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天文学

 "动手做"文档  
Alain Chomat, David Jasmin, Claudine Larcher, Edith Saltiel et Beatrice Salviat 中文镜象管理员
INRP 29 rue d'Ulm, 75005 Paris Paris
发表 : 19994 网上发布 : 19995 中译:2001/8/6   ImageTech

目录:

1998427日的问题 阶段2的天文学
1999525日的问题 : 在出现(日或月)蚀时讲述太阳系  
1999
1014日的问题  观察并操作以便证明地球是圆的
2000114日的问题   天文学中的观察方法及孩子们表述分析
2000218日的问题 借助图象让小孩理解天文学是否合适?
2000
34日的问题 在阶段 3之前是否需要学习天文学? 在天文学教学中是否可以采用实验的方法?
2000428日的问题 
如何让孩子们将水平与垂直的局部表示转换到地球范围内的表示 ?
2000322日的问题 基础班的影子与光线问题

阶段2的天文学
我是正在实习的教师,我自问在阶段2(基础班一年级)谈论天文学的可能性,因为这一点在计划中并没有明确会表现出来。是否已有一些教师尝试这么做?
您是否能给我一些涉及这一内容的活动构思,或者告诉我有关的网站在上面我能找到相关的文档?

在阶段2的教学计划中,人们能找到如下的话:

“天空和地球,阴影,光线,白天与黑夜,方位基点,距离的测试,时间测度,季节,运动”,因此,有很多(关于天文)的内容,不是吗〉

涉及宇宙中的地球,很多的模拟都是可能的,利用一个球,然后一个地球仪,在其中点燃一盏灯,小孩就可能从中发现白天与黑夜的现象,以及季节的现象,当然,后者要复杂一点。

太阳的“表面”运动导致一根插在地面上的棍子的阴影在白天转动的现象成为许多活动的理由:每个小时影子的运行线,第二天,从这一即时的太阳刻度可以看时间;利用一个指南针,标记不同时间太阳的位置;用一盏活动的灯照射一支垂直的铅笔来模拟太阳的运行,等等。

至于太阳光线,有很多游戏能让小孩喜欢:用镜子反射光线,用一杯水或望远镜的棱镜将光分解;将日轮的图象显示在一个屏幕上并叠加一张穿了方形空的遮挡盖片,等等。人们可以从下面的网站中找到有关上面所指活动、资料以及图象库的信息:

--待开发的动手做网站: http://www.inrp.fr/lamap/ ("影子和光线的活动”,“99食”,“见识文档”...与其它网站的链接:法国天文学会,天空和太空杂志,发现殿...)

--ANSTJ网站(新兴的科学技术)
http://anstj.mime.univ-paris8.fr/
-
A. Colin出版的一本著作,实用教学丛书:“深入研究阶段的天文学”,作者,J. DeferV. Thierry (ISBN: 2200-01214-4), 该书展示了一些可在阶段2实践的模拟。
- 将于9月份出版的“天文学是一个孩子的游戏”(I-太阳,地球,月亮),作者:M. Hartmann, Le Pommier出版社
-  Internet上的几个图象库:
天文网
http://www.stsci.edu/science/net-resources.html
Nasa : http://www.nasa.gov/ et http://www.stsci.edu/
“九颗行星”网站(天文学多媒体百科全书) :
http://www.cam.org/~sam/billavf/nineplanets/nineplanets.html

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在出现(日或月)蚀时讲述太阳系
在将要给阶段
3开设的一系列天文学的课程中,我设想:
1)一次课讲影子和光线
2) 一次课讲月相
3) 一次技术课程用于构造地球,月亮和太阳的模型
4) 一次课讲(日,月)食
我应该插入关于太阳系和地球哪一层次的内容,在这些课之前还是之后? 

显然,如果想要让学生了解食的现象,最先讲的内容应该是地球,因为地球是这一现象中涉及的三颗星之一。反之,“完整”的太阳系内容,即包含其它行星,它们的卫星,天文带,慧星,可以放在后面讲。

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观察并操作以便证明地球是圆的

地球是平的和圆的。如何谈论这个困难的问题?

1968年阿波罗8号在月球上拍摄到地球的照片看,所有人都知道地球是一个蓝色和白色的球。此外,如果人们有机会在一个睛朗的白天坐飞机旅行,只要飞机居于一定的高度以上,就能清楚地看到水平面的弯曲。

当停留在地球表面的时候,如何感知它是圆的?早在两千多年以前,那时还不存在火箭和飞机,已经有人认为地球是圆的。在海上时,人眼并无法看出水平面的弯曲。反之,当人们观看一艘驶离港口的大船时,可以看到它渐渐地消失在水平线下。假使地球是平的话,就不会出现这一现象。如果可能的话,比如在希腊,站在一个山顶上看大海,比在低处时所看到的要远得多,由此说明人们观察到水平面在"后移"(请参看下面的图)

 

同样还可以借助公元三世纪以前的一个实验,它可用来估计SyeneAlexandrie之间的子午线距离(它提供了地球半径的估计值)。

- 材料 : 一根长度大约1米的棍子,一根铅线,一个双米尺。

- 还需要在纬度差别很大的地方(不一定非要位于同一子午线上)找一位联络人。

涉及到做以下几个方面的事情:

1. 在一个阳光明媚的日子里(可能的话,每年中的同一天),对一根垂直插入平坦土地里的棍子影子做记录。棍子顶端距离地面恰好为1米。对影子的记录通常是在正午左右做,最短的影子是在当地时间十二点钟获得。

2. 精确测量最短影子的距离

3. 将此距离与联络人在另一地测得的距离比较,两个距离之间的差值是由于影子投影的两个平面不平行的原因所致。

然而还必需证明照射到地球上的太阳光是平行的。实际上,当太阳光照射不同的垂直物体(房屋,树)时,它们的影子都是平行的,但光源靠得更近时,差别就会很大。

 

下面图形清楚地显示了有关地球是圆形的假设是更合理的:

假设1:地球是平的。在同一天当地时间中午十二点,在纬度差别很大的两个地方的棍子,它们的影子的长度是相同的。

假设2:地球是圆的。在同一天当地时间中午十二点,在纬度差别很大的两个地方的棍子,它们的影子的长度差别很大。在北半球,纬度越高,影子的距离越长。

我同意你的看法,这一问题的回答确实有难度。此外,很不幸的是这一困难还不太适合于通过实验比较的方法来解决,这使得有关它的处理更成问题。上面的这段话是想要告诉你关于这个问题我的回答将不会是很“引起震动的”。在回答问题之前,我希望就该回答这一问题的障碍的原因谈几点看法,并借助这一例子理解如何有效地开展这方面的学习。

1. 看到的地球是平的,将其想象成圆的,这是两个坐标间的混杂。我们生活在我们感知是平的地球上。我们能够明确地识别和分辨高和低,这两者构成对于我们来说很重要坐标。我们知道天空,太阳和星体位于“高处”,当我们朝下走时,再加上“朝下”一词纯属多余。然而,在天文学中,我们需要将地球想成是圆的,它的下部是处在地球的中心,四周则都是高处。我们值得品味这一“超现实主义”的句子:“底部在中心!”谁相信它呢?相对于个人坐标系,应该建立一个天文坐标系。在几何学基础知识的学习中,学生在很小的时候就知道在一张纸上标记的坐标系中哪里是顶部,哪里是底部(即便纸是放置在水平面上)。不会出现混淆纸的底部和中心的问题...天文学坐标系的建立应该与几何学中的坐标系毫无联系。这样,通过大脑中建立的一个新的坐标系,可以很好地理解球形地球的含义。


2. 通过什么方法来建立这样的坐标系?小学生将根据他自己表述地球的方式来开始这一变化。但这一过程中充满了障碍,并且无法保证目标能够实现。
2.1. 将我们置于一个5-6岁小孩的思维方式。他关于空间的概念,由于他的年龄,肯定认为是平的。某一天当他听到说“地球是圆的”,在他的思维中不可能马上接受这一说法。然而在他的思想体系中救灾是会保留主要的上点,即一个绝对的顶部和底部,他也会这样来表述圆形的地球,如同一个饼。所谓的类比法是指将一条信息插入先验思想中的过程,并且不改变先验想法。
2.2. 信息的选择

改变思想方式,建立新的坐标不是容易的事情,并且思维不会去寻求困难。相反,识别系统从本义上说是保守的。它的一个很强的趋势是有机地选择忘记或抛弃一些观点(部分的或全部的)。这是一个正常的过程以避免识别系统负荷过重。当然,这一选择不是随意的。当我们给学生介绍一些扰乱他们的因素或者一些他们不感兴趣的事情,他们通常会很快忘记掉...重新回到孩子们身上。我们假设他某一天听到说“地球是圆的”,很可能一个成年人需要很困难地跟他解释“跟一个球一样圆,而不是像圆盘一样”。由于无法将这一信息与他的先验知识一致,孩子只能领会其中的一部分(地球是圆的),抛弃另一部分(像球一样圆)。
2.3. 走样的理解

有时学生能记住所获取信息的全部。孩子不会永远将地球表述成“和饼一样圆的”东西,而成年人(父母,教师,教育者)将会对他重复许多次“与球一样圆”...如此,在某一时候,他会完整地记住地球是圆形的这一特征。即便这样,我们也还没有获胜,因为如果我们仔细听取孩子讲述的话,我们经常会发现他们说的话表面上是正确的(他们会说地球像球一样圆,并且可以画给你看),但实际上他们什么是地球的顶部和底部。我将在3.2.4“适应”一节中详细论述这一点。适应是真正学习的标志。在我们谈论的话题中,在最理想的情况下,我们可以预计在小学结束的时候,一些学生能够形成顶部与底部是与地球相关联的概念。对另一些学生,则还需要更晚一些。

3. 在学校里如何跟踪这些变化 ?

我们能够很容易地感知道学生的进步与存在的困难,为此,只需要请他们提供一些画作,以及和他们单个地交谈。下面是一些具体的例子。

3.1.  请他们画地球和大西洋。从学生边上走过并和他们讨论,可以很容易地感知他们认为的地球是平的(或像圆盘一样圆)还是球形的,从阶段2起,采用的是第二种情况

3.2. 画天空,太阳,星星
即便他们能够很具有说服力地解释地球像一个球一样圆,他们中的绝大多数将天空和星星画在纸的上方。大约在阶段2做这一事情,或者阶段3的开始.

3.3. 画一个位于北极的人.
所有人都将他画在纸的上方...这并不严重,因为任一成年人也同样。但这是一种征兆。

3.4. 画一个位于南极的人.
一些学生能够画的准确,即脚着地,头朝纸的底端。但很多人会将头画成朝纸的顶端。.

3.5. 每个人从手中抛下一个小个小石子

用箭头画出小石子的运动轨迹。对于那些正确表示了位于南极的人的学生来说,其中的一部分将箭头的指向画成朝纸的底端...在小学里,极少的学生能够自始至终毫无障碍地通过这样的测验...如果有的话,我们可以合理地认为这些学生正确地建立了与地球相关联的坐标系,并且知道利用它来作推理,反之,其他的学生则或早或晚会回到纸上的坐标系。

注:这一部分我的想法很大程度上从J. NUSSBAUM著的“学生对天文学概念的感知”(19901991)一书从吸取了灵感。

4. 如何加快构造过程?
我已经讲过,不存在神奇的方法。但我还是给出以下的几点建议。

4.1. 一些模拟 ?
我们可以将一些(玩具)小人用胶粘贴在一个球的四周...当然这没有很大的意义,因为学生知道当胶脱落时,这些小人又会掉在地板上...楞以做得好一点的方法是使用一个金属球,并在小人的脚上装上磁铁。当然,这会引进重力场与磁场之间的混淆。作为一个趣闻,我听见一些学生说地球上确实有铁...我对这些模拟的实际意义是持怀疑态度的。

4.2. 观看空间的照片或录像...

在什么条件下?绝大部分的学生习惯了从卫星上拍摄的图象。存在的困难在于当这些照片都变得很普通时,对于学生来说它们意味着什么。它们是否仅仅只被用作天气预报?要将它们用于教学,需要使它们成为学生提问的源泉。两种类型的图象尤其合适。第一种是地球显示在电视屏幕的上端,可能的话,屏幕上最好还有一个宇航员,他的头也在上端。地球会掉在他的头上吗?第二种,如果地球显示在屏幕的下端,那么最好能有一个宇航员头朝下工作的画面。他们如何能头朝下工作?简而言之,需要选取一些与个人坐标系不同的图象,它们有助于学生理解在空间中高和低没有意义。

.3. 教师经常仔细地听学生讲.

这是显然的,但在这里重复并不是没有意义的,因为察觉学生的困难以及了解他们的情况是重要的。

4.4. 学生之间的讨论.

我们知道讨论的好处,因为在讨论时,每个学生都试图说服其他人,为此,他必须澄清自己的观点,有时他也会感觉到自己的矛盾之处。我建议采用第三段中介绍的方法来组织学生讨论:开始的时候,先将具有相同观点的学生组成小组,围绕几幅精心选择的图象进行讨论。在一学年中可以组织两至三次这样的活动。我强调讨论在具有相同观点的小组中进行的重要性,尤其当讨论的内容难度较在时。同时,存在的风险是讨论只是在几个“领头人”之间进行,其他人不作思考。

4.5. 与纸上的坐标保持距离.

数学教育者指出了在画了方格的纸上学习几何学的危害性。他们对于将矩形总是画成与纸的四周平行的情况持担心的态度,因为这样会加深学生对某一特殊坐标的依赖性,因此需要增加灵活性使得他们能够容易地从一个坐标转到另一个坐标,同时不发生混淆。为什么不将地球以奇怪的方式画在一张纸上,以至于无法识别高与低?为什么不练习将地球画在一张长方形的纸上,并将北极画在纸的下端,右边?这样的话,南极,赤道,法国在什么地方?

4.6. 参照历史:我们如何知道?

这一途径并不直能接帮助学生构造新的坐标系,但可以帮助他们理解人们(以及“学者”)此前所遇到的困难。分担的困难更容易克服。几点细节给那些对天文学历史掌握得不好的人。人们知道地球是圆的已有很长的时间(既不是哥伦布也不是伽里略发现了这一事实)。自从航海术存在以来,航海家们就知道,当他们从桅杆顶上了望时,先看见大地,再看见桥上的人。这与地球的平的假设不兼容,反之,与地球是球形的假设兼容。很早以前就被认识和理解的月蚀构成了第二个推断。在这一现象中,人们能够看到地球的影子清楚地显现在整个月亮的光盘上,这使得我们能够推断它的形状, 这一贡献主要是由Eratosthere(公元前284-192年)作出的,他第一个测量了地球的半径。有关它的原理可以与中级班二年级的学生讲述。目前处于网络和电子邮件时代,可以考虑在分处于法国(或其它国家)南部和北部的两所学校进行一次通信联系。方法是首先画出不同时间内棍子(两所学校使用的棍子长度一样)影子的两个端点,该棍子垂直立于地面,然后测量最短影子的长度。位于北部学校测量的影子最短距离大于南部学校所得到的最短距离。之后需要组织学生仔细地考虑这其中的原因。有两种可能性:地球是平的和太阳靠得很近,或者太阳离得很远,并且地球是圆的。正如人们所看到的,“科学证据”不是很容易建立的。但因为其它迹象表明地球是球形的,因此Eratosthere采纳了第二种假设。我认为这一活动对于小学生来说有点不合适。为了结束历史方面的话题,还需要指出,这方面的知识在很长一段时间里只是供一小部分知识精英们谈论。一十六世初的一幅画作里,画家Jerome Bosch将地球用一个球来表示,并且他在该球的下半部分用一水平面切割,从而得到两部分。底下部分表示地面(它的表面因而是平的),上面部分代表布满云彩的天空...作为结论,应该说,我并没有给出全部有趣的线索,但有一点是肯定的,任何单一的线索都无法给出满意的结果。只有从不同的角度观察,并将它们结合在一起,才有可能给学生就这一困难的问题一个满意的解释,这一活动还需要足够的时间,一个学年是至少的,如果教师之间能达成协议,最好是在整个小学期间完全这一工作。

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天文学上的观察方法和孩子们描述分析

我目前读大学二年级,并正在给阶段3 的学生做一项天文学方面的工作。我工作的内容涉及观察方法和对孩子们的描述进行分析。在阅读了几本书之后,我认为没有合适的工具可用于分析孩子们对观察进行描述的水平差异及存在的障碍。由于我缺少这方面的能力,也没有必要的经验,因此我不会将上述看法归结于技术的原因。你是否可以给我介绍一些参考书或其它有用的信息以便纠正我的看法?

对于你所担心的问题,你可以从Astolfi, Peterfalvi, Verin合著的“孩子们如何学习科学”一书中的“学习中的描述和障碍”一章里找到一些分析的关键因素。有关描述的分析是一件很大的工作。如果以文字和图的方式的描述是传授人想法的粗糙翻译,它不是观察的直接记录,它在很大程度上取决于“拍摄”的条件。收集学生的描述显然是有意义的,但它的用意是什么?

具体到天文学,以下是我的一些看法:

oeil.gif (620 octets) 收集的描述有时是模糊的:

教师通常认为研究方法的第一个步骤需要收集文字描述(口头表述会导致错误的理解,因此需要文字描述)。例如,在讲述月亮的内容时,首先就学生“所了解的月亮”开始进行一次集体讨论,并将表达的思想记在黑板上,从而获得一系列的想法,但它们都没有书面表达的价值:

  • 由于集体讨论的结果大多是各种想法的拼凑,因此给人的印象是模糊的。此外口头讲述是有很大选择性的。
  • 对于人们想要收集文字描述的物体本身也同样是模糊的。就此而言,月亮是一个没有很多现实性的东西,并且与人的想象力紧密相关。.

这一阶段,尽管我们不能将其称之为文字描述的收集,但还是有用的,它使得学生可以提出一些问题:月亮什么时候,怎样,为什么会改变形状?

oeil.gif (620 octets)不同描述的起因 :

举一个精确的例子:在一个阶段3的班级里,一位女教师,在组织了一次关于月亮的自由讨论之后,将孩子们提出的问题列举出来。这些问题分成三栏:“月亮怎样,为什么和什么时候改变形状?”然后她请学生以小组的形式就“月亮改变形状”这一事实给出解释。不同组的解释如下:

  • 在夜晚,月亮越来越圆,然后变小
  • 是因为云层遮住了月亮
  • 夜晚随着月亮加深
  • 地球在月亮上造成阴影
  • 取决于地球和月亮间的位置

对于一些人来说,月亮是夜晚的星,另一些人则根据他们对太阳的了解给出类似的解释(当太阳被云层遮住时,它就消失了),还有一些人利用不同媒体提供的知识来给出解释(但媒体提供的知识是零散的,需要将它们重新组织。自从811日的月食以来,孩子们头脑中已经有直观的认识,他们需要将从媒体上获取的知识重新整理,然后给出月相的解释。大多数人的解释是基于他们平常对月亮观察的结果并结合他们日常中所收集的信息。

通常,每一种解释有它自己的逻辑,人们只能去理解它,从而造成了分析上的局限性。反之,对于老师来讲,收集这些想法可以作为他以后教学活动的指南。

oeil.gif (620 octets)文字描述是教师活动的指南:
通常,一些描述在一次讨论之后能够很快形成,前提是学生在讨论中要作大量的论证。另一些想法则是不确定的,并引导学生带着问题去重新观察:

这样的话,诸如“是因为云层遮住了月亮”的观点会激发出下述类型的论据:
 是的,但我在没有云层的一天观察到月亮并不是完整的".其他一些学生的反应,尤其是那些认为月亮是夜晚的星的学生则是:
不,这是不可能的,月亮在早晨的时候就消失了".因此就有了观察的必要性以便明确 月亮怎样,在什么时候改变形状 ? "这一问题.

观察的周期是很长的,并且常常是随机的,因此,在此之前可以利用一本资料(简单的日历),然后利用邮局发行的星历表来明确思想:月亮每天升起的时间并不相同,它的形状随太阴月(29天)变化。由资料给出的信息不会越过观察,它们只会使观察更加活跃,使得能够对观察作出安排(观察周期,任务分配)以便检验资料提供的信息。

在这之后,可以讨论为什么的问题?

oeil.gif (620 octets)应该避免的误区 :

- 让学生陷进他们自己的描述 :
正象我们在上面的例子所看到的,当老师就一些问题引导学生进行讨论,让他们展现自己的见解是一项基本要求,这可以使得学生们提出并适应需要解决的问题,然后给出处理这些问题的顺序。必须指出,这种方式对于任何知识的学习都不是唯一可行的。也还需要指出,那种根据他们的描述,把具有相同观点的学生编在一个组将可能很快使他们陷入困境,这是因为他们对所研究的物体缺乏足够的了解(此处涉及对月亮的观察)。

- 重新发现所有的一切 :
人们无法仅靠自己重新发现所有的一切。涉及到天文学,孩子们知道地球是圆的,它既自转,又围绕太阳旋转,但他们不知道由此所产生的结果。因此需要围绕两者之间的关系开展工作(白天与黑夜的现象已经涉及为什么:地球的自转,围绕太阳的公转,这两个现象...?因此需要对模型进行操作,试验...,观察到困难这所在并得出结论,由此涉及到历史性的争论。)

oeil.gif (620 octets)天文学上的观察加深了障碍:
关于白天与黑夜的现象,一些老师由于担心加深学生的错误表达而忽略了观察这一步。然而这一现象是个不争的事实,正如太阳从接近东边的地方升起(并不总是东边),上升到天空中,在中午十二点到达中天位置(不是天顶),然后下降并朝西边落下。发现每天都出现的这一事实是重要的,并且也正是基于这一事实人们可以测试不同的解释模型并尝试说明太阳在空中的运动轨迹。

oeil.gif (620 octets)一些障碍:
一些表述确实构成了障碍,证据是在一些成年人当中并没有克服这些障碍。

  • 季节的变化是由于太阳靠近或者远离地球。(是,但地球在一月初的时候离太阳最近。。。)
  • 南半球的人应该是头朝下的,为什么大西洋,尤其是位于南半球的部分的水不干涸?

这些障碍与地球的模型化有关:由于我们是用一个球来模拟地球,并且这个球是放置在地球上,因此我们的印象是地球有高低之分。

最后,为了了解更多的这方面的内容,你可以阅读和Helene Merle的论文或者Rolando的作品。


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借助图象让小孩理解天文学是否合?

作为一名准备报考小学教师的大学生,我应试的材料是关于阶段3的图象与活动方面的内容。具体地,我选择了天文学。我的问题是:借助于图象,尤其利用幻灯和录像电影来让孩子们理解这一学科的知识是否合适?

天文学是一门图象在其中能起重要作用的学科,它可用来很好地补充仅凭肉眼,或者即便使用望远镜,眼镜和天文望远镜对天体观察可能不足。当然,我们也不应该忘记我们的祖先只能用眼睛来观察天体,但他们的知识,尤其关于天体的周期运动的认识已经达到很高的水平。正因为此,在借助任何资料之前,作为教师应该优先考虑,只要可能的话,让学生直接观察天体。当今时代,空间开发的先进技术以及图象处理技术为我们提供了非常清晰、漂亮的图象,我们当然没有理由不把它们提供给学生。

空间图象在美学,想象力,诗意,以及一定程度上,在直观哲学等方面起着不可替代的作用。另一方面,能够将天体运动模拟化以便清楚地显示天体不同现象(白天与黑夜,月相,月食等)使得我们有能力制作动画片,它的作用与表示天体的相片同样重要。但就此而言,在观看录像之前,应尽可能安排学生在班级中做一些实际操作和模拟(例如借助一些球和一个光源)。总之,我们可以说的是:同意借助图象(再)发现宇宙的奇妙,但它应该安排在直观的观察和可能的模拟之后;同意借助图象更深入地了解这一学科,以便扩展活动的范围。

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在阶段3之前是否需要学习天文学?在天文学教学中是否可以采用实验的方法?

我是师范学校一年级的学生,我刚开始准备一份有关如何获取小学各方面能力和知识的材料。我想向你提出两个问题。第一个问题涉及阶段1和阶段2 .1999418Mirelle HibonPatrick Mezino的回答中曾经指出阶段2的教学计划中包含了天文学方面的参考书目,但经过几次核对,我仅在阶段3 的教学计划中看到有这方面的内容。我因此充许自己提出与Patrick Mezino同样的问题,即是否可能在阶段2甚至阶段1中讲述天文学知识,这样是否会与大纲要嘶哑相违背?我的第二个问题涉及实验方法:在讲述天文学知识时(尤其关于季节)采用实验方法是否可能并合理?

在阶段2 中讲述天文学并不与大纲要求相违背,因为关于空间与时间结构方面的较多论述在阶段2中涉及,因此天文学也完全在这一范畴之内,当然也不应该忘记这一门课在阶段3才真正开始。

至于实验方法,在天文学课程的讲述中是不可能采用实验的方法因为没有相应的可实现的实验,反之,在学习中必须借助观察活动,不管学习的内容涉及个方面:月亮,白天与黑夜,等等。

几本参考书:J.M. Rolando著:地球与天体

           M. Hartmann著:天文学是孩子们的游戏。

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如何让孩子们将水平与垂直的局部表示转换到地球范围内的表示?

在局部范围内(比如说在班级里),垂直线是平行的,然而在地球的范围内却并非如此,因为它们在地球的中心被切断。同样地,在局部范围里(比如一个容器),静止的液体的表面总是水平的,但在地球范围里(如大西洋)水面是凸起的。如何让孩子们将水平与垂直的局部表示转换到地球范围内的表示?

这个问题实际上比较难,我也没有现成的答案...我认为一种可能的途径是借助于模型。我想在一个聚本乙烯球上标记出不地点的垂直线,并在上面放置一些玩具车,这样可以使得孩子们产生“垂直的相对性”这一概念。(实际上,我们面临的是一个经典的问题:为什么澳大利亚人不会掉下来)。

落下一个弹子,或者构造一根铅线并用它来模拟弹子下落的轨迹,两者都是垂直线。取一个地球仪,将其悬挂在测量的地方,可以得到所需要的垂直线。我们在布雷斯特的某个班级中做同样的测量 。如果孩子们能够有两幅地球仪悬挂在不同点的照片。如果我们将用两个钩子(分别位于布雷斯特和里昂)挂地球仪。得到的垂直线是错误的...因此里昂的垂直与布雷斯特的垂直并不相同。

 

在班级中测量垂直线和水平线...

如果在班级中测量两根铅线之间的角度,其值为零度。如果我们测量两根相距111公里(相当于纬度间隔1度)的两根铅线的角度,该值将为1度。

对于两根相距一公里的铅线,它们之间的角度是一百分之一度,即36秒。在一个相距十米的厅里,角度是零点三六秒,该值比审稿人提到的精度要小。因此需要保留足够大的距离。

如何测量尽可能远的垂线间的角度。

使用一个电话机。只需找到两个相距很远且位于同一子午线上的垂直面...

使用位于敦刻尔克和佩皮尼扬某个学校的墙面。测量垂直线与正午时分的太阳光线之间角度。这些来自1亿5千万公里远的光线可以看作是平行的。

经度
纬度
敦刻尔克
北部 (59)
02°22' 43"
51°02' 10"
布尔日
歇尔 (18)
02°23' 50"
47°04' 52"
佩皮尼扬
东比利牛斯 (66)
02°53' 37"
42°41' 57"
法国国家地质研究所提供的数据

敦刻尔克的学生在中午十二点测量到的角度比如说是四十度左右,佩皮尼扬的学生在同一时间(这是为什么要使用电话的原因),测量的角度是三十一度。因此敦刻尔克和佩皮尼扬两地的垂直墙面间的角度为9度。两地之间水平面的角度也一样:敦刻尔克的水平面与太阳光线间的角度是50度,佩皮尼扬的则是59度。

通过电话让位于这地之间的其它城市的学生(例如布尔日)在同一时间测量这些角度的值,将得到居于中间的值。

对于居住在海边的学生来说则更容易。

利用一个好的望远镜观看远处的一艘船,在看到船体之前,先看到船的顶部,船靠得越近,看到的底部越多。借助一幅图,并将地球分别画成平的和圆的,将会发现只有当地球是圆的才能解释这一观察现象。

注:在你的问题中,你将水杯中的水平面与大西洋凸起的水面作比较。大西洋凸起的水面是重力场的等势能面,它对应于大地水准面...是一水平面。地球上的水平面是凸起的,而非平面。

公元前三世纪的古希腊人采用了一个相反的方法:他们观察到位于Alexandrie和Assouan之间的垂直线与太阳光线成一角度,这证明了太阳是圆的。知道这一角度值以及Assouan和Alexandrie两地间的距离,他们推导出了地球的周长。

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基础班的影子与光线问题 

我现在是一名实习教师,我所教授的是基础班的学生,并且是一些在阅读上有困难的学生;按教学要求,我应该给他们讲述“影子与光线”的概念,但我找不到好的支撑以及给孩子们用的资料:因此我实在不知道该如何讲述这方面的内容(从教学的角度讲)。感谢你愿意给我提供帮助,我不久之后将接受检查。

 以下是几点对你的计划有帮助的因素:
 
--
对于在阅读上有困难的学生来说,开始的时候可以要求他们站在太阳底下,如学校的院子里,观察他们自己的影子;在一次实际演习之后,并在集体讨论之前,请他们自己的画作进行可能的修改。这之后的学习可以建立在光源,不透明物体和影子之间在其它情况和/或其它目的关系的基础上:利用灯具和班级中的一些不透明物体,阴暗的剧院,对太阳底下小木桩影子的连续观察(日圭),等等。

--有不少与这方面内容书籍:

      - Les incontournables Tavernier;
      -
天文学是孩子们的游戏,Mireille Hartmann著,Le Pommier出版社出版;
      -
N, 阶段2物理专刊;
      -
在小学中教授物理,J.P. Bonan.
 
我感觉学生在阅读方面存在的困难不应该在实验类型的课中有问题,相反,这方面的活动会促使他们加强对书写的练习,并达到与其它班级的同学以及和家长之间交流的目的。

 

 

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