2013年，我国航天活动精彩纷呈，其中太空授课活动在全国乃至世界产生了较大影响，至今令人难忘。2013年6月20日上午，神舟10号航天员王亚平通过聂海胜、张晓光协助在天宫1号目标飞行器实验舱内进行了约40分钟的太空授课活动，圆满为全国青少年进行了质量测量、单摆运动、陀螺、水膜和水球共5项太空科学实验，拉开了我国在自己的载人航天器上开展太空教育的序幕。
得天独厚很奇妙
众所周知，在太空飞行的载人航天器内与地面有天壤之别，最显著的特点是存在地面难以模拟的长期失重环境。在那里人人好像都会轻功，可以像游泳一样随意飘来飘去。6月13日，航天员聂海胜、张晓光和王亚平都是以这种方式先后从神舟10号飞船飘入天宫1号目标飞行器内的；航天员各个均能成为大力士，可毫不费力地举起任何东西，甚至能轻松表演“一指禅”；他们的睡觉也不分上下，可以站着睡，也能倒立睡，高兴时还可不固定睡袋，当一回“夜游神”；吃东西时也能像小鸟一样，把食物放在空中后用嘴去接着吃……
载人航天器内的失重环境不仅使航天员的生活变得十分奇妙，对物理、化学、材料、生物、医学等领域也会产生重要影响。在那里，液体中密度不同的成分不会发生沉淀和对流；水和蜡烛燃烧都会呈球状；许多成语也要修改了，比如：脚踏实地、飞流直下、空中楼阁、危如累卵、摇摆不定等成语在失重环境中都不适用了，在那里水不再往低处流，甚至用竹篮也可以打水。真可谓“不一样的世界，不一样的感受”。
为了引起学生们和老师们对太空探索的兴趣， 激发他们在科学、技术、工程和数学领域方面研究的兴趣和灵感，吸引更多的学生今后加入到这些领域和航天事业的队伍中来，美国航空航天局已将太空教育确定为自己的三大使命之一。其三大使命是：“理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。 美国航空航天局要求在其各项任务中都要加入太空教育的内容，并每年为此投入1亿～1.5亿美元经费。
现在，载人航天的空间应用项目主要包括医学与生物学研究、生物工程、空间技术、材料科学、教育活动、地球物理学及对地观测等7个方面的科技研究性应用。由此可见，太空教育已成为载人航天的一项重要内容，是连接青少年学生与载人航天事业的最好桥梁，因而已受到越来越多国家的重视。
世界最高课堂
太空教育有多种形式，其中在太空授课是最典型的一种方式，那里称得上是世界上最高的课堂，可对培养青少年探索太空的兴趣产生积极影响。
此前，全球只有美国女航天员巴巴拉·摩根曾于2007年在“国际空间站”上对地面青少年进行过一次授课。在摩根的太空授课活动中，一个学生想了解航天员是如何在太空中锻炼身体的，摩根没有直接回答，而是将身旁2个身材魁梧的航天员举了起来，一手一个，并装出一副很吃力的样子。另一个学生想知道如何在太空喝水，摩根便从一个特制的饮水袋中挤出几个水珠，然后她和同事们用嘴接住四处飘动的水珠并吞下去。学生问摩根，航天员在太空中如何保持个人卫生，摩根马上往自己的脸上喷射肥皂水，演示她是怎么洗脸的。另一个航天员还演示了如何刷牙：漱口水需要吐到专用毛巾上，因为在太空微重力环境下，水不会往低处流。
我国原定由神舟9号航天员在太空为青少年授课，但后来因任务紧张而取消了。神舟10号航天员王亚平在天宫1号内通过电视直播的形式进行了我国第一次、世界第二次太空授课，向地面的中小学生展示失重条件下的特殊物理现象，了解液体表面张力的作用，从而激发青少年的兴趣，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。由此不难看出，我国的太空授课与美国的太空授课有明显的差异，美国太空授课的内容是介绍和演示太空生活，而我国太空授课的内容是介绍和演示物理概念，所以我国太空授课的科技含量较高，难度也较大。
2013年6月13日，世界第一位太空女教师摩根致信即将在“天宫”上授课的女航天员王亚平：“亲爱的王亚平：在你环绕地球而行并准备从太空授课之际，我代表全世界的教师和学生向你致以荣耀和爱的问候。我们为你骄傲。我们希望你和你的乘员组同事平安和成功。你在那里一定非常忙碌，但请记得花些时间望向窗外，因为中国和这个世界美丽迷人。您真诚的芭芭拉·摩根。”
2013年6月20日，王亚平在结束太空授课后，立即从天宫1号通过电子邮件给摩根发了回信，信中写道：“亲爱的芭芭拉·摩根女士：在遥远的太空收到您的来信，我和我的同事感到很高兴，谢谢您对我们的关心和祝愿，对您为世界载人航天和教育事业做出的贡献表示敬佩和敬意。今天，我们顺利完成了太空授课活动，与亿万中国学生一起分享了太空的神奇和美妙，收获了知识和快乐，希望您和世界各地的教师、学生看到后能够喜欢。飞行期间，我经常会通过舷窗遥望我们美丽的家园。太空寄托着人类美好的向往，知识是走向太空的阶梯。我们愿与您一道为开启全世界青少年朋友热爱科学、探索宇宙的梦想共同努力。”
太空实验有多种
至今，国外已利用载人航天器中得天独厚的失重环境进行许多有趣的太空实验，其中不少是青少年参与实施的。太空实验的入选条件是所需要的材料和设备必须安全可靠、质量小、体积小、功耗小、对航天员健康无影响、不会污染座舱环境等。当然，也要满足创意新颖、简单可行、不需要花费航天员很多时间等要求。
在美国航天飞机服役期间，专门在航天飞机的大货舱内安装了用于太空实验的“搭载箱”，想在航天飞机上进行实验的学生可租用它。“搭载箱”可放置用于实验的“零星搭机实验”专用容器，根据大小和质量的不同分3种型号，收费的标准分别为10000美元、5000美元和 3000美元。有些国家为了培养青少年对太空科学的兴趣，为其学生租下“搭载箱”进行太空实验。
目前，在“国际空间站”的各国实验舱内，也有进行植物发育实验的“太空温室”、 对植物生长的环境参数进行精确控制的先进航天培养皿、观察外太空对材料影响的“手提箱”、可完成各种生理实验的“实验架”、能进行各种实验的“手套箱”等各种太空实验设备。除用于航天员进行预定的科学实验外，学生们可以根据自己实验的需要申请现有的实验设备。如果需要特殊的实验设备，学生可以或在有关科研单位的协助下研制。
其实，早在“国际空间站”建造初期，驻守其间的航天员就意识到了太空生活、失重环境下的种种奇妙现象对于学生的巨大吸引力。所以，他们在繁忙的工作之余尽可能地抽出时间和学生交流，甚至亲自做一些实验演示。至今，一批又一批航天员用自己的经历和行动，鼓舞和启迪着全世界数百万计的学生。“国际空间站”现已完成了几十项学校与学生的科研项目，在太空开展了教学实验活动，设置虚拟课堂和虚拟演示验证课。例如，把蝴蝶、蜘蛛等送到“国际空间站”，以作为一项教育实验的一部分。2012年，美国“龙”飞船把全美多所高校学生参与的23项研究运送到太空，后又带回地面。这些学生的研究项目是“学生航天飞行实验计划”的一部分，该计划给学生提供机会，设计微重力下物理、化学和生物学方面的研究项目。
失重科学较直观
在失重科学实验方面，国外已进行了不少有关物理和化学方面的太空实验，例如，在“国际空间站”上，美国航天员佩蒂特做过的液体实验十分有趣：他先从饮水袋出水口慢慢挤出一些水来，由于水在失重环境中不受重力的影响，液体表面张力起主导作用，所以水能飘浮在空中，且不呈水滴状，而呈球状；接着，他用注射器向水球中间注入了一些气体，形成了水气球；之后他又借助于针头小心翼翼地将水注入边缘，结果里面的泡泡发生旋转；然后他将有色饮料注入水球，制作出彩色水气球；最后他用激光照射水球，展示了彩色水气球，它有许多小泡泡发生弹跳并反射光线。
众所周知，水烧开时会出现沸腾现象，这是因为水在被加热时，底部的水先变成蒸汽，使容器底部产生小气泡，并被重力引起的对流带到容器上部，当容器中的水受热超过其饱和温度时，在水的内部和表面同时发生剧烈汽化的现象，整个水就沸腾了。但在失重状态下，由于没有对流和浮力，加热产生的气泡会一直附着在容器底部停留很长时间，最后形成一个大气泡，漂浮在水中。研究失重环境中的沸腾现象对太空或地面工程中的散热设计很有用，可防止出现“空气锁”。
燃烧是一种常见现象，但其过程与重力有很大关系，可能是一般人没想过的，常见的泪珠状火焰就是因为重力引起的对流产生的。蜡烛在地面燃烧时，由于加热后的周围气体密度低而上升、较冷的气体从下面补充进来形成的对流作用，将蜡烛的火焰拉长呈泪珠状，并且由于炭黑来不及充分燃烧就被带走，使火焰呈红黄色。在太空失重环境中，没有了对流现象，蜡烛不仅燃烧速度比地面慢得多，且其火焰呈球状，炭黑也能够充分燃烧，使火焰呈蓝色。
失重环境还会改变动物的行为。例如，在2003年美国哥伦比亚号航天飞机失事前的16天中，航天员每天多次地观察和拍摄蚂蚁的行为和筑巢进程，共进行了80多次实验，并将实验的情况及时地传送到地面，学生们每日从互联网链接中下载数据，其中包括蚂蚁行为的录像和静态照片。原先猜想在失重环境中，蚂蚁会分不清上下，行动迟缓，筑巢的速度也会减慢，但通过发回的照片和录像发现，太空蚂蚁更活跃，会疯狂地挖隧道，但挖隧道的方式与地面蚂蚁不同。地面蚂蚁是沿着蚂蚁工坊的四周挖隧道，而太空蚂蚁挖隧道的方向没有规律，更随意。
演示视频最常用
由于太空授课的次数和时间十分有限，而太空实验对青少年又有很好的启迪作用，所以上述太空实验除了可采用太空授课的方式进行演示外，目前还常采用视频传输的方式进行演示，即航天员在载人航天器内录制学生感兴趣的太空实验，然后在通信信道不忙时把教育演示视频用中继卫星传输到地面，被广泛用于全世界的教育者进行科学演示，学生们也可通过网络直接下载航天员演示视频。
现在，有的航天员在空闲时常录制进行太空实验的教育演示视频，在“国际空间站”已录制了数以百计的教育演示视频，其中不少是演示物理定义和规律，如演示失重环境中物体的质心、旋转、共鸣、波动、水滴、牛顿定律、质量和重量、线性动量、角动量守恒、液体表面张力、速度与能量和做功、伯努利定律、向心力与加速度等。
这些演示视频丰富多彩，除了拍摄航天员的太空生活——睡眠、工作、科研活动外，更多的是借助“国际空间站”奇妙的失重环境和现有器材，进行基本定律的演示。为了更加形象地演示这些规律，同时也为了使航天员更加有兴趣参与，每次演示都需要用到一些教具，为此，陀螺、跳绳、足球、回旋镖、溜溜球、纸飞机、曲棍球等很多地面的运动、游戏和玩具都被搬到了空间站上。
制作这些视频虽然不需要耗费额外的能源或者特别的硬件设备，但需要至少2名航天员配合，他们一个负责摄像设备，一个负责演示。教育演示视频已成为“国际空间站”一项成功的太空教育活动，它只需要简单的教具和利用失重环境，就可把物体运动特性、液体表面张力等在地球上不容易理解的概念讲得生动有趣，并让更多的学生参与到真正的太空任务和实验当中来，接触前沿航天设备，获得前所未有的体验，极大地激发了学生的好奇心和创造力。
中国行动早开始
在王亚平进行太空授课之前，我国已展开过多项太空教育活动。例如，我国多次进行了“中国青少年航天飞机科学实验方案”的征集活动，并积极参加航天飞机和我国卫星的搭载实验；专门为我国青少年科技爱好者发射希望1号小卫星，并启动了希望1号卫星搭载方案征集活动；多次举办航天夏令营和体验营，对中小学生进行航天知识教育；多所高等学校的学生参加航天硬件设计（如月球车）和太空实验；组织学生与“国际空间站”航天员通话等活动。
我国曾从全国各地征集的上万份提案中评选出5项由中、小学生提出的上天方案，它们是：用胶粘法控制航天飞机舱内垃圾；液态混合物的凝固；微重力环境对草履虫生长和繁殖的影响；失重环境中固〜液表面间的相互作用；蚕吐丝织茧实验。这5项实验先后登上美国的航天飞机，但最后结局不完全相同。前4项实验中除了草履虫实验由于电池工作寿命限制未获得成功外，其余3个方案都取得了很好的结果。最不幸的是第5项蚕宝宝实验，由于哥伦比亚号航天飞机在返回过程中解体，中国的蚕宝宝也随着7名航天员“为国捐躯”了。为了实现学生们的心愿，我国航天部门让蚕宝宝登上了中国的第22颗人造卫星。太空蚕回到地面后，学生们与科学家一起分析太空飞行对蚕宝宝和它们后代的影响。这是首次中国航天器搭载由孩子们自己设计的实验，对中国航天科技的发展具有开创性意义。
我国还曾多次举行过太空美术展、航天体验营等多种航天科普活动。2013年6月21日，在中国科学技术馆举行了“航天科普大讲堂”系列活动启动仪式。2013年12月28日，“航天科普大讲堂”全国系列巡讲在上海科技馆举行，嫦娥3号探测器系统副总设计师张玉花、中国空间技术研究院研究员庞之浩以科普的方式向公众介绍了世界探月技术的进展。
其实，在太空教育方面还有多种方式，如办太空教育网站，其内容有适合于教师的，也有适合于学生或儿童的。对不同年龄的学生，提供不同的阅读材料或者教材。对航天教育感兴趣的教师们也可从网上获得适合自己教学所需要的教材和教学用具，而且可以了解最近航天部门为学生们提供参加航天活动的计划，有心的教师有可能通过它为自己的学生争取到参加太空实验的机会。由上述可见，太空教育的前景是十分广阔的。
中国太空女教师王亚平的太空授课开辟了我国太空教育的新篇章。2020年前后，我国将建造空间站，可以相信，届时我国的太空教育会更加丰富多彩。
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