神奇的智能材料

       ①何谓智能材料？现在还没有严格的定义，但一般说来，它指的是能感知环境条件并做出相应“行动”的材料。智能材料的行为与生命体的智能反应有点类似。举一个简单的例子，太阳镜片中就含有某种材料，这种智能材料能感知周围的光，并能对光的强弱做出判断：当周围的光很强时，它就自行变暗；当光较弱时，它又变得透明起来。

       ②现在，在建筑方面，科学家们正集中力量研制使桥梁、高大的建筑设施以及地下管道等能自诊其“健康”状况，并能自行“医治疾病”的材料。这方面，美国伊得诺大学的研究已初见成效，该大学建筑研究中心的卡罗琳•德赖开发出了两种“自愈合”纤维，这两种纤维能分别感知混凝土中的裂缝和钢筋的腐蚀，粘合裂缝的纤维是用玻璃丝和聚丙稀制成的多孔中空纤维，将其渗入混凝土中，在混凝土过度挠曲时，它被撕裂，从而释放出一些化学物质，来充填和粘合混凝土中的裂缝。德赖开发的另一种纤维能感知造成钢筋腐蚀的酸度。若把这种纤维包在钢筋周围，当钢筋周围的酸度达到一定值时，纤维的涂层溶解，从纤维中释放出阻止混凝土中的钢筋被腐蚀的物质。

       ③在医疗方面，智能材料还被应用于药物自动释放系统上。日本东京女子医学院已经推出一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。葡萄糖浓度低时，该聚合物会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。借助这一特性。这一聚合物可制成人造胰细胞。将这种聚合物包封的胰岛素小球注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细胞工作，血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。这样 ， 病人的血糖浓度就会始终保持正常的水平。

       ④智能材料在日常生活中的用途更为广泛，所以科学家正致力于这方面的大量研究。如英国科学家正在研制一种能让残疾儿童借助它“说话”的智能化衣料。残疾儿童穿上由这种独特的电子纺织材料制成的马甲，连接一个语音合成器，就可以简单地通过轻拍这种触敏性材料使别人明白他的意思。把这种材料与适当的电子仪器连接起来，将带来新型外衣的问世。把电话主板集成在袜子里以提醒穿着者新鞋子是否会磨脚，或者将其放入袖子里，乃至足球衣中，让裁判知道何时被人拉扯过。

       ⑤虽然智能材料方面的研究有待于进一步深入，但我们有理由相信，它的发展前景将是无限广阔的。

空难“见证人”——黑匣子

    ①空难事故发生后，飞机往往解体，甚至被烈火烧毁。人们到现场救援的时候，总是会寻找一个东西，它的名字大家已经耳熟能详了，对了，这就是被誉为空难“见证人”的黑匣子。它可以给调查人员提供证据，帮助他们了解事故的真相。

    ②实际上，黑匣子并不是黑色的，而是色调较亮的“国际橘”。这种明亮显眼的颜色，以及记录仪外部的反射条带，使事故调查员在飞机失事后很快找到它。

    ③媒体很喜欢用“黑匣子”这个名称，但大多数专业人士不这样叫。航空专家通常把黑匣子叫作电子飞行数据记录仪。

    ④黑匣子由两个设备构成：飞行数据记录仪和舱声录音器。它们在任何一架商业飞机或喷气式飞机上都是必备的。黑匣子通常安装在飞机尾部，这样在飞机失事时，它们才更容易被保存下来。数据记录仪记录飞行速度、高度、垂直加速度和燃油流量等数据。舱声录音器记录驾驶舱内的各种声音，包括通话声、发动机声、爆炸声等。黑匣子记录的飞行数据、驾驶舱的各种声音能帮助人们分析事故原因。

    ⑤黑匣子是由澳大利亚人戴维·沃伦博士发明的。戴维·沃伦博士的父亲死于1934年的巴斯海峡飞机失事，当时戴维只有9岁。20世纪50年代初，沃伦博士萌生了一个念头：制作一个能记录飞行数据和驾驶室对话的装置，用于帮助分析人士了解飞机失事原因。他为墨尔本航空研究中心写了一篇名为《帮助飞机失事调查的设备》的备忘录，并于1956年发明了名为“ARL飞行记忆装置”的飞行记录仪。直到5年后，他的发明才得到广泛关注，该设备最终在英国和美国投产。

    ⑥黑匣子装有水下定位信标，一旦其感应器接触到水，就开始发射脉冲信号，每秒发射一次，共发射30天，然后会因电池电量耗尽而停止发射。一旦发生这种情况，就会给搜寻带来巨大困难。法航447航班失事坠入大西洋后，搜索人员花了两年时间才找到并打捞起黑匣子。

    ⑦黑匣子通常由钛或不锈钢包裹两层，而且能经受恶劣的环境条件，就像一个人穿着结实无比的盔甲一样。包含记忆板的关键部分可承受带有钢钉的227公斤的物体从3米的高度砸到它上面。研究人员尝试在1100摄氏度的火中摧毁它，把它放进有压力的盐水罐中或浸入航空燃料中，但黑匣子都安然无恙，所以黑匣子实际上是无法毁灭的。但黑匣子的功能并不很强大，甚至不如你的手机。马航MH370事件之后，专家表示，可能是时候为搜集航空数据的手段升级了。当前飞机上的数据记录仪不能与外界进行实时沟通，还没有从大型飞机上传输大量数据的能力。

（选自《读者》2014年第10期，有删改）

自给自足的人体生物能发电

    ①随着煤炭、石油等资源日趋枯竭，环境恶化日趋严重，一些科学家为了开发更多的新能源，已把研究课题转向人类自身的生物能这一领域，利用人体生物能发电现已初见成效。

    ②人体中存在着一些化学物质，它们之间在发生反应时会产生化学能量。像新陈代谢过程中，葡萄糖和氧分子的反应就有能量释放出来，若稍加利用，这种能量就可以转化为电能。根据这一原理，科学家开始了人体生物电池的研究。

③据专家介绍，人体生物电池的电极是由两根长2厘米、直径约1/7000纳米的碳纤维制成，在每根碳纤维的外层还涂有一种聚合物，此外还有一种作为催化剂的葡萄糖氧化酶聚合物的作用是将碳纤维与葡萄糖氧化酶连接成一个电路，而葡萄糖氧化酶则是用来加速葡萄糖与氧分子的化学反应。这种人体生物电池在37℃、pH为7.2的环境下工作，这很接近人体血液的温度和酸碱度，它产生的动力可以驱动一个监控糖尿病的小型传感器。

    ④人体生物能发电还有其它形式。当一个人坐着或站立时，就会持续产生重力势能。此时，若能采用特制的重力转换器就能将这种能转换成电能。美国有一家公司将发电装置埋在行人拥挤的公共场所，外面是一排踏板。当行人从板上走过时，体重压在板上，使与踏板相连的摇杆向另一个方向运动，从而带动中心轴旋转，使与之相连的发电机启动。

    ⑤除此以外，人体生物能中的热能也可被利用。人每天都要散发大量的热能，而且是通过辐射传播出去。一般一个50千克重的成年人一昼夜所散发的热量约为2500千卡，利用人体的热能制成的温差电池，可以将人体的热能转换成电能。这种温差电池做得很精致，只要放在衣服口袋里就能工作。它可以起到电源的作用，给助听器、袖珍电视机、微型发电机等供电，可谓是自己发电自己使用。

    ⑥人体能源可以说取之不尽，用之不竭，而且没有污染。如此神奇的能源是我们每个人都具有的，充分利用它，便会为我们的社会节约更多的能源。希望这种新型的能源会越来越多地造福于人类。

（选自《能源科学的奥秘》有改动）

一，护卫国家安全

    ①卫星导航系统不仅能让用户知道自己所在的位置，还可以告诉别人自己的位置，特别适用于需要导航与移动数据通信场所。因此，卫星导航系统是关系国家安全和社会发展不可或缺的信息基础设施。

②与目前应用广泛的GPS相比，我国的北斗系统起步晚了整整20年，但在技术上并没有落后很多。北京大学地球与空间科学学院教授焦维新说，北斗系统的定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒，并且还有提高的空间。在亚太地区，北斗系统的定位精度不输于GPS。

    ③北斗系统在护卫国家安全上正日益发挥着重要作用。北斗系统组网成功后，我国海军北海舰队随即进行了信息化升级改造，使北斗的应用更符合舰艇远洋训练的需要，并率先在舰队水面舰艇部队推广。

二，________________

    ④在海南，有渔民说，现在渔船上供奉两样东西，一样是妈祖，另一样是北斗。渔业是北斗卫星导航系统应用较早也较为广泛的一个行业。安装了北斗系统终端，不仅可以为船只导航，还可以通过北斗独有的短报文技术，报告船只位置和船上人员的情况。据统计，目前，全国有近10万艘出海渔船安装了北斗卫星导航系统终端。

    ⑤2008年汶川大地震时，曾出现震区通信设备全部遭到破坏，前往震区救灾的部队与后方指挥中心无法建立有效联系的紧急情况。情急之下，有关单位迅速调拨了一批北斗卫星用户机，配备给一线救援部队。后方指挥部实现了“看得见”的救援指挥，前方救援部队也实现了实时短报文通信，指挥命令及时下达，灾情信息实时上报，前后方之间架起了一座有效的信息沟通桥梁，保证了指挥调度顺畅。北斗系统在汶川地震救灾决策、搜救、医疗等工作中发挥了关键作用。

    ⑥覆盖范围广，受地面影响小，定位准确及时……凭借着这些优势，在2008年南方冰冻灾害救援、2010年玉树抗震救灾、舟曲泥石流救灾中，北斗卫星导航系统同样大显身手。

三，助推国民经济

    ⑦如今，上至航空航天，下至百姓日常生活，卫星导航应用技术不断推广，北斗导航系统已经成为我国国民经济建设的“助推器”。

    ⑧据统计，目前，我国涉足卫星导航应用与服务产业的厂商与机构超过5000家，2010年产值超过500亿元，预计2020年有望跃升至4000亿元。我国卫星导航产业进入高速发展时期，也成为国民经济新的重要增长点。

    ⑨同时，随着物联网、智慧城市的建设，北斗也将发挥越来越重要的作用。据了解，在上海，智慧城市北斗综合应用示范工程即将启动，北斗导航位置服务技术创新基地将落户“大虹桥”。“智能呼叫”“智能交通导航”“特殊人群关爱”等民生应用项目，即将进入百姓生活。

    ⑩目前，带有北斗导航系统的导航仪已经开始投放市场，直接“导航”百姓生活。但专家同时指出，北斗系统仍然要大力研发突破核心应用，并使应用形成规模化，只有这样才能使北斗真正走进千家万户。专家表示，我国北斗导航卫星系统是一个开放的、面向世界的系统，期待北斗导航在卫星导航国际舞台上的“精彩演出”。

从”天宫”归来，神十五飞船返回舱有话对你说(节选)

亲爱的朋友们，我是神舟十五号飞船返回舱，我想你们已经得知了我搭载着3名航天员成功返回的好消息，相信你们一定是振奋不已，而我的内心也是心潮澎湃，久久不能平静。

首先简单介绍一下我自己吧。我和轨道舱、推进舱相连，共同组成了神舟飞船。和人体结构类似，我也有”内脏”“骨骼”“皮肤”， 甚至”外衣”，我的“皮肤”和”骨骼”是紧密连接的，航天科技集团五院的研制人员把它们叫做”蒙皮+筋”结构。蒙皮类似于”皮肤”，起到舱体密封作用，筋类似于”骨骼”，起到支撑加强作用，而为了让我能够在太空超2009C的巨大温差环境下维持舱内适宜的温度，研制人员还会为我穿上一层特殊的”外衣”——热控涂层。在我的体内，还有 降落伞舱、航天员座椅等产品布局。

至于我是如何成长为这个样子的，都需要经历哪些步骤，可以用6个字”铣”“吹”“卷”“缝”“热”“穿”来简单概括。下面，让我给大家科普一下其中的四个方面吧！

“吹”座椅，护航天地往返

大家都知道，我们神舟飞船返回舱内航天员座椅有着特殊的外形轮廓，航天员坐在其中就像胎儿在母体中的姿态，在强过载冲击下，能够最大程度地减轻伤害。但是好多人并不知道这套座椅是怎么生产出来的。实不相瞒，它们是”吹”出来的。工艺人员常常挂在嘴边的”吹”，其实是一种比较先进的热成形工艺方法，它的学名叫做”超塑成形”。这种工艺方法在约500℃和4个大气压的条件下实现铝板大变形量复杂轮廓零件的整体精密成形。生活中一些豪华跑车的变化流线车身上也有应用。

‘缝”舱体，确保天衣无缝

我的身体是由多个部分组成的，为了保证航天员的安全和舱体密封要求，需要通过焊接的方法实现，而负责焊接的操作者们也常常被称为”铁裁缝”。

其实，要让我的身体”天衣无缝”，难度很大。告诉大家一组数据吧，在我的身上有50余条焊缝，总长度近70米，焊点数量2600余个。为了把我完美打造出来，需要用到10余套工装、70余道工序，上百个零件，会涉及到手工焊和自动焊两种方式。

为了保证焊接质量，焊接时要时刻观察”缝合”质量，因此焊接技能大师们往往一趴就是半天，每次身上都会被汗水湿透。而每当看到美丽的”鱼鳞”状焊接纹路时，我都会在心中为他们的高超技艺点赞！

“热”处理，保持标准身材

西游记故事中，孙悟空经历太上老君的三昧真火，练就金刚之躯和火眼金睛。其实我也需要经历”三昧真火”，这样我的身形会更加标准。

在”塑形”的过程中，我先后经历490- 500℃及160- 190℃的高温历练，使我的骨骼更加健壮。另外，在加工阶段和整舱焊接过程，我的身体会产生内在的不适感，工程师把它称为”残余应力”。它的存在会导致我在任务执行时，产生裂纹、变形的风险，所以他们会设置1-2次”热敷”，采用100-120℃的温度，将我体内的残余应力进行释放，从而保证我在飞行时的良好状态。

“穿”外衣，呵护在轨冷暖

当我与空间站交会对接后，”身体”难免会被其他舱体遮挡，因此表面最低温度可低于零下100℃。不过，有时候我的局部又会持续受到太阳照射，最高可超过100℃。为了给航天员提供合适的环境，研制人员设计出了一款低吸收-低发射热控涂层，并喷涂在我身体表面。我就像穿了一件神奇的银色控温”冲锋衣”，能够在200℃大温差、长期低温及强辐射的太空中，将舱内环境温度控制在18-26℃，自在翱翔。

至于大家好奇的返回舱返回地球后，外表面金光闪闪的样子，那其实就是我们银色外衣在返回地球时，与大气层高速摩擦并氧化变黄后的样子。

介绍了上面这么多，不知道朋友们是否对我的成长经历有了更加深入的了解。回想二十年前，我的五哥(神舟五号飞船)圆满完成我国首次载人航天任务，成为我们”神舟家族”永远的骄傲。那时，还没出生的我，注定会肩负起更新更重的载人航天使命。

六个月前，我们神舟十五号飞船成功与空间站交会对接。那一刻，中国空间站组合体首次形成了由6个航天器组成的”三舱三船”的最大构型，6名中国航天员在太空首次上演”太空会师”。此时，不辱使命、安全回到祖国大地的我，依旧内心激荡、难以忘怀。

如今，中国空间站已全面进入应用与发展阶段。5月30日，我在中国空间站热烈迎接了十六弟(神舟十六号飞船)的到来。相信十六弟在新的征途上，将会悉心守护”博士”乘组，保障他们在新任务、新征程中工作和生活安全。期待几个月后，我们在美丽的地球家园再次相聚。

中国航天科技集团公众号

研学的种种乱象给家长和学生带来诸多困扰，近年来，教育部门逐渐引导研学回归教育的本真。

一个好的研学旅行产品应具备以下特点：

一要注意给学生综合素质的提升创造环境。要从启程的一刻开始，便引导学生在交通安全、住宿及餐桌礼仪、社会交往等方面进行学习与实操，由此培养自理能力和团队精神。

二是要有明确的主题。从研学旅行的整体目标开始，到每个活动、每个课程资源点的讲述，都要有确定、落地的方向，不仅要让学生参与活动，更要让他们理解活动的意义，学会总结自己的收获，并联系到实际生活学习中去。

三要有课程实施计划。研学区别于旅游的最根本特点之一，就在于将资源点的参观、讲解、体验、总结等环节课程化，要有导入，课程目标、达成方式的设计。

第四，项目实施要有亮点，有趣味性，在实操过程中要挖掘资源点的亮点和特殊性，要注意与学生常识的衔接与比较，要多种教学方式相结合，增强代入感与趣味性。

最后，要设计特殊情境，增强冲击力，使内容升华。

只有这样，才能让“研学游”真正成为“研学优” ， 使得青少年在“行走的课堂”中增长见识、收获新知，

“修建故宫所用的石头是如何开采和运输的？”

“为什么当时的建筑主料是木头而不是石头？”

“为什么故宫里会有鹿？除了鹿，故宫里还有别的动物吗？”

早在研学出发前，南方科技大学教育集团第二实验学校的学生们就通过建筑先导课和主题阅读先导课对研学的内容提前做了准备。因此，学生们会带着问题启程。

“从小就对搭建充满热情的我，曾一次次惊叹于视频中那些伟大建筑的壮丽—金碧辉煌的故宫，雕梁画栋的颐和园，气势恢宏的鸟巢……这次，我终于有了近距离感受这些建筑之美的机会。”期末考试结束的第二天，南方科技大学教育集团第二实验学校的周浩天就和同学们来到北京，开启了他们的研学之旅。

研学，对他们来说，已成为学习生活中不可或缺的组成部分。从2017年寒假开展研学活动至今，该校学生的研学足迹已踏遍大江南北，丝绸之路、故宫博物院、茶马古道、东江水系…甚至走出国门，前往新加坡开展STEM课程学习。

研学不同于单纯游玩，是主动探究的过程，研学是以“研”为重点，以“学”为目的，以“行”为方式的活动，比单纯游玩有更立体的学习目标、更丰盈的活动内容和更适切的研学规划。研学课程与统整项目课程的深度联结，也是学生把知识“放回”真实世界的“助推器”生活即教材，世界即课堂。研学活动从有限的课堂和学校时空延伸到教育的全时空、全过程。在研学活动中，孩子们学会交流与沟通，试着合作和互相帮助，增强创新和创造能力，增进了彼此的感情，提升文化理解能力，这正是国际上公认的5C核心素养—文化理解与传承、审辩思维、创新、沟通、合作，更重要的是，以脚步丈量对祖国的担当与责任，用体察形成对世界的了解与包容。