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人教版高中地理必修第一册
问题研究　火星基地应该是什么样子
教学目标
序号 内容目标 核心素养目标
1 了解火星表面的自然状况,探究人类定居火星的条件与风险,增强科学精神和创新意识。 地理实践力
2 应用地球的宇宙环境等所学知识,结合“知识拓展”提供的资料,加深对“行星地球的特殊性”的理解,强化环境保护意识。 综合思维
3 通过设计火星基地,提高查找、收集、分析资料的能力,增强合作意识,激发想象力。 地理实践力
教学重难点
重点:火星基地建设的基本条件。
难点:火星基地的设计
教学方法
教法:使用图片、视频等直观教学方法,了解火星的基本概况和火星基地建设的基本条件。
学法:学生通过查找、分析资料,合作探究,提出火星基地的设计方案。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体教学设备、实物投影仪。
【导入新课】我们为什么要去火星 著名天文学家、科普作家卡尔·萨根就曾解释过人类探索火星的原因,在他看来,首先,火星是地球上人类可以探索的距离较近的行星之一;其次,大约40亿年以前,火星与地球气候相似,也有河流、湖泊甚至可能还有海洋,未知的原因使得火星变成今天这个模样,探索使火星的气候变化的原因,对保护地球的气候条件具有重大意义;此外,他还列举了诸如长期来看,火星是一个最有可能供人类移居的星球等理由。
这些理由一定程度上得到了全世界科学家的认可。近年来,各国科学家更是逐渐达成共识,火星确实是离地球最近也最可能适合生命存在的另一个星球。我国首次火星探测任务工程总设计师就说到,深化对火星演变的认识,可以为保护地球、扩展人类生存空间提供帮助。
值得注意的是,探索火星在工程上也更可实现。根据专家介绍,火星具有可达性——基于人类现有的航天能力,飞行8~10个月的时间可从地球到达火星,任务周期比较合适。对人类而言,火星也具有环境可适应性——火星具有与地球最接近的环境,让机器人或人类生活在火星成为可能。
一、人类对火星的探索
【提出问题】根据个人搜集的材料,思考回答:人类已经对火星做了哪些探测研究
【学生展示】如下的一些资料等:
1962年,苏联“火星1号”探测器飞越火星的尝试失败。
1964年,美国发射“水手4号”火星探测器,1965年成功掠过火星,并传送回第一张火星表面的照片。
1971年11月,美国发射的“水手9号”火星探测器进入火星轨道,提供了完整的火星地貌图并对火星大气层进行了研究。
1996年,美国发射“火星探路者”火星探测器,1997年7月到达火星。此次观测的火星地面范围是有史以来最大的。着陆舱发送回数千张照片,火星车也发送回550张图片。
2001年,美国发射“奥德赛”火星探测器。“奥德赛”于同年10月到达火星,其主要任务是在火星上寻找水或冰,并对环境进行研究。同时,“奥德赛”还将作为后续探测器的通信中继站。
2003年,欧洲航天局发射“火星快车”探测器。探测器于2003年12月到达火星。
2012年8月6日,美国“好奇号”火星探测器在火星表面成功着陆。“好奇号”火星探测器在火星进行了为期两年的探测活动,目标直指寻找生命踪迹。截至目前,美国共向火星发射了15个探测器,包括登陆到火星地表的“勇气号”“好奇号”“机遇号”等探测器。
2018年,NASA发射“洞察号”探测器探索火星地质结构,而NASA的终极目标是2030年后将宇航员送上火星地表。
中国计划于2020年前后实施的火星探测目前进展顺利,探测任务中将完成对火星的环绕和着陆巡视探索,收集火星的空间环境、形貌特征、表层结构、大气环境等重要数据。
【视频播放】NASA火星探索20年历程。
二、火星概况
学生阅读教材,观看PPT资料,结合所学,从“火星在太阳系中的位置”“火星体积与质量”“火星大气”“火星水”“火星土壤”“火星温度”等维度对火星资料进行归类。
【合作探究一】1.分析火星适宜人类生存的条件。
2.分析火星不适宜人类生存的条件。
【学生展示成果】
1.适宜的条件
如火星也围绕太阳运行,宇宙环境安全;火星到太阳的距离与地球接近,自转轴倾角、自转周期均与地球相近,有大气层,有少量的水等。
2.不适宜的条件
大气:火星的大气层极薄,这就意味着航天器在火星表面下降的过程中,空气阻力在减速上不会起到多大作用,这也意味着火星上缺乏供人类呼吸的氧气。
温度:火星上的平均气温为华氏零下52度,冬天两极的温度更是低到华氏零下225度,所以火星大部分地区都是四季严寒的状态。
液态水:严寒的气候使液态水无法存在。
恶劣的环境:火星上还经常有非常严重的超级大沙尘暴,大风也不是人类能直接抵抗的。火星上没有食物来源,还需要承受强烈的宇宙射线。
【教师提问】如果在火星上生活,人类还需要创造哪些生存条件
【学生回答】
火星尚不具备、需要人类自己创造的条件:适合人类呼吸的大气、适宜的温度条件、可以饮用的液态水、要有生产太阳能所需要的充足阳光,能使空间站获取足够多的能源、防御宇宙辐射的措施等。
【过渡】尽管目前人类在火星上无法生存,但随着技术的进步,也并非不能实现。如何改造火星不利于人类生存的条件以及是否可行,看我国对这一问题的研究。
三、绿航星际
学生阅读资料2“绿航星际”。
【合作探究二】1.“绿航星际”实验平台为什么要在封闭环境进行
2.“绿航星际”实验平台模拟的是什么
3.“绿航星际”实验对火星基地的建设能提供哪些参考
【教师讲解】
火星表面环境恶劣,人类很难生存,或许可以尝试在密闭的人造环境中生存。
封闭环境内的大气、水和食物的循环再生,恰好就是在模拟地球表层大气圈、水圈、生物圈。如火星并不具备人类生存的条件,可以尝试制造人造可循环的封闭环境。
“绿航星际”基于生态学原理实现封闭环境内的大气、水和食物的循环再生,建立适合人类长期驻留的生命和健康保障体系,减少地面物资补给需求,为人类走向火星打开了新局面。
四、应用探究
假设火星基地分为登陆区、居住区、科研区、能源区等几个站区。选择你感兴趣的一个站区,从形态、功能、防护等方面提出一个设计方案。最后画示意图,把不同的站区对接起来,形成一个完整的火星基地。
要求:课堂分组,讨论并记录小组可能面临的问题。
1.课下分小组搜集资料;
2.通过请教老师、专家等完成任务要求,并形成设计方案;
3.课堂成果展示。
结合你设计的火星基地图,说明如何解决水、氧气、食物、能源等问题。
【学生展示】如:
1.可以利用火星土壤提炼含氧的铁矿物,然后用氧还原含氧的铁矿物可制得淡水,再电解水可得氧气和氢气。
2.利用先进的科技成果在火星上建立农业和养殖业基地。如太空实验中培育出了100多种太空植物。以无土栽培等技术满足火星上人的食物来源。
3.利用太阳能照明、供热、发电或在月球上建立核电站,解决能源供应。
建设火星基地是非常不容易的事。无论火星能否成为孕育生命的摇篮,对它的探索都将对保护地球有着积极的意义。
追忆古时,人类便将美丽的火星视为外太空中神秘的红色星球,揭开它神秘面纱的梦想从未消失。随着科学技术的发展,人类漫漫探索之路崎岖而多彩。从地球这个蓝色星球飞往红色星球的探索旅程成为人类征服自身、展现科技进步的广阔舞台。蓝红两色星球的相互“问候”仿佛在空间中交织出绚丽的彩带,承载着人类征服外太空的梦想。抢占外太空有利位置目前已成为各科技大国竞争的最新平台。
本节课拓展了学生的视野,学生学习的兴趣很高。但是活动探究所需的资料学生限于种种原因,无法提前查阅收集,因此教师要提前做好心理准备,收集并在课上展示,以便学生了解和探究。同时,对火星基地的设计也不很理想,我们可以将重点放在核心素养和主要目标达成上。
问题研究　火星基地应该是什么样子
“生物圈2号”实验
“生物圈2号”占地1.28公顷,有5个野生生物群落(热带雨林、热带草原、海洋、沼泽、沙漠)和两个人工生物群落(集约农业区和居住区)。它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板,分别由美英生物和生态学家设计而成。圈内共有约4 000个物种,其中动物(包括软体、节肢、昆虫、鱼类、两栖、爬行、鸟类、哺乳等)、植物(包括浮游、苔藓、蕨类、裸子和被子等)约3 000种,微生物(包括细菌、黏菌、真菌、微藻等)约1 000种,它们分别来自澳大利亚、非洲、南美、北美等地。
1991年9月26日,4男4女共8名科研人员首次进驻“生物圈2号”,1993年6月26日走出,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验。1994年3月6日,二次入驻工作10个月后于1995年1月走出。他们在这期间对大气、水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究。“生物圈2号”是世界上最大的闭式人工生态系统。它使人类首次能够在整体水平上研究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径。更为重要的是,它作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置,有可能应用于人类未来的地外星球定居和宇宙载人探险。
1996年1月1日,哥伦比亚大学接管了“生物圈2号”。9月,由数名科学家组成的委员会对实验进行了总结,他们认为,在现有技术条件下,人类还无法模拟出一个类似地球、可供人类生存的生态环境。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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