二、太空教师

壮烈牺牲的太空女教师

1986年1月28日是寒冷的一天，这天早晨，成千上万名参观者聚集到肯尼迪航天中心，等待一睹“挑战者”号航天飞机腾飞的壮观景象。此时此刻，还有更多的人兴奋不已地守坐在电视机旁，等待着这激动人心时刻的到来。上午11时38分，耸立在发射架上的“挑战者”号航天飞机点火升空，直飞天穹，看台上一片欢腾。但飞到73秒时，空中突然传来一声闷响，只见“挑战者”号顷刻之间爆裂成一团橘红色的火球，碎片拖着火焰和白烟四散飘飞，坠落到大西洋。“挑战者”号爆炸了！全世界为之震惊！

在罹难的7名航天员中，最引人注目的是第一次以平民身份参加太空飞行的女教师麦考利夫（图2-6）。她是一位很有名望的中学教师。当时，NASA制订了“教师在太空计划”，在航天员的队伍中增加了一种新类型的成员——“航天员教育家”，这些航天员除了具备一般航天员的条件外，还要增加一个条件，就是他们必须是教师出身，具有一定的教学经验和技能。这些航天员的主要任务是帮助NASA开发与太空探索教学有关的新方法，通过教师的言传身教，激发下一代对科学探索的兴趣，促进科学人才的培养。当然，真正到太空，太空教育只是他们的任务之一，他们还要承担很多其他任务。一年多以前，麦考利夫是在汽车里通过收音机获悉即将在平民中挑选一名航天员的消息，她满怀信心和喜悦报了名，经过数月的严格测试和筛选，一路过关斩将，最终从11000名申请者中脱颖而出，成为美国第一位平民航天员，一名太空教师。1985年7月，麦考利夫被指定参加“挑战者”号第10次飞行，按计划，麦考利夫将在太空中向几百万学生讲两堂课：第一堂课，讲述太空的见闻，为孩子们介绍航天飞机中每个成员的岗位和职责；第二堂课，谈谈航天飞行的目的和意义。而且，她将通过专用线路同她康科德中学的学生们进行轻松而有趣的天地对话，就像以前在地面为学生讲课一样。一名历史教员，将亲自创造历史，谱写光辉的历史篇章，实在令人神往！不幸的是麦考利夫壮志未酬，献出了宝贵的生命。当地面满怀希望能够听到麦考利夫在太空为他们讲课的学生们知道这个不幸的消息后，全都失声痛哭。一位老师迅速地关上了电视机。学生们很快被领回教室。家长们接到了校方电话，将悲痛的孩子们一个个领回家中。由于“挑战者”号航天飞机的失事，使太空课堂整整停课了22年。

首位太空教师——摩根

1.圆了22年的梦想

22年后，于2007年8月8日，55岁的小学教师芭芭拉·摩根（图2-7）乘坐“奋进”号航天飞机（STS-118）实现了麦考利夫的遗愿。早在1985年，摩根就从上千名候选者中脱颖而出，与麦考利夫同时被选中参与“教师在太空计划”。随后，她们在美国休斯敦约翰逊航天中心接受了6个月培训，不过“挑战者”号最终选择了麦考利夫，而摩根只能作为她的候补航天员。虽然她有幸躲过了“挑战者”号惨剧，但从那天起，她每天都想着麦考利夫和“挑战者”号的其他成员，她希望总有一天可以实现麦考利夫的愿望。

“挑战者”号失事后，美国颁布“普通民众不得再参与航天飞机任务”的禁令。为不违反禁令，摩根1998年退出航天员大队，回到爱达荷州教书。当时，她完全可以放弃航天员这个职业，过安逸的生活。但是，她没有，她坚信太空教育对年轻一代有着十分重大的意义，她最大的愿望是登上国际空间站为孩子们讲课。在此期间，她积极帮助NASA设计如何在学校课程中加入太空方面的知识。终于在1998年，摩根又恢复了“全职航天员”职位，2002年被选定参加“奋进”号飞行任务。

摩根在飞行任务中身兼三重身份：航天员、教师、麦考利夫的继承者。在这次飞行中，她承担着以下任务：在太空向地球上的孩子授课、为孩子们录制一套有关太空奇妙景象的节目及返航后将她携带到太空的数百万颗种子分发给不同年龄段孩子，激发他们探索太空的兴趣。此外，摩根在这次任务中还担任机械臂操纵员，操纵航天飞机上的机械手，向国际空间站运送5000磅重的货物。

2.第一堂“太空课”

美国东部时间2007年8月14日17时09分，在空间站这个太空教室里，人类的第一位太空女教师摩根登上讲台了，伴同她的是3位经验丰富的男航天员，他们“飘浮”在空间站的“教室”里，联手回答学生们提出的各种问题。地面上，学生们的课堂设在爱达荷州首府博伊西学生活动馆的“发现中心”，爱达荷州科学教师联合会专门从全州挑选了18名学生与摩根进行这次天地间的师生对话，摩根对此次通话活动感到十分兴奋。

这节25分钟的首次“太空课”气氛十分活跃，孩子们提出了五花八门的问题，从简单的太空常识，到全球变暖，再到国际空间站窗外的“夜景”，摩根的回答则生动活泼、妙趣横生。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，而是将身旁两个身材魁梧的航天员举了起来，一手一个，做出锻炼状（图2-8）。另一个学生则想知道如何在太空喝水。为了满足这个孩子的愿望，摩根和同伴没有丝毫犹豫，将一根麦秆插入饮料袋中，使劲往外挤出泡沫，红色的泡沫在国际空间站的座舱里四处飞舞，航天员们四处“漂浮”吞食这些空中乱飞的红色泡泡，这种奇特的“喝水”方式引得地面上的学生们哈哈大笑。一名学生又问：“您觉得当航天员和当教师有什么不一样吗？”摩根认真地回答说，“航天员和教师实际上从事的是同样的事情：探索、发现、分享。作为一名教师，你是在和你的学生做这些事情，而成为航天员之后，你就是在太空中做这些事情，两者都是非常棒的职业。”其他的问题还有：“从太空中能看到全球变暖对地球的明显影响吗？”“从空间站的窗户望出去，星星是什么样的？”“在太空中怎么克服失重？”“太空行走，都需要做些什么准备？”等。对于学生们的提问，摩根和同伴总是首先鼓励，“这个问题提得好”，然后尽量用生动的语言让孩子们对太空生活的方方面面有个直观了解。几名男航天员还不停玩弄手中的乒乓球和垒球，让“太空课堂”尽量活泼有趣。25分钟的“问与答”很快就结束了。而摩根为了这一堂课，足足等了22年。

3.第二堂“太空课”

2007年8月16日上午，摩根以及另一名航天员阿尔文·德鲁为学生们上了第二堂“太空课”（图2-9）。地面的学生是位于美国弗吉尼亚州的“挑战者太空科学教育中心”的学生。这个中心是由1986年失事的“挑战者”号航天飞机机组人员的家属建立的。这次授课选择该中心的学生听课也是为了寄托人们对当年遇难航天员的怀念，连主持人也特意选了“挑战者”号机组指令长的遗孀琼·斯科比·罗杰斯。

这堂课上，学生们问了摩根许多有关太空生活的问题，学生们问摩根，航天员在太空中如何保持个人卫生。于是摩根往自己的脸上喷射肥皂水，演示她是怎么洗脸的。德鲁则演示他如何刷牙：漱口水需要吐到专用毛巾上，因为在太空失重环境下，水不会向下流，水池也无作用了。学生们还问摩根，在她的生命中有没有很特别的老师，摩根回答说，“挑战者”号7名机组成员都是她的“良师益友”，对于她来说有着非同寻常的意义。摩根还对学生说，即便觉得自己在科学课程方面不够优秀，也不要轻易放弃。她说：“很多时候，你觉得不擅长某些事情，可能只是你还没学会如何去钻研它。”连线快结束时，摩根还展示了她特意带上太空的“挑战者”号机组徽章。当天，摩根通过业余无线电信号与她曾经工作过的爱达荷州麦考尔小学的学生进行了通话。

由于受飓风“迪安”的影响，“奋进”号航天飞机提前一天启程返航，原定的第三次太空授课不得不取消了。现在摩根已经退役，在爱达荷州的州立博伊西大学教书。继她之后，又有3名教师加入航天员行列。她相信，他们将沿着自己的足迹继续前进。

第二位太空女教师

2013年6月20日10点04分，在距离地面300多千米的“天宫一号”里，中国女航天员王亚平开始了迄今为止人类历史上的第三次太空讲课。此次太空授课主要面向中小学生，使其了解失重条件下物体运动的特点、液体表面张力的作用，加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解。航天员进行了在轨讲解和实验演示，并与地面师生进行双向互动交流，全国6000多万学生同步收看了直播，聆听了来自太空的“特殊一课”（图2-10）。

1.精彩的开场白

10时11分，授课开始了。身穿蓝色航天服的王亚平飘浮着来到镜头前，微笑着与大家招手见面，在她旁边的是她的“助教”指令长聂海胜和太空课堂摄影师张晓光。首先，王亚平利用太空中最独特的现象——失重，让聂海胜为大家表演几个高难度的动作。只见聂海胜盘起双腿，慢慢飘了起来，做了一个精彩的“悬空打坐”（图2-11），王亚平伸出一指，轻轻一点，聂海胜就向舱后飞去，边飞还边翻跟斗，引来地面的掌声和笑声。“怎么样，很厉害吧。”王亚平笑着对学生们说：“在太空失重环境中，我们个个都像是身轻如燕的武林高手。”

2.太空实验

接着，王亚平展示了5个特殊的太空实验。第一个实验是质量测量，目的是让同学们了解在太空微重力环境下，如何称人的体重。只见聂海胜飘到特意为他们研制的测量仪前，抓住仪器上几个扶手，牵引测量仪的钢丝绳拉开又回来，一旁的电子屏上就显示出聂海胜的体重：74千克。

第二个实验是单摆实验。王亚平拿出一个支架，用细绳将小球连接在支架上，形成了一个单摆。只见王亚平将小球轻轻拉起，神奇的一幕发生了：小球在空中缓缓地悬浮着。接下来，王亚平推了小球一下，小球开始绕着摆轴做起了匀速的圆周运动（图2-12）。

第三个实验是分别展示静止的陀螺和高速旋转的陀螺在太空的状态。王亚平先对一枚悬空静止的陀螺施加干扰力，陀螺翻滚着向前运动，轴向发生了很大改变。随后，再让陀螺旋转起来，这次，陀螺不翻滚了，晃动着向前走。

在这5个太空实验中，最令人惊异的是第四个水膜实验和第五个水球实验，在这两个实验中，表面张力大显神威，演示出地面无法实现和想象的“特异功能”。

神奇的水膜实验开始了！王亚平取出一个太空中喝水用的饮水袋，在袋的吸管上有一个止水夹，王亚平将它打开。如果在地面，此时水肯定是会流下来的。但是，在太空的失重环境下，水并没有自己流出来。这时，王亚平诙谐地说：“我想，如果诗人李白在天宫中生活，大概他就写不出‘飞流直下三千尺’的诗句了。因为在失重状态下，根本就不可能会‘飞流直下’。”接着，她挤出了一个水滴。那个可爱的、漂亮的小水滴像脱笼的小鸟一样跑出来，在舱内飞舞起来，为了避免它到处乱飞，污染座舱，王亚平一口将它吞下去，笑着说：“正好可以润润嗓子。”

接着，王亚平开始做水膜实验了。只见她拿出一个金属圈，把水袋打开，将金属圈慢慢地放到水袋里，轻轻地拉出来。见证奇迹的时刻到了！一个漂亮的水膜出现了，在地面上用普通水很难形成这么大的一个水膜。这个水膜就像薄橡胶膜做的一样，非常结实，尽管来回摇晃它，也不会轻易破裂，而是甩出来一些小水滴。为了避免它们到处乱飞，影响设备安全，聂海胜用吸水纸将它给吸走了。

接下来，王亚平将一个中国结贴到水膜的表面，看它能不能够承住这个中国结。哎，贴上了！中国结被贴附到了水膜表面，但水膜依然完好，好结实的水膜呀！

王亚平重新做了一个水膜，用饮水袋吸管一点点地往水膜上加水，水膜变厚了，渐渐变成一个亮晶晶的大水球，这在地面上是无法做到的。由于注水用的饮水袋中有很多小气泡，故水球中也有很多小气泡，聂海胜取出一支注射器，抽出水球中的小气泡，水球就变得像一个透镜，将水球后王亚平脸的倒影显示出来（图2-13）。

接着，王亚平用注射器往水球中间注入空气，在水球内产生了两个标准的球形气泡。气泡既没有被挤出水球，也没有融合到一起，水球也没有爆裂。紧接着，王亚平又用注射器把少许红色液体注入水球，红色液体慢慢扩散开来，晶莹透亮的水球变成了粉红色，令人啧啧称奇！

3.天地互动

在王亚平进行太空实验的同时，地面进行着相同的实验。它们真的是“天差地别”，结果完全不一样。太空实验结束后，开始天地对话。地面课堂的学生提出了很多问题，例如，“这些实验用水是从地面直接带上去的，还是在天宫生活中循环再生的？”“你们可以看到太空垃圾了吗？”“你们怎么应对失重对身体的不利影响？”“太空的星星会闪烁吗？”“看见UFO了吗？”等。航天员们对学生的提问都给予热情的回答。

40分钟很快过去了，学生们仍觉得意犹未尽。这次“太空授课”对青少年教育非常重要，激发了青少年探索太空的好奇心，更激发青少年学习科学知识的热情。

编外太空教师

1.编外太空教师的教学方式

在“太空教室”中为学生讲课的有像麦考利夫和摩根这样的专职航天员教育家，也有更多的“编外太空教师”。“编外太空教师”原来的职业不是教师，他们在加入航天员队伍前曾经是飞行员、工程师、科学家或医生。这些航天员通过两种方式进行“太空教学”，一种是“与地面学生通话”，允许世界各国、各个年龄段的学生向太空的航天员提问题，航天员们直接解答这些问题，高兴起来，还会利用身边的人或物体表演一下失重状态下的“奇特”现象。第二种方式在飞行中进行一些事先安排的、与教学有关示范性实验，在太空完成这些实验，并录制下来，返回地面后，将它们制作成录像带、DVD片（图2-14），配合有关的教材，可以向更多的学生传播太空知识和加强学生们对课堂基础知识的理解。还有一些航天员利用在太空的业余时间，自己“即兴而作”地创造一些生动活泼的科学实验（图2-15），这些实验也被录像，成为地面学生太空知识教材中非常有用的教材。例如，国际空间站第六长期考察组的科学官员佩逖特就是其中的典型，他总是喜欢利用星期六的休息时间，设计一些自己感兴趣的物理学实验，这些实验成为后来著名的“星期六早晨的科学”教学片。

2.其他教育方式

NASA为了提高学生们对航天的兴趣和了解这方面的知识，还与博物馆联合，对学生们进行课外航天知识教育。美国有五家博物馆参与了此项教育活动，在博物馆中展出太空中进行教育示范的一些用品，介绍有关的航天知识和开展一些航天知识教育活动。NASA还授予博物馆一项“特权”，博物馆可以按照自己的需要对NASA提出在太空进行示范实验的要求，由“编外太空教师”来执行。例如，博物馆为了在2003年举行一次纪念人类飞行100周年的活动，想让航天员示范飞机在太空失重状态下飞行的情况，NASA答应此要求。于是，在国际空间站第七长期考察组执行任务期间，由缅因州奥罗诺市奥罗诺中学六年级学生制作的一个赖特模型送上天（图2-16），这是一个用西印度轻木和绵纸制作的飞机模型（图2-17），航天员们用它在国际空间站上进行飞行示范。由于太空没有重力，飞机模型飞行的模式当然与地面不同，这样学生就可以了解重力在飞机飞行中所起的作用。

此外，还根据博物馆的要求，国际空间站7-9考察的航天员在太空示范了各种类型飞机、Pu’uli（一种夏威夷音乐设备）、航空螺旋桨、刀架、布鲁市竖琴、疯狂迷宫、玩具等在太空失重环境时活动的情况，使学生们对飞机飞行原理和牛顿的三大物理原理有深入的了解。所有的实验都进行录像。这些录像分发给博物馆的会员组织，用于教学和博物馆展出。

3.“编外太空教师”的贡献

从对太空教育的贡献来说，“编外太空教师”的贡献比“航天员教师”的贡献更大。美国的太空教育计划包括很多内容，这些计划绝大部分是依靠“编外太空教师”来完成的。例如，其中一项是“太空中的国际玩具”，是由国际空间站第五长期考察组的航天员来完成的。称它为“国际玩具”是因为运送到空间站的玩具除了有美国的玩具外，还有国际空间站其他参加国的玩具。在执行此计划时，航天员们在太空“玩”玩具，并将整个“玩”的过程拍摄下来。NASA将这些录像制作成视频光盘，并且附上一份教学指南和有关的玩具，分发到5～12年级的学生中。负责教学的是经过培训的学校老师，每年大约有1500名教师通过“航空航天教育服务计划”的培训。在这些教师的指导下，学生们利用与太空中同样的玩具，观察这些玩具在地球上运转的情况，将他们的观察结果与国际空间站上拍摄的录像进行比较。这种活动增加了学生们学习物理学和探索物理学原理的兴趣。

“编外太空教师”的教学影响是很大的。到2006年为止，国际空间站上的航天员已经完成了24次教育示范活动。各国对这些示范活动都十分感兴趣，许多单位，例如NASA约翰逊太空中心公共事务办公室、美国一些电视台、加拿大太空总署教育办公室、美国很多教育机构和网站，都纷纷要求订购太空教育示范带。美国和其他国家的数千学生有机会参加国际空间站航天员回答问题的下行线活动。通过广播教育，有300万以上学生观看实况转播。每年5000名以上教师在他们的教室内接受了使用以国际空间站为基础的教材和示范培训。每年有几千名学生通过数字学习网络（DLN）也学习到来自国际空间站教育家的以国际空间站为基础的自然科学课程。

链接　喜欢耍酷的日本航天员

到太空耍酷可是日本航天员的嗜好，很多日本的航天员到太空后都要独出心裁地表演一些“绝活”。当然，这并不是个人的爱好，而是日本宇航局交给他们的任务——对青少年进行航天知识教育。这些实验有些是做成视频教材，供学生们今后进行航天课程教学用，一些通过视频直播方式直接教育孩子们。

2009年3月18日，日本航天员若田光一搭乘美国“发现”号航天飞机抵达国际空间站，他是一位深受青少年喜欢的太空编外教师。早在1996年第一次太空飞行时，他和另一名航天员，便已成为世界上第一对利用特殊装置在太空玩棋盘游戏的人。这一次，他还要利用业余时间，做16项有趣的太空小实验，这些实验是日本宇航局在全国范围内征集筛选出的小实验，这些在地球上司空见惯或轻而易举的事情，到太空中变得花样百出，一些在地球上只能梦想的事（如乘坐“魔毯”飞翔），到了太空便梦想成真！让我们看看其中几个实验吧！

1.乘坐“魔毯”

在童话故事中，阿拉丁乘坐“魔毯”拯救公主的故事，给孩子们留下了深刻的印象，孩子们常常梦想自己也能像阿拉丁一样，乘坐“魔毯”在太空自由地飞翔。但是这只是美好梦想，在有重力的地球上是无法实现的。在太空，这似乎是轻而易举的事。但若田光一开始进行“魔毯”飞行实验时，也受到一点挫折，只要他试图站上悬空漂浮着的“魔毯”时，双脚就会与“魔毯”分离。试了几次后，他想出了一个办法，用胶布将双脚黏在“魔毯”上。这样，他便成功地站在一块白布毯上，像单板滑雪一样在“希望”号实验舱内平稳地滑行（图2-18）。首次试飞成功之后，他又进行了第二次尝试。这一次，他脸朝下趴在“魔毯”上，同时双手抓住神奇“魔毯”的两侧，向前滑翔。成功了！这场“魔毯”飞行的精彩表演太精彩了。

2.太空叠衣服

在地面叠衣服是一般人都会做的事，但在太空叠衣服却不那么容易。若田光一在国际空间站上演示了太空叠衣服过程。当他试图在手臂和大腿漂浮的状态下将一件衬衫叠好时，好像这件衬衫故意与他作难，竟与它“斗争”了半天才叠好。当他又要去“征服”太空工作服时，感到更困难。这件蓝色工作服的袖子和裤腿在半空中飘舞，不论若田多努力地去折叠，衣服总会在无重力状态中软趴趴地逐渐摊开来。若田光一说：“太空中的厚重衣物，要用‘魔鬼粘’来固定后才可加以收纳。”

3.太空中的水滴实验

太空中的水滴也与地面不同，它不会“乖乖”地下落，所以要在太空滴眼药水也不是一件容易的事。若田光一表演了太空滴眼药水的实验。他先慢慢挤出一小滴眼药水，让它停留在容器边缘，仔细瞄准后，小心翼翼地通过眼睛在眼药水瓶顶端移动的方式，来“捕获”失重条件下已经成球状的眼药水。另外，水在太空的表面张力也增加了，为了演示水表面张力的改变，若田光一进行了“玩水枪”小实验。只见他从装水的容器中挤出水滴，在太空中玩水枪。较高的表面张力让若田光一玩具水枪射击的尝试以失败告终，但在实验过程中，却呈现了小水滴慢慢变成大水滴，然后垂直往上飞的奇妙景象。

4.滑稽的两人运动

若田光一和一名加拿大航天员在“希望”号实验舱中进行了握手、掰手腕、相扑、拔河等四项需两人参加的运动实验。太空中的两人运动与地面完全不一样，在拔河比赛中，当他们把毛巾拧成长条形代替麻绳，各执毛巾一端用力的时候，两人的身体迅速靠近，并撞到了一起，非常滑稽！对此，若田光一解释说是由于在太空无法像在地面一样双脚蹬地用力，所以出现了这样的现象。在掰手腕实验中，两名航天员的手交叉握在一起，当两人手腕一使劲，身体就向与这个力作用方向相反的方向旋转，无法分出胜负。

这些小实验只是若田光一的额外任务，在这次138天的太空生活中，若田光一还做了很多太空科学实验。由于他对日本航天事业的卓越贡献，被授予“总理大臣奖”。日本首相在授奖仪式上说：“虽然奖状上只写的是为日本航天事业做出贡献，但是你也给青少年以及国民带来了希望与梦想。”