開展科普知識教育活動 激發學生物理學習興趣

李芳

科普知識教育是使學生感受科技魅力的基礎，是培養我國青少年科技興趣和學習興趣的基礎，對于學生來說，要學好一樣東西，必須對這件事有感觀的認識，產生興趣，才能去深入的了解這件事的起因，規律和作用。

當你仰望蒼穹時，是否對一閃一閃的星星產生了濃厚的興趣呢？殊不知天上的星星包含著很多物理知識，光度，速度，體積和亮度等等，天上還有很多肉眼看不見的高能粒子，所以，我們要根據學生的心理特點以興趣為切入點，引導學生去了解一件事物的起因來由。

早在1912年著名天文學家維克多·赫斯用氣球把密閉的電離室調在氣球下，他乘坐氣球到高空進行測定空氣電離度的實驗，發現隨著氣球的上升，電離度持續增加，在海拔5000米的高空，輻射強度竟為地面的9倍。由于白天和夜間測量結果相同，因此赫斯斷定這種射線不是來源于太陽的照射，而應該是來源于宇宙空間，之后，他將他的實驗結果寫成論文發表，從此宇宙線就拉開了它的帷幕[1]。從宇宙線的發現可以看出，許多改變歷史的現象，都是人們無意發現的，而這種無意識就基于人們對某種事物的興趣，當然，讓學生有了興趣還不夠，還要引導孩子去問個為什么。

那么什么是宇宙線呢？簡言之，宇宙線是來自宇宙空間的各種高能微觀粒子，已觀測到的最高能量達1020電子伏以上。除了中微子外，宇宙線主要由電荷粒子組成，如質子占90%，氦核占10%，其余是被電離的較重元素和電子。科普知識教學是非常必要的，通過科普知識教育提高學生的科學素養，對學生成人后個人的生活質量、國家未來科學技術水平的提高、國家未來的發展都有著重要的影響。

依然拿宇宙線舉例，在了解了什么是宇宙線后，我們自然而然會問宇宙線怎么來的。宇宙線的起源一般分為銀河系內起源和河外起源。由于銀河系外的能量太高，我們的探測手段還不足以準確的捕捉到，因此，現在主要集中研究銀河系內宇宙線的起源。那么，在銀河系內，是什么能產生高能微觀粒子呢？現在的理論一般認為超新星遺跡是河內宇宙線的主要起源。如果銀河系中的超新星爆發所產生的能量中，有10%左右的能量轉化為宇宙線能量，就可以解釋現有的宇宙線觀測數據。

超新星遺跡是恒星演化到后期壯觀的死亡現象。恒星在經過原恒星、主序星、紅巨星的演化之后，最終在一萬年以后劇烈爆發，大約1%的能量轉化為動能，這些物質在空間中高速運動，產生激波，將粒子加速到相對論性能量，同時激波掃過星際介質，最后在宇宙空間中形成延展天體，這一類天體被稱為超新星遺跡。目前研究表明，超新星遺跡在形態上大致可分為三類：殼層型、實心型和復合型。殼層型超新星遺跡具有明顯的殼層結構，中央沒有致密天體，目前觀測到的超新星遺跡中80%屬于殼層型結構。實心型超新星遺跡中央有致密天體（蟹狀星云），沒有殼層結構。蟹狀星云用肉眼可以看得到，在離月亮不遠的位置，有顆一閃一閃，發黃光的點，就是蟹狀星云的一部分。復合型超新星遺跡則聚合了殼層型和實心型的主要特征，這類源中心有致密天體提供能量，且外層呈現拋射物質與星際介質作用產生的殼層結構。

除了有豐富的理論知識，針對學生對色彩的敏感，可以給學生看有關的圖，增加學生對科譜知識的關注。上面兩張圖是超新星遺跡的X射線觀測圖。

蟹狀星云超新星遺跡、船帆座超新星遺跡和天鵝座環是天空中極亮的幾個X射線和射電射天體。它們也是最著名和被研究得最為深入的超新星遺跡。

蟹狀星云超新星遺跡[2]是1731年，英國天文愛好者貝維斯在金牛座方向發現的一個云狀物。1942年，荷蘭天文學家奧爾特證認蟹狀星云就是中國宋代天文學家在1054年發現的超新星遺跡留下的遺跡。蟹狀星云在最近幾十年內成了最重要的天體之一。它在射電天文學、X射線天文學、γ射線天文學、宇宙起源等研究中都占有特別重要的位置。它是目前唯一確定的極高能宇宙線點源。在已知的幾百個脈沖星中，蟹狀星云包含的脈沖星提供的信息最為豐富。

船帆座超新星遺跡距[3]地球約800光年，它是天空中最亮的X射線源之一。1970年，X射線天文學剛起步時，帕爾米里等就用探空火箭攜帶的探測器發現來自船帆座超新星遺跡 X射線輻射。船帆座超新星遺跡的角直徑大，X射線亮度高和距離近等特點使之成為在最小空間尺度上研究超新星遺跡熱力學結構和演化以及沖擊波和周圍物質作用的一個最好實驗室。船帆座超新星遺跡的亮度分布極不均勻，最亮的北部比西南要亮500倍。

綜上所述，科普知識教育活動的科學開展對學生學習是必要的，而且是重要的。我們必須認識到科普知識教育的重要性，以科學的規劃為基礎，運用現代教育理念與教學方法進行科普知識教育活動，為學生生活技能的培養奠定基礎[4]。從前要接觸天文很難，現在觸手可及，除了參加天文愛好者協會，學生們也可以從手機上下載虛擬天文館，只要對準天空，就可以顯示該區域的各種星辰，感受天空的魅力。

參考文獻：

[1] 徐春嫻，朱清棋譯，宇宙線入門[M]. 北京科學出版社， 1987

[2] Aschenbach B， et al. Nature[J]， 1995， 373： 587

[3]Koyama K， et al. Nature[J]， 1995， 378：255

[4]李海威. 針對學生年齡特點柯旭的開展學生科普知識教學活動[J]. 教改資訊， 2009， 10