基于數(shù)字星球系統(tǒng)的探究活動設計
——以“探究火星是否有生命存在”為例

內(nèi)蒙古師范大學（010022）崔 迪

本活動選自中圖版高中地理教材必修Ⅰ第一章P9-P10案例研究——“火星上是否有生命存在”。關于火星是否存在或曾經(jīng)存在生命的爭論由來已久。火星將是人類最理想的移民行星，這一信念激發(fā)人類對火星的探索。豐富的探索信息為本堂課的開展提供了可行性，各大網(wǎng)站火星專題開放性的資源為學生自主探究提供了可靠平臺。人類探索火星不僅是尋找生命的跡象，還有更深遠的意義——火星大氣、地質的研究可與地球進行比較研究。設計此次學生探究活動，以學生為主體開展探究活動，培養(yǎng)科學探索的精神，增強其學習地理學科的興趣。

一、探究活動設計

本節(jié)課的活動設計環(huán)節(jié)分為：自選小組——分發(fā)學案及布置任務——組間活動——為所選命題辯論——評價。

1.自選小組、分發(fā)學案及布置任務在前一課時布置完成，并說明PPT與數(shù)字星球相結合演示的制作方法，教師也可提供相關素材；

2.組間活動為學生自主活動，包括角色分配、搜集整合資料、合作與交流、制作文稿&PPT。成果展示需結合數(shù)字星球進行演示；

3.本節(jié)課主要進行小組活動成果演示，為所選命題辯論。最后教師做評價。

（一）導入新課

電子白板播放美國“鳳凰號”成功登錄火星的VCR。數(shù)字星球立體呈現(xiàn)火星。通過新聞視頻和數(shù)字星球結合演示，吸引學生注意力，讓學生有種身臨其境的感覺，便于引人課題。

教師：“鳳凰號”登陸的就是數(shù)字星球模擬呈現(xiàn)在大家面前這個紅彤彤星球——火星。通過視頻得知，“鳳凰號”火星探測器的主要使命是什么呢？

學生：是盡力尋找火星上是否有生命存在所必需的條件。

創(chuàng)設問題情景：火星上是否有生命存在？我們接下來就來探究這個問題。

（二）探究活動

以學案形式提前一課時分發(fā)：活動步驟、探究思路、探究資料。

1.活動步驟

（1）學生自選分組，分成A、B兩組，選出組長，組間自行分配任務，參看表1、2。

A組觀點：火星上有生命存在。

B組觀點：火星上沒有生命存在。

表1 角色與具體工作

表2 小組探究活動記錄表

（2）教師給予部分資料。兩組學生充分利用各種信息檢索手段收集相關知識點和信息。教師可引導學生使用百度、Google等搜索工具進行信息檢索，還應向學生推薦相關網(wǎng)站（詳見網(wǎng)絡資源）。根據(jù)搜集及提供的材料，尋找證據(jù)，討論完成自己的命題，并制作完成基于數(shù)字星球系統(tǒng)演示的Powerpoint（教師應先告知制作方法）。

（3）課堂上各小組分別用10分鐘時間進行成果演示，闡述本小組對火星上是否存在生命的論點。教師組織兩組同學展開辯論（當A組或B組同學闡述觀點時，另外一組同學可以向其提問，教師發(fā)揮主導作用，適當進行引導和控制）。

（4）教師總結。

（5）遷移提升。

2.探究思路

（1）搜集資料，了解人類對火星生命的探測歷史。

（2）搜集資料，歸納火星的基本特性？

（3）搜集資料，分析火星上是否有適宜生命生存和繁衍的溫度？

（4）搜集資料，分析火星上是否有適宜生命生存的大氣？

（5）搜集資料，探究火星上是否有水？理解水的存在與存在生命跡象的關系。

（6）搜集資料，探究火星上是否有合成生命的元素？

3.相關資料

A組命題相關資料（學案中呈現(xiàn)）：

材料1：地球 & 火星，一對孿生兄弟？

火星是地球的近鄰，它與地球有許多相同的特征和相似的地方，好似一對孿生兄弟。

材料分析：

（1）閱讀表格，比較地球與火星相關數(shù)據(jù)，說出這對“孿生兄弟”有哪些相似地方？

（2）你還搜集到哪些資料，補充說出這對“孿生兄弟”其它相似地方?

材料2：多年來火星探測提供了大量的信息。

1971年，NASA（美國宇航局）的Mariner（水手號）9探測器首先在火星南半球觀察到了著名的“水手谷”，還發(fā)現(xiàn)了上千條寬窄不等的酷似干涸的自然河道，猶如巨大的水道網(wǎng)絡。數(shù)字星球呈現(xiàn)如圖1。

1976年，NASA的Viking（海盜號）1和2探測器在火星的北極發(fā)現(xiàn)了水冰，并在火星大氣中探測到N2。氮是構成蛋白質的主要成分，對植物莖葉的生長和果實的發(fā)育有重要作用。數(shù)字星球呈現(xiàn)如圖2。

1984年人們在南極洲的Allan Hills發(fā)現(xiàn)了一塊來自火星的重約為1.9kg的編號為ALH84001的隕石，石中含有微生物遺跡，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部布滿了呈球狀的碳化物。數(shù)字星球呈現(xiàn)如圖3。

1996年，NASA的Global Surveyor（火星環(huán)球監(jiān)測者）探測器發(fā)現(xiàn)了在火星上分布著大面積的磁性物質，這表明火星曾經(jīng)有一個像地球一樣的磁場。磁場通常表現(xiàn)為保護行星不受各種宇宙射線的傷害。數(shù)字星球呈現(xiàn)如圖4。

圖1 火星水道網(wǎng)

圖2 火星極冠干冰

圖3 火星隕石

圖4 火星磁場

1997年， NASA的Pathfinder攜帶的“索杰納號”火星車登陸火星阿瑞斯平原，這是人類送往火星的第一部火星車。探測發(fā)現(xiàn)火星土壤富含二氧化硅。無定形二氧化硅是低等水生植物硅藻的遺體。

2004年，NASA的“勇氣號”和“機遇號”成功登陸火星。“勇氣號”發(fā)現(xiàn)了可能受到過液態(tài)水侵蝕的橄欖石層；成功地在一塊玄武巖類巖石上鉆出一個小洞。這是人類火星探測史上的首次巖石鉆孔。分析認為，該巖石在形成過程中或剛剛形成之初曾有水滲入，礦物質隨水分進入巖石，形成結晶并留在巖石內(nèi)部?！?機遇號”探測發(fā)現(xiàn)火星平原含有豐富鐵礦，在地球上鐵礦通常地處著有水和高溫的地方。

2008年，NASA的“鳳凰號”降落在火星北極區(qū)域。在著陸地點附近挖到的發(fā)亮物質是冰凍水，從而證實火星上的確存在水。這也是人類通過探測器在地球以外首次獲得冰凍水樣本。發(fā)現(xiàn)了火星略微呈堿性的土壤環(huán)境；發(fā)現(xiàn)了可為生命提供營養(yǎng)的濃縮鹽；發(fā)現(xiàn)了碳酸鈣，這是受液態(tài)水影響的標志。

材料分析：

（1）通過閱讀以上材料，分析整理出說明火星上可能存在生命的論據(jù)？

（2）通過多角度搜集資料，補充說明火星上可能存在生命的論點，確保論點有證據(jù)可依和其證據(jù)的科學性和真實性，注明論據(jù)或資料出處。

B組命題相關資料（學案中呈現(xiàn)）：

材料1：地球 & 火星，一對孿生兄弟？

一直以來火星都以它與地球的相似而被以為有存在外星生命的可能。但越來越多的跡象表明，火星更像是一個荒蕪死寂的世界。與其相似性比，火星與地球的差異性更大，如表3。

材料分析：

（1）有人說地球和火星是一對孿生兄弟，你認為他們相似嗎？閱讀表格，比較地球與火星相關數(shù)據(jù)，說出這對“孿生兄弟”有哪些差異的地方？這些差異說明了哪些問題？

（2）你還搜集到哪些資料，補充說出這對“孿生兄弟”其他差異的地方？說明了哪些問題？

材料2：稀薄的火星大氣。

表4 地球 & 火星大氣特點對比

材料分析：

（1）通過閱讀表格并查閱相關資料，描述火星的大氣有何特點？分析大氣對生物的存在具有哪些意義？

（2）通過閱讀表格并查閱相關資料，描述火星上的水的特點？分析水對生物的存在具有哪些意義？

材料3：又冷又干燥的沙漠——火星。

圖5 太陽系中的火星

表5 地球 & 火星溫差表

圖6 火星晝夜溫差

材料分析：

（1）依據(jù)以上系列材料，分析整理出說明火星上不存在生命的論據(jù)。

（2）多角度搜集資料，補充論點，確保論點有證據(jù)可依和其證據(jù)的科學性和真實性，注明資料出處。

（三）教師小結

數(shù)字星球顯示的地球——人類唯一的家園?；鹦巧纤暮圹E的發(fā)現(xiàn)，及火星隕石微生物遺跡、大氣中的氮元素都向人類展示，火星上可能存在過生命。但截止目前，我們地球仍然是太陽系中唯一一顆適合生物生存和繁衍的行星，是我們?nèi)祟愇ㄒ坏募覉@。所以，我們應該好好地保護我們的地球。

遷移提升：人類探究火星對研究地球有哪些意義？

二、探究資料

1. 網(wǎng)絡資源

中國科學院國家天文臺：http://www.bao.ac.cn

上海網(wǎng)上天文臺：http://www.astron.sh.cn

北京天文館：http://www.bjp.org.cn

美國國家宇航局：http://science.nasa.gov/

星空天文網(wǎng)：http://www.cosmoscape.com

浩瀚無限的宇宙：http://www.cpus.gov.cn/zlg/yuzhou/zlg0.htm

地球科學：http://content.edu.tw/junior/earth/tn_gz/mainmenu.htm

地球和天空：http://www.earthsky.com

地理課程網(wǎng)：http://geo.cersp.com

數(shù)字星球資源服務網(wǎng)：http://szxq.chinaedustar.com

2.教學資源

數(shù)字星球系統(tǒng)、白板系統(tǒng)、電子中圖版高中地理教科書《地理·必修1》、學案。

三、探究活動評價

表6 探究活動評價表