追踪科技热点，点燃学习激情

——高中通用技术课程讲座式教学初探：《“嫦娥工程”专题讲座》教学实录

［探索缘起］：早在《技术试验及其方法》这节课中，笔者就以“嫦娥工程”的三维模拟动画为例讲解了“虚拟试验法”，当时只想在讲课的同时向学生做一个简介。然而当上到《设计的一般原则》时恰逢“嫦娥一号”成功发射，笔者仔细思考发现：“嫦娥工程”是学生十分关注的重大科技事件，它既能和“设计原则”的教学内容相符合，又有几个学生能够理解的关键技术可以讲解——堪称不可多得的技术教学素材；而且此次长三甲火箭的成功发射和厦门有密切的联系，我校的天文协会亦有突出的表现——这些一定能够激起学生爱祖国、爱家乡、爱学校的热情，是进行情感教育的绝佳素材。于是我着手搜集相关资料，准备上一堂专题讲座课。

［教学内容］：１、“嫦娥一号”的发射和运行情况；发射当天厦门天文爱好者、厦门航天测控中心和厦门双十中学天文协会的活动情况；２、火箭残骸的处理情况；简介卫星整流罩并以其为例分析各条设计原则之间的关系；３、卫星变轨的原理和意义；４、“嫦娥一号”的飞行过程和主要任务。

［教学目标］：１、加深学生对各条设计原则之间关系的理解；２、激发学生的民族自豪感以及爱国、爱乡、爱校的热情；让学生了解科研的艰辛与荣耀；３、让学生了解或理解相关的航天技术；４、让学生了解“嫦娥一号”的奔月过程和工作任务，保持他们对“嫦娥工程”的关注。

［教学重点］：以卫星整流罩为例讲解各条设计原则之间的关系。

［教学难点］：卫星变轨的原理与意义。

［教学过程］：

一、导入

　　师：同学们，这些天你们最感兴趣的事件和话题是什么？

　　生：“嫦娥工程”！（“嫦娥一号”、嫦娥奔月等）

　　师：看来大家都十分关心“嫦娥”啊！（众生笑）那你们有没有看到发射现场的实况录像啊？（几乎所有的学生都摇头说没有）好多人说没看到。我们国家几千年来这是第一次发射月球探测器，没有在第一时间见证这么伟大的历史时刻不能不说是人生的一大遗憾啊！（众生叹息）那当晚有没有人试着用肉眼搜寻一下“嫦娥”的身影呢？（很多人表示惊讶；几乎没有人看到）也没有啊！你们知不知道：运载“嫦娥一号”的长三甲火箭发射后仅仅５分钟就飞过了厦门的上空！（很多学生大吃一惊）“嫦娥”飞过的省份不超过8个，全国13亿人可不是人人都有这个运气能亲眼看到它的。如果你们也错过了，真可谓是人生中的又一大遗憾啊！

　　（众生皆沮丧懊悔）不过，别担心：你们不会抱憾终生的——这节课我们就一起来回顾一下火箭升空的精彩瞬间、了解一下“嫦娥”飞天的艰辛历程。　　  

二、回顾火箭发射当天的一些情况

　　师：首先，我们就让时间倒转，赶快回到那个激动人心的现场去看一看。

　　［播放新闻视频：包括发射现场的实况录像及“嫦娥工程”的简介］

　　师：虽然不是第一时间、第一现场，但是我看到有的同学依然紧张地屏住呼吸，看到发射成功了才眉开眼笑。可以想象：如果这是现场直播，你们一定会欣喜若狂，我相信每个有血性的中国人看到这样的场面都会热血沸腾、奔走相告；它让我们扬眉吐气的程度丝毫不亚于申奥成功。就连美国也不得不叹服：“嫦娥一号”发射成功是一个了不起的成就！这是我们每个中国人的骄傲！

　　师：下面还有让我们开心的事：“嫦娥”在飞离祖国大陆前专程赶来厦门和我们“道别”来了。让我们看一看当时的情景。

　　［屏幕显示厦门天文爱好者拍摄的照片］

　　师：当天傍晚，许多天文爱好者齐聚狐尾山气象台，早早地就架起了他们的“长枪短炮”恭候“嫦娥”的“驾临”。而他们也确实不虚此行、满载而归：左边这幅是专程从苏州赶来的天文爱好者拍摄的，火箭的飞行轨迹在天空中留下了一条优美的弧线；右边这幅则是咱们厦门的天文爱好者拍的，当时录制的电视报道被中央一套转播。可见：是我们厦门的天文爱好者用自己的镜头向全国发出了喜讯；与此同时，是我们厦门人民代表全国人民和“嫦娥”依依惜别——这是所有厦门人和准厦门人的荣幸与骄傲！

　　仅仅是爱好者和普通群众热情就如此高涨，业内人士的心情就不言而喻了。而专业人员不仅在西昌有、在北京有，在我们厦门也有！他们是谁呢？（众生疑惑）他们就是默默无闻、鲜为人知但却在这次发射任务中立下大功的：厦门航天测控中心。

　　[屏幕显示厦门航天测控中心此次任务的相关资料和现场图片]

　　师：在此次对火箭的整个测控过程中，厦门是非常重要的一环，可以说“嫦娥一号”发射成功厦门测控中心功不可没。那么他们究竟做了哪些工作呢？我已经在屏幕上给出了一些资料，下面请一位同学来为大家热情洋溢的播报一下。（众生都低下了头，出现冷场）你就把自己想象成是中央电视台的记者，正在测控中心里报道这里的工作情况，你想一想应该怎样用自己的热情去感染观众。有志从事新闻工作的同学：这是个很好的锻炼机会啊。

　　[在众生的推举之下一名男生终于上台，尽管不够流利但情绪饱满，还是赢得了一片掌声]

　　师：好，感谢前方记者的精彩报道！虽然整个测控过程只有短短的几分钟，但是测控中心却要用几年的时间来精心准备，这期间的紧张忙碌、枯燥乏味和困难与挫折是常人难以想象的，科研人员必须要耐得住寂寞、顶得住压力，最终才能厚积薄发；而一旦苦尽甘来，为祖国和人民赢得的荣誉会让他们觉得付出的一切都是值得的，一种巨大的成就感和满足感便油然而生——科研的魅力正在于此。

　　除了天文爱好者和科研人员，还有一群人也密切的关注着“嫦娥”，他们就在我们身边，看看他们是谁？

　　[屏幕显示我校天文协会当天观测活动的照片。一看到自己的校友，学生们顿时兴奋了起来，争相指出自己的熟人，无不感到惊异与新奇]

　　师：也许是你的熟人、也许每天在校园里与你擦身而过——他们都是我们双十中学天文协会的同学们。当晚他们在人民会堂旁的草坪上开展观测活动，受到了众多媒体的采访。看到这张照片左上角的台标了吗？（众生看到中央一套的台标后发出了感慨）没错，据说这段电视采访也在新闻联播中播出了。这些同学们面对镜头侃侃而谈、非常激动，但即使是在那么兴奋的状态下，他们依然很镇定：说话有条不紊，思维清晰敏捷，很好的展现了我们双十学子的风采。总之，这次天文协会的表现是我们所有双十人的骄傲！

　　好了，对于当时现场的回顾就告一段落，下面进行后续的跟踪报道。

三、火箭残骸的善后处理介绍、讲解整流罩作用及各设计原则间的关系

　　[屏幕依次显示长三甲火箭残骸与整流罩残骸图片，并介绍坠落地点与善后处理情况（一级火箭残骸坠落在贵州省；整流罩残骸掉落在广东省，已被护送到韶关军分区，日后将运回北京。两地均未造成任何伤亡。）]

　　师：现在我们知道了：火箭发射升空后，其一级火箭残骸坠落在贵州省、整流罩残骸掉落在广东省；且火箭离开大陆时路过了厦门——根据这些信息，你能否大致画出火箭的飞行轨迹呢？

　　[在屏幕上显示中国政区图底图（即没有标注省份名称），让一名学生上前画出飞行轨迹]

　　师：很明显，火箭升空后是向东偏南方向飞的，设计这样的飞行方向有什么好处？

　　生１：可以利用地球的地转偏向力把火箭“抛”向东方。

　　师：为什么火箭会被“抛”向东呢？

　　生２：因为火箭的惯性很大，在发射前它随地球一起转动，于是就有了自西向东运动的初速度，所以发射升空后会向东运动。

　　师：非常正确！科学家们正是利用了这一点，因势利导让火箭沿初速度方向继续运动，从而节省了火箭的燃料。

　　［屏幕显示火箭图片］下面我们回过头来说整流罩。它是火箭的哪一部分？

　　生３：火箭的“头部”。

　　师：没错，它通常都在火箭的最顶端。它主要起什么作用？

　　生４：保护卫星。

　　师：是的，它的主要作用就是保护其内部的卫星不受外界不利环境因素的侵扰和损害；而且整流罩内的温度、湿度可以调节,以保证卫星有良好的工作环境。但就整流罩本身而言，实际上就是一只金属外壳。它被抛落后经过与大气层的剧烈摩擦最后重重的摔在地上，很显然不可能再次使用了，那我们为什么还要花那么大的气力把它运回北京呢？

　　众生：可以回收再利用、重铸新的整流罩；有纪念意义……

　　师：是的，这可是我国第一个月球探测器的整流罩，见证了我国航天事业的新历程。所以我觉得国家会把它珍藏起来，日后进行科普展览会有很好的纪念意义和教育价值——这可比当作废铁回收的价值大多了！这种回收利用其实就是对哪条设计原则的体现啊？

　　众生：可持续发展原则。

　　师：对了。［屏幕显示“神州五号”和“嫦娥一号”的运载火箭］大家注意看：这两只火箭的整流罩在大小和外形方面存在着明显的不同。这是因为它们运载的卫星具有不同的功能和用途，所以其体积和形状也就各不相同了。因此不同卫星的整流罩一般是不能互换使用的，通用性差——这违背了设计的哪条原则？

　　众生：技术规范原则。

　　师：没错。由此导致的后果是：如果针对每一颗新卫星都必须重新设计、制作新的整流罩，那么势必会增加时间消耗和生产成本。为此各国正在积极的开展卫星接口标准化、分离通用化和整流罩标准化的研究。国外统计数据表明：完全定制的整流罩的费用，大约比标准整流罩的费用高出75%。所以，一旦采用标准化设计与生产，就可以大大降低发射费用、缩短发射准备时间，而且能提高发射的成功率和可回收性。可见：在遵循技术规范原则进行设计的同时也促进了经济原则和实用原则的实现，由此可知设计的各条原则之间是相互联系的，有时是可以互相促进的。当然，一旦整流罩有了统一标准，也就意味着其设计将一成不变。这显然会制约哪条设计原则的实现？

　　众生：创新原则。

　　师：是的。可是，对于整流罩而言，创新是必须遵循的原则吗？在设计中你会优先考虑它吗？

　　生5：我觉得没有必要考虑它，因为这里所谓的创新很大程度上只在于外形上的变化，价值不大。这里应该优先考虑经济原则和实用原则。

　　师：很好。在设计中，各条原则相互制约的情况时有发生，这就需要我们统筹全局、权衡利弊，从而做出必要的取舍。

四、讲解卫星变轨原理与意义

　　[屏幕显示“嫦娥一号”的全部飞行轨迹图]

　　师：我们经常会听到“卫星变轨”这个词。顾名思义：就是指卫星要变换轨道，可关键是为什么要变轨呢？这得先从万有引力说起。

　　[取出事先准备好的教具：一只拴有细线的小球]

　　师：宇宙万物中任意两个物体间都存在的引力，这种力在天体间尤为显著，因为它们质量巨大。绕地卫星也正是由于地球引力的存在才能保持在同一轨道运行。如果把我的手当作地球，把这只小球当作卫星，把细线当作它们之间的引力，则卫星绕地飞行可以近似的这样模拟。

　　[保持手在中心位置不动，用细线拉住小球绕中心匀速转动几秒后停止加速，让球自然坠落]

　　师：可见，若想让卫星保持在固定轨道上运行就必须保证它具有一定的速度，否则它就会被地球的引力吸到地面。现在我们逆向思考：如果卫星的飞行速度逐渐增大会出现什么情况？

　　众生：会挣脱地球引力飞得更远。

　　师：对，它的运行轨道会逐渐增大。当它的速度达到第二宇宙速度时就将摆脱地球的束缚飞到外太空去。绕地飞行时，变轨的目的就是要使卫星的速度逐渐增大，每次加速卫星的轨道都会增大。最后选择一个合适的时机加速，使卫星离开地球直奔月球飞去。

　　生6：为什么不让卫星一次加速到第二宇宙速度呢？

　　师：问得好！理论上这是可能的，但是会耗费更多的燃料。变轨加速还有一个好处：就是可以有足够的时间进行更为精确的测控，从而保证卫星以正确的速度和方向飞向月球，而且意外发生时也来得及实施应急预案。

　　那么，当卫星接近月球时会怎样改变速度、变换轨道呢？

　　众生：卫星应该减速，把轨道逐渐变小。

　　师：为什么？

　　生7：由于月球质量较小，所以它对卫星的引力也较小，如果卫星还按第二宇宙速度飞行的话，月球就无法束缚住它了。

　　师：说到很对，这也是卫星点火减速才能接近月球的原因。好，最后，我们再看一下“嫦娥”的奔月之旅，希望大家能一直关注它的命运。

［播放清晰版“嫦娥工程”全过程３Ｄ模拟动画后下课］

［教学反思］：

　　１、由于学生兴趣浓厚，且所讲内容和他们的学习、生活紧密联系，所以本节课取得了良好的教学效果。因为物理学科还没有讲授万有引力和圆周运动的知识，所以笔者采用了比较直观的演示法讲解卫星变轨问题，使学生有了初步认识，对日后学习起到一定的抛砖引玉的作用；

　　2、在让学生上台模仿记者报道时，多数班级都不够踊跃。笔者认为原因是课堂氛围不够轻松，所以在如何调动学生情绪、活跃课堂气氛方面还须改进；

　　3、学生参与度不够。如果条件允许，最好把学生分组：让他们在课前分别去查找各个方面的资料，经过老师的补充和订正后，让他们在课上分别讲解相关的知识内容，这样应该更能激发学生的学习热情。