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產品詳細介紹 火星探秘STEAM主題課程 項目背景 火星是太陽系八大行星之一，屬于類地行星。進入航天時代以來，特別是近 30 多年，世界上許多的天文學家和科學家都積極地對火星進行了多方面的研究，通過發射各類火星探測器前往火星進行探索，不斷揭開火星的神秘面紗。 對于學生而言，火星和火星探測器一般還是一個相對模糊的概念，對于火星的特征以及火星探測器的功能構造的認識也比較模糊。因此，借助于火星探秘主題套件與八爪魚人工智能與編程教學系統，能讓學生在課堂上通過動手實驗、搭建、設計等方式了解火星和火星探測器，激發學生對火星的探索激情。 課程性質 這是一門以項目式教學開展的跨學科課程，以基于建構主義理論的 5E 教學模式作為指導，結合了小學科學課程標準與初中物理課程標準。 課程目標 1.知識與技能 ?  獲得火星車的結構特征、火星的地形特征、人類探索火星歷程等相關知識。 ?  認識能量的形式，知道能量轉換、壓力、壓強等內容，了解其在生活中的應用。 ?  認識火星車中涉及到的電子元器件，知道其功能；學習圖形化編程，能對模型進行簡單的調試。 ?  有初步的實驗操作技能，知道簡單數據的記錄和處理方法，會寫簡單的實驗報告。 2.過程與方法 ?  初步了解圖形化編程，編寫程序，對模型進行簡單的調試，具有初步的編程邏輯思維。 ?  能夠參與科學探究活動，能簡單描述實驗現象，具有初步的觀察能力與提出問題的能力。 ?  能書面或口頭表達自己的觀點，能與他人交流，有自我反思和聽取意見的意識，有初步的信息交流能力。 3.情感態度與價值觀 ?  有對宇宙科學的求知欲，能保持對科學的好奇。 ?  樂于參加觀察、實驗、制作等探究活動，并能在活動中克服困難，完成任務，有團隊精神。 ?  能總結成功的經驗，分析失敗的原因，體驗戰勝困難、解決問題時的喜悅。

利用美國宇航局火星勘測軌道飛行器的觀測數據，對近7個火星年中發生的尺度在數千公里乃至覆蓋全球的大型沙塵暴進行研究，發現火星南半球高緯對流層上部的沙塵普遍存在著強烈的周日變化（圖1），進一步的觀測表明這種現象來自于南半球沙塵大范圍的周日經向運動。而沙塵的物理狀態和化學性質相對穩定，是大氣風場的最好示蹤物，所以由沙塵的運動可以反推火星上難以觀測的大氣風場結構。利用這些觀測結果以及大氣潮汐理論模型，該研究發現火星南半球沙塵暴期間存在著強烈的周日潮汐風場，而正是周日潮汐的經向風主導了沙塵潮汐現象。該現象表明火星大氣在沙塵暴期間存在快速的經向運動，結合火星大氣環流數值模型進一步研究發現，潮汐風可以將夏季火星極區冰蓋附近豐富的水汽快速輸送至中低緯（圖2）。這些水汽可以在中低緯地區日間深對流的作用下被抬升至中高層大氣，在太陽紫外輻射的作用下產生大量的H，從而增加了火星大氣H的逃逸。另一方面，該現象表明在火星上存在著有別于地球大氣的經向物質交換機制。地球中-高緯之間的大氣熱量與物質交換強烈地依賴羅斯貝波的主導作用。雖然大氣熱力潮汐也是地球上早已熟知的大氣波動，但對中低層大氣作用較小，且主要局限于熱帶地區。然而，火星稀薄的大氣可以顯著增強熱力潮汐的作用，該研究提出的潮汐風在火星大氣水平運動中的重要作用，使人們對行星大氣中-高緯之間的物質交換有了新的認識。

地球科學與技術學院副教授楊升宇與德國地球科學研究中心（GFZ）、德國GEOS4公司、丹麥和格陵蘭地質調查局、澳大利亞科廷大學、中國地質大學（北京）等單位合作，在火星遠古生命探索方面取得新進展。相關研究成果《大分子有機化合物在輻射作用下的改變：對火星有機質探測的啟示》（Geological alteration of organic macromolecules by irradiation: Implications for organic matter occurrence on Mars）在線發表在國際地質學領域頂級期刊Geology上（地質學研究方向連續13年全球排名第一）。 項目研究人員在探索北歐寒武系Alum頁巖的油氣資源潛力過程中，發現它的放射性異常強，特別是頁巖中的碳酸鹽巖結核（Kolm）的鈾含量是普通頁巖鈾含量的數百倍。通過原子核物理學計算發現Kolm樣品與火星蓋爾隕石坑的表層巖石受到了相同數量級（108-109戈瑞）的輻射量，因而推測這兩種巖石中的有機質承受了類似的輻射改變。研究人員利用油氣地球化學常用的熱解氣相色譜(Py-GC)和傅里葉變換質譜(FT-ICR-MS)分析技術證實了這兩類有機質具有極其相似的分子結構，從而間接地證明了新發現的火星有機質是31億到38億年前的湖泊沉積。 此外，該研究還通過對北歐、中國和澳大利亞頁巖樣品的系統研究，總結出地質有機質（干酪根）在輻射作用下的一系列變化規律及作用機理（圖2）。論文提出的理論模型在我國的火星探測計劃、核廢料地質處理和高鈾頁巖的油氣生成機理研究等方面都具有重要啟示意義。

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上海交通大學物理與天文學院俞進教授與成都理工大學地科院行星科學國際研究中心趙宇鴳研究員、中國科學院上海技術物理研究所徐衛明研究員和中國科學院地球化學研究所劉建忠研究員為論文的共同通訊作者。