五下自然与生活科技.docx

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五下自然与生活科技

※南湖國小天文綜合課程教學設計

教學時數:

160分鐘

教學主題：

探索外太空

課程編寫者：

黃于玲

教學資源：

教學簡報、學習單、小瓶子、紙片（調整重量用）、硬幣、30公分長尺、螺絲帽、雞蛋、保護雞蛋用的物品

教學目標

1、引導學生了解為什麼需要太空人。

2、指導學生了解成為太空人所需的訓練過程。

3、協助學生認識太空人在太空中的生活情形。

4、透過活動協助學生體會發射衛星所需的力量。

5、指導學生完成小火箭製作。

6、並協助學生進行小火箭試射。

教學流程設計

教學流程

教學說明及注意事項

壹、引起動機：

◆說一說：

什麼是太空人？

你印象中的太空人是什麼樣子呢?

貳、發展活動：

◆說一說：

ㄧ、什麼人是太空人？

二、你印象中的太空人是什麼樣子呢？

三、你知道嗎?

什麼樣的人可以當太空人？

四、你認為太空人在太空中要做些什麼？

五、你認為成為太空人，應該接受怎樣的訓練？

六、在地球上做好萬全的準備之後，太空人要進行主要任務—前往太空去。

你認為太空人是利用什麼方法到外太空去的呢？

七、想一想，太空人住在太空中，要如何生活呢？

八、太空人的主要活動空間除了在太空艙內之外，也常需到太空艙外進行太空艙或太空儀器的修護工作，有時在艙外一待就是好幾天，想想看，太空人在太空艙外如何活動？

九、為了適應太空中這般困難的生活環境，太空人離開太空艙時必須穿上太空衣，想一想，你覺得太空衣應該具備哪些功能？

十、很多人都知道在太空中的太空人會處於失重狀態，對太空人的健康很不利。

目前的太空科技正極力開發所謂的”人工重力場”，讓太空人在太空站中也能有重力，而較舒服的工作。

讓我們一起來看看影片中假想的人工重力場。

十一、認識了太空人及太空人的生活之後，你想成為太空人嗎？

讓我們一起飛向神祕的外太空吧！

◆做一做：

發射升空的秘密

活動一：

衛星…發射！

！

1、教師在黑板上以不同色彩畫三條水平線，高度分別距黑板槽90公分，110公分，120公分。

（可依據班級學生身高作調整）

2、學生分組上台試跳，由最低的線開始，全班都試過後，才進入下一個高度的試跳。

3、指導語（參考用）如下：

「現在請大家假設你自己是一個即將要飛入太空的衛星，OK?

預備…發射！

！

好，下一組準備」

活動二：

小火箭製作

1、教師固定每組的發射台（安全、寬廣處，固定一把鐵尺）。

2、學生把自己準備的小瓶子，加上色紙、塑膠片…再以一元硬幣調整重量。

3、學生幫自己的瓶子小火箭取個幸運、響亮的好名字。

4、到每組的發射台上試射，每個小火箭要飛過自己的頭頂才算合格。

5、觀察試射結果。

6、若結果失敗，填「個人火箭修正紀錄」（附件一），修正+試驗。

7、試射成功者，到老師處正式驗收、合格才算完成

活動三：

完整無缺

1、利用雞蛋代表太空飛行器，錢幣代表隕石，請各組學生分別用1元、5元、10元的錢幣，由不同高度落下撞及雞蛋，觀察雞蛋破裂的情形並紀錄於學習單（附件二）上。

2、請各組學生運用手邊所有的資源，替雞蛋作一防護措施，再重複前步驟，觀察其實驗情形。

3、發表實驗結果。

歸納：

對很多人而言，”太空人”是一門相當神祕且吸引人的職業，藉由了解太空人的生活，也可讓學生更了解太空的環境。

透過活動，更可協助學生體驗飛到外太空會遇到的難處，進而鼓勵學生思考”太空科技”的發展與未來。

˙引起學生的舊經驗，將看過或聽過有關太空人的樣子進行回憶與思考。

˙引導學生就自身看過或聽過的經驗，自由發表。

˙太空人是載人航太的核心。

選拔和訓練太空人是一個國家可以獨立自主實施載人航太的重要標誌之一。

˙成為太空人的基本條件，須確保沒有可能影響航太職業活動的潛在的健康問題。

˙太空人在太空中的主要任務通常為，進行太空探測，如阿波羅登月計畫；做太空漫步，修護人造衛星及建立太空站；在太空實驗室中進行實驗。

˙先與學生討論太空中的環境，學生最深的印象為”失重”，但可鼓勵學生多發表。

˙進而引導學生討論，上太空之前的太空人應該先接受怎樣的訊練才能適應在太空中的生活。

˙太空人的訓練主要包括了以下幾項：

1、體能訓練

2、“電動椅”上抗眩暈

3、征服“電動鞦韆”

4、乾坤顛倒的“萬向床”

5、低壓艙裏的考驗

6、寂寞難耐的隔離艙

7、面對房頂“找星星”

8、模擬太空艙訓練

9、衝擊耐力試驗

˙在敘述訓練過程中，可透過圖片讓學生較清楚了解各項訓練的過程；也可利用簡單的小遊戲讓學生體驗訓練過程的艱辛。

例如，請學生原地彎腰旋轉幾圈後，站起走直線…

˙太空人前往太空通常是乘坐太空梭，而幾乎所有太空飛行物都是利用”火箭”當作推進器將飛行物推向太空。

˙教師可播放一段火箭升空的影片讓學生觀看，協助學生了解太空人升空的過程。

˙太空中的特殊環境與地球大不相同，有些太空人因得長期居住在太空中，因此太空人的太空生活也須有萬全準備。

˙衣著方面：

在太空外活動，一定要穿上特又厚重的太空衣來保護。

但在有空調及適溫的太空站內則可穿上地球上的簡便衣物。

˙飲食方面：

1、太空食物的處理：

（1）太空食物都要在地面上先作脫水和殺菌的處理。

（2）按照預定的分量分包、裝袋、儲存。

（3）要食用時再加入水，恢復原來的狀態再加熱食用。

（4）基本上，只要不要有太過強烈的味道、不會造成太空人飲食不方便的食物都能做成太空食物。

（5）太空人取食的食品都應符合在微重力條件下的使用要求，無不可食成分，不掉渣，不碎裂。

2、飲食方式：

（1）用餐時，太空人將餐盤束縛在一側大腿上，勺子、安全剪刀利用磁性吸附於餐盤上，並利用餐盤上的尼龍搭扣，將食品固定在餐盤內。

（2）所食用乾燥食品均製成一口一塊大小，太空人要閉嘴嚼碎食用。

（3）復水食品均有相互粘結性，用勺子食用。

（4）飲料要用吸管吸食。

（5）餐後要將食品包裝及剩餘食品放入廢物收集袋內。

˙睡眠方面：

1、只要閉眼睛就可以睡了。

2、睡眠安排在軌道艙內的睡袋裏。

睡袋是一個具有長拉鏈的保暖織物袋，一般固定在一側光線較暗、噪聲較小的艙壁上。

3、睡眠時手臂一定要放進睡袋中，把雙手束在胸前，以免無意中碰著儀器設備的開關。

˙運動方面：

1、為了預防無重力狀態下造成肌肉的萎縮，必須實施重量訓練。

2、由於是無重力，所以伏地挺身、舉重等運動變得沒有用了，而且不能做和「力」有關的運動，如跑步、打拳、丟東西等，否則產生的「反作用力」會影響太空梭的安全。

˙盥洗方面：

1、太空梭上就只有能用簡單的海棉或浴巾擦洗，洗頭髮時也是一樣。

2、大小便：

太空中上廁所必須坐在精心設計的馬桶上，並且要將身體綁好，排泄物不是用水沖，而是用一個特殊的抽氣機，抽出排泄物，經過乾燥、淨化處理。

而小便也是利用抽氣機吸進預置的容器內回地球處理。

˙引導學生更深入了解”太空”實在不是人類能存活的地方，原因如下：

1、太空中因無大氣層，日照與否，都使得高、低溫差有極大的變化。

2、太空中沒有空氣的環境會造成太空人呼吸困難。

3、太空中幾乎零壓力的環境會使人血脈噴流甚至爆開。

4、宇宙輻射線會對太空人造成極大危害。

5、太空中無所不存在的大小隕石常造成太空人或太空儀器的意外損傷。

˙太空衣像是一個小型太空艙，為了讓太空人在太空艙外也能感到舒適並且安全，太空衣通常具備一下基本功能：

1、外殼具有伸縮性，能讓太空人方便伸展，並適用多位太空人穿戴。

2、包含著氧氣、水、氣壓和適當的溫度。

3、有自動設備，可排除太空人呼出的二氧化碳和排泄物。

4、有測量心跳和健康檢查儀器，以及無線電通信機，以隨時掌控太空人的狀況。

5、加壓裝置，如果沒有它，在零壓的太空中，血液會膨脹，身體會爆裂。

6、背包上的「維生系統」可以調整空氣、供給氧氣。

7、太空衣裡裡外外總共有二十層，每層間用防熱的玻璃纖維布襯著，如此的厚度，才可以抵抗高低溫差和太陽光射線照射，提供壓力和抵抗宇宙塵。

8、太空人的頭盔上的遮陽層有兩層，裏層是透明的，外層是用真的黃金塗的，可以擋住紅外線和紫外線的照射。

9、太空人的頭盔上的遮陽層有兩層，裏層是透明的，外層是用黃金塗的，可以擋住紅外線和紫外線的照射。

˙目前”人工重力場”只是一個理想，主要是利用太空站高速旋轉產生重力，但以目前科技能力而言尚無法實現，可先給學生初步概念，鼓勵學生可往這方面去思考努力。

˙本活動主要在讓學生體驗地心引力，教師在學生試跳的過程中，可適時導入所有飛離地球的飛行物，最先需要抵抗的即是地心引力的觀念。

˙有些人只能摸到第一條線，大部分都能到第二條線，但第三條卻只有一、二位能到達，線越高，腳所需要用的力就越大，所以衛星所需動力就越大。

˙體重越重的小朋友所需用的力也會比體重輕的小朋友大。

˙有些衛星會衝出軌道，那是很危險的，因為可能就會飛到外太空失重…爆炸；那動力不足呢?

?

可能會和低軌道的其他衛星相撞…碰…

˙本活動主要在協助學生體驗火箭發射時並不是越重或者越輕就會飛越高，學生在自己動手做的過程中將會漸漸摸索出一個重量的平衡。

˙試射失敗時，老師可在旁給予鼓勵及指導；當學生試射成功時，也別吝於給學生多些掌聲。

˙本活動的目的主要在讓學生了解為什麼太空飛行器有防撞措施。

˙實驗器材：

雞蛋、1元、5元、10元的錢幣、35公分以上的長尺、置蛋器（可用養樂多瓶充當）。

˙鼓勵學生多發表，老師也無需給予對錯評論，但可適時給予建議與指導。

教學相關知識：

壹、太空衣

現在的太空衣英文名是ExtravehicularMobilityUnit（EMU），主要是在太空穿梭機及太空站外進行太空漫步時穿著的。

太空衣是為每個太空人度身定造的，對比之下，EMU有不同大小的組成部份，可以切合不同的太空人。

這太空衣有13層物料，包括了最內層的冷卻物料（兩層），壓力物料（兩層），防止微隕石撞擊的物料（八層）及最外面的保護（一層）。

一、EMU的資料：

重量-127公斤（在地球上）

厚度-0.48公分，13層物料

壓力-0.29大氣壓力純氧

容量-.125to.153立方米

二、EMU的構造：

（一）MaximumAbsorptionGarment（MAG）

每次太空漫步都會維持長時間，而身體不斷會製造尿液，如果走進太空穿梭機中的洗手間，太多時間會浪費在平衡太空穿梭機與太空衣的壓力程序。

因此太空人都會穿上一個吸收尿液及排泄物的布。

當工作空成後，MAG便會被棄掉。

（二）LiquidCoolingandVentilationGarment（LCVG）

LCVG是一系列的尼龍及彈性人造纖維並由幼膠管交織成的"長內衣"。

由太空衣背部或經由管道從太空穿梭機中送出的冷水會流過這些幼膠管除去太空人制造的過量的熱。

（三）EMUElectricalHarness（EEH）

EEH是一系列的通訊金屬線及生命儀器，並提供了與背部的無線電及生命儀器的連接。

EEH包括了通訊及太空人的生理狀況（例如呼吸作用率、心臟跳動率、體溫）的監察。

（四）CommunicationsCarrierAssembly（CCA）

CCA是纖維罩，包含了免提裝置的通訊用的麥克風及喇叭。

（五）LowerTorsoAssembly（LTA）

LTA包含了EMU的下半部份，包括了褲、膝頭、踝的接合、長靴及腰的部份。

LTA用了一個金屬連接圈來連接EMU的上半部份。

（六）HardUpperTorso（HUT）

HUT是一個背心形的玻璃纖維硬殼，支持了各部份包括手臂、軀幹、頭盔、維持生命系統及控制組件。

只要接上一個連接圈，一個小型工具攜帶器便可被固定了。

（七）Arms

手臂單位包括了肩膊、上臂及手肘關節位的軸承，並以連接圈去連上HUT，太空人便可多面轉動手臂了。

手臂單位有各種不同大小，因此EMU便適合不同的太空人了。

（八）Gloves

手套有腕關節的軸承，並以連接圈接上手臂單位，使轉動更方便。

手套並有橡膠的手指位去幫助太空人抓住東西。

太空人的內部手套是以纖維造成使太空人更舒適。

（九）Helmet

這頭盔是由透明、防撞的塑膠組成，並以連接圈連接HUT，但並不會跟隨太空人頭部的轉動。

當有需要使用緊急氧氣系統時，頭盔的一個淨化活門會被使用，除去二氧化碳。

氧氣經由太空人的後腦，再經過頭頂，最後落至太空人面前。

在太空漫步前，頭盔的內部都會噴上防霧劑，防止視線受阻。

（十）ExtravehicularVisorAssembly（EVA）

EVA連接著頭盔，並由下列各部份組成：

-用以過濾陽光的金屬護目鏡

-透明、防撞的護罩

-可調較的遮眼罩去阻擋陽光

-四個照明燈

-攝錄機

（十一）In-suitDrinkBag（IDB）

太空人需要的食水被放在HUT裏的膠袋（IDB）中。

IDB可容納1.9公升的食水，在太空人的口旁並有一條小管及飲管連接著IDB。

IDB並有一個可放置殼類食物棒的長孔供正在進行太空漫步的太空人進食。

（十二）PrimaryLife-SupportSubsystem（PLSS）

PLSS位於太空衣的背部，包含了氧氣缸（容納0.54公斤、以518大氣壓力儲存於缸內的氧氣）、二氧化碳過濾器、用以降溫的水（4.6公斤）、無線電裝置、電力、通風扇、警告系統。

氧氣經太空人的後腦流進太空衣內、並從腿部及手肘的位置流出。

在PLSS中，空氣會進入一個裝有木炭的盒去以除去臭氣些，接著便會進入過濾二氧化碳的部份。

隨後，這些空氣便會經過一個風扇，在純化器被除去水蒸氣後再回到水冷系統。

空氣的氣溫是維持在攝氏12.8度，並可在DCM中控制其氣溫及壓力。

PLSS可提供長達七小時的氧氣供應及二氧化碳的去除。

（十三）SecondaryOxygenPack（SOP）

SOP是緊急氧氣供應系統，並有兩個氧氣缸（容納1.2公斤、以408大氣壓力儲存於缸內的氧氣）。

當在太空衣內的氧氣壓力少於0.23大氣壓力時，SOP便會自動地啟用。

這些氧氣供應維持可以三十分鐘，足夠讓一名太空人回到太空穿梭機艙中。

（十四）DisplayandControlModule（DCM）

顯示及控制組件被架設於太空衣的胸前，包含了開關、計量器、活門及液晶體顯示器以控制PLSS。

顯示及控制組件可被太空人看到，有時候需要借助鑲嵌在衣袖的鏡子。

（十五）ServicingandCoolingUmbilical（SCU）

SCU包含了水管、電線、及氧氣管，可提供水、電力及氧氣給準備進行太空漫步的太空人。

這幫助節用EMU中有限的資源，直至到太空人完全離開了太空穿梭機。

（十六）AirlockAdapterPlate（AAP）

AAP是一個被鑲嵌在牆上的框架，當太空人穿上太空衣時，可用來固定太空衣。

（十七）HelmetLightsandCamera

這些裝置被鑲嵌在EVA上，幫助太空人及地面控制中心人員望向黑暗位置。

（十八）Sleeve-mountedMirrorsandChecklists

這些裝置被放在EMU袖子上，鏡子可以幫助太空人看到DCM的顯示及他們背後的環境；而清單可提示他們工作的程序。

三、在太空中，如果太空人沒有穿著太空衣：

（一）由於太空並沒有氧氣，他們會在十五秒內失去知覺。

（二）因為太空中只有少量或沒有氣壓，他們的血液及體液會"蒸發"並凝固。

（三）他們的器官熟會因為體液蒸發而膨漲。

（四）他們要面對極端的溫度變化，因為每當面向太陽時，溫度會高達攝氏120度，但背向太陽時，溫度會低至攝氏零下100度。

（五）他們會被以高速移動的太空微流星體及太空垃圾擊中。

（六）他們會被各種太空輻射及太陽所放射出的帶電粒子所影響而導致有生命危險。

四、由此可見，太空衣對在太空穿梭機/太空站外工作的太空人是非常重要的。

＊以上太空衣資料來源：

http:

//library.thinkquest.org/C0124490/ch_text/astronauts/index.htm

探索外太空（附件一）

發現升空的秘密之「小火箭製作」

一、小火箭試飛修正記錄

火箭名稱：

製造人：

次數

試飛結果

我覺得失敗原因可能是…

我的解決方法

第1次

□成功

□失敗

第2次

□成功

□失敗

第3次

□成功

□失敗

第4次

□成功

□失敗

第5次

□成功

□失敗

二、火箭試飛成功的心得：

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探索外太空（附件二）

發現升空的秘密之「完整無缺」

班級：

組別：

姓名：

＊雞蛋沒有防撞措施時：

15cm

20cm

25cm

30cm

35cm

1元

5元

10元

★請留下紀錄：

沒破的打○破的打╳

☺我發現了：

＊雞蛋有防撞措施時：

15cm

20cm

25cm

30cm

35cm

1元

5元

10元

★請留下紀錄：

沒破的打○破的打╳

☺我發現了：