还拿起桌上的玻璃球，体验到了同样的视觉效果。不同的是，这次实验增加了一个“双像”环节，在水球中注入空气，镜头前便出现了一正一反两个“王老师”，一个来自水的倒像，一个来自空气的正像。

“哇！”这个奇妙的画面，引得现场的孩子们连连惊叹。

“太空欢乐球”带来无限欢乐

在进行浮力实验前，王亚平先请地面课堂的孩子们将乒乓球放在水中，乒乓球密度小，自然是漂浮在水面。而在太空中，王亚平也准备了一杯水，她轻轻将乒乓球放进水中，球却没有上浮，而是稳稳地停在了水杯中央。

王亚平解释，在太空失重环境下浮力几乎消失，因此乒乓球不能上浮。随后，她盖上杯盖，并将水杯抛向叶光富。一抛一接之间，乒乓球依然在水中纹丝不动。

水球实验中，王亚平也邀请孩子们一起体验。在地面上，当孩子们把准备好的泡腾片放入水杯中，泡腾片迅速生成大量气泡，蹿向水面并消失了。而在太空中，王亚平向水球内注入蓝色颜料，然后取出一颗泡腾片，放进水球内。水球“沸腾”了！无数气泡在其中产生，但由于太空的失重环境，气泡没有离开水球，而是逐渐将水球充满。

“水球变成了充满欢乐小气泡的气泡球。”王亚平为它取名“太空欢乐球”。

12月9日下午，中国空间站“天宫课堂”第一课开讲，北京陈经纶中学劲松分校聚沙校区的同学们围在大屏幕前津津有味地观看直播课。本报记者 和冠欣摄

保障

高清不卡顿是如何实现的？

通讯员 王然 邹芳

9日下午15时40分，当稳定清晰的画面和清脆响亮的声音从九天之外传来，中国科技馆内直播授课地面课堂爆发出热烈的掌声。与此同时，神舟十三号乘组也能通过空间站内的液晶屏幕，清楚地看到地面课堂内孩子们的一举一动，并实时进行“天地对话”。

同学们与航天员之间的沟通延迟程度很小，对话几乎是“无缝衔接”。在“天”与“地”顺畅连通的背后，是中国航天人的密切配合协作。

航天科技集团五院空间站系统测控与通信分系统主任设计师易予生介绍，此次天地授课基于我国天链中继系统，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。

这条“信息天路”的畅通，是由北京空间信息传输中心全力保障的。

“受地球曲率的影响，要想实现对中国空间站的长时间持续测控，必须有覆盖范围广、传输速率高的中继卫星系统支持。”北京空间信息传输中心总工程师单长胜说。中心总体室工程师秦铭晨介绍，空间站绕地球一周约90分钟，假设开始授课时中国空间站正好运行到了中国正上方，到授课结束时，它已经飞到了地球的另一面。而依靠运行在距地面30000多公里的中继卫星，不仅可以精准捕获中国空间站，还可以进行图像、话音等高速数据传输。

答疑

天上的梦有什么不一样？

孩子们关心航天员在空间站的生活。叶光富透露，他们能发邮件、看电视，并和地面进行视频通话。王亚平说，在空间站看窗外，太空的天是深邃的，星星更亮，却因为没有了大气层的阻隔而不会“眨眼”了。在天和核心舱每天能看到16次日出，因为每90分钟，他们就会绕地球一圈。

在被孩子们问“天上的梦有什么不一样”时，王亚平回答，虽然宇航员在工作时常常飘来飘去，但睡觉时为了防止磕碰、保证安全，天和核心舱睡眠区配备了睡袋。不过，由于处在失重环境，无论用什么姿势睡去，都会有站着睡觉的感觉。

王亚平说，在太空睡觉时，她经常会做梦，而每次醒来的感觉是很特别的，“每次睁开眼睛，感受到四肢的力量、悬浮的睡袋，反而有一种做梦的感觉。”

解读

特别设计为孩子们种下科学思维的种子

“陀螺的开场，意味着一种传承。”中国科技馆科普讲师团副团长陈征说，从首次太空授课，到今天我们有了一个太空的常驻“教室”，这是一个特别的设计。

针对本次授课的实验设计，陈征表示，“天宫课堂”进行的一系列实验，设计主旨都是围绕“天地之间、不同现象”的思路进行的，要实现天地之间的互动，而不是单向的授课。在保障空间站安全的前提下，尽可能实现明显的实验对比效果，且操作尽量简洁，最终才选定了这些实验项目。

“我们不是简单地讲授知识，而是种下一颗科学思维的种子。”陈征说，今天设计的实验都是为孩子们展示一个神奇的现象，让孩子们仔细观察、思考，后续再加上学校老师的持续讲解、引导，相信不同年龄的孩子会有不同的收获。

“今天看到我们有这么豪华的‘科学教室’，我感觉十分自豪！”让中科院物理研究所魏红祥印象最深刻的，是三位航天员在开场时，首先带领孩子们参观了天和核心舱。“我们敢于向全球直播，这证明了我们的实力和信心。”魏红祥说，这次实验的设计，以展示微重力条件下的现象为主，直观地展示出了太空与地面环境的差别。为什么这次要重复进行水球试验？魏红祥说，八年前授课时，虽然也进行了水球注入空气的实验，但当时“双像”并没有被清晰地呈现在镜头前。这次授课时，航天员特意进行了“运镜”设计，让孩子们能更清楚地看到奇妙的现象。

魏红祥还透露，叶光富的转身实验可以部分在地面“复现”，例如人在游泳池中，或站立在一个可旋转的圆盘上，都能够实现上身左转、下身右转的现象。

12月9日下午，中国空间站“天宫课堂”第一课开讲，北京陈经纶中学劲松分校聚沙校区的同学们一边观看直播课，一边在老师的指导下做相关的科学小实验。本报记者 和冠欣摄

互动

小学生与“太空教师”隔空做实验

北京日报记者 牛伟坤

将铅笔插进装满水的袋子、用泡腾片演示火山喷发、将水滴滴在硬币上观察水的表面张力……9日下午，在陈经纶中学劲松分校聚沙校区，孩子们对照着“天宫课堂”的课表，与“太空教师”一起隔空做起了实验。

“1，2，3……28！‘小水池’溢出来了！”小学三年级的科学课堂上，一名男生手持滴管，一边小心翼翼地将水滴滴在硬币上，一边大声地数着数字。这是科学老师白燕为孩子们设计的“硬币小水池”实验。“滴在硬币上的水滴为什么没有立刻流出来，而是形成了‘小水池’呀？”有学生不解。“这是因为像水这种液体会产生一种使表面尽可能缩小的力，这个力被称为‘表面张力’。”白燕适时给孩子们补充科学知识。

“‘天宫课表’一公布，我就开始备课了。”白燕说，她最关注的是课表中的“水膜张力实验”，“我们前期已经带领学生们了解了有关水的知识，水膜的张力实验将会是我们前期学习的很好拓展”。白燕将实验的目标定位在让学生在趣味实践中了解水的表面张力，感受表面张力在地面与太空的不同魅力。除了“硬币小水池”之外，她还准备了“洗洁精推动纸船”“铅笔插进水袋不会漏”等实验项目供学生们选择。“太空是一个微重力的环境，微重力会让表面张力更显神威。”感受着太空与地面实验的不同，孩子们被表面张力的神奇魅力所折服。

将色素倒进水杯，搅拌后再倒入食用油，用镊子夹起泡腾片投入杯中，霎时间气泡翻腾起来……四年级的科学课堂上，孩子们欢呼过后满满的困惑，“老师，我们的泡腾片实验怎么跟屏幕上的实验不一样呀？”科学老师范海艳同孩子们一样兴奋，“在空间站微重力的环境下，浮力消失了，泡腾片扔进水中产生的气泡也不再上浮，而是相互挤压，水球也会被气泡撑得越来越大。”孩子们恍然大悟。

“科学实在太神奇了，我真想当个航天员呀！”四年级学生岳翊璇语气中充满了期待，梦想的种子在心中悄然种下。六年级学生周欣瑶则对太空授课中企鹅服的展示印象深刻，“我觉得特别震撼，原来航天员在太空中是这样生活的，这次授课让我对科学和航天的兴趣更浓厚了。”六年级学生李浩玮则充满了自豪，“‘天宫课堂’背后展示的是我们国家的科技实力，我觉得特别的骄傲，希望自己未来也能为科学发展作出贡献。”

该校德育主任刘亚琨介绍，在得知太空授课的消息后，学校就谋划着如何更好地将“天宫课堂”转化为学生科学教育的资源。“前期在科技月等系列活动中，我们已经对学生进行了航天知识的科普，孩子们都有着浓厚的兴趣。”过去几天，老师们集思广益，综合考虑实验材料的可获得性、实验的可操作性、小学生的接受能力等，从“天宫课表”中选取了多项地面互动实验。学校设想，未来，要将航天科普教育以“给宇航员写封信”等形式延续下去。