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1.地球——宇宙的奇迹

小学科学教学网资源建设团队   张旭

在宇宙数以亿万计的星球中，到目前为止，还没有发现另一个像地球一样适合生物生存繁衍的星球。人类和其他生物生活的地球是绝无仅有的，是充满生命活力的。地球的四大圈——大气圈、水圈、岩石圈和生物圈，恰到好处地为人类和其他生物的生存提供了适宜的环境。了解地球的神奇和独特，才能理解我们为什么要如此珍视、爱护我们的环境。

本课是五下《环境与我们》单元的起始课，主要通过三个活动开展探究活动。

首先利用视频资料来激趣，引发宇宙空间中那些星球更适合居住，利用班级记录表收集学生关于地球环境的原有认识和想法。接着通过资料学习、观看视频等方法收集有关地球环境的数据，并通过画图等形式建构地球环境与人类生存的关系概念。最后，利用探讨“设计一个宇宙空间站”这一核心活动，内化学生在前面学习中建构的概念，指向核心素养。

在学习二年级《我们的地球家园单元》和三年级的《太阳、地球和月球》单元后，五年级的学生已经掌握或了解了有关于地球基本情况的内容。对于地球环境并不陌生，但是这些知识和生活经验相对比较零散，不成系统。特别是探讨设计宇宙空间站这一活动，对于学生的思维严密性是一大挑战。

1.地球是我们唯一的家园。

2.地球为人类的生存提供了基本的条件。

3.海洋为人类的生存提供了多种资源。

1.交流、讨论地球为人类的生存提供了哪些必要的条件。

2.探讨宇宙空间站要为宇航员提供哪些生存条件。

感受地球的神奇以及生存环境的珍贵。

科学、技术、社会与环境目标

认识到人类对环境的依存关系。

重点：通过查找资料，观看视频了解地球环境的独特性，它为人类的生存提供了基本的条件和丰富的资源。

难点：探讨设计一个宇宙空间站。

为学生准备：学生活动手册。

教师准备：班级记录表、地球圈层图、海洋资源示意图、《神奇的地球家园》视频

1.视频激趣（播放神州十三号出舱视频）

（预设：通过视频的播放培养学生的爱国主义以及对宇宙的向往之情。）

2.了解前概念：宇航员在太空中可以清晰的观察到我们居住的地球以及其它星球，你知道宇宙中有那些星球呢？（预设：站在宇宙背景上来看地球，引导学生能说出其他一些星球，如月球、水星、金星、木星。）

  在这些星球上是否有外星生物居住呢？它们生存的条件如何？适合我们地球人生活吗？如果遇到外星生物，你会怎么向他们介绍我们居住的星球呢？

（预设：这是学生十分感兴趣的话题，有很多相关的小说和科幻影视作品。学生举例介绍后，教师指出，目前，所有的“外星文明”故事都是虚构的，因为没有确凿的证据表明除地球之外的星球存在生命。地球是已知的唯一有生命的星球。）

探索活动1：“梳理我们认为生命存在的必要条件”。

 聚焦：到目前为止，除地球之外，人类还未发现其他适宜人类生存的星球。我们居住的地球有什么独特之处？它为人类及其他生命提供了哪些生存所必需的条件呢？

 （1）小组交流互动

（2）及时记录，不断补充。

（预设：学生可能会注意到水、空气、土壤、动植物等，但可能会忽视如温度、能源、大气层对有害的宇宙辐射的阻隔等。利用班级记录表，梳理并记录生命存在的必要条件。）

探索活动2：“画一画我们的地球，标出与生命活动有关系的部分”。

    刚刚我们通过讨论基本了解了地球的一些情况，那接下来就请结合老师提供的视频及文字资料，填写地球圈层轮廓图。

（1）出示视频：地球的四大圈——大气圈、水圈、岩石圈和生物圈。

（2）出示资料卡：关于地球的一些知识。

（3）提供无文字的地球圈层轮廓图，通过知识的梳理让学生用简图、示意图等形式，把地球的环境条件和生命活动关联起来。

探索活动3：“收集资料或观看图片，了解地球是一颗非常独特的行星”。

    现在我们知道地球上的各种资源都是很适合人类居住的，那太阳系中其它行星是不是也适合我们居住呢？

（1） 出示太阳系图和地球与太阳系其他行星情况对比资料

（2）出示与地球相邻的星球的视频并了解其现状。

现在看来地球是适合人类居住的星球，那我们的宇航员在空间站里是怎样生活的呢？应该有那些配套设施才能保证宇航员保证的生存条件呢？那让我们一起来设计一个宇宙空间站吧！

2.进一步理解地球相当于一个巨大的宇宙空间站，是一颗独特的星球

四、拓展阅读“丰富的海洋资源”图文资料

   其实在我们的地球上还有很多的资源没有被开发以及充分利用，那就是我们丰富的海洋资源，它为人类提供了丰富的生物、矿产、能源等，海洋中的生物还是地球上最主要的二氧化碳吸收者。就让我们通过一段视频一起来走近地球－－我们美丽的家园吧！

制作地球说明书环节，一边活动，一边记录在学生手册中，先学生独立制作，再进行小组讨论，汇总。

2.大气就像盖在地球表面的一张毛毯，使地球表面的实际平均气温约为（    ）。

土卫六是太阳系中唯一一颗拥有稠密大气层的卫星，也是除地球之外唯一一颗在其表面有液体存在的星球，包括河流、湖泊和海洋

土卫六虽是一颗卫星，但比水星和冥王星还要大。因为远离太阳，土卫六表面温度大约-178摄氏度。土卫六有类似行星的大气层，密度比水星、地球、火星和冥王星都要大，比地球的大气压高出60%。土卫六的大气包含95%的氮气和5%的甲烷，是地球气压的1.5倍。土卫六的大气层无法呼吸，但如果站在土卫六上，人类不需要加压的宇航服，只需要一个呼吸面罩和防寒保护。

土卫六有液态的甲烷湖泊和海洋，使它成为太阳系中唯一一个表面有稳定液体的星球。不仅有液态甲烷湖泊和海洋，还有液态甲烷河流，甲烷也会蒸发并形成云，甲烷冰和氰化物气体云团漂浮在土卫六表面，偶尔会形成甲烷雨，类似于地球水循环。

卡西尼号飞船对土卫六进行了多次重力测量结果显示，土卫六隐藏着一个液态水的地下海洋，欧洲航天局的惠更斯号探测器的探测也表明在冰层下55至80公里处存在液态水海洋，但这仍有待证实。

土卫六的环境可能与大气中注入氧气之前的地球环境相似

地球大气层中的氧气都是光合生物制造的，土卫六上今天的条件类似于地球上缺氧的环境，生命起源所必需的化学反应也可能在其中发生。地球上的模拟实验表明，土卫六上的甲烷，通过持续的光化学作用，转化为乙烷、乙炔、乙烯和氰化氢，而氰化氢是是生命物质氨基酸的组成部分，覆盖在土卫六上有机烟雾层和几十亿年前地球上的很相似，是一个可能产生早期生命的环境。与早期地球的区别在于土卫六的低温环境，土卫六表面不存在液态水，除非有短暂的加热事件，如火山喷发或者彗星或陨石的撞击。

土卫六上的条件在遥远的将来可能适合人类居住

根据模型，如果太阳的温度升高并成为一颗红巨星，土卫六的温度可能会升高到足以让稳定的液态水海洋在其表面存在，土卫六的环境可能将与地球相似，从而为人类居住创造有利条件。

如今世界各航天大国都热衷于探索火星，这主要是由于火星距离地球相对比较近，表面环境和地球有一定的相似性，将来也适合人类登陆建立封闭式科研基地，虽然火星有稀薄的大气，并且探测器也多次在上面发现了水的痕迹，但是火星并非是一个生命生存的星球，相对而言，木星的四颗伽利略卫星、乃至土卫六、海卫一等更有可能有生命存在，特别是土卫六。

土卫六是太阳系中质量第二大的卫星，也是太阳系中唯一拥有大气层的卫星，可以毫不夸张地说，土卫六是太阳系中地球之外最有可能有生命存在的星球。这主要是由于以下原因：

相比于火星，土卫六有着更接近于地球的表面环境，先说它比地球还浓厚的大气层，其大气压是地球的1.5倍，可以说和地球非常相像，相比之下火星的大气压却只有地球的0.8%左右，而且土卫六上95%都是氮气，而地球大气层中的氮气含量占了78%，也和地球非常相像，而火星上的气体98%以上都是二氧化碳，可以说和地球差别太大了。因此有科学家说，土卫六实际上就像是“原始地球”，表面环境比火星与地球更为相似。

不仅如此，土卫六还被认为是一个富含水的星球，上面的水资源量比地球还要多，这是火星完全没法相比的，火星是一个极度干旱的荒漠似的星球，表面极度缺水，没有任何液态水存在，虽然在它的某些地点发现了水冰，前段时间在火星南极地区的地层下发现液态水，然而那也是高盐度的水，根本无法使用，由于火星是一个极度缺水的星球，但是生命的生存是离不开水的，这是火星的硬伤。但是土卫六就不一样了，整个星球的含水量是地球的好几倍，其表面有着厚厚的冰层，而冰层之下又有巨大的海洋，其冰下海洋的生态环境和地球深海的生态环境差不多，和木卫二的冰下海洋类似，很有可能是有着大量生物生存的。

土卫六上不仅有水，更有非常丰富的各类有机物，比如这里有甲烷形成的海洋（其中很可能有基于甲烷生成的生命），另外还有乙烷、氰化氢、碳氢化合物等，这些有机物还可以作为能源使用，这些方面也比火星强多了。

所以已知的种种迹象都显示，土卫六拥有整个太阳系中除地球之外更有利于生命生存的自然环境。不过可能有的朋友会说土卫六上的温度比较低，可以达到零下180℃，这样的环境下怎么会有生命呢？但是土卫六上也有不少地下热泉喷出的地方，大气层比较浓厚适合保存热量，而甲烷海洋的下面也许有以甲烷和碳氢化合物为能量来源的生物，所以土卫六的自然条件实际上要比火星更适合生命生存，等到人类的宇航和探测技术更进一步发展之后，相信各国科学家们下一个的星球探索目标就会是土卫六了。

太阳系有八大行星，却有200个左右的卫星，在这些卫星中，可以说土卫六（泰坦星）最为特殊，这个被认为是“灭霸的家乡”的星球是太阳系中唯一具有大气层的卫星，而且大气比地球还浓厚，表面气压是地球的1.5倍，同时这颗星球上还有着甲烷海洋，大气层中有浓厚的云层，也有降雨现象，地下热喷泉也会喷出表面，如是等等，所以有科学家认为土卫六的表面环境是太阳系中和原始地球最为相似的，并且高度怀疑这颗星球上很可能有生命存在。

美国航空航天局（NASA）已决定探索土卫六，NASA近日公布太阳系探测计划的下一个目标正是土卫六泰坦，将对它进行前所未有的全方位探测。

在探测任务中，NASA将向土卫六发送一台名叫“蜻蜓”的无人机，由于土卫六上有着浓厚的大气层，而且土卫六质量较小引力也不强，所以这个类似于大疆无人机的探测器有8个旋翼，能带有高清摄像机以及其他一些探测仪器和无线电波发射设备，可以在土卫六的表面数米高上空自由地飞行穿梭。

“蜻蜓”被放飞到土卫六上之后，在长达2.7年的任务期内，它将在土卫六表面不同的地形地貌区域进行探测，从土卫六上的有机沙丘到撞击坑底部，从甲烷海洋到地热喷泉等。它将采集并分析土卫六表面和大气层中的有机物质，以研究土卫六的大气和岩层物质成分，并且考察土卫六上的甲烷和氨水的海洋，分析其风力和大气温度变化，探索这颗星球上是否有生命体存在的迹象等。

这项任务已经被选入NASA的“新疆界计划”，与探测柯伊伯带的新视野号和探测木星的朱诺号同等重要，“蜻蜓”将成为NASA首个在地球外星球上开展科学任务的多旋翼飞行器，计划于2026年发射，预计在太空中飞行8年后，于2034年抵达土卫六，将着陆于土卫六赤道区域的香格里拉沙丘，之后会到多个地点采集样品，最后会到塞尔克撞击坑进行科考活动，因为这里是一个极有可能存在液态水和有机物的地方。

预估“蜻蜓”将在土卫六上飞行175公里，NASA的科学家们认为，该探测活动将为研究地球生命起源和外星生命提供重要线索。