石晶华

（浙江省新昌县南明小学）

脚踏实地仰望星空
——基于观察基础上的“宇宙”单元概念与建模

石晶华

（浙江省新昌县南明小学）

地球空间单元的概念是在一次次的观察和建模中逐渐清晰起来的，而脚踏实地地观察和记录，是进行一系列建模的基础，同时对学生兴趣的开发、能力的培养都有着重要的作用。因此，教师要以教学难点的突破为出发点，在积极提高自身专业能力的同时，裹挟着学生一起脚踏实地地观察，在拥有更多直观、深刻印象的基础上，最大限度地满足学生的求知欲，保持学生的探究兴趣，提高学生的科学素养。

观察；记录；模拟；概念

一、一堂学生自己上的宇宙课

学生的关注点包括：

1.关于月球（包括月球环形山、月球表面温度、没有空气及与地球关系等）

2.关于太阳系（包括火星、金星、木星、土星、冥王星等，不包括太阳和地球，但是讲到流星）3.关于银河系（包括太阳系在银河系中的位置，银河系特点等）4.关于宇宙（包括宇宙大爆炸、光年、星座、北极星、黑洞、白洞、虫洞等）

这一课，学生没有关注的点为：月相形成原因、太阳特点、地球的特点、日地月三者的关系等。

地球空间单元的概念就是在一次次的观察和建模中逐渐清晰起来的，而脚踏实地地观察和记录，是进行一系列建模的基础，同时对学生兴趣的开发、能力的培养都有着重要的作用。

二、全面体验观月，感知天文

1.引领学生长期观察月相变化

学期伊始，教师就确定本学期的重点观察对象为星空，同时，提前学会使用星座图，学会利用星座图观察星空，确定星座位置。

我把学生按照兴趣分成几个观察小组（可以是朋友，可以是同桌，也可以是邻居等），每天早晨或傍晚7：00，观察并记录月相的形状、相对建筑物的位置（提醒学生，按照农历的日期记录），用简图画下来或拍下来，并在每节科学课上展示，教师及时进行奖励。连续观察两个月以上（以防天气变化，连续几天看不到月相），直到上“月相”一课集中展示。

2.及时解决观月中遇到的问题

收集学生在观察中遇到的问题，用即时贴的方式征集答案，预热对月相形成的思考，教师也提出一些有针对性的观察要求，引领学生思考。

古诗中描述的月相是农历什么时候的月相？月亮圆缺一次的周期是多少？

为什么有时候能在白天看到月亮？

你看到连续几天的月相亮面有什么特点？

在实际操作中，我还是遇到了一些困难：2015年春天连续一个多月的阴雨使第一个月的月相观察成为泡影，偶尔一天晴朗，我立即让学生观察记录，但还是没法形成规律：3月11日～13日（农历二月十九～二十一）天晴，接近下弦月，没有看到朔。3月24日～28日（农历三月初三～初七）接近上弦月。4月6日（农历三月十六）上“月相”新课。

在这种情况下，我及时调整了记录方法：全班每个人都去查找自己农历生日的月相，并剪下来，在教师的帮助下贴到观察图上，结果我们就有了一张比较完整的月相图。

3.充分暴露前概念，提供新的证据

在学生没有充分认知月相的情况下，我们如何描述月相？我还是从学生最感兴趣的点——自己生日的月相入手。我让学生把自己的月相排列在黑板上，但是，无论是形状还是亮面朝向都出现了一些问题，而这恰恰也充分暴露了学生的前概念。

这时，我把一张全月月相图投影给学生，让他们自己对照，重新排列，并提醒学生说出他们调整的依据：月相的变化是有规律的，上半月的月相亮面朝西，并逐渐变大变圆，下半月的月相刚好相反，亮面朝东，逐渐变小变缺，直到朔日看不到月相。

同时，教师还需要提供新的证据：每天同一时间观察月相，月亮的位置每天都会往东移一点点，周而复始。进一步提问：这说明了什么？你能试着解释一下吗？

在学生初步提出猜想“月相的形成与月亮绕地球逆时针运行有关，并且月亮是靠反射太阳光发亮”后，利用动画再现学生的猜想，并请学生思考：你看到所有月相的变化形成了吗？月球和地球、太阳的相对位置有什么特点？月球怎样才能发亮？

三、指导建立模型，深化概念

要建构学生宇宙单元的概念，不能停留在教学知识和概念上，要充分利用模型来模拟天体星系等的运动，这是由地球空间单元的特殊性决定的。本单元，教师要引导学生充分利用证据来模拟天体的运动，建立天体运动模型，从而建构概念。

1.月相形成模型

在充分认知和猜想的基础上，教师提供黑白半球教具，要求学生和同伴设计一个实验证明月相变化。在建模前，教师先和一位学生进行互动，其他学生对照动画进行修正，如月亮的亮面始终朝向太阳，并围绕地球逆时针转动，观察者面向月亮等，这样就为模拟实验做了一个很好的示范。然后，让学生分组进行模拟，教师进行指导。各小组完成模拟以后，我们又改用两位学生的脑袋模拟月相变化过程（脸的半个球面为亮面，头发的半个球面为暗面），其他同学判断四个特殊的点，会出现什么月相（朔、上弦、望、下弦），这样新的概念就形成了。

2.日食、月食模型

2009年7月22日的日全食是一次全面普及日食的好机会，我本人也是当时迷上天文的。于是，在制作PPT时，我把那时的记忆重现在学生面前，精美的日食全图、十八般兵器观日食等勾起了学生美好而深刻的回忆，同时，日食观察的注意点、日月食的类型等知识也迎刃而解。在此基础上，我设计了一个问题：你认为日食或月食是怎样形成的？

利用模型模拟日食、月食形成，是本课的重点。教师只要提供合适的材料（手电筒、地球仪和小球），放手让学生探究，他们一般都能自主设计、分工合作，通过建立模型、交流讨论等活动自主得出结论。这样既能保证学生获得概念和经验，又有助于保持学生的兴趣，激发学生继续探究的欲望。

3.太阳系模型

太阳系的概念是在建立太阳系模型的过程中形成的，在建模前，辅以简单的动画演示，可以看到太阳系的整体运行状况，初步形成学生对太阳这个天体系统的概念。但是，无论是动画还是教材中的太阳系图，都不是真正意义上太阳系的存在状态，那么怎样完善学生对太阳的概念呢？

建立一个太阳系模型，关键是对数据的处理：假若将太阳的直径缩小到14厘米，其他行星的直径是多大呢？行星与太阳的距离是多远呢？我们能在操场上完成这样的游戏吗？

我们按比例缩小了行星与太阳间的距离：把太阳的直径缩小到14厘米，八大行星的直径按同样的比例分别缩小为（单位：厘米）0.05，0.12，0.13，0.07，1.43，1.20，0.51和0.49（可用材料袋里的材料），而他们与太阳的距离为（单位：米）：5.8，10.8，15，22.8，77.8，142.9，287.1和450.4，显然无法在操场上完成这个模型的构建。在这样的构建模型过程中，学生第一次在头脑中清晰地认识到：八大行星在太阳系的空间分布是不均匀的，八大行星的大小差异很大，在太阳系中，八大行星是十分渺小的，地球更是宇宙中一颗渺小而特别的星球。

4.宇宙模型

有了前面建立星座模型的经验，学生对于光年的认知已经初步形成，因此宇宙概念的形成就有了一定的基础，但是，几光年或者几十万光年、100亿和1000亿等庞大的数据已经超越了学生能直观感受的程度，所以，在这个层面上，教师要充分利用视频、动画等，让学生了解宇宙正在膨胀着、不断运动变化着，还要尽可能科学地解释教材中恒星的一生，渐渐地，在学生头脑中建构一个较完整的、发展的宇宙观。

我们可以利用电脑软件降低“宇宙”单元的学习难度，比如通过在电脑中安装“模拟星空”软件和“Google earth”软件来辅助教学。只要在模拟星空软件中输入当地的坐标、观察的时间和季节就可以显示出星空的景象，并且在主要星座和恒星上作标记，这样便于学生认星。这些三维的动态软件极大地丰富了学生的知识，开阔了学生的视野。

赵彦美．论小学科学课程有效教学策略［J］．咸阳师范学院学报，2012（04）．

·编辑 赵飞飞