问题研究 火星基地应该是什么样子 讲义 2024-2025学年高中地理人教版（2019）必修一

教学评一体化课时备课模板 课题 问题研究 火星基地应该是什么样子 课时 1 所在教材 人教版（2019）-第一章 课型 新授 学习目标 人地协调观：理解火星环境与人类生存需求的关系，探讨如何改造火星环境以适应人类居住。 综合思维：综合分析火星的自然条件、资源分布以及潜在的危险因素，为火星基地建设提供科学依据。 区域认知：了解火星的地理位置、地形地貌等基本信息，形成对火星这一特殊区域的全面认知。 地理实践力：通过设计火星基地的方案，培养学生的创新思维和实践操作能力。 重难点 火星基地的设计需考虑多方面因素，如适宜人类生存的环境条件、能源供应、防御宇宙辐射和沙尘暴的措施等。难点在于如何在火星的恶劣环境中构建一个安全、稳定、可持续的人类居住地。 教学环节 学习活动 新课教学 同学们，大家平常喜不喜欢看科幻电影呀？像《火星救援》，电影里主角在火星上独自求生，还搭建起了简易的居住设施。那大家有没有想过，如果有一天，我们人类真的要在火星上建立一个基地，这个基地应该是什么样子呢？这可不是天马行空的想象，随着航天技术的不断发展，未来在火星建立基地是很有可能实现的。今天，我们就以地理知识为基础，来一起探讨火星基地应该是什么样子。首先，大家先来说说，你们印象中的火星是什么样的呢？（学生回答，可能提到红色星球、沙漠、沙尘暴等）看来大家对火星有一些初步的认识，那火星真实的环境到底如何，这对我们建立基地又有哪些影响呢？让我们带着这些问题，进入今天的学习。 火星环境特征分析 火星的大气 我们都知道，地球的大气对我们的生存至关重要，那火星的大气又是怎样的呢？同学们，我们先来了解一下火星大气的成分。火星大气主要由二氧化碳组成，占到了 95% 以上，剩下的是少量的氮气、氩气等，几乎没有氧气。这和地球大气差别非常大，地球大气中氮气约占 78%，氧气约占 21%。大家想想，这样的大气成分，对我们在火星上生存会带来哪些挑战呢？（学生思考回答，可能提到呼吸问题等）没错，人类无法直接呼吸火星的大气，我们需要自己想办法制造和储存氧气。而且，火星大气非常稀薄，它的密度只有地球大气的大约 1%。这又会产生什么影响呢？大气稀薄，意味着对太阳辐射的削弱作用很弱，火星表面接收到的太阳辐射就会很强，昼夜温差也会很大。白天，火星表面温度可能会达到 20 多摄氏度，但到了夜晚，温度会骤降到零下 100 多摄氏度。所以，在火星建立基地，我们必须要考虑如何应对这样极端的温度变化。老师来问大家一个问题，假如你要设计一个火星基地的居住舱，你会怎样设计来应对昼夜温差大这个问题呢？（学生回答，可能提到使用隔热材料等） 火星的地形地貌 火星的地形地貌也十分独特。火星上有太阳系中最高的火山 —— 奥林匹斯山，它的高度达到了约 21 千米，是珠穆朗玛峰的两倍多。还有太阳系中最大的峡谷 —— 水手号峡谷，长度超过 4000 千米，最深处可达 7 千米。这些巨大的山脉和峡谷，对我们建立火星基地的选址有很大影响。同学们，你们觉得在山脉附近和峡谷底部建立基地，分别有哪些优缺点呢？（学生分组讨论后回答，可能提到山脉附近地势高，可能有更多资源，但交通不便；峡谷底部地势低，可能避风，但可能有地质灾害隐患等）非常好，大家分析得很到位。在选址的时候，我们要综合考虑很多因素，比如地形是否平坦，便于建设；是否靠近资源，方便获取；是否安全，避免地质灾害等。那大家再思考一下，火星表面还有大量的沙丘和砾石，这对我们在火星上行动会造成什么困难呢？（学生回答，可能提到影响交通工具行驶等） 火星的气候 火星的气候也和地球大不相同。火星上经常会发生大规模的沙尘暴，这些沙尘暴有时候能覆盖整个火星表面。沙尘暴不仅会影响视线，还会对基地的设施造成损害。而且，火星的季节变化也很明显，这是因为火星的自转轴倾斜角度和地球相近，约为 25.19 度。但火星的公转周期比地球长，大约是 687 天，这就导致火星的季节比地球的季节要长很多。在不同的季节，火星的温度、光照等条件都会发生变化。同学们，我们来想一想，火星的沙尘暴和季节变化，会给基地的能源供应带来什么挑战呢？（学生回答，可能提到沙尘暴影响太阳能发电，季节变化影响光照时长等） 火星基地设计要点 生命保障系统 在火星这样恶劣的环境下，建立一个完善的生命保障系统是重中之重。首先是氧气供应，我们不能依赖火星大气中的氧气，所以需要通过电解水等方式来制取氧气。这就需要基地有充足的电力供应和水资源。说到水，火星上虽然没有液态水的大面积存在，但在两极地区有大量的水冰。我们可以通过开采水冰，融化后得到水，除了用于制取氧气，还能满足日常生活的饮用、洗漱等需求。食物方面，在火星基地长期居住，不能一直依靠从地球运输食物，所以我们要尝试在火星上种植植物。火星的土壤和地球土壤成分不同，含有很多重金属等物质，但科学家们正在研究如何改良火星土壤，或者采用无土栽培等技术来种植作物。同学们，现在我们来思考一个问题，假如你负责火星基地的生命保障系统设计，你会优先解决氧气、水、食物中的哪一个问题呢？为什么？（学生回答并阐述理由） 能源供应 火星基地的能源供应也面临着诸多挑战。火星距离太阳比地球更远，接收到的太阳辐射强度只有地球的大约 44%。但太阳能仍然是我们的重要能源之一，我们可以在基地安装大量的太阳能电池板来收集太阳能。不过，由于火星的沙尘暴和昼夜变化，太阳能的供应并不稳定。所以，我们还需要有备用能源，比如核能。核反应堆可以持续稳定地产生电能，为基地提供可靠的能源保障。同学们，我们来探讨一下，在火星上使用太阳能和核能，分别有哪些优势和风险呢？（学生分组讨论后回答，可能提到太阳能清洁、可再生，但受天气和昼夜影响；核能能量密度大、稳定，但存在核辐射风险等） 基地防护 火星基地需要抵御来自外部的各种威胁。首先是宇宙辐射，由于火星大气稀薄，无法像地球大气那样有效地阻挡宇宙射线。所以，基地的建筑材料需要具备良好的防辐射性能。可以使用一些含有铅等重金属的材料，来屏蔽辐射。其次是陨石撞击，虽然火星有大气层，但仍然有陨石能够穿过大气层撞击到火星表面。为了防止陨石撞击对基地造成破坏，我们可以在基地周围设置一些预警装置，提前发现陨石，同时加强基地建筑的结构强度。同学们，现在老师问大家一个问题，如果火星基地遭遇了一场强烈的沙尘暴，基地的防护措施应该如何发挥作用呢？（学生回答，可能提到关闭基地的外部开口，利用防护材料抵御沙尘等） 案例分析与小组实践 案例分析 我们来看看一些现实中的案例，科学家们在地球上模拟火星环境进行基地建设的尝试。比如在地球上的一些沙漠地区，像以色列的内盖夫沙漠，就建立了模拟火星基地。这个基地采用了充气舱和外部防护膜的设计。充气舱可以快速搭建，节省材料和时间，外部防护膜则可以抵御风沙和一定程度的辐射。还有一些极地地区，环境也和火星有相似之处，比如寒冷、干燥等，科学家们也在那里进行相关研究。同学们，从这些案例中，我们能得到哪些关于火星基地设计的启示呢？（学生回答，可能提到采用轻便材料、注重防护等） 小组实践 接下来，我们进行小组实践活动。老师将大家分成若干小组，每组领取一张 “火星基地设计卡”，上面包含了火星的资源、环境限制等信息。大家要根据这些信息，绘制出你们小组设计的火星基地平面图，并标注出功能分区，比如居住区、能源区、种植区、科研区等。在设计的时候，要充分考虑我们刚才讨论的火星环境特征和基地设计要点。大家可以发挥自己的想象力，但也要有科学依据。现在开始，给大家 20 分钟的时间进行设计。（学生小组讨论、绘制设计图，老师巡视指导） 小组展示与点评 好，时间到。现在每个小组派一名代表上台，展示你们小组设计的火星基地，并讲解设计思路。其他小组的同学要认真听，听完后可以提问和发表自己的意见。（各小组依次展示，讲解设计思路，其他小组提问、评价） 老师总结：同学们，今天大家的表现都非常棒！通过这次讨论和设计，我们了解了火星的环境特征，也知道了建立火星基地需要考虑的诸多因素。从生命保障系统到能源供应，再到基地防护，每一个环节都充满了挑战，但也充满了无限的可能。虽然目前我们还没有真正在火星上建立起基地，但相信随着科技的不断进步，这一天终会到来。在课后，大家可以继续完善自己的火星基地设计，思考更多细节问题。老师再给大家留一个小问题：如果火星基地建成后，要和地球进行通信，会面临哪些困难，如何解决呢？下节课我们一起交流。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$