巧用“參照物”和“解比例”，科學(xué)認(rèn)識(shí)“太陽系”
——《太陽系》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)析

□馬海軍 執(zhí)教 許秀娟 評(píng)析

【教材和學(xué)情分析】

《太陽系》是教科版小學(xué)科學(xué)六年級(jí)下冊(cè)第三單元《宇宙》的第五課。本課分為“認(rèn)識(shí)太陽系”“建立太陽系模型”兩個(gè)部分。根據(jù)八大行星距太陽的平均距離及各行星赤道直徑數(shù)據(jù)表建立太陽系模型是本課的重要活動(dòng)。

通過對(duì)五年級(jí)下冊(cè)《地球的運(yùn)動(dòng)》單元及六年級(jí)下冊(cè)第三單元《宇宙》前四課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了許多天文知識(shí)，但對(duì)于太陽系的基本結(jié)構(gòu)和空間分布仍以“太陽系掛圖”為標(biāo)準(zhǔn)。他們認(rèn)為八大行星體積相差不大，都以太陽為中心，間距基本相等，在同心圓上做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在數(shù)學(xué)計(jì)算方面，六年級(jí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了關(guān)于比例的知識(shí)，掌握了解比例的算法，通過實(shí)物高度和給定的比例尺，能計(jì)算出模型的高度。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，制作太陽系思維導(dǎo)圖，認(rèn)識(shí)太陽系的結(jié)構(gòu)。

2.選擇合適的行星作為“參照物”，并以“參照物”的赤道直徑為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置太陽系模型的縮放比例尺。

3.按設(shè)定的比例尺計(jì)算出太陽系模型中八大行星的赤道直徑和距太陽的平均距離。

4.通過計(jì)算得出的建模數(shù)據(jù)，制作太陽系模型。

【實(shí)驗(yàn)材料】

1.給每個(gè)小組提供一份《八大行星的赤道直徑及各行星距太陽的平均距離數(shù)據(jù)表》和一個(gè)12 位計(jì)算器。

2.按縮放比例制作的八大行星的模型，以及代替太陽模型的大號(hào)紅色氣球。

【教學(xué)過程】

一、建立“參照物”概念，為建模奠基

師：同學(xué)們，去年夏天老師在野外采了一個(gè)蘑菇，特別大（出示蘑菇的照片），你們估計(jì)一下，這個(gè)蘑菇有多大。

（生進(jìn)行估計(jì)并用手比畫大?。?/p>

師：看這張手拿蘑菇照片（圖1），請(qǐng)你再次估計(jì)一下蘑菇的大小。

（生再次進(jìn)行估計(jì)，較第一次準(zhǔn)確）

圖1

圖2

師：看這張蘑菇和乒乓球放在一起的照片（圖2），乒乓球的直徑是4厘米，這個(gè)蘑菇的直徑大概是幾厘米？

（生能比較準(zhǔn)確地估計(jì)蘑菇的直徑）

師：為什么直到第三張照片，大家才能準(zhǔn)確地估計(jì)蘑菇的大小呢？

（生交流自己的想法）

師：原來是有了乒乓球做對(duì)比物。在科學(xué)上，這種用來做對(duì)比的物體叫作“參照物”。與手相比，為什么乒乓球更適合做蘑菇的參照物？

生：手有大有小，但乒乓球的大小是固定不變的。

師：為什么不選擇橄欖球，而選擇乒乓球呢？

生：因?yàn)槲覀兏煜て古仪颉?/p>

師：看來參照物最好選擇人們熟悉的、大小固定的物體。

（設(shè)計(jì)意圖：為了幫助學(xué)生清晰認(rèn)識(shí)八大行星的大小差異，理解行星在巨大的太陽系空間中是渺小的，教師從學(xué)生熟悉的生活入手，利用對(duì)比的方法，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“參照物”概念以及選擇“參照物”的要求?！皡⒄瘴铩备拍畹慕⒂兄趯W(xué)生感受太陽系乃至整個(gè)宇宙的空曠與浩渺，對(duì)太陽系空間產(chǎn)生正確的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)建立太陽系模型設(shè)置比例尺打下伏筆。）

二、辯證認(rèn)識(shí)太陽系，培養(yǎng)批判性思維

師：課前，老師請(qǐng)大家查閱有關(guān)太陽系結(jié)構(gòu)的資料并繪制思維導(dǎo)圖，誰能來介紹一下？

（生借助自己繪制的思維導(dǎo)圖介紹太陽系結(jié)構(gòu)，如圖3）

圖3

師：通過這幾位同學(xué)的講解，你能說說太陽系是由哪幾大行星組成嗎？

生：太陽系是由八大行星組成，分別是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。

師：為什么有九大行星的說法？

生：不是很清楚。

師：1930 年，由美國天文學(xué)家湯博發(fā)現(xiàn)的冥王星曾被認(rèn)為是太陽系的大行星，所以國際上一度有太陽系有九大行星的說法。但隨著一顆比冥王星更大、更遠(yuǎn)的天體被發(fā)現(xiàn)，國際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)在2006年8月24日召開的第26屆大會(huì)上將其定義為矮行星，冥王星被逐出行星體系?！叭朔鞘ベt，孰能無過”，科學(xué)家也是如此。在今后的學(xué)習(xí)中，我們也要用批判性思維去探索科學(xué)。

（設(shè)計(jì)意圖：教師鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在課前查找有關(guān)太陽系結(jié)構(gòu)的資料并繪制思維導(dǎo)圖，課堂上由學(xué)生自行講解八大行星，摸清了學(xué)生對(duì)行星概念的掌握情況。教師又拋出“太陽系曾有九大行星”的話題，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，通過講解冥王星被逐出行星體系的緣由，在幫助學(xué)生進(jìn)一步厘清和了解行星的特征和太陽系結(jié)構(gòu)的同時(shí)，暗示和鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的“太陽系掛圖”和“太陽系模型”教具的比例差異提出質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。）

三、選擇合適參照物，直觀呈現(xiàn)差異

師：選擇恰當(dāng)?shù)摹皡⒄瘴铩睂⒂欣谡J(rèn)識(shí)新物體的結(jié)構(gòu)和特性。了解太陽系要選擇一個(gè)“參照物”。你們會(huì)從八大行星中選哪一顆行星來作為“參照物”呢？

生：地球。因?yàn)樵诎舜笮行侵校厍蚴俏覀冏钍煜さ男行?，用它作“參照物”可以進(jìn)行有效對(duì)比，能幫助我們更清楚地認(rèn)識(shí)和了解太陽系。

師：那我們就選地球作“參照物”。地球赤道直徑是1275600000 厘米，我們以地球的赤道直徑為標(biāo)準(zhǔn)，將比例尺設(shè)為1∶1275600000，等比例縮放整個(gè)太陽系，來制作一個(gè)太陽系模型。

（設(shè)計(jì)意圖：與之前所學(xué)的造環(huán)形山、日食和月食有所不同，太陽系模型是根據(jù)數(shù)據(jù)來建模的。選擇合適的參照物、設(shè)置合適的比例尺、等比例縮小天體及天體之間的距離等教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)生有一定的難度。教師引導(dǎo)學(xué)生把地球作為參照物，將赤道直徑看作單位1，設(shè)置了1∶1275600000 的比例尺，由此計(jì)算出其他建模數(shù)據(jù)。選擇地球作參照物的優(yōu)勢在于：一是利用有效的對(duì)比，直觀呈現(xiàn)八大行星懸殊的大小差異；二是有利于模型的制作。因?yàn)楸壤呷绻O(shè)置太大，水星等小模型就難以制作；如果設(shè)置太小，木星等大模型耗材較大，也不利于學(xué)生制作。）

四、計(jì)算建模數(shù)據(jù)，感知“太陽系”空間

師：在數(shù)學(xué)練習(xí)中有一道題是關(guān)于“北京世界公園里的埃菲爾鐵塔模型高度的計(jì)算方法”（見圖4）。請(qǐng)各小組根據(jù)《八大行星的赤道直徑及各行星距太陽的平均距離數(shù)據(jù)表》，討論并計(jì)算八大行星模型的赤道直徑（見表1）。

圖4

表1 八大行星的赤道直徑及各行星距太陽的平均距離數(shù)據(jù)表

師：（生計(jì)算并匯報(bào)完畢）從計(jì)算得出的數(shù)據(jù)中，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生1：木星比地球大很多。

生2：如果木星是中空的，就可以容納下其他七個(gè)行星。

生3：講桌上擺放的“太陽系模型”有問題，各大行星的大小比例是錯(cuò)的。

……

師：通過計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了這么多問題。如果根據(jù)這些數(shù)據(jù)，你能用橡皮泥捏出八大行星的模型嗎？

（生講述制作過程后，師提供課前準(zhǔn)備的按這個(gè)比例制作的八大行星模型）

師：接下來做什么？

生：等比例縮放八大行星與太陽的平均距離。師：那縮放的比例尺應(yīng)該設(shè)置成多少？

生：1∶1275600000。否則就不是等比例縮放。

（設(shè)計(jì)意圖：教師融合不同學(xué)科的知識(shí)，讓學(xué)生親自計(jì)算建模數(shù)據(jù)。計(jì)算得出建模數(shù)據(jù)差異巨大，與學(xué)生原有的認(rèn)知產(chǎn)生沖突并發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的“太陽系模型”的錯(cuò)誤。這樣的學(xué)習(xí)方式是一次新的有益嘗試，使學(xué)生重新認(rèn)識(shí)太陽系中的行星和空間結(jié)構(gòu)，為學(xué)生建立正確的太陽系空間提供了幫助。）

五、嘗試擺放模型，深刻認(rèn)識(shí)太陽系

師：請(qǐng)各小組根據(jù)建模數(shù)據(jù)在課桌上擺出太陽系模型。

（學(xué)生發(fā)現(xiàn)根據(jù)1∶1275600000 比例尺計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，教室里根本擺不下太陽系模型）

師：你們有什么解決方法嗎？

生1：可以再縮小。

生2：再縮小，水星就看不見了。

生1：只縮小行星與太陽的平均距離，不縮小行星的大小。

生3：只縮小距離，不縮小大小，就不叫等比例縮放。

生4：不按等比例縮放制作的模型是不科學(xué)的。

生5：我們可以到操場甚至廣場上去擺“太陽系”模型。

……

師：以地球?yàn)閰⒄瘴铮?∶1275600000的比例制作的太陽系模型難以在教室里擺放。因?yàn)橄鄬?duì)于行星本身的尺寸來說，太陽系的各大行星之間的距離是超級(jí)遠(yuǎn)的。曾有幾個(gè)喜歡刨根問底的美國年輕人，為了科學(xué)直觀地呈現(xiàn)等比例縮小的太陽系模型，做出了一個(gè)瘋狂的舉動(dòng)：他們花費(fèi)了36個(gè)小時(shí)，在一個(gè)干涸多年的湖底中制造出一個(gè)等比例縮放的太陽系模型。這個(gè)模型有11 千米大，其中太陽的直徑是1.5米，地球與太陽相距176米，木星與太陽相距920 米。下面我們一起來看看。（播放網(wǎng)址：http://www.sohu.com/a/205868021_100023985）

師：現(xiàn)在請(qǐng)?jiān)僮屑?xì)觀察實(shí)驗(yàn)室里的這個(gè)太陽系模型教具，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生：這個(gè)太陽系模型不論是行星大小還是距離，在比例上都存在錯(cuò)誤。

師：既然這個(gè)太陽系模型是錯(cuò)的，那為什么不建一個(gè)等比例縮放的太陽系模型呢？

生1：因?yàn)榻淌依锓挪幌碌缺壤s放的模型，如果把模型縮小到教室里能放下，那水星、金星等行星就小得看不見了。

（設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)建模數(shù)據(jù)親自擺放各大行星，有助于學(xué)生理解太陽系空間之大、行星在這個(gè)空間內(nèi)之小。教師借助網(wǎng)絡(luò)資源展示了一個(gè)真實(shí)的太陽系建模過程，克服了時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生在課堂中較為直觀、深刻地認(rèn)識(shí)太陽系的空間。）

【評(píng)析】

本節(jié)課在教學(xué)目標(biāo)、方法和活動(dòng)方面有三點(diǎn)突破。

一是學(xué)習(xí)目標(biāo)不僅關(guān)注教材知識(shí)，還融合了其他學(xué)科的知識(shí)。教師引導(dǎo)學(xué)生借助數(shù)學(xué)課所學(xué)的“解比例”知識(shí)，計(jì)算出建模數(shù)據(jù)。學(xué)科融合的理念在教學(xué)中得到充分的體現(xiàn)。

二是借助“參照物”對(duì)比的方法，引導(dǎo)學(xué)生將人類生活的地球設(shè)為參照物，把地球的赤道直徑看作單位1 來設(shè)置比例尺，為計(jì)算出建模數(shù)據(jù)、感知太陽系的構(gòu)建和空間奠定了基礎(chǔ)，有效突破了本課的教學(xué)難點(diǎn)。

三是利用“數(shù)據(jù)建?！钡姆椒?，嘗試擺放太陽系模型。利用計(jì)算得出的建模數(shù)據(jù)來擺放太陽系模型是從另一個(gè)角度來認(rèn)識(shí)數(shù)據(jù)的作用，它比視頻或掛圖更直觀，學(xué)生的感受會(huì)更強(qiáng)烈，有利于學(xué)生建立正確的太陽系概念。

這節(jié)課的成功之處體現(xiàn)在學(xué)生三次表現(xiàn)出來的驚詫上：第一次是學(xué)生按1∶1275600000 比例尺計(jì)算出八大行星的赤道直徑和與太陽的平均距離時(shí)，滿臉驚詫甚至以為算錯(cuò)了，又重新計(jì)算了一遍；第二次是學(xué)生計(jì)算出八大行星模型與太陽模型的平均距離后，發(fā)現(xiàn)無法在教室里擺放模型時(shí)；第三次是得知教師用來教學(xué)的太陽系模型有誤時(shí)。這三次驚詫說明，教師引領(lǐng)學(xué)生三次刷新了對(duì)太陽系的構(gòu)建和空間結(jié)構(gòu)的原有認(rèn)識(shí)，層層推進(jìn)，逐步建構(gòu)起正確的太陽系概念。

這節(jié)課有一個(gè)地方尚需改進(jìn)。擺放模型時(shí)，教師給每個(gè)小組提供了按縮放比例制作的八大行星的模型和代替太陽模型的大號(hào)紅色氣球。由于氣球太大，學(xué)生現(xiàn)場吹氣球花費(fèi)時(shí)間過長，有些小組還把氣球吹破了，課堂教學(xué)秩序有些混亂。如果教師將“擺放模型”的環(huán)節(jié)作為課外拓展活動(dòng)，安排在室外操場等空曠場地進(jìn)行，或許會(huì)讓學(xué)生對(duì)“太陽系空間之大、行星在這個(gè)空間內(nèi)之小”有更為深刻的認(rèn)識(shí)。